CN114529129A - 一种城市绿地规划设计方案的低碳节约化改进方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种城市绿地规划设计方案的低碳节约化改进方法，针对城市绿地项目初期初步形成的城市绿地规划设计方案，根据方案内设计要素的整合分析，形成城市绿地规划设计方案低碳评价指标体系，在指标体系的基础上，采用层次分析法计算各层级指标的重要性比重。定义城市绿地规划设计方案要素低碳指数，根据前期设计要素相关数据的收集和计算，计算各个层级指标所对应要素低碳指数值并进行排序，最终得到设计要素的改进排序，对绿地规划设计初期方案进行改进。本发明的方法可以在城市绿地建设低碳化要求日益增高的情况下，对城市绿地规划初期设计方案在低碳节约化评价的基础上进行改进，以达到城市绿地更加低碳节约化的目标。
Description
技术领域
本发明涉及园林景观设计管理的技术领域，特别是涉及一种城市绿地规划设计方案的低碳节约化改进方法，主要应用于城市园林中景观绿地的规划设计。
背景技术
随着城市化进程的加快，环境问题日益增多，碳排放与经济发展密切相关，经济发展需要消耗能源。但随着CO2排放量猛增，引起了全球气候变暖等一系列的气候问题，对地球生态系统造成了威胁。在这一背景下，减排温室气体，增加生态系统的碳汇能力成为重点关注的领域。
城市园林绿地具有改善生态环境、增加碳储量等功能，已经成为低碳城市建设的有效手段。然而园林绿地除了具有绿色碳汇的功能，同时也是城市的碳排放源。如果城市绿地项目在设计和建造时没有考虑到它们的碳足迹，城市绿地规划设计反而会加剧气候危机，项目过程向大气排放的温室气体可能比它们在整个生命周期中实际消减的还要多。在低碳城市发展建设中，如何增加碳储量、减少碳排放，建设可持续发展的城市园林绿地是一个值得探讨的问题。
目前，增强城市园林绿地建设低碳效能方面的研究主要有以下几个层面：1、从城市整体规划的角度出发，以低碳城市建设为基础，在城市总体规划的修订和控制层面提出绿地低碳化的改进和控制手段以及进行政府低碳政策研究。2、从城市园林景观建设角度出发，侧重于低碳风景园林建设中关于城乡绿色空间、城市绿地系统规划的相关低碳措施研究。这部分的研究主要停留在主观讨论的层面，而特别的，从低碳角度出发的城市园林绿地评价的研究，主要是从低碳经济的角度出发，通过对城市园林绿地的建设全过程的研究，构建出城市园林绿地的评价体系。3、园林低碳技术相关的研究，包括节水节能技术、园林相关用水净化循环技术、园林废弃物循环利用技术等。4、碳排放测算研究，目前以植物的碳储量测算研究为主，从测量方法的改善入手，对已经存在的部分园林景观的碳储量和碳排放量进行测算。
基于背景技术的研究，低碳园林绿地相关的策略和方法研究相对较少，且深度较浅，对低碳园林的建设指导作用有限，大部分以现有的园林景观入手进行分析，属于“事后型”研究，并不能真正的达成建设可持续发展城市园林绿地的目的，增加碳储量、减少碳排放，不仅能提高绿地的生态效益，对我国的生态文明建设也有积极的推动作用。因此，在低碳经济发展背景下探讨城市园林绿地低碳节约化的改进方法显得尤为紧要与迫切。
城市绿地的低碳化建设，是在满足城市绿地提升景观效果、改善城市环境等功能的前提下，建设高碳汇、低碳排特征的城市绿地形式。以绿地的设计规划、建造施工、维护管理等整个绿地的运营过程为判断周期，从增强碳汇功能、降低能源消耗和提高能源效率等方面入手，确保城市绿地的低碳功能。其中规划是施工建造的先导，是布局低碳化城市绿地建设的源头。
通过城市绿地相关指标的调控，绿地布局的优化，绿地类型的创新和种植培育方案的改良等，提高绿地规划的全面性，将低碳绿地的建设模式和技术设计全面融入绿地规划中，在低碳节约化规划理念的基础上，对初步形成的绿地规划设计的参数进行评价，评价之后予以改进，可最大程度形成有效的低碳节约化的城市绿地规划设计方案，避免规划设计不当造成的返工、施工成本增加和资源浪费等，从而进一步导致二氧化碳排放量增加。
