2.3.3　空間形態因素對居民碳排放的影響

Van等（2011）指出，雖然節約能源是碳減排的重要措施，但是城市規劃過程中空間優化策略也是必不可少的。不少學者已經著手解釋城市空間形態和二氧化碳排放之間的關系，特別是城市形態在基礎設施建設（Ishii et al.，2010）、城市交通（Hankey et al.，2010）、城市熱島效應（Stone et al.，2001）、建筑能源效率（Ewing et al.，2008）和居民生活能源需求（Liu et al.，2012）等方面的影響。已有研究表明城市空間形態與CO₂排放有一定的相關性，對碳排放的影響具有重要意義（Wang et al.，2014；Ou et al.，2013）。

2.3.3.1　城市空間形態的概念

城市空間形態，也有學者稱之為城市形態，是指人類活動的空間組織和安排，它影響城市的發展和擴張，以及如何有效地配置資源、使用土地、發展交通運輸和建設基礎設施等（Ou et al.，2013；Bereitschaft et al.，2013）。關于城市空間形態的具體概念，目前在國內外仍然是內涵相對確定、外延相對不確定的概念。雖然城市空間形態相對于城市形態較為具體和明確，但學術界通常將二者互用，不作嚴格區分。城市空間形態被多個學科關注，在研究時，通常進行城市外部空間形態、城市內部空間形態和城市邊緣區等類型的劃分（段進等，1999），也有學者將其總結為布局形態、結構形態和肌理形態（王慧芳，2014）。故學者們對其進行研究時，通常事先對城市空間形態的內涵和外延進行界定，以明確自己的研究范疇。

需要說明的是，根據城市空間形態維度較為權威的劃分方法，一般包括以下五類：景觀生態形態、土地利用形態、交通形態、社區形態和城市設計形態（張純，2011）。在居民碳排放研究的都市區尺度一般所涉及的是土地利用形態、交通形態和景觀生態形態三個維度；而居住區尺度的居民碳排放研究一般是指社區形態和城市設計形態。因本研究側重微觀尺度的研究，后者也是本研究重點關注的對象，下文將進一步詳細說明。

2.3.3.2　都市區尺度空間形態對居民碳排放的影響

在都市區層面上，一般從三個維度考察低碳空間形態：密度（Density）、鄰近度（Proximity）和可達性（Accessibility）（劉志林等，2013）。對其分別梳理如下：

第一，密度通常是關注最為廣泛的指標，包括人口密度和就業密度等。一般認為，城市密度與能源消耗和CO₂排放存在負向相關關系：密度越高，人均能耗和碳排放越低，在交通方面尤為明顯（Glaeser et al.，2010；Jones et al.，2014）。Newman等（1999）通過對全球32個典型城市的對比分析，發現城市居民的居住密度對人均交通能耗產生顯著負向影響，當人口密度小于29人/公頃時尤為明顯（見圖2-3）。Lee等（2014）通過對美國125個城市化水平較高城市的研究發現：人口密度每增加1倍，就會使家庭交通和生活用能分別減少48%和35%，因此，精明增長和緊湊型城市發展策略是減少二氧化碳的有效手段。Liu等（2012）對愛爾蘭首都都柏林地區的研究和郭韜（2013）以中國219個地級市為研究對象進行的實證分析也得出了相似的結論。有學者對此提出質疑，認為沒有消除能源價格、城市規模和社會經濟特征等關鍵外部因素的影響，得出的城市密度和能源消耗之間關系的結論可能會存在偏倚。Jones等（2014）對美國不同空間尺度的家庭碳足跡和人口密度之間的關系進行了研究，包括31531個市轄區10093個城鎮3124個縣276個大都市區376個核心城市和100個最大的核心城市，其中人均家庭碳足跡與人口密度的關系只有在最大的100個核心城市尺度上存在相關性，在其他尺度上均表現為不相關。

雖然較多研究證明居住密度對交通出行的影響是顯著且客觀存在的，但是也有學者指出居住密度對交通出行的影響較為微弱。例如，Schimek等（1996）根據美國居民出行調查數據發現，居住密度與小汽車出行頻率有微弱的相關關系，而家庭收入水平對小汽車出行的影響要顯著得多。因此，有學者指出高居住密度僅是可持續交通出行的必要條件，而不是充分條件（丁川，2014）。事實上，在不同國家和不同時期，對不同城市居住密度的要求不盡相同，如“田園城市”理論認為城市最合理的人口密度是25～30人/英畝，“緊湊城市”理論則認為最佳人口密度是438人/公頃。

