第46卷第2期2021年2月
环境科学与管理
ENVIRONMENTAL SCIENCE AND MANAGEMENT
VoL46 No.2
Feb. 2021
文章编号:1674 -6139(2021)02 -0034 -04
—以广州城市中央公园为例
方舒\唐坚任洁3
(1.暨南大学力学与建筑工程学院“重大工程灾害与控制”教育部重点实验室，广东广州510632;
2.广东省绿建材与装配式建筑工程技术研究中心，广东茂名525099 ;
3.扬州职业大学，江苏扬州225009)
摘要：前期研究表明，不同下垫面及其组合对微气候调节作用有明显差异，硬地和草地由于缺少植被遮荫温
度上升剧烈超过气象站参考数据成为局部热岛，而乔草、乔灌草垫面降温增湿效果显著，可形成亚热带城市中
心冷岛。本研究以广州市中央公园为实例，引入线性规划方法，将亚热带城市公园的乔灌草下垫面面积最大化
作为目标函数，依据相关规范及条例获得约束条件方程组，应用LINGO软件编程求解线性规划最优方案。该
研究创新引入线性规划方法研究城市规划问题，为亚热带公园绿植高效化、建设森林城市提供科学决策依据。
关键词：城市中央公园•，乔灌草复合绿植；线性规划；高效绿植
中图分类号:X171 文献标志码:A
Linear Programming of Maximizing Green Planting Area of “Arbor _ Shrub _ Grass compound land” in Central Park of Subtropical City
—Taking Guangzhou City Central Park as An Example
Fang Shu1，Tang Jian1’2，Ren Jie3
(1. MOE Key Laboratory of Disaster Forecast and Control in Engineering, School of Mechanics and Construction Engineering,
Jinan University, Guangzhou 510632, China；
2. Research Center of the Green Building Material and Prefabricated Architectural Engineer Technology of Guangdong Province,
Maoming 525099, China ；
3. Yangzhou Polytechnic College, Yangzhou 225009, China)
Abstract：Previous research has shown that different underlying surface and their combination has obvious differences in the microclimate regulation.Hard lands and grasslands become local heat islands because of a lack of vegetation shade and temperatures rising sharply above weather station reference data,but the effect of cooling and humidifying of arbor-grass and arbor-shrub-grass compound land is remarkable,which can form a cold island in the center of subtropical city.Based on the example of Guangzhou central park,a linear programming method is introduced to maximize the area of the underlay surface of arbor-shrub-grass compound land in the subtropical city park as the objective function,the conditional equations are obtained according to the relevant norms and regulations,and the optimal scheme of linear programming is solved by LINGO software programming.This research introduces the linear programming method to study the urban planning problem,which provides the scientific
decision basis for the high efficiency of green planting in subtropical 收稿日期‘parks and the construction of forest cities.
基金项目：研究获得国家社会科学基金一般项目20B ZJ026资助 ^
