氣候變化影響下城市基礎設施規劃戰略的國際經驗與啟示

王江波， 茍愛萍

(1. 南京工業大學建筑學院, 江蘇南京 210000; 2. 上海應用技術大學生態學院, 上海 200000)

[通信作者]茍愛萍(1971～)，女，博士，教授，從事韌性城市方面的研究與教學工作。

新世紀以來，全球氣候變化趨勢明顯，為了提升應對氣候變化的能力，各國做了大量的工作。2015年12月12日，在法國參加聯合國氣候大會的195個國家的代表一致同意通過《巴黎協議》，承諾控制溫室氣體的排放，以確保從工業化之前到2100年的全球平均氣溫升高不超過2 ℃，并且朝著不超過1.5 ℃的目標努力；同時，要求減少溫室氣體排放和增強氣候抗御力，使資金流動符合溫室氣體低排放和氣候適應型發展的路徑[1]。另一方面，中國的碳排放量約占全球碳排放量的20 %，是全球第一大碳排放國。中國在巴黎大會上提交的國家自主貢獻文件中提出，將于2030年左右使CO2排放達到峰值，并爭取盡早實現；2030年單位國內生產總值CO2排放比2005年下降60 %～ 65 %，非化石能源占一次能源消費比重達到20 %左右[2]。

市政基礎設施領域在消耗大量資源和能源的同時，也排放了大量的溫室氣體。而且，極端氣象災害在我國引發了諸多城市生態和安全危機，如暴雨頻率增加，洪水內澇增多，大范圍的“看?！?、供水供電緊張、基礎設施事故頻發等，這些都迫使基礎設施未來的發展模式亟需轉型，以提高其應急能力，并促使國家減排目標的實現。本文研究了多個國際大都市的總體規劃、戰略規劃和基礎設施規劃，以期發現其在氣候變化影響下，基礎設施的最新發展趨勢，并對我國的相關規劃提出一些可借鑒的建議。

1 低碳化與中立化

低碳是一種低能耗、低污染、低排放的經濟模式。工業革命以來，依賴煤炭和石油的世界經濟，走了一條高碳化的道路，導致高碳消耗和高碳排放，也造成了全球變暖和極端氣象災害頻發，代價極高。未來，全球經濟由高碳化走向低碳化是必然之路[3]。

1.1 零碳城市與碳中立

“零碳”是一種極致的目標，“零碳城市”的理念要求最大限度地減少溫室氣體排放，實現城市各功能板塊的節能化、環?；?，即“零碳交通”“零碳建筑”“零碳能源”。同時，“碳中立”的理念也開始流行。所謂“碳中立”是指通過使用可再生能源或者利用碳減排設施，使排放到空氣中的CO2總量和從大氣中移除的CO2總量達到平衡。

2009年，在聯合國氣候變化大會舉辦前夕，丹麥的哥本哈根提出，希望到2025年成為世界上第一個碳中立城市，將該市CO2總排量降低到零[4]。在減排的50項具體措施中，有6項已被指定為“燈塔”項目，如大力推動使用電動車和氫動力車，并免費停車和免費在街角充電，加大投入風力渦輪機項目，鼓勵市民投資綠色能源，通過使用生物質能源，使發電廠使用的能源實現碳中立等。

2011年，悉尼成為澳大利亞第一個接受國家碳補償標準為碳中立認證的城市。該市繼續實施減排項目，開發一個獨立的驗證溫室氣體排放量清單；計劃到2030年，減少70 %的碳排放量，努力把悉尼變成一個不需要依靠燃煤發電的低碳城市[5]。