第二，城市空間組織的鄰近程度也是廣泛關注的焦點。需要指出的是，城市空間形態的測度指標較多，為便于文獻梳理，將與鄰近程度有關的土地多樣性和城市蔓延歸為此類進行探討。一般而言，鄰近程度高有助于提高人們在城市中各種活動之間的可達性、提高居民職住平衡，從而降低長距離出行能源需求并有效控制碳排放。關于鄰近度的定量測度，可采用研究范圍內居民平均通勤距離的指標，也可采取對遙感影像解譯的方法對城市用地的空間格局進行形象刻畫。

城市蔓延的空間演變作為居民碳排放重要的影響因素受到廣泛重視（Ewing et al.，2008；Bereitschaft et al.，2013；Hawkes et al.，2014；Xu et al.，2014；Wang et al.，2014）。Ou等（2013）對中國發展較快城市的研究表明，緊湊的、多樣化的城市形態（非分散的、單中心）能夠減少二氧化碳排放。此結論與Banister等（1996）對英國、Christen等（2011）對加拿大、Makidoa等（2012）對日本和Wang等（2014）對中國的研究相一致。Louf等（2014）指出面積大的城市相對于面積小的城市人均交通碳排放量較高。Ye等（2015）通過對廈門島區的持續研究，發現城市蔓延的緊湊程度和居民生活用能碳排放有較強相關性。方創琳等（2015）使用中國內地30個省會城市的碳排放面板數據，分析了變化中的城市形態對碳排放的影響，研究表明：城市面積和碳排放量呈正相關關系；城市連續性和復雜性增加有利于碳排放的減少；緊湊型城市可以降低碳排放，增加破碎度和不規則度會導致碳排放的增加。

第三，都市區的可達性對居民碳排放也有顯著影響。都市區的可達性可以通過居民步行范圍內能夠獲取便利的公共交通、就業機會、公共服務等指標進行衡量，考察居民或者社區的比例，從而反映整個城市的可達性情況。一般認為，可達性較高的都市區，有利于低碳城市的建設。

雖然城市空間形態對居民碳排放的影響最直接的表現是在居民出行方面，但其對住宅內的生活用能碳排放也產生了一系列影響。Ewing等（2008）對美國城市形態與住宅內碳排放進行了深入研究，將其作用機理總結如圖2-4所示。其中，以密度、可達性和中心性為考量的城市形態，可以通過影響住房面積和住房類型從而影響居民能耗。他認為，城市空間形態對居民住房類型和住房大小的選擇方面有著復雜的影響。在住宅的供給方面，緊湊型地區往往出現土地購買價格偏高和土地供應緊張等情況，建造多戶或者獨戶聯排住宅的可能性就會較大，房地產開發商因成本原因也可能會在小地皮上建大樓盤（高層）。在住宅的需求方面，一種可能是由于緊湊型地區房價較高，居民可支配收入相對減少，從而降低對住房的需求；另一種可能是由于緊湊型地區交通成本較低，居民有了相對較多的可支配收入，因此傾向于購買更多住房。而大型住宅因供暖和制冷的空間和獨立式住宅表面積較大，故相較小型住宅和聯排住宅而言，對能源的需求也更多。此結論與Holden等（2005）發現的挪威分散式家庭住宅能耗比連體式高出50%的結論基本一致。而美國新建住房平均面積從1995年的約195平方米增加到2005年的約226平方米；獨立式住宅所占比例從1995年的60%上升到2005年的62%，對居民碳排放產生了較大的影響。

此外，楊磊（2012）將城市形態對居民碳排放的研究進行了系統的理論探討，并具體羅列了不同的城市形態指標分別作用于居民燃料、照明、建筑保溫、電器使用、交通等方面的作用機理，如圖2-5所示。研究指出：城市的空間形態要素是影響居民碳排放中介要素的關鍵，但是其影響機理各不相同，其中，建成區形狀的復雜程度與居民建筑碳排放呈負向影響；城市規模對居民碳排放產生顯著正向影響；鄰接性與居民交通碳排放呈顯著負向影響；人口密度對居民建筑碳排放的影響并不確定。

2.3.3.3　社區尺度空間形態對居民碳排放的影響

社區尺度的城市空間形態，也稱社區形態，其概念源于對城市形態概念的界定。中西方對社區形態的理解有一定的區別。我國一般側重于物質空間，即“形（狀）”和“（狀）態”，與城市構型（Urban Morphology）與城市格局（Urban Pattern）相對應；而西方則賦予了其更豐富的內涵，不僅包括物質空間，還包括社會、景觀、經濟、社區、環境等方面的空間布局和開發模式（張純，2013）。社區形態的相關研究內容十分豐富，包含社區用地構成和布局、街道網絡、各種設施可達性、社區感營造、社區居民健康、社區社會融合等問題，而與城市社區居民碳排放相關的社區形態主要是社區用地構成、布局、街道網絡和各種設施可達性。