作者简介：方舒(溯-女，硕士酿生(全日制在读研舫向：森K ey w ord s:city central park;arbO T_shrub_grass compound
green plants；linear programming；efficient green plant • 34 •
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城市绿地公园的作用是为了改善提升整个城市 人工环境质量，却常被加建硬地和建筑，因此有限用 地内的高效绿植更值得深入研究。
乔木可有效改善微气候、提升室外热舒适[1]kendeji
乔灌草型绿地对温度的调控能力有3丈~7丈的差异，灌草型的调节幅度在2T ~3丈[2]，面积相同的不同冠层结构绿地的降温效果和增湿效果均为乔灌 草>乔草 > 灌草[3]。王晶晶[4]研究不同类型的绿地空间，结果表明乔灌草对空气环境增湿效果最佳。研究方法上，徐雅敏[5]建立成本最小化的线性规划模型。张永强等[6]运用线性规划方法分析运输成本问题。线性规划用于城市规划建筑设计领域较少，研究着眼于“乔灌草”复合绿植面积最大化并设 定目标函数，将线性规划方法创新引人解决规划建筑问题。 1研究目的和方法
“乔灌草”复合绿植不仅增加了单位面积“绿 量”，而且影响郁闭度形成绿植“优化结构”。对于 改善亚热带城市环境、特别是用于城市绿芯（中央 公园)效率更高。
基于前期研究，文章主要采用线性规划方法求取“乔灌草”面积最优解，以广州市花城汇广场为例 展开研究。将“乔灌草”面积最大化设为目标函数，依据现行规范确定约束条件方程组，采用UNG0软 件求最优解。
线性规划模型的基本思路是采用线性函数的形 式，列出需要满足的一系列约束条件，设定模型最优 化的目标函数，并在满足这些约束条件的前提之下寻出最优方案。线性规划是管理定量分析的重要 方法之一，研究将线性规划方法创新引人解决规划建筑环境问题。2广州城市中央公园乔灌草下垫面前期研究基于亚热带城市中央公园展开了前期研究，研 究区域之一为广州城市中央公园-花城汇广场（如 图1所示）。花城汇广场是广州市最大的中央公园，占地面积约560 000 m2，广场种植600多棵大树和古树，同时有超过15 〇〇〇m2的浮岛水面，周边规划 建有39幢建筑。花城汇广场可有效调节广州CBD 珠江新城的微气候，还可为市民提供休闲健身场所及举办节庆活动。rgd-208
前期研究选取了花城汇广场代表性7种下垫面 及其组合，分别是：纯草地、乔草组合、水面、灌草组 合、乔(木)硬(地)组合、硬质铺地以及乔灌草组合，对其1.5 m高测点夏季同一时间段内温度、湿度、二 氧化碳浓度以及郁闭度（森林郁闭度：林地内树冠的投影面积与林地面积之比；林冠郁闭度：系统测点 仰视树冠，树木枝体所遮挡的天空球面的比例。本 系列研究采用的是林冠郁闭度）进行观测（如图2 所示），分析得出不同类型下垫面及其组合对于微气候的调节作用的效果、差异及原因。
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监测仪器及频率：
温湿度测量设备为Elitech RC_4HC(温湿度记 录仪/厂家：中国精创），测量范围/误差/精度-温度：-30<^~+60^/±0.5<1：川.1<^；湿度：0%~ 99%RH/ ± 3%RH/0. 1%RH。
图1广州市城市中央公园景观生态图
(注：引自百度图片w w w.sohu/a/345031844_391235。）
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•
温湿度监测数据存储处理分析为Elitech RC _ 4H (监测数据存储和处理分析软件/厂家：中国精 创)。
二氧化碳浓度测量设备为鑫思特HT -2000，测 量范围/误差/精度：0 ~ 9 999 ppm / ± 50 ppm 的± 5%读数/I ppm 。
图2
广州城市中央公园不同下垫面观测点
(注：百度地图标注。）
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图3
不同下垫面及组合对微气候的降温强度
测量时段为2019年9月25日9:00 am ~ 16:00 pm ，测量频率为15分钟间隔。
研究结果表明，城市公园中的植被对于微气 候的改善具有一定效果，其中乔草、乔灌草的降温 (如图3所示）增湿效果显著，可以形成亚热带城 市中的“冷岛”缓解城市热岛效应，而硬地和草地 由于缺少高大植被遮荫，温度上升剧烈，公园局地 甚至超过了气象站参考数据。同时植被较为密集
图4不同下垫面及组合降温与林冠郁闭度相关性分析
的区域对于增加空气湿度、净化空气质量也具有 一定效果。研究结果还表明，下垫面及其组合对 于微气候的调节作用与其（林冠）郁闭度正相关 (见图4)。
“乔木+ ”是乔草和乔灌草复合植被的共同 点，对于改善亚热带城市环境尤为关键，不仅增加
了单位面积“绿量”而且影响郁闭度形成绿植“优 化结构”。
3目标函数及线性方程组建立
基于前期研究将亚热带城市公园、特别是中央
公园(绿芯）的“乔灌草”种植面积，在满足一系列约 束条件下的最大化作为最优解方案。3.1目标函数的确立
