“从摇篮到摇篮”理念下的生态社区规划与设计策略——以荷兰PARK20/20生态办公园区为例


01 引言

自20世纪以来,我们对原材料的需求呈爆炸性的增长。资源消耗的剧增不仅导致全球资源的短缺,还继而引发气温逐升、气候恶化和环境污染等一系列生态问题,从而对全球可持续发展产生负面影响。

上述状况的出现究其根源则起因于世界各国工业生产一直所沿袭的“从摇篮到坟墓”(Cradle to Grave)的产品生命周期模式,即“资源开采—加工制造—产品消费—废旧产品抛弃”的模式。此模式将工业生产和环境保护视为互为矛盾且无法协调的两方面:当把工业生产视为首要问题时势必对自然环境产生不利影响,而当把环境保护作为首要问题时又会减缓工业生产的发展速度。在此背景下,“从摇篮到摇篮”(Cradle to Cradle,C2C)的理念孕育而生并打破“从摇篮到坟墓”工业生产模式的弊病,成为兼顾工业生产和环境保护且实现两者可持续发展的新“工业革命”。

基于此,本文通过对“从摇篮到摇篮”可持续理念的解读而探求其应用于荷兰PARK20/20生态产业园区规划与设计的理论原则和实践方法,以期为我国生态社区规划与设计提供可资借鉴的理论和实践基础。

02“从摇篮到摇篮”可持续理念的解读

“从摇篮到摇篮”的理念是由美国著名建筑师威廉·麦克唐纳(William McDonough)和德国环境学家迈克尔·布朗嘉特(Michael Braungart)于2002年在其共同著作《从摇篮到摇篮》(Cradle to radle:Remaking the Way We Make Things)一书中正式提出的。

在“从摇篮到摇篮”理念正式提出之前,麦克唐纳和布朗嘉特认为可持续发展理念是未来工业生产所遵循的基本原则并坚持将其应用于工业设计实践领域;基于此,1991年他们联合提出了2010年世博会可持续设计导则,即“汉诺威原则”(The Hannover Principles),其以“消除废物”为核心并强调“消除废物”不是减少或避免废物的产生,而是通过设计彻底消除废物;1995年,他们又联合成立了名为“McDonough Braungart Design Chemistry”(MBDC)的公司,在批判“从摇篮到坟墓”的基础上倡导可持续的发展模式,从而最终催生出“从摇篮到摇篮”的可持续发展理念。

2.1 “从摇篮到摇篮”的理念

“从摇篮到摇篮”的理念缘起于麦克唐纳对樱桃树生长模式的思考,即“成千上万的花朵结出累累硕果,以供鸟类、人和其他动物享用……当这些花果掉到地上时,它们会降解为养分,滋养着微生物、昆虫、植物、动物和土壤……事实上,樱桃树的多产几乎滋养着它周围的一切事物”。可见,樱桃树的生长模式不是一种线性单向的、从生长到消亡的发展模式,而是一种“从摇篮到摇篮”的循环发展模式,即一种基于生物模拟的人类工业可持续发展模式,其将原材料视为生物养分并通过模拟自然生态环境中生物养分流的循环代谢过程,建立人类工业中原材料“生产—恢复—再造”的闭合循环代谢过程,从而促成原材料的循环利用以最终实现人类工业的可持续发展。

基于此,麦克唐纳首先将“从摇篮到摇篮”理念应用于工业设计和制造领域。在“从摇篮到摇篮”的模式中,工业产品应采用可生物降解的“生物养分”(Biological utrient)材料或可循环利用的“工艺养分”(Technical Nutrient)材料:对于生物养分制成品,其生命周期结束后可在自然环境中降解为有机物返回至“生物圈”并为生物提供食物;对于工艺养分制成品,其生命周期结束后可在工业生产中转化为其他人工合成材料返回至“工艺圈”并作为同一产品原材料加以连续循环利用。对于循环模式,“从摇篮到摇篮”强调工业必须既要保护自然生态系统的生物代谢,又要保持工业生产过程的物质代谢,因此其鼓励生物养分和工艺养分材料遵循自身循环代谢流的“升级循环”(Upcycling)模式,即生物养分应保持在自然环境的闭合循环中,技术养分则应保持在工业生产的闭合循环中,其均可连续循环使用而不失去品质,并非“降级循环”(Downcycling)为低品质的材料而最终变成废弃物。