目前在国内的城市园林绿地建设规划中，低碳园林建设的理念有较多的应用于绿地设计阶段，尤其是在方案设计阶段，设计师会提出低碳生态的思想且有一定的低碳技术路线，由于并非固定模式，各项方案包含低碳理念的设计要素数量及质量并不统一。
发明内容
本发明的目的是为了提高城市绿地的固碳能力，在城市绿地规划设计阶段初期，对设计方案固碳能力进行评估，提出一种衡量城市绿地规划设计方案中低碳节约化性能的指标体系，基于指标体系新定义一种城市绿地规划设计要素低碳指数，通过综合计算城市绿地规划设计方案中各设计要素的低碳指数结果，评估初级阶段的城市绿地规划设计方案的低碳节约化程度，同时根据指数排序得到优先改进的要素选项，形成综合评价城市绿地规划设计方案低碳节约化程度以及得到改进因子的复合系统方法。
低碳节约化绿地的设计应用，需要突破现有的成熟设计-施工模式的阻力，意味着对绿地和绿化形式的创新。在基于景观设计的基本需求、面积和美观等的基础上，在城市绿地规划设计阶段对园林植物的分布设计、种类搭配选择，本土材料的应用和基础设施的有效利用等方面得到的初步规划设计方案中，通过低碳节约化的角度对城市绿地初步设计方案中包含的要素，其低碳节约化水平单独评价，按城市绿地规划设计要素低碳指数计算结果进行分析，得到需要改进的要素类型，然后通过应用提高低碳立体绿化比率、建筑体绿化比率，增强材料的循环利用程度，增加例如雨洪湿地的生态结构等对应相关设计要素的改进措施，调整城市绿地规划设计方案，保证建成城市绿地的固碳能力，将低碳节约化的理念一以贯之。
为实现上述目的，本发明提供了一种城市绿地规划设计方案低碳节约化改进方法，所述低碳节约化改进方法包括如下步骤：
A、选取绿地前期与低碳节约化相关的各项设计指标，结合文献调研以及专家评估的方法，建立城市绿地规划设计方案的低碳节约化评价指标体系的一级指标、二级指标、三级指标；
B、运用层次分析法，对各指标和固碳能力的相关性进行比较，构建判断矩阵，通过判断矩阵计算各三级指标在二级指标中的权重、各二级指标在一级指标中的权重以及各一级指标的重要性权重，并引入一致性比率CR对所构造判断矩阵进行鉴定；
C、定义城市绿地规划设计要素低碳指数，通过步骤B中各级指标权重值结果，计算规划设计要素低碳指数值；
D、根据指数值对相应的低碳节约化评价指标进行改进排序，从而得到城市绿地规划设计方案固碳能力评估以及需要改进的设计要素结果。
本发明是一种城市绿地规划设计方案低碳节约化改进的系统方法，在依据园林绿化设计理念的基础上，针对初步形成的城市绿地规划设计方案，采用层次分析法形成城市绿地规划设计方案低碳评价指标体系，在形成指标体系的基础上，定义城市绿地规划设计方案要素低碳指数，根据得到的要素低碳指数进行排序，得到不同要素对应的设计改进方法。
具体地，方法共分为两个部分，第一部分建立一种衡量城市绿地规划设计方案低碳节约化能力的指标体系，并赋予指标相应的权重：首先应用文献调研和专家评估的方法，确定指标体系的内容，建立三个层级的指标体系，再运用层次分析的方法，对各指标在低碳节约化绿地规划设计方案中的重要性进行比较，通过判断矩阵计算各三级指标在二级指标中的权重，各二级指标在一级指标中的权重以及各一级指标的重要性权重；第二部分为计算部分，定义城市绿地规划设计要素低碳指数，通过第一部分中各级指标权重值，计算规划设计要素低碳指数值，并根据指数值对相应的低碳节约化评价三级指标进行改进排序，从而得到城市绿地规划设计方案固碳能力评估结果及需要改进的设计要素排序结果。
在实际应用过程中，指标体系的内容可以根据实际项目情况做适当的灵活调整；每评估一个新的城市绿地规划设计方案，选取新的企业项目相关人员、城市绿地相关的政府管理机构和研究机构专家参与层次分析方法下各指标权重的计算。
基于上述技术方案，本发明的优点是：