1.1.1 低碳能源

能源領域的低碳化，主要體現在四個方面，首先是強調減少對能源的需求；其次是提高能源使用效率；然后是使用可再生能源；最后，需要形成健康的認知和行為，減少不必要的浪費能源的行為，減少溫室氣體排放。紐約最為典型，在經歷過2012年的桑迪颶風之后，提出要建設一個更強大、更有韌性的紐約。它針對桑迪颶風帶來的教訓，制定了韌性戰略，并提出了城市適應海平面上升和極端氣候事件的建議措施。對基礎設施的要求是更可靠和更靈活，以適應增長、可持續性和韌性[6]。在減排領域，紐約為實現到2050年減少溫室氣體排放80 %的目標，將總計4 300×104t的CO2當量減排任務分解到四個關鍵部門，即從電力生產中減少900×104t，從個人和商業車輛中減少700×104t，從固體廢物處理中減少200×104t，從建筑節能中減少其余的2 500×104t。支持舉措包括：以更高效的發電和可再生能源提高電力生產，核電將占全市電力供應的30 %，增加風電的份額，在城市污水處理廠實現凈零能耗[7](圖1)。

圖1 紐約市各行業的減排目標 (資料來源：The City of New York. One New York: The Plan for a Strong and Just City[R].2013.)

倫敦市政府將提高可再生能源的比重，來減緩氣候變化帶來的影響，減少CO2的排放。同時，制定更為詳細的實施政策和建議，所有可再生能源系統的設計應盡量減少對生物多樣性、自然環境和歷史遺產的任何潛在的負面影響，并避免對空氣質量的不利影響。未來，從垃圾中產生的能源將為倫敦提供一個特別顯著的機會。政府支持先進的廢棄物轉換技術，并資助這些項目，以提高發電效率，實現更大的溫室氣體減排。此外，政府還成立了一個食品燃料聯盟計劃，將把倫敦的食品垃圾轉變成可再生能源，包括運輸用的可再生燃料[8]。

部分國際大都市在編制基礎設施規劃時，除了有專門的能源規劃篇章外，還有一些比較有特色的指標，如核電、可再生能源、天然氣、太陽能發電量的比例，分布式能源比例、無碳能源比例、本地發電率、溫室氣體排放減少比例、碳排放減少量、碳排放減少比例等。這也反映出一個重要的趨勢，就是根據不同階段溫室氣體排放的減少量來設定新能源發電比例(表1)。

表1 各城市能源系統主要規劃指標

1.1.2 碳強度底線

為支持低碳經濟的轉變，倫敦已經開發出了一種從不可回收的廢棄物中產生能源的最小溫室氣體排放技術。這個最小的性能指標，就是碳強度底線，已被設置為每1 kWh電力產生400 g CO2當量。倫敦所有的垃圾能源轉換設施產生的能量需要達到這個水平。同時，也開發了一個免費的在線測定工具，幫助相關部門來管理這類活動。

1.2 水中立社區與凈藍計劃

近二十年來，全球很多地區都面臨著干旱危機，水資源短缺和供應不足是不容忽視的問題，在很大程度上限制了城市的發展。以美國為例，在未來十年中，50個州中有將近40個將面臨水資源短缺和干旱，這給社區和企業發展帶來了很大挑戰；因為，城市面對的是有限的水源。在現有供水條件下如何滿足城市未來更大的發展需求，就成為各地抓緊研究的緊迫課題。于是，水中立的概念就產生了。水中立是以其碳當量為基礎，是在2002年可持續發展問題世界首腦會議上首次提出的。水中立意味著通過用水者的有意干預來平衡水的需求和供應，參與者通過減少用水量和投資增加清潔淡水供應的項目來定量平衡用水賬戶。

2015年，倫敦在其戰略規劃中提出了水中立的概念，其基本涵義是指，城市發展不應該導致對水需求的全面崛起；換言之，對于每一個新的發展項目，開發之后在更廣泛的區域用水總量必須等于或小于之前的區域用水總量。為了達到這一目標，必須要提高用水效率，減少消耗量；同時，提高雨水的利用率，并提高中水回用的比例。在項目實施方面，位于倫敦泰晤士河口的重建項目，采用了“水中立”的理念，該地區不需要使用額外的水，主要措施是使用大量節水措施。

