摘要：党的二十大报告进一步强调“推动绿色发展，促进人与自然和谐共生”的目标，从国家战略层面确立了未来我国城市可持续发展的方向。在当前推行“循环经济”与“存量优化”的双重背景下，我国正积极推进大规模的城市更新行动，国外可持续城市设计理论与实践案例对于我国城市更新行动可

荷兰位于欧洲大陆西部，西北两侧均临海，国土面积仅4.15万km²，且50%的土地海拔低于海平面，密集的人口、频繁的水患以及稀缺的土地成为制约荷兰可持续发展的关键因素。为应对全球气候变化、资源枯竭和环境污染等问题，荷兰中央政府于2011年启动了三角洲项目（The Delta Programme），旨在通过雨洪管理、淡水供给与空间自适应性进行有机融合，探求其三角洲城市可持续发展的新范式。其中，鹿特丹作为荷兰城市化程度最高的城市之一，在三角洲项目的指导下先后制定了“鹿特丹气候变化策略2013”“鹿特丹区域空间规划2020”“鹿特丹韧性战略”等政策，以促进城市的可持续发展。

在此背景下，2014年第六届鹿特丹国际建筑双年展（IABR 2014）以自然化城市（Urban by Nature）为主题，基于自然与城市协同共生关系的视角探求实现未来城市可持续发展的新模式。IABR 2014设立了三个面向自然化城市主题的项目工作室。其中，由鹿特丹政府联合荷兰应用科学研究组织（TNO: Netherlands Organization for Applied Scientific Research）、荷兰环境评估机构（PBL: Netherlands Environmental Assessment Agency）、JCFO 事务所（ JCFO: James Corner Field Operation）以及 FABRIC事务所（FABRIC：FABRICations） 共同成立的鹿特丹项目工作室（Project Atelier Rotterdam）（下称“工作室”）以循环经济为导向，提出了以城市代谢（Urban Metabolism）【最早由美国生态学家阿贝尔·沃尔曼于1965年针对美国城市生态问题提出，用以研究城市生态系统中水、能源、建材、食物和废弃物等物质的输入、转化、消耗与输出过程及其影响与驱动因素，以及其对外部生态环境的影响作用】为主题的设计驱动型研究项目——“城市代谢：鹿特丹可持续发展”（Urban Metabolism: Sustainable Development of Rotterdam）。该项目的主要价值是将城市代谢概念引入城市可持续发展研究，运用城市代谢的基本原理与方法，以城市空间设计为核心提出了城市物质流分析、物质流优化策略及其环境影响评估的系统研究框架，为城市提供了一种具有重要启示与推广意义的可持续发展模式。基于此，本文通过解析该项目，总结循环经济导向下将城市代谢应用于鹿特丹可持续发展研究的思路与方法，以期为我国城市的可持续发展研究提供有益借鉴。

1 项目的背景概述

面对全球资源、能源和食物短缺以及气候恶化等生态问题，IABR 2014自然化城市策展人荷兰景观学者德克·赛蒙斯，立足人类世（Anthropocene）【一个地质学和环境学术语，由荷兰大气化学家保罗·克鲁岑于2000年左右首次提出，用来描述地球历史上由人类活动对地球生态系统产生显著影响的地质时期，强调人类活动对地球环境造成的持久且不可逆的改变，以唤起人类对可持续发展和地球未来走向的深刻思考。该概念尚未正式被国际地层委员会（International Commission on Stratigraphy）认定为一个正式的地质年代概念】视角，将自然置于城市之中，指明其协同共生关系作为自然化城市的内涵，并指出“城市和自然在空间上相互重叠且在功能上相互作用……如果我们将城市视为自然生态系统，分析其结构和代谢，理解并利用其物质流的过程，则能使城市更具韧性，从而有助于建立一个更可持续的未来”。因此，赛蒙斯通过类比人体中血液、淋巴液、营养物质等“流”的重叠网络分层代谢系统，引用城市代谢概念来描述城市生态系统，将自然化城市描述为由满足城市人居需求且影响其质量的若干重要“流”以及城市和自然协同共生关系网络所组成的城市生态系统。赛蒙斯进而提出了自然化城市主题下城市代谢研究的四项任务：（1）通过探求基于城市代谢效率的流及其基础设施策略，确保水、食物和能源等日常必需品的质量和数量，从而推动循环经济的发展；（2）通过水网、电网、热力网与运输网等基础设施网络的优化，创造流之间的凝聚力，从而促进其有效结合；（3）通过数据分析，挖掘缩短、连接或闭合流的循环潜力，将一种流的输出作为另一种流的输入，以建立其“生产—消费”链，从而最大化地改善其环境绩效；（4）通过现有和新型城市基础设施网络的规划设计，重塑各类高效生态功能空间的“空间秩序”，从而有序推进城市扩张。