此后,“从摇篮到摇篮”理念逐渐延伸至城市环境和建筑领域,从而催生出与水、能源、养分和材料等资源产业相关的生态智能设计理念。其通过采用太阳能、风能和水能等清洁能源技术,雨水和灰水处理技术,农业温室和立体绿化等生态种植技术而创建一个完整的建筑、社区或城市生态系统并使之与自然生态系统相联系,从而促进各类资源的升级循环并最终实现建筑或城市的可持续发展。

2.2 “从摇篮到摇篮”的三重顶线

1997年,英国学者约翰·埃尔金顿(John Elkington)最早提出了“三重底线”(Triple Bottom Line)的概念,即经济底线、环境底线和社会底线。此后,与其相对应的经济责任、环境责任和社会责任逐渐成为企业平衡经济发展、环境保护和社会公平之间矛盾的工具,而“三重底线”也成为衡量可持续发展的基本方法。然而,在实际操作中,它经常是以经济上的考虑为中心,将社会和生态的效益视为一种事后补救,而不是在一开始就作为等量奇观的因素。因此,其也逐渐成为可持续发展的绊脚石。基于此,“从摇篮到摇篮”理念通过引入衡量经济活动可持续性的三重底线概念而提出公平(Equity)、经济(Economy)和生态(Ecology)三方面作为预估工业生产活动对可持续性影响的最高限度标准,即三重顶线(图2)。公平即社会公正,其指工业生产对环境造成的污染以及其排放的废物对人类造成的危害是否对环境和人类公平;经济即市场效益,其指工业产品的市场价值和销售价格高低,社会对产品价值和价格的接受程度,产品成本的控制难易以及经济效益的大小;生态即环境影响,其指工业产品是否可以完全回归于生态的问题,工业生产是否遵循自然系统规律及材料是否可循环利用等。三重顶线作为设计标准,强调工业生产通过系统的设计可以消除废弃物而不是减少废弃物,从而能较好实现“生态有效”(Eco-efficiency),即建筑物可以产生能量而不是使用更少的能源,材料能改善人类健康而不是减少其危害。三重顶线基于传统设计标准通常所考虑的成本、美观和性能3方面内容,认为健康的设计既可以提高公平、经济和生态的效益,又可以进一步提升其美学价值。

2.3 “从摇篮到摇篮”的设计原则与实施步骤

“从摇篮到摇篮”理念来自于自然生态系统的循环模式从而形成了其3项设计原则:其一,“一切东西都是其他东西的资源”,即此系统的“废弃物”成为另一系统的“食物”(Waste equals Food,废弃物等同于食物),产品设计应遵循自然代谢系统中生物流和工艺流的循环规律,以确保其废弃物拆解为生物养分和工艺养分后能分别返回生物流循环和工艺流循环系统而作为原材料加以重新利用;其二,使用清洁和可再生能源,城市、社区或建筑的设计应以多种形式利用太阳能,风能,地热能以及其他清洁和可再生能源,以塑造健康的人类聚居环境;其三,鼓励多样性,设计应尊重、保持并融入当地地质、水文、生物记忆及文化多样性,从而提高人类聚居环境的包容性。

可见,“从摇篮到摇篮”是一种遵循自然生态规律的设计范式,其几乎可应用于城市、建筑、制造业以及社会经济等领域。基于此,其又相应提出了设计能实现“生态效应”而应遵循的实施步骤:第一步通过“设计过滤”方式淘汰如铅、汞等重金属及其他有害物质;第二步以生态效益为取向注重生态智能与社会关怀;第三步根据所设计的产品生产和使用过程中所用材料及其排放物质的安全级别,分级分类地创建“被动积极”清单,以缩减有害并扩充安全健康的物质;第四步通过启用积极的清单而将产品当作生物和工艺循环系统中的原材料进行重新设计;第五步通过产品生物和工艺循环的再创新设计,实现产品生命周期内所有的材料返回至生物或工业循环中。

03“从摇篮到摇篮”理念下PARK20/20规划与设计策略解析

PARK20/20办公园区基地位于阿姆斯特丹(Amsterdam)西南霍夫多普(Hoofddorp)南不肯霍斯特(Beukenhorst-Zuid)的循环经济产业园区内。作为荷兰首个依据“从摇篮到摇篮”理念的社区规划与设计项目,PARK20/20以基地自然、资源和人文环境为基础,采用“生态、经济、公平”三重顶线并遵循“废弃物=食物”、“使用清洁和可再生能源”及“鼓励多样性”的设计原则,通过自然适应、技术整合和邻里融合而形成以“三重顶线”为目标导向的社区可持续规划与设计。