2015年初，美國水資源聯盟(AWE)推出凈藍計劃以支持社區應對氣候變化。項目合作伙伴正在共同制定示范條例，要求新開發項目的預計用水需求將被現有建筑的用水量減少所抵消。社區的水需求方案，包括水需求抵消政策或水中立增長政策，以創造“凈零”的地區用水需求，最常見的配套政策是與發放建筑許可證相結合。

2 減量化與資源化

減量化，主要是指減少城市廢棄物產生總量、城市用水量和高碳能源的使用量，以減少相關行業的溫室氣體排放量。資源化是指將廢棄物、中水和雨水進行回收再利用，提高利用率。資源化是減量化的必然結果，資源化比例的提升也反過來進一步促進減排工作的開展。

2.1 零廢棄物

從全球層面來看，廢棄物處理在溫室氣體排放方面的貢獻是相對較小的；但是，它的作用也不能被忽視。目前，全球基本認同：避免廢棄物產生帶來的氣候益處，遠遠超過任何廢棄物處理技術。廢棄物處理部門在減少溫室氣體排放方面的三大戰略包括：一是減少廢棄物的產生量，提高回收率；二是用廢棄物發電取代化石燃料發電，包括廢棄物焚燒發電和利用填埋廢棄物產生的甲烷氣體發電；三是在廢棄物填埋場進行碳儲存并對土壤進行堆肥[9]。近些年來，一些城市陸續提出了零廢棄物的計劃。以紐約為例，規劃要求在2030年，送往垃圾場進行填埋的垃圾量為0，全面實現零廢棄物的目標(圖2)。

圖2 紐約的廢棄物處理方式的變遷 (資料來源：The City of New York. A Greener, Greater New York[R].2011.)

2.1.1 多渠道實施減量計劃

2.1.1.1 開展有機計劃

1993年，紐約創建了堆肥項目，教育紐約人把他們的食物和庭院垃圾堆肥。2013年，紐約市有225個社區堆肥站，未來還將努力建設新場地。同年，紐約推出一個試點項目，在污水處理廠建餐廚垃圾厭氧沼氣池，開始生產沼氣，并利用沼氣發電。紐約的污水處理廠處理有機廢物能力高達每天500 t，占全市總餐廚垃圾約8 %，已產生的能源足夠5 200戶家庭取暖，每年減少9×104t溫室氣體的排放。

2.1.1.2 使所有學校實現零廢棄物

紐約的學校教育下一代要回收廢棄物。這里有一個巨大的機會，將從學校每年減少超過4×104t的廢棄物。110萬名學生適當的回收行為，幫助提高廢棄物的再利用率，并將這種可持續的做法灌輸給學生，使其能夠持續一生。教育部門和衛生部門將合作推出第一批100所零廢棄物學校；在5年內，實現這些學校的廢棄物全部可回收或可堆肥。

2.1.1.3 減少商業垃圾90 %

紐約市的辦公場所、餐廳、酒店和商店每年產生300×104t噸廢棄物；目前，只有不到1/3被回收。政府提出在這些地區，要減少90 %的廢棄物產生量。具體措施包括鼓勵大型商業建筑垃圾的定期審計和制定針對大型商業廢物產生者的零廢物挑戰計劃。2013年，紐約市啟動了自愿商業食品垃圾分流方案，超過100多家餐館參與，承諾實現50 %的食品廢棄物轉移的目標。最初的6個月內，減少了食品廢棄物2 500 t。在此基礎上，紐約將打造大型商業企業零廢棄物的挑戰計劃，要求所有餐飲服務場所，分離食物廢棄物。

2.1.2 提高循環利用率

在一些國際大都市的基礎設施規劃中，比較有特色的指標是生活垃圾堆肥比例、各類垃圾的再循環利用率和減少量(表2)。例如，倫敦提出，到2020年，商業和工業廢物再循環或堆肥的比例超過70 %，建筑施工、挖掘、拆遷垃圾的循環或堆肥的比例達到95 %；到2026年，將實現生物降解垃圾和可回收垃圾被填埋的量為0。