基于此，工作室通过区分产业生态学和社会生态学中的城市代谢概念，指出其核心内涵是“物质流”（substance flows），即所有从一个地方流向另一个地方的“事物”，包括商品、人群、空气、信息、废物等要素，流入城市后经使用或存储（或不存储）而流出城市并对城市社会、经济和生态环境的可持续性产生影响的全部过程及其相互之间作用所形成的连接方式。由此，工作室立足于空间视角重新审视城市代谢的概念，以循环经济为导向，在物质流分析的基础上提出基于空间设计手段的物质流优化策略及其环境影响评估方法，从而推动城市向循环经济转型以实现其可持续发展。

2 九类重要流

为探明城市代谢对鹿特丹可持续发展的影响作用，工作室将货物、人群、废物、生物群、能源、食物、淡水、空气、沙土作为城市代谢分析的九类基本要素，并从中选取货物、能源、食物、淡水、废物作为城市代谢分析的五类关键要素，采用物质流分析（material flow analysis）和生命周期分析（life cycle analysis），以桑基图（Sankey Diagram）【一种特殊类型的流程图，以其发明者爱尔兰工程师理查德·桑基的名字命名，用于可视化和定量化描述物料、能量、资金或其他资源在系统中由输入至输出的流动方向和规模。在桑基图中，箭头宽度表示流动的数量或比例，节点代表流动过程的某个步骤或阶段，箭头则连接不同节点，直观地显示了各个步骤或阶段之间物质或能量流动的方向和规模】的形式，研究物质流通量和流通过程，并将其作为后续其他四类要素城市代谢分析的参照（图1）。

注：能源流的大小以天然气当量作为计量标准（1TJ=0.0264kton）。

图1 鹿特丹淡水、能源、食物、废弃物和货物的城市代谢桑基图

此后，工作室将鹿特丹区域和城市两个尺度作为城市代谢分析的系统边界，并逐一展开九类基本要素的物质流分析——以两种尺度的地图为底图，分别将“输入—消费—输出”的物质流动过程映射其中，并将其与城市功能空间、土地利用、地理位置等信息关联，形成包含物质流空间属性信息的物质流地图。工作室以物质流地图作为可视化分析的基础，从城市生活、经济和生态三方面依次厘清了九类基本要素物质流的现存问题，以此作为后续物质流优化策略研究的基础。其中，货物流涉及转口贸易引发的零售业衰败问题；人群流涉及职住分离引发的长距通勤问题；废物流涉及垃圾丢弃引发的原材料浪费问题；生物群流涉及人类建设活动引发的自然生境侵蚀问题；能源流涉及工业余热排放引发的能源浪费问题；食物流涉及食物生产和有机废物丢弃引发的养分流失问题；淡水流涉及海水倒灌与雨洪作用引发的淡水盐渍化问题；空气流涉及交通运输尾气排放引发的空气污染问题；沙土流涉及水土流失引发的沙土淤积问题。