3.1 基于生态目标的环境适应策略

生态目标方面,PARK20/20规划与设计主要考虑基地所处区域的自然、日照和季风环境3个层面,以主动适应区域生态环境。其中,自然环境层面,PARK20/20周边已形成由公园、绿道、水系和湿地构成的生态网络,而其自身因长期农耕之用动植物物种相对减少;因此,PARK20/20规划与设计通过引入水系、农作物、植物和湿地等生态要素而在建筑内外、屋顶、街道和停车场等空间创造了多样的景观花园,并将其与外部生态网络相联系,从而形成了多样性和连通性兼具的景观系统(图4)。日照环境层面,通过对北荷兰省全年、全天和每小时太阳路径和高度角的图解分析,依据冬夏季太阳直射方向和阴影特征,确定了东北15°为最大限度减少夏季并增加冬季太阳辐射的最佳太阳朝向,同时据此制定夏季遮阳和冬季采光的被动式能源策略,通过优化太阳能通道而最大化地减少能源需求,以此调整建筑体量和开放空间朝向从而塑造宜人的光照环境。季风环境层面,通过对北荷兰省全年季风风向和强弱周期的图解分析,确定了区域夏季盛行微风和冬季盛行强风的风向,据此制定了夏季通风和冬季阻风的被动式能源策略,同时与最佳太阳朝向相结合减少能源消耗,以此调整建筑体量和开放空间朝向,从而利用建筑体量捕获盛行微风以及景观绿化缓冲冬季强风以塑造舒适的微气候环境。

由此可见,基于生态目标的环境整合策略侧重对自然、日照和季风等3个层面环境特征的图解分析,通过自然格局连接、最佳日照和风朝向等被动式能源利用的生态环境适应策略,实现丰富生物多样性、降低能源需求的生态性目标。

3.2 基于经济目标的技术整合策略

经济目标方面,PARK20/20的规划与设计主要强调水、能源、养分和材料等关键资源及其废弃物的循环利用等层面,以缓解其资源消耗的压力。其中,水循环层面,PARK20/20配置了一套废水和雨水收集、处理、储存和回用的水资源处理系统;其中,建筑排放的废水和屋顶收集的雨水由围绕中央景观且连接外围建筑的环形管道输送至集中式的中央设施加以净化,同时提取土壤养分和沼气燃料等副产品;净化后的灰水输送至建筑、绿地和温室用于冲厕和灌溉,而净化后的雨水用于景观灌溉和美化;另外,径流和溢流雨水则就地存储。能源循环层面,太阳能和沼气能等清洁能源技术纳入中央设施系统之中,屋顶绿化和光伏电板系统利用绿化的降温作用提高光伏发电效率,而光伏电板的遮荫作用又增加绿化的生物多样性;同时,2500m 2光伏电板将光能转化为热能并储存于中央相变蓄热系统,以减少能源消耗;另外,有机废物经太阳能水生处理系统所产生的沼气能用于涡轮机发电及生活用水加热。养分循环层面,来自餐厨垃圾、生活废水和人体排泄物等有机废弃物经管道输送至中央水生净化系统和沼气发酵系统后,经脱水、发酵和降解等工艺流程形成富含养分的有机肥料,之后其被输送至农业温室、中央人工湿地和建筑立体(屋顶和立面)绿化,以滋养蔬菜、水果、农作物以及花卉植物生长,从而实现生物圈养分的循环。材料循环层面,PARK20/20在规划设计之初就加入欧盟“建材银行”(Building as Material Bank,BAMB)计划并创造了建材再利用的新模式,所有建材均经“从摇篮到摇篮”的官方认证并采用租赁式管理,即生产商拥有建材所有权而使用者仅有租用权,在其生命周期结束后经生产商统一回收处理,或进入生物圈循环降解为有机物,或进入工艺圈循环升级为新产品。

由此可见,基于经济目标的技术整合策略注重水、能源、养分和材料等资源循环利用,通过污水和雨水处理、太阳能和沼气能利用、有机养分提取和堆肥以及材料回收和再用的适宜技术整合策略,构建资源循环代谢模型而推动其区域综合基础设施的实施,以减少资源消耗量并促进其效益最大化,最终创造市场经济差异而实现其经济性目标。