广州花城汇广场总规划占地面积约560 000 m 2 即56公顷，下垫面分别由乔灌草、灌草、纯草、园路、
广场、园内建筑物、乔（木）硬（地）组成。设乔灌草 种植面积为h ，灌草面积为，纯草地面积为，园 路面积为&，广场面积为h ，园内建筑物基底面积 为
，乔硬面积为h 。
将广州市花城汇广场“乔灌草”面积h 最大化 视为目标并确立一个目标函数可得：
max = xx
(1)
3.2 约束条件线性方程组的建立
已知花城汇广场总面积为56公顷，可得：
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x : + x 2 + X 3 +x 4 + x 5 + x 6 = 56
(2)(如表1所示）可得：
根据《公园设计规范GB 51192 -2016》[8]的56 x 0. 08 彡尤4 +龙5 彡 56 x 0• 18
(3)3. 3节“用地比例”中的表3. 3. 2“公园用地比例”
尤6
< 56 x (0.01 + 0.30)二
56 x 0. 04(4)
表
1《公园设计规范GB 51192-2016》表 3.3.2“公园用地比例”（节录）%
公园类型
陆地面积
A ^h r a 2)
用地类型
综合公园
专类公园
其他专社区游园动物园
植物园
公园
类公园
绿化
>75>70>80>75——50^
A : <100
管理建筑<1.0<1.5<0.5<0.5——
游憩建筑和服务建筑<3.0<11.5<2.5<1.5——
园路及铺装场地
8-18
5~15
5~15
8~18
—
—
根据《广州市绿化条例（20190701)》[9]第二十 〜+七<=56 *0.08；条：公园的游览、休憩务性、经营性等建筑面积不 得超过总用地面积的百分之五，儿童公园、娱乐性主 题公园除外。居住区绿地和单位附属绿地的绿化种 植面积，应当不低于其绿地总面积的百分之七十五。 公共绿地乔木树冠绿化覆盖面积应当不低于绿地总面积的百分之六十。因此可得：
Xi
+ x 2 + x 3 ^ 0. 75 x 56
(5)xx + x 7 ^
+ x 2 + x 3) x 0. 6
(6)
由此可得出下列目标函数及线性方程组：目标函数:max =力 （7)
约束条件方程组：
x 1 + x 2 + x 3 + x 4 + x 5 + x 6 = 56 (8)56 x 0• 08 彡尤4 + % 矣 56 x 0. 18 (9)尤6 < 56 x 0.04
(10)+ x 2 + x 3 ^
0. 75 x 56
(11)x 1 + x 7 ^ (xt + x 2 + x 3) x 0. 6 (12)
3.3 基于LJiVCO 编程求线性规划最优解
LINGO 软件的原理是采用迭代取值检验法，通 过使用内置的优化模型语言，可以方便快捷地解决 一系列线性及非线性问题。在LINGO 软件中需先输 人一个程序模型，以max 输人即可[7]，在模型窗口设 计的代码如下：
max = x l;
x 6 < 56 * 0. 04 ；
x { + x 2 + x 3 > = 0. 75 * 56；
x Y + x7 > = (x r + x 2 + x 3) *0. 6；
运行代码得到结果见图5。
分析编程运行结果得出，当*2 = % = % = 〇,*4 + % = 4.48时％可取最优值（最大值）为51.52公顷， 同时也可以看到其它的变量值，得到总变量数为7 个，非线性变量为〇，还有经过迭代后松弛或盈綠。
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Xl + x 2 + x 3 + x 4 + x 5 + x 6 = 56;
图
5
最优解的LINGO 求解程序图
x 4 +x 5 > = 56 *0.08；
(下转第 61 页）
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可能相似，与分析Spearman相关系数所得结果一
致。综上可得阜新市PM2.5及P I V^。中元素质量分
数、富集因子、地质累积指数分析结果可知，阜新市
PM25及PMt。中污染元素主要来于土壤风沙尘、建筑
尘、燃煤与汽车尾气。
参考文献：
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赵晓亮等•阜新市大气PM2.5、PM W元素特征及来源解析
(上接第 37 页）2018,40(3):1 -12.
4结论
乔草、乔灌草垫面降温增湿效果显著，可形成亚 热带城市中心冷岛。“乔木+ ”不仅增加了单位面积绿量，而且影响郁闭度形成优化结构。
研究将亚热带城市公园的乔灌草垫面面积最大 化作为目标函数，依据相关规范及条例获得约束条件方程组，以广州市中央公园为实例，应用U N G0软件编程求解得出线性规划最优方案，即乔灌草绿 植面积最优解。研究创新引人线性规划方法分析城 市规划问题，为亚热带公园绿植高效化、建设森林城 市提供科学决策依据。
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[9]广州市绿化条例(20190701). [S].2019.
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