3 物质流优化策略

在城市代谢分析的基础上，工作室以循环经济为导向，整合“城市矿产回收”和“经济产业集群”方法，提出一系列有关空间经济学的设计理念，面向城市空间设计提出了两种以物质循环为城市代谢效率提升目标的物质流优化方法，分别为：（1）利用各物质流之间的空间临近性，在本地空间层面就近将其彼此连接，促进其间的物质交换与协同；（2）以“重复使用、重新设计、创新和替代”为原则，通过建立各物质流自身的“生产—消费”链，实现其闭合循环。基于此，工作室将上述方法分别应用于鹿特丹区域尺度和城市尺度的空间设计，相应提出了资源收集、群落生境创建、能源废物引导和再产业化催化四项物质流优化策略。

3.1 资源收集策略

资源收集策略注重从废物和食物中获取原材料作为再生资源加以循环利用。区域尺度主要关注近海码头区和园艺中心区等区域的废物回收与再生利用。其中，近海码头区通过增设近海水产养殖基础设施，从海水中收集养分，用于海藻培养及其副食品生产，从而实现养分的循环利用；韦斯特兰德（Westland）园艺中心区和奥斯特兰德（Ostland）园艺中心区通过收集各类园林废物等生物质，将其升级循环（upcycling）为生物基原料，用于生产塑料、药品和建材等产品。城市尺度主要关注污水处理厂和居住区等城市空间中废物的回收与再生利用。其中，污水处理厂利用现有技术，从人体排泄物等污水或废水中回收磷酸盐，用于生产温室农业所需的肥料。居住区则通过垃圾粉碎机和污水分类系统，分离出果蔬垃圾，用于培育作为蛋白质替代物的昆虫；同时，居住区还通过增设“剩余物超市”，将电子垃圾等价交换为其他电子产品和现金，或经由配送中心转运至港口回收中心，实现材料的再生利用（图2）。

图2 鹿特丹区域尺度（左）和城市尺度（右）的资源收集策略

3.2 群落生境创建策略

群落生境创建策略注重利用本地淡水和沙土的地质动态变化过程，创建兼具生态、生产和休闲价值的群落生境，从而改善其环境条件。区域尺度主要利用区域空置空间创建生态能源网络、水体景观等自然生态环境。其中，生态能源网络通过利用高压线等能源网络下部的空置空间创建与自然环境连接的生态区域，形成适合动植物赖以生存与迁徙的生态廊道；水体景观则通过利用现有水道与雨水广场，在鹿特丹城郊储存雨水，在干旱季节供给淡水，并防止其盐碱化，从而形成天然水草甸景观。城市尺度主要关注利用港区、堤岸和码头等空置空间创建生态洪泛平原与海滨公园等自然景观环境。其中，港区通过利用入海口沙土沉积物堆积作用，形成可用于粮食生产和牡蛎养殖的新港区；堤岸通过就地使用港口疏浚清理出的泥沙，软化现有堤岸，形成可用于农业耕地的生态洪泛平原；码头通过利用淤泥沉积作用，填充未被充分使用的码头滑坡，从而取代持续清淤工作，形成适合洄游性鱼类生存的生态海滨公园（图3）。