3.3 基于公平目标的社区融合策略

公平目标方面,PARK20/20规划与设计主要强调历史文化、用地功能和步行交通等层面,以积极融入邻里社区。其中,历史文化层面,PARK20/20位于17世纪“填海造地”而形成的圩田区;作为荷兰标志性人工“文化景观”,由狭长地块以及正交道路、植被和运河所形成的“圩田语法”成为南不肯霍斯特总体规划的模板。因此,PARK20/20规划与设计亦以“圩田语法”为模板,从而既实现了其与南不肯霍斯特总体规划的衔接,又实现了原有历史人文肌理的延续。用地功能层面,根据南不肯霍斯特总体规划和相邻社区的功能属性,确定了88000m 2商业办公用地、3700m 2公共设施用地以及50000m 2景观绿化用地的土地混合开发模式,从而为邻里社区提供了办公、酒店、会议中心、银行、健身房、餐厅和咖啡厅等服务功能,同时创造了健康宜人的工作和休憩环境(图11)。步行交通层面,通过对基址所毗邻的高流通量公共汽车和铁路站点的分析,PARK20/20采用公交导向的发展模式促进不同交通站点的换乘以降低区域交通压力;同时通过在到交通站点适宜步行距离的范围内建立了绿地、广场、花园和步道等开放空间体系从而鼓励并强化其与邻近社区的步行连通性。

由此可见,基于公平目标的社区融合策略注重历史文化、用地功能和交通系统的多维考量,通过历史文化延续、土地混合利用以及步行交通连接的社区融合策略,构建了益于创造和增强社区邻里关系的健康安全的工作休憩环境,从而实现其公平性目标。

04 结语与启示

“从摇篮到摇篮”的可持续理念旨在从根本上将传统工业生产由“从摇篮到坟墓”转变为“从摇篮到摇篮”的全生命周期模式,以化解因资源过度消耗与废弃物排放所引发的全球资源紧缺和环境污染问题。“从摇篮到摇篮”理念兼顾工业生产和环境保护的双重目标并据此构建了“生物圈”和“工艺圈”并置的双重循环体系,以此确保废弃物作为食物转化为生物养分和工艺养分后分别进入“生物圈”和“工艺圈”而实现物质流的闭合循环;基于此,“从摇篮到摇篮”理念制定了以“生态、经济和公平”的三重顶线为核心的设计标准,同时又相应地制定了3项设计原则和5项实施步骤以用于指导各类设计实践。此后,麦克唐纳和布朗嘉特将“从摇篮到摇篮”的理念广泛应用于社区规划与设计领域,从而奠定了“从摇篮到摇篮”坚实的理论和实践基础。

对于我国而言,自1999年“中美可持续发展中心”(China-U.S.Center for Sustainable Development)成立之时,“从摇篮到摇篮”的理念便由担任美方理事会主席的麦克唐纳引入至后续实施的6项“中美可持续城镇发展示范项目”,以期推动我国新型城镇建设的可持续发展。然而,面对未来我国可持续发展的新国情,“从摇篮到摇篮”的理论和实践面临着与我国地域化结合的诸多问题。因此,通过对荷兰PARK20/20办公园区的解析,归纳并总结其基于“生态、经济和公平”目标的规划和设计策略,从而为探索适用于我国生态社区规划和设计的“从摇篮到摇篮”理念的地域化模式提供以下3方面启示意义。

生态目标方面:首先,应注重保护自然生态系统的要素和结构,通过优化景观绿地和立体绿化布局构建自然与人工植被整合的邻里型生态网络,从而维持其生物多样性并加强邻里活动;其次,应充分利用自然地形地貌的形态特征,通过建筑和道路等人工构筑物的竖向规划而塑造适应平原、坡地和丘陵等自然地形地貌的有机城市形态;另外,应着重考虑不同区域的气候气象差异,建筑体量的群体布局、主体朝向和维护结构应遵从全年日照、季风、降雨和气温变化特征,以通过微气候调节而形成宜人的物理环境。

公平目标方面:首先,应特别强调塑造场所精神的传统文化和智慧的传承,据此再现传统城市空间形态的历史文脉和肌理格局,从而增强社区空间的文化认同感和归属感;其次,应高度重视社区公共参与下的服务设施共享,通过构建社区商业、办公、娱乐、休憩等功能混合的土地开发模式,而形成开放服务网络以满足多层次的需求并增强社区活力;另外,应积极倡导绿色空间与交通体系,建构慢行交通(步行和自行车)与公共交通优先的紧凑式社区空间网络,从而形成交通友好的绿色空间结构。、

“从摇篮到摇篮”理念有着坚实的理论依据和广泛的实践经验,对于从社区规划和设计层面解决当前城市生态问题并推动其可持续发展具有重大意义。对于中国而言,“从摇篮到摇篮”理念应从“生态、经济和公平”3个方面与中国基本国情相结合,从而形成一个适用于中国本土的模式,以用于指导中国生态社区的规划和设计。

关注我们
  • 联系方式
    +86 0755 82762819; info@aeif.asia
     
    ×