2.2 減少用水量

2.2.1 用水指標的全面降低

有一個趨勢需要得到特別關注，就是在一些國際大都市中，未來的人均用水量是要求減少的，而不是隨著生活水平的提高而增加，這個跟國內存在很大差別。這其中的代表城市包括紐約、倫敦、芝加哥、悉尼、新加坡等。例如，2015年，倫敦每人每天的用水量為164 L，比全國水平高20 L；未來，倫敦通過采用節水設備和措施，使得自來水消費量每人每天不高于105 L，人均每天減少了59 L的用水量。其背景是：泰晤士河提供了倫敦用水的3/4；而未來，倫敦東南部地區人口持續增長，同時，發生干旱的可能性很高。類似的情況還有，芝加哥提出要減少約20 %的用水；悉尼要減少10 %的飲用水需求；新加坡要減少7 %的戶均用水量[10]。

表2 各城市廢棄物規劃的主要指標

2.2.2 節水措施

在倫敦，家庭和工作場所的節約用水，通過既有建筑改造來提高用水效率。更換倫敦的水管的滾動計劃將減少浪費，達到成本效益的最小泄漏水平。發展替代水源，如雨水和中水，將對減少自來水的消耗越來越重要，對提供一個更加可持續和安全的供水基礎設施也是重要的。

另一通過節水措施來降低水用量的典型案例是紐約。城市人口增長增加了對住房、能源和交通基礎設施的需求；然而目前，紐約的日均用水量比50年前少很多(圖3)，成功來自技術進步和更嚴格的節水標準。從1985年開始，城市開始安裝水表跟蹤水的消耗量，這使居民和企業看到每天的用水量和花費；第二年，全市每天的用水量下降了7.57×108L。1994年，紐約推出了世界上最大的廁所更新計劃，淋浴頭和水龍頭都換成低流量裝置，平均減少了37 %的用水量。

圖3 1955-2010年紐約市平均每天的水消耗量 (資料來源：The City of New York. A Greener, Greater New York[R].2011.)

芝加哥的許多地區正受到洪水的威脅。因此，采取的措施是制定雨水管理條例、建設蓄洪水庫和綠色基礎設施。其在水資源管理方面最主要的特征有兩個，一是減少用水需求量；二是在制定土地使用政策和土地規劃時要考慮水資源，鼓勵緊湊型發展的土地使用政策能減少住宅用水和降低供水設施的成本和維持費用。

此外，一些比較新穎的做法也正在逐步得到推廣，包括水足跡標簽和水足跡計算器，以加強對民眾的節水教育。例如，在食品和飲料產品應附上一種新的標簽，以便讓消費者了解更多有關產品水足跡的信息，目的是在水資源日益緊張的今天給人以更直觀的刺激。澳大利亞政府早在2006年就開始推行水效率標簽計劃，以國家行政力量強制水效率標簽應用于日常用水產品，成為呼吁節水的先行者[11]。

3 分散化與本地化

3.1 推廣分布式能源

分布式能源是指分布在用戶端的能源綜合利用系統。一次能源以氣體燃料為主，可再生能源為輔；二次能源以分布在用戶端的熱電冷聯產為主，其他中央能源供應系統為輔，實現以直接滿足用戶多種需求的能源梯級利用，并通過中央能源供應系統提供支持和補充；在能源的輸送和利用上分片布置，減少長距離輸送能源的損失，有效地提高了能源利用的安全性和靈活性；在環境保護上，將部分污染物的排放分散化，便于周邊植被的吸收；同時，將主要排放物實現資源化再利用，如排放氣體肥料化，爭取實現適度排放的目標[12]。