图3 鹿特丹区域尺度（左）和城市尺度（右）的群落生境创建策略

3.3 能源废物引导策略

图4 鹿特丹区域尺度（左）和城市尺度（右）的能源废物引导策略

3.4 再产业化催化策略

再产业化催化策略注重利用区域和城市交通运输与产业功能的更新，促进货物运输条件、人群通勤效率和空气环境质量的改善，从而实现其经济和生态效益的增长。区域尺度主要关注新型产业轴带和区域公共交通环线的更新。其中，新型产业轴带方面通过利用货物运输产业的附加值发展知识创新型产业，在运河港口、韦斯特兰德和奥斯特兰德的货运枢纽连接区设立知识创新型开发区作为知识创新型产业轴带；公共交通环线方面利用现有区域公共交通网络，创建轻轨环线以连接城市、运河港口和新型产业开发区的货运和客运枢纽，从而促进货物和人群的流动。城市尺度主要关注电动交通环线与街道产业功能的更新。其中，电动交通环线的更新通过连接高速公路网和水路网，将港口区和工业区等货物枢纽、铁路站与体育场等集散枢纽相连接，形成由船、自行车、电动货车、储物柜和提货点组成的货物配送与人群通勤网络，从而减少机动交通的消极影响；街道产业功能利用街道已衰败的零售业空间，通过街道空间重塑和功能分区规划，促进港口大道、城市大道和数据大道的产业功能更新，从而形成产业功能混合的新型共享街道空间（图5）。

图5 鹿特丹区域尺度（左）和城市尺度（右）的再产业化催化策略

4 物质流优化策略的影响评估

依据上述策略，工作室以数据信息的形式绘制了鹿特丹新的城市代谢流程图，以探求实现其物质流闭合循环的潜在地点。此外，工作室以实时数据为基础，突破传统经验式预测方法，通过建立数据模型，分别从减少稀缺资源使用、限制碳排放、降低空气污染、增加经济价值、增加工作和就业、减少交通拥堵六个方面，核算并评估四类物质流优化策略对社会、经济和生态环境的影响。

4.1 资源收集策略的影响评估

4.2群落生境创建策略的影响评估

群落生境创建策略的影响评估主要考量以雨水收集、存储与利用为主的淡水流的作用。淡水流评估以解决淡水盐碱化为目标，在统计鹿特丹降雨（雪）和饮用水量的基础上，改变传统“渗透—存储—排放”的雨水管理模式，通过利用水道、广场、绿地等创建季节性雨水存储区，计算可供干旱夏季使用的淡水储量，即全年1%的降雨量（约16小时降雨量），由此评估其对于防止淡水盐渍化、促进淡水循环以及提升休闲与生态价值的影响。

4.3能源废物引导策略的影响评估

4.4 再产业化催化策略的影响评估

再产业化催化策略的影响评估主要考量以城市过境货物运输为主的货物流的作用。货物流评估以3D打印、物联网、机器人与传感技术等数字化制造及其工艺应用为基础，通过创建由电动交通环线和货运枢纽所组成的且与原有通往城市中心的交通网络相连接的智能物流网络，计算货运运输次数的减少量及其相应汽油消耗的减少量，即17万次货运运输次数减少量及其2.5万辆汽车油耗减少量，由此评估其对城市环境的综合影响。

5 项目实施与总结评价

“城市代谢：鹿特丹可持续发展”以循环经济为导向，基于城市代谢理论，从物质流分析、优化策略、影响评估三方面构建了鹿特丹可持续发展的研究框架，以此作为鹿特丹政府部门和各利益相关者制定鹿特丹可持续发展决策的管理工具箱。此后，该项目以五类关键要素的物质流优化及其影响为准则，与鹿特丹气候计划（The Rotterdam Climate Initiative）、鹿特丹能源方法和规划（REAP: Rotterdam Energy Approach and Planning）、鹿特丹韧性战略（Rotterdam Resilience Strategy）等政策结合而得以实施。其中，货物流依托港产城融合，推动了数字化转型，建成水路、公路与铁路联运的腹地运输网络，以及包含金属材料3D打印、再生能源实验室、机器人技术等在内的RDM创新产业园（RDM campus），从而实现了货物本地生产与运输的优化；能源流依托港口工业建成了26km余热管道与6万套住宅供热网络，连接并启动了建设通往海牙的WarmtelinQ余热输送管道以及年储250万吨的Porthos北海海底空置气田碳捕集和封存项目，同时太阳能光伏面积增至2023年的1.1km²，加速了可再生能源转型；食物流依托鹿特丹自身农业优势建成“屋顶农场”、“漂浮农场”和“社区农园”等都市农业项目，并实现了其商业化经营，尤其韦斯特兰德园艺中心区温室同时实现了食物生产、余热和CO2利用以及生物基原料炼制等规模化运营；淡水流依托一体化水循环管理将雨水收集、输送和存储与绿色屋顶、雨水广场、湿地公园等相融合并建成超过18.5万m²的绿色屋顶、9000m²的本瑟普林广场（Benthemplein）水广场以及1万m³的博物馆公园停车场地下蓄水库等蓄水空间；废物流依托鹿特丹废水处理系统，从中回收磷酸盐、硝酸盐、纤维素等各类养分，并结合房地产项目建成了诸多分散式和集中式社区养分回收处理设施。此后，鹿特丹市政府、环境保护局、市政交通运输局、港口管理局等机构不断更新九类流的实时数据，并将其影响评估拓展至生态系统服务层面，提出了扩大都市农业规模、鼓励绿色社区建设和创建政府合作平台三项举措。此外，工作室也致力于其成果与“智能城市规划师”工具的整合，依据鹿特丹“能源地图集”上线的太阳能发电模块，利用城市代谢数据，启动了开放数据平台的研发。