社區形態的量化指標學術界也并未有一致的看法。國外這方面的研究起步較早，20世紀末基本上已經具有了較為系統的指標體系。Holtzclaw等（1994）指出，可以從住房密度指標（Residential Density）、步行可達性指標（Pedestrian Accessibility）、公交可達性指標（Transit Accessibility）和商業可達性指標（Neighborhood Shopping）四個方面來刻畫社區形態的指標。Cervero等（1995）在研究中引入了盡端路口密度（Percentage of Cul-desacs）和十字交叉口密度（Percentage of 4-way Intersection）等道路網設計指標。此后不久，Cervero等（1997）便進行了系統總結，將已有的相關指標總結為密度（Density）、多樣性（Diversity）和設計（Design）三個維度——又稱“3D”，為以后的研究提供了較為統一的思路。隨后，Ewing等（2001）又增加了距公交站點距離（Distance to Transit）和目的地可達性（Destination Accessibility）兩個維度——又稱“5D”。其中，“密度”是指社區開發的密度，密度高一方面有助于住房消費的低碳轉型，另一方面可以保證就業、商業等活動在適宜步行的距離可達；“多樣性”是以土地混合利用為原則，考慮住宅、商業、服務、就業等用地功能的混合利用；“設計”是指社區道路體系按照步行友好的原則設計，提倡非機動出行和小街區的路網格局，盡可能避免大街區、大馬路的開發模式；“距離公交站距離”是指居住區的居民在適宜的步行距離內可以獲得公交服務；“目的地可達性”是指開發的項目應當布局在可達的區位上。Ewing等（2010）按照“5D”維度，對美國相關文獻進行了梳理，并將幾十種量化指標進行了總結和分析。從國內的研究來看，社區形態的研究主要以人文地理、城市地理和城鄉規劃領域的學者為主，一些學術團隊近些年發表了一系列相關成果。例如，北京大學的呂斌教授帶領團隊進行了較為深入的研究，張純（2015）分析了不同類型的社區居民生活品質隨著社區的物質環境形態、社會環境形態和活動感知形態的轉變而發生的變化。根據居民碳排放的國內外研究，本書將與其相關的社區形態指標總結如表2-12所示。

社區形態對居民碳排放的影響研究聚焦于居民出行和居民住宅內用能兩方面，其中，大多數文獻關注的是居民出行，在居民住宅內生活用能方面的研究較為有限，但二者存在的相關關系是被肯定的。

國外在社區形態對居民出行碳排放影響方面的代表性研究有如下幾個方面。Frank等（2000）對西雅圖的調研表明，家庭密度和就業密度越高的地區，其家庭機動車出行距離（VMT）越短。Krizek等（2003）對中央普吉特海灣地區（Central Puget Sound Region）有搬遷經歷的家庭的調研結果顯示，當居住的社區形態發生變化時，家庭的出行行為會發生相應的變化，尤其是當居住區可達性較好時，家庭的出行距離會相應縮短。Zegras等（2011）對智利圣地亞哥家庭出行的調查結果顯示，不僅家庭收入對溫室氣體排放有重要影響，城市形態（如區位、公共交通服務水平、到地鐵站距離等）也有一定的影響。Krizek Hong等（2014）對美國西雅圖的研究結果顯示，居住區土地混合度對不同目的出行行為的影響有一定的異質性，對于購物等非通勤出行，較高的土地混合度能夠顯著降低其機動車出行距離，但對于通勤出行而言，影響并不顯著。

國內代表性研究有如下幾個方面。潘海嘯等（2009）基于上海不同社區的家庭出行數據，利用多元線性回歸模型和logit回歸模型，分析了街區設計形態與居民出行行為的關系，得出土地混合度高和小路網的居住區的家庭機動出行比重較低、距離較短。馬靜等（2009）、張文佳等（2009）和柴彥威等（2012）對北京市的10個小區進行了調研，發現距市中心的距離、家庭社會經濟特征、公共交通可達性、商業密度等對居民購物出行距離有不同程度影響；居住區位的差異會導致居民購物出行目的不同組合，但對購物出行頻率的影響并不顯著。霍燚等（2010）通過對北京市38個社區826個居民的調查發現：擁有私家車的可能性隨著離市中心距離的增加而顯著提高。陳燕萍等（2011）通過對深圳的調研發現：城市中心和城市副中心片區的居民更傾向于選擇公共交通出行。楊陽等（2011）對北美關于居住區建成環境與家庭出行關系方面的研究思路、方法和結論進行了系統的梳理和總結，指出微觀經濟學中的效用和約束模型在解釋城市形態對出行的影響機理方面有較大優勢。馬靜等（2011）基于對北京市居民活動日志的調查，采用結構方程模型深入挖掘社區形態、個體屬性以及日常出行碳排放之間的內在關系，指出城市空間結構對居民出行碳排放有顯著影響，單位社區居民出行整體具有“低碳”性質。姜洋等（2011）將濟南市被調查的9個小區分為超大街區式、密方格網式、傳統胡同式和單位鄰里式四種類型，提出超大街區式的高密度開發模式不利于居民低碳出行。黃經南等（2013）對武漢的研究指出，土地混合度與出行碳排放成反比。楊文越等（2015）構建了廣州市市轄區社區低碳出行指數，并采用地理加權回歸進行了空間異質性的分析，結果表明低碳出行指數呈明顯的圈層結構，每一圈層內部還存在較大差異，社區人口密度越大，低碳出行指數越大，社區公共交通站點和社區道路交叉路數量越大，出行低碳指數越小。黃欣然（2015）對西安的不同類型社區居民進行了調研，同樣發現居民的碳排放與離市中心的距離呈正相關，但只考慮碳排放高的群體，則其特征與區位無關。已有的實證研究表明家庭社會經濟特征和土地利用對家庭出行行為均存在影響，但誰是決定性因素并沒有統一的定論（任晉鋒等，2011）。