有些城市還專門編制了分布式能源總體規劃，代表如倫敦和悉尼。從2010年開始，悉尼制定了《分布式能源總體規劃》。規劃顯示：30 %的城市電力將來自無碳能源，如風力和太陽能發電，70 %來自廢棄物再生氣三聯供；到2030年，可再生能源可以提供100 %的未來電力，并為之提供了一個路線圖，指導悉尼通過技術手段和具體行動計劃，來減少整個城市的能源消耗和溫室氣體排放量[13]。

在倫敦，未來的區域供熱網絡將由天然氣熱電聯產演化而來，由廢物產生的能源將供應給該系統。未來，該系統將能夠接入成熟的低溫網絡，以能夠利用低等級余熱，最大限度地減少最初能源輸入的需求。分布式能源的更多使用將有助于倫敦變得更加自給自足，并確保其能源需求的安全。倫敦有潛力增加十倍的分布式能源，并大幅增加投資；逐步替代傳統化石燃料，以減少使用化石燃料和CO2排放量，改善空氣質量。

本地化，主要是指提高本地發電和能源的比例，減少外來電的使用比例；對于減排而言，就是可以減少能源在傳輸過程中的消耗，提高能源利用率，減少整個系統的CO2排放量。例如，悉尼提出：到2030年，將具有由本地發電來滿足100 %供電需求的能力。倫敦提出：到2025年，使用的25 %的熱量和電力將是通過本地化的分布式能源系統獲得的，每年將減少257×104t的CO2排放。阿姆斯特丹也提出：選擇產生很大比例的自需能源，包括收集太陽能的屋頂，建設能夠傳輸余熱的封閉式傳熱系統，以及安裝風力渦輪機[14]。

3.2 發展分散式供水

分散式供水，主要是為了應對長期干旱和水資源短缺而采取的一系列供水措施，如控制需水量增長和水源多樣化，以便維持供需平衡，降低供應中斷的風險。悉尼是分散式供水的典型代表。自2006年起，該市已經制定出一套更加可靠且多樣化的供水方案，減小了城市對于降雨的依賴性，降低了干旱斷水的風險，并且延緩了近期對建壩存水的需求。該方案包括節水、深層儲水、水回用和海水淡化。2010年，水循環占悉尼供水總量的6.6 %，并持續增加。2012年，悉尼制定了《分散式供水總體規劃2012-2030》，包括水效率計劃、區域和雨水基礎設施報告、水管理體制、再生水計劃、水平衡和分散式供水系統及機會等內容[15]。其目標是，實現一個城市范圍內的再生水網絡(圖4)。

圖4 悉尼的全城再生水解決方案管理區規模 (資料來源：University of technology Sydney. Report for city of Sydney:recycled water plan[R].2012.)

值得注意的是，即使在降雨量豐富的地區，非傳統水源的開發對于水資源的綜合管理仍十分重要，新加坡就是一個很好的例子。由于集水面積有限且人口密度大，需水量相對較高，因此，新加坡成為了一個缺水城市。其供水系統的主要特色是新生水方案，非傳統的水源包括雨水收集、廢水回收再利用、海水淡化。如今，新生水能夠滿足30 %的用水需求，并且計劃在2060年時能滿足那時50 %的用水需求。另外，淡化海水能夠滿足30 %的用水需求。

4 韌性化與智能化

歐美一些大城市的基礎設施老化現象嚴重，很多都已超過100年的歷史，應對氣候災害的能力較弱，極端氣象災害給老化的基礎設施帶來巨大的挑戰。提高基礎設施的氣候韌性，就是要確保關鍵服務在緊急情況下的連續性，以及服務中斷后更快地恢復。