本发明的城市绿地规划设计方案低碳节约化改进系统方法，通过低碳相关指标的确立和层次分析方法得到的各指标值的比重，建立要素低碳指数的概念并进行计算和排序，以及根据指数排序得到优先改进的要素选项。该方法可以在城市绿地建设低碳化要求日益增高的情况下，在规划初期对城市绿地的规划设计方案进行判断并提出改进意见，在建设之前进行规划设计方案的调整，可以在准备阶段即对城市绿地的规划设计方案进行低碳节约化改进，符合国家整体低碳化趋势的要求，具有较好的实用价值。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
现有城市绿地低碳节约化评价是在绿地建成后进行的，城市绿地建设完成后的低碳程度评价实用性低，意义不明显。本发明提供了一种城市绿地规划设计方案的低碳节约化改进方法，能够对初期形成的城市绿地规划设计方案的固碳能力在有效评价体系和客观指数计算及排序方法的基础上进行评价，使得城市绿地在规划初期就进行评价改进，而不是在整体城市绿地建设结束后进行评价，以达到早期干预城市绿地低碳化建设的要求，这样有利于在前期及时深入加强城市绿地固碳功能规划要素的添加。
具体地，所述低碳节约化改进方法包括如下步骤：
A、选取绿地前期与低碳节约化相关的各项设计指标，结合文献调研以及专家评估的方法，建立城市绿地规划设计方案的低碳节约化评价指标体系的一级指标、二级指标、三级指标。
B、运用层次分析法，对各指标和固碳能力的相关性进行比较，构建判断矩阵，通过判断矩阵计算各三级指标在二级指标中的权重、各二级指标在一级指标中的权重以及各一级指标的重要性权重，并引入一致性比率CR对所构造判断矩阵进行鉴定。
C、定义城市绿地规划设计要素低碳指数，通过步骤B中各级指标权重值结果，计算规划设计要素低碳指数值；
D、根据指数值对相应的低碳节约化评价指标进行改进排序，从而得到城市绿地规划设计方案固碳能力评估以及需要改进的设计要素结果。
通过文献调研和专家评估，结合《城市绿地系统规划编制纲要》、《城市园林绿化评价标准》、《城市用地分类与规划建设用地标准》、《国家园林城市标准》、《城市绿地分类标准》等国家绿地设计相关文件，选取绿地前期与低碳节约化相关的各项设计指标建立城市绿地规划的低碳节约化评价指标体系。结合国家绿地设计相关要求文件以及调研案例中规划设计方案低碳技术路线各要素的分析，得到仔细梳理后的城市绿地规划设计方案低碳节约化评价指标体系如下表所示：
其中，
在实际计算过程中，计算值为1-运输碳排放压力指数，其中M材为计算运输材料的设计重量，M总为需运输材料的总重量；d材为计算材料采购地离绿地建设项目地的平均距离,d平均为所有运输材料采购地离绿地建设项目地的平均距离。
根据层次分析法(AHP)原理构建包括目标层-准则层-指标层的城市绿地规划设计方案低碳节约化评价指标体系，共有三级指标对规划设计方案的低碳程度进行评价。分别对应一级指标、二级指标和三级指标。
具体而言，一级指标即为目标层，包括绿地设计、材料使用、基础设施利用和节约型技术使用，涵盖了城市绿地建造到维护涉及到的绿地设计、材料、基建和技术低碳化建设的四大方面，各方面分别对具体包含的设计要素进行分类，形成了二级指标；二级指标为准则层，包括达成目标层的相关准则指标分类，细致到绿地设计相关的低碳判断方向、绿地相关具体材料的类别以及节约型技术的种类等；三级指标为指标层，是具体在城市绿地设计中的参数指标，三级指标作为构成二级指标值的基础数据来源，精确到具体设计方案中的指标要素。
为了避免指标值的绝对值大小影响最终结果的准确性，所有指标均表示为比率或者无量纲的指数形式，统一了评判尺度，提高了评估的准确性，以确保最终低碳化程度判断结果的可信度。
在城市绿地项目规划设计阶段，根据城市绿地所在的地理位置、绿地类别、性能要求等的不同，对指标体系的二级和三级指标进行细微调整，以适应不同城市绿地项目的差异性。