相對于社區形態對出行碳排放研究的熱度，社區形態對住宅內生活用能碳排放的研究相對冷清。事實上，到2020年我國將新增房屋建筑面積約300億平方米，建筑生產能耗碳排放和維持建筑中各類活動正常運行而產生的碳排放約占全國碳排放總量的17%和60%（姚德利等，2011）。而城市的緊湊度、各功能區的布局、公共交通的配置、配套功能設施的完善程度等都會影響到家庭生活用能碳排放（張艷等，2011；Norman et al.，2006）。

Baiocchi等（2015）提供給決策者的并非能通用于所有居住區的萬全之策，而是提供出每一類居住區合適的和特定的減排策略。在研究中指出，典型居住區的排放模式也取決于居住區的空間環境，居民的碳排放有空間鎖定的生活方式（Location-specific Lifestyles）。

居住區的空間形態如果僅考慮一個居住區的物理形態，而不考慮其更廣闊的外部環境，是不能準確把握居住區的全面狀況的，如兩個建筑密度完全相同的居住區，一個在小鄉鎮，另一個在倫敦的市郊，這兩個居住區是有實質性的區別的（Büchs et al.，2013）。

Heinonen等（2013）通過對芬蘭四種不同城市形態下的4410位居民的調查，獲取了居民日常行為活動和消費的分時數據，對居民行為及其產生的溫室氣體的影響機理進行了深入分析，提出了情景化生活方式（Situated Lifestyles）理論，指出生活方式是受住所約束的，居民行為是受住所和空間位置的鎖定的。情景化生活方式理論將居住區形態作為居民消費模式的基礎，因為居住區形態影響住宅類型、職住距離、商品和服務的可達性、社會聯系、消遣方式的選擇等。城市形態從而反映在行為模式、時間分配和購買決定方面，進而決定居民生活方式（日常居家與出行活動的時間分配、出行的方式與頻率、購買決策等），即使在高度整合的水平下，城市形態對時間分配和購買選擇的影響程度之深足以產生可識別的生活方式。

秦波等（2012）對北京的調查指出建筑密度對居民直接碳排放呈負向作用；社區的居住用地比重高，則較為高碳；就業用地比重高，則社區較為低碳。秦波等（2013）通過對北京1188份家庭碳排放問卷進行統計分析得出：家庭建筑碳排放與所在功能區的城市人口密度存在彈性關系。當控制住人均住房面積、家庭成員數、家庭人均收入的情況下，四類功能分區人口密度對于各自分區內家庭建筑碳排放的彈性系數不同：首都核心功能區、城市功能拓展區、城市發展新區及生態涵養發展區中，建成區人口密度每增加1%，家庭建筑碳排放量將分別隨之降低0.037%、0.050%、0.064%和0.082%。因此，建議北京在保證居民生活舒適度的情況下，功能拓展區應盡量采取緊湊型城市發展模式，城市發展新區應主動吸收被疏散人口及新增人員，在緩解首都核心功能區與城市功能拓展區壓力的同時，提高自身人口密度，堅持緊湊化發展，提倡中小戶型住房，嚴格控制大戶型住房比例。

整體從城市形態對居民碳排放的影響來看，量化城市形態和碳排放關系的研究起步較晚且數量有限（Fang et al.，2015），尤其是城市微觀形態（即社區形態）對居民碳排放的影響研究因缺少相關的官方數據，成果也相對缺乏，多數研究基于遙感和統計數據研究城市尺度空間形態及其與碳排放關系，而基于調查數據與遙感數據相結合研究居住區尺度空間形態與居民碳排放的關系值得關注。未來的研究可以在借鑒現有城市尺度空間形態研究的基礎上，深入挖掘社區形態的可量化指標，深入調研尋找規律。