4.1 開展韌性評估與制定韌性設計導則

紐約將準備編制一個區域韌性評估計劃，對城市的關鍵商品，如食品、燃料、原材料和消費品供應鏈的韌性進行評估；同時，還為防止燃料供應中斷，將制定液體燃料的韌性策略。到2018年，要讓紐約市所有的交通、市政設施和其他設施都采用標準化的韌性設計導則。正計劃實施橫跨五個區的綠色基礎設施，包括狹長的洼地、雨水花園、透水鋪裝和屋頂綠化，以減少進入下水道系統的雨水量。紐約已經在實施的基礎設施韌性計劃，投資超過200億美元，再加上其他區域合作伙伴的費用，合計將近300億美元；政府承諾修復受損的或被桑迪颶風摧毀關鍵基礎設施系統，同時，通過來自聯邦緊急事務管理署的公共援助撥款計劃的數十億美元的資金，來緩解未來的氣候風險，用于投資污水處理廠和泵站的韌性措施，如提升設備和防汛設備、建設擋板，以及安裝備用電源，以確保在大風暴的情況下繼續服務。

4.2供應源的多樣化

以供水設施為例，在保證水源供應方面，是由于不少城市面臨水資源短缺局面，為進一步保證滿足城市對飲用水的需求，就需要增加水源，比如提高使用再生水和地下水的比例。例如，為提高供水的可靠性，洛杉磯提出大幅提高回收利用廢水的計劃[16]，這些再生水將用于部分取代飲用水、補充地下水、農業、娛樂、園林綠化、工業，以及改善環境；悉尼也提出，地下水采集將滿足30 %的供水需求[6]。東京提出：要構建一個強大的水系統，提供一個可靠的污水處理系統和改進的供水系統，準備應對災害和突發事件[17]。

倫敦為保障供水安全，有效地提供額外的可持續水資源，減少水供應短缺，促進雨水收集，使用飲用水和中水循環雙系統，維護和升級供水基礎設施，確保水供應不會對環境產生可能的重大不利影響，禁止工廠抽取地下水。紐約也為維護供水系統的可靠性和韌性制定了一系列措施，例如，啟動每年高達1×106美元的補助計劃，直到2020年，并鼓勵在私人物業內的中水回用。

4.3 多類型設施系統開展智能互聯

紐約正通過合作伙伴關系，確定漏洞，提高冗余度，給基礎設施的風險提供韌性策略。城市在災害中發揮作用的能力取決于關鍵機構的運行、數據的可獲取和安全，電信網絡的運行。政府還將與無線運營商合作，以確保小區基站的韌性；將繼續強化網絡基礎設施，以抵御與風暴相關的停電和電網中斷，以強化城市的支持能力；將建設備份關鍵應用的數據中心，并將其整合進入其運營計劃以保持運行的連續性。

同時，大力推進基礎設施系統的智能互聯工作，包括智能電網和能源互聯網的建設。從傳統的集中式變為智能化的分布式，從而將全球的電網變成能源共享網絡，極大地提高水、電、氣等設施系統的調峰和安全應急能力。例如，東京提出，通過共享能源，努力把東京變成一個智能能源的城市。

5 結束語

國際大都市的基礎設施規劃在很多方面值得國內認真學習借鑒，主要體現在以下三個方面：

(1)理念先進。大部分國際大都市的基礎設施規劃，理念超前。例如，在能源方面，提出了“碳中立”城市的理念，要求大力推廣分布式能源、發電本地化、能源共享化、智能化等；在水系統方面，提出水中立、韌性化、分散化等；在廢棄物方面，制定了“零廢棄物”計劃。

(2)目標很明確，指標有特色。各類基礎設施的規劃目標都非常明確，并設定了具體的量化指標和時間期限。國外總規中基礎設施指標的數量不太多，但是有些指標比較有特色，與其先進的規劃理念密切相關，如人均用水量指標的下降、雨水污染率的降低、可再生能源比例的提升、廢棄物循環和堆肥比例的提升等。

(3)規劃思路清晰，體系完整。主要國際大都市，特別是倫敦、紐約和洛杉磯，在其基礎設施規劃部分，規劃思路非常清晰，從規劃理念、目標、到指標和實施政策，都是一脈相承，使得目標和任務被層層分解，最終保證了目標能夠得以實現。