针对需要展开评估的城市绿地项目做前期调研，在确定好指标选项内容后，设计城市绿地规划设计方案低碳指标AHP专家咨询调查评估问卷，通过邮件邀请分别来自政府园林管理机构、园林规划设计科研机构和园林企业的专家进行填写，邀请总人数应不低于10人，邀请人员比例以均衡为宜。调查问卷对各级指标的重要性在各个层级进行两两比较，比如一级指标A、B、C，D之间进行重要性比较，A指标下的A1和A2的重要性进行比较，A1指标下的a1、a2、a3，a4之间两两进行重要性比较，其他各层级类似。
通过判断矩阵计算指标权重的步骤包括：
计算判断矩阵的最大特征根和特征向量，将判断矩阵的每一列元素做归一化处理，其元素的一般项为：
将每一列经归一化处理后的判断矩阵按行相加为：
对向量W＝(W1，W2......Wn)T归一化处理为：
计算判断矩阵最大特征根λmax
计算每个层次的指标权重：
最后进行一致性检验，引入一致性比率CR对所述判断矩阵进行鉴定的步骤包括：
其中，RI为平均一致性指标，与指标数n有关，查表获得，不同指标数对应RI值选择如下(n一般不大于15)：
| n | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
| RI | 0 | 0 | 0.52 | 0.89 | 1.12 | 1.26 | 1.36 | 1.41 | 1.46 | 1.49 | 1.52 | 1.54 | 1.56 | 1.58 | 1.59 |
CI为一致性指标，与判断矩阵的最大特征根λmax和指标数n有关：
当CR<0.10时，认定判断矩阵的一致性是可接受的，否则应对判断矩阵作修正。修正的方法是往一致矩阵上调整，(一致矩阵各行成倍数关系)。
优选地，在步骤B中，收集规划设计中的三级指标数据，计算得到各二级指标的值，再根据计算得到的二级指标的比重，以及计算或收集所得各二级指标具体数值，换算得各一级指标的数值，其中指标变换处理的计算公式如下表：
最后根据计算结果形成各级指标权重及数值表，如下：
在指标变换处理的过程中，对于计算得到的各一级指标ABCD的值，按照计算得到的重要性比值(指标权重)的不同，得到各一级指标要素的比较。在此基础上，定义各一级指标的要素低碳指数为Ic，则ABCD四个一级指标的要素低碳指数分别为：ICA、ICB、ICC、ICD，
ICA＝A/ωA
其中ICA为绿地设计要素低碳指数；ωA为A要素绿地设计重要性比值；A为绿地设计指标值；
继续按ICA同样方法计算ICB、ICC、ICD。
得到计算结果后对ICA、ICB、ICC、ICD的值进行排序，得出城市绿地规划设计方案固碳能力评估及低碳节约化改进要素；指数最小的是第一改进要素，指数越小，改进空间越大，越需要改进；指数越大，低碳节约性越好，越不需要改进。
在得到一级指标范围内的第一和第二改进要素之后，分别计算一级指标第一和第二改进要素下的各二级指标的设计要素低碳指数Ic，得到二级指标范围内的共4项改进要素；同理应用于需要改进的三级指标，分别计算二级指标改进要素下的8项三级指标改进要素低碳指数Ic，同时对于三级指标的8项改进要素按照Ic值由小到大进行排序，得到需要改进的具体指标排序。然后结合项目的实际情况进行改进，达到改进城市绿地规划设计方案，以建设更加低碳节约化城市绿地景观的目的。
本发明的城市绿地规划设计方案低碳节约化改进系统方法，通过低碳相关指标的确立和层次分析方法得到的各指标值的比重，建立要素低碳指数的概念并进行计算和排序，以及根据指数排序得到优先改进的要素选项。该方法可以在城市绿地建设低碳化要求日益增高的情况下，在规划初期对城市绿地的规划设计方案进行判断并提出改进意见，在建设之前进行规划设计方案的调整，可以在准备阶段即对城市绿地的规划设计方案进行低碳节约化改进，符合国家整体低碳化趋势的要求，具有较好的实用价值。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (9)
1.一种城市绿地规划设计方案的低碳节约化改进方法，其特征在于：所述低碳节约化改进方法包括如下步骤：