“城市代谢：鹿特丹可持续发展”作为一项多方联合的设计驱动型研究项目，虽然其理论和实践探索借助鹿特丹现有举措取得了一定进展，但仍存在诸多需要改进之处。（1）资源要素方面，项目选取的九类要素较为繁杂且部分要素的物质流分析与其后续的优化策略缺乏对应性，缺少与可持续城市规划与设计相对应的要素筛选及其优先级评定等方面的研究。（2）尺度层级方面，项目聚焦于区域和城市两种尺度的物质流分析，与基于建筑、港区或街道尺度提出的优化策略缺乏一致性，缺少与两种尺度相衔接的建筑或街区尺度的物质流分析等方面的研究。（3）物质流分析方面，项目聚焦于五类关键要素物质流的数据统计及其量化分析，忽略了其余四类要素物质流的研究，且九类流的空间属性分析缺少量化核算数据的空间映射研究。（4）优化策略方面，项目聚焦于基于空间临近性的物质流协同作用的研究，提出了以定性分析为主的概念化优化策略，但与后续以定量分析为主的影响评估缺乏延续性。

近年来，FABRIC事务所沿用“城市代谢：鹿特丹可持续发展”项目的研究框架，分别对荷兰阿姆斯特丹（2015年）、比利时布鲁塞尔（2017年）、比利时安特卫普（2018年）以及哈萨克斯坦阿拉木图（2019年）展开了淡水、能源、食物和材料等资源的物质流分析，通过确定各城市向循环经济过渡的潜在驱动因素创建其数据可视化“潜力地图”，并提出实现循环经济举措的城市空间更新设计策略。2023年，FABRIC事务所在总结上述项目成果的基础上，立足于“城市作为一个系统”的视角，以城市代谢为基础，以循环经济学为导向，通过绘制城市代谢地图深入探析城市的底层系统和肌理结构，借城市系统的代谢优化设计提出建筑、社区和景观等新型城市形式与功能的设计策略，构建了驱动城市可持续发展的城市设计研究框架。UPI

作者：高晓明，山东建筑大学建筑城规学院，副教授，硕士生导师；山东建筑大学院士创新平台“动态建筑模块化研究实验室”，副主任。155141651@qq.com

管轩漫，山东建筑大学建筑城规学院，硕士研究生

赵继龙，山东建筑大学建筑城规学院，教授，博士生导师

李超先（通信作者），山东建筑大学建筑城规学院，讲师。lichaoxian19@sdjzu.edu.cn

胡世斌，中国二十冶集团有限公司，助理工程师

编辑| 王 暄

排版| 徐嘟嘟

审定| 陈 明

本文为本订阅号原创

来源：国际城市规划