A、选取绿地前期与低碳节约化相关的各项设计指标，结合文献调研以及专家评估的方法，建立城市绿地规划设计方案的低碳节约化评价指标体系的一级指标、二级指标、三级指标；
B、运用层次分析法，对各指标和固碳能力的相关性进行比较，构建判断矩阵，通过判断矩阵计算各三级指标在二级指标中的权重、各二级指标在一级指标中的权重以及各一级指标的重要性权重，并引入一致性比率CR对所构造判断矩阵进行鉴定；
C、定义城市绿地规划设计要素低碳指数，通过步骤B中各级指标权重值结果，计算规划设计要素低碳指数值；
D、根据指数值对相应的低碳节约化评价指标进行改进排序，从而得到城市绿地规划设计方案固碳能力评估以及需要改进的设计要素结果。
2.根据权利要求1所述的低碳节约化改进方法，其特征在于：步骤A中所述低碳节约化评价指标体系包括：
其中，
在实际计算过程中，计算值为1-运输碳排放压力指数，其中M材为计算运输材料的设计重量，M总为需运输材料的总重量；d材为计算材料采购地离绿地建设项目地的平均距离,d平均为所有运输材料采购地离绿地建设项目地的平均距离；
3.根据权利要求1所述的低碳节约化改进方法，其特征在于：步骤B中构建判断矩阵的步骤包括：
以Xij表示第i个评判对象对第j个指标X的评判数值；
bij为判断矩阵中的要素，表示指标Xi与指标Xj相对于上一层目标的重要性比例标度，采用“1-9”标度法，构造矩阵如下：
其中，bji＝1/bij,共形成13个判断矩阵。
4.根据权利要求3所述的低碳节约化改进方法，其特征在于：通过判断矩阵计算指标权重的步骤包括：
计算判断矩阵的最大特征根和特征向量，将判断矩阵的每一列元素做归一化处理，其元素的一般项为：
将每一列经归一化处理后的判断矩阵按行相加为：
对向量W＝(W1，W2……Wn)T归一化处理为：
计算判断矩阵最大特征根λmax
计算每个层次的指标权重：
5.根据权利要求4所述的低碳节约化改进方法，其特征在于：引入一致性比率CR对所述判断矩阵进行鉴定的步骤包括：
其中，RI为平均一致性指标，与指标数n有关，查表获得。
不同指标数对应RI值选择如下(n一般不大于15)：
CI为一致性指标，与判断矩阵的最大特征根λmax和指标数n有关：
当CR<0.10时，认定判断矩阵的一致性是可接受的，否则应对判断矩阵作修正。修正的方法是往一致矩阵上调整(一致矩阵各行成倍数关系)。
6.根据权利要求1所述的低碳节约化改进方法，其特征在于：在步骤B中，收集规划设计中的三级指标数据，计算得到各二级指标的值，再根据计算得到的二级指标的比重，以及计算或收集所得各二级指标具体数值，换算得各一级指标的数值，其中指标变换处理的计算公式如下表：
7.根据权利要求1所述的低碳节约化改进方法，其特征在于：计算规划设计要素低碳指数值的步骤包括：
定义各一级指标的要素低碳指数为Ic，则ABCD四个一级指标的要素低碳指数分别为：ICA、ICB、ICC、ICD，
ICA＝A/ωA
其中ICA为绿地设计要素低碳指数；ωA为A要素绿地设计重要性比值；A为绿地设计指标值；
继续按ICA同样方法计算ICB、ICC、ICD。
8.根据权利要求7所述的低碳节约化改进方法，其特征在于：得到计算结果后对ICA、ICB、ICC、ICD的值进行排序，得出城市绿地规划设计方案固碳能力评估及低碳节约化改进要素；
指数最小的是第一改进要素，指数越小，越需要改进；指数越大，低碳节约性越好，越不需要改进。
9.根据权利要求8所述的低碳节约化改进方法，其特征在于：得到需要改进的设计要素结果的步骤包括：
在得到一级指标范围内的第一和第二改进要素之后，分别计算一级指标第一和第二改进要素下的各二级指标的设计要素低碳指数Ic，得到二级指标范围内的共4项改进要素；同理应用于需要改进的三级指标，分别计算二级指标改进要素下的8项三级指标改进要素低碳指数Ic，同时对于三级指标的8项改进要素按照Ic值由小到大进行排序，得到需要改进的具体指标排序。
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