贺丽洁 郭星月
(中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院，北京 100083)
随着我国经济发展方式的转变和“双碳”目标的不断推进，大批煤矿相继关停。据统计，截至2014年，我国累计关闭的煤矿约有7万处，总资源空间420亿m3，相当于7座千万人口超大城市空间；
仅2016年全年关闭的煤矿约2 000个，相当于1座百万人口的大城市空间；
2020年关闭煤矿数量达到1.2万处，2030年将高达1.5万处[1]。随着大批煤矿的加速关闭，产生了大量煤矿废弃地，也带来了地表塌陷、土地荒漠化、植被破坏、环境污染等问题。随着城市的快速发展和用地扩张，处于城市边缘的煤矿废弃地逐渐被包围起来，成为了制约城市发展的问题所在[2]。对煤矿废弃地的改造更新，有助于改善矿区内的生态环境，缓解城市用地紧张问题，减少土地浪费，弘扬矿业文化，为矿业城市转型升级提供新的发展机遇。
城市触媒理论是促进城市经济复苏、再造城市活力的城市理论；
主张通过“触媒”来引起城市发展连锁效应，以废旧城区改造升级来激发区域活力[3]。通过引入触媒理论指导煤矿废弃地更新利用，完成我国煤矿废弃地的改造和升级，以期为我国煤矿废弃地的更新利用研究提供全新的方法和视角。
1.1 城市触媒理论及相关研究
城市触媒理论是由美国学者Wayne Atton与Donn Logan于1989年提出。城市触媒类似于化学中的“催化剂”，其作为城市中新置入的元素具有激发相关元素的作用，即一个开发可以引发多项开发的连锁反应，最终带动和激发城市的建设与复兴，促使城市结构进行持续、渐进的发展[4]。触媒的作用并不是简单的元素集合就可以实现，而是在项目或城市建设中阶段性的发挥效益，这个过程可以通过确定开发时序来进行引导。由于不同触媒元素的区位优劣、规模与影响力大小、经济效益的高低等不同，在作用的能级上就不同。因此在确定开发时序时，优先选择影响力较大的触媒元素进行初期开发来激发城市活力，提升城市吸引力；
根据触媒的链式效应选择受到初期改造影响较大的触媒元素进行中期开发以及远期开发，逐步进行后续区域开发，最终协同带动整片区域的发展。
国内触媒理论的应用方面主要集中在城市更新建设、古城镇及历史化街区的更新活化、轨道交通枢纽点刺激周边发展、生态景观触媒等[5]方面。2010年以来，国内有关触媒理论的研究成果大量增加，从侧面印证了此理论在中国城市规划设计中的适用性。金广君等将触媒理论引入深圳宝安新区规划建设中，解析了触媒理论在城市规划中的作用[6-7]。蒋朝晖将古城、历史街区作为城市规划建设中重要的触媒点，探讨了触媒理论在历史街区与旧城保护方面的应用[8]。卢济威等探讨了将城市轨道交通作为触媒元素，对城市结构发展的促进作用[9]。苏锐提出了城市触媒理论指导下城市工业遗产的更新策略[10]。
国外触媒理论研究最先在美国提出，20世纪末备受欧洲学界的关注；
主要代表性研究是以特定类型的城市建筑元素为主体和以非物质性城市触媒为主体两种。Chapin将体育设施作为城市更新触媒元素进行规划设计[11]；
Juliet以伦敦泰晤士河堤岸公园为例，拓展了城市触媒理论的概念定义[12]。Beck等探讨了将社会企业与文化遗产作为城市触媒元素对社区建设发展的促进作用[13]。
综上所述，国内外对于“触媒理论”的相关研究主要集中于历史街区保护、城市轨道交通、单体建筑设计等方面，鲜有将其应用到矿业废弃地的更新与再利用中。引入触媒理论，利用其导入新元素可以激发多项连锁反应的特点，对煤矿废弃地进行区域系统的综合改造，可以激发区域活力，促进区域经济发展。
1.2 煤矿废弃地的触媒元素确立
物质形态的触媒可根据空间形态，分为点触媒、线触媒和面触媒三类。一方面，可以从区域范围来研究，将整个煤矿废弃地作为点触媒元素；
将煤矿废弃地周边的水岸线、交通道路作为线触媒元素；
继而进一步扩大到区域范围内形成面触媒，产生连锁效应，带动区域整体发展；
另一方面，也可以从场地范围对矿区内部进行研究，则是将建筑物单体、建筑构件、景观小品等作为点触媒，通过对矿区内废弃建筑的改建、功能置换、环境重塑等，塑造具有矿业特色的开放空间节点。同时在原有矿区内部交通路线与建筑物的基础上，重新梳理规划交通流线，构建尺度适宜的慢行交通系统。通过慢行交通系统，有效联动各个空间节点，形成线触媒，强化触媒效应，延缓触媒效应衰减速度[14]。最终通过点触媒、线触媒架构了矿区内部的核心空间结构，在此基础上补全缺失的肌理，形成面触媒，从而带动整体区域发展。
非物质形态的触媒指的是无形的物质，包括政府政策、人文精神、体育活动之类的城市事件等[15]。矿区内的非物质触媒要素包括区位潜力、矿业文化、场所精神以及政策引导等。首先，矿业废弃地位于城市内部，具有良好的区位潜力和发展优势。其次，人们在采矿过程中积累的物质与精神文化，是矿业文化乃至工业文化的一个重要组成部分。再次，矿区伴随着几代人的生活和成长，具有浓厚的场所精神，周边居民对其有着深厚的情感。最后，适宜的政策法规可以引导城市矿业废弃地再利用的发展方向和规划格局。
综上所述，在煤矿废弃地的更新利用中，需要将具有短期、外在特点的物质触媒元素与具有长期、内在特点的非物质触媒元素综合考量，才能够达到可持续发展的目标。
1.3 煤矿废弃地的触媒特征
1.3.1功能触媒：符合城市发展的功能置换
煤矿的长期开采，造成煤炭资源走向了枯竭。许多煤矿废弃地无人管理，严重浪费了土地资源。将功能触媒引入，把文娱产业、商业功能、展览休闲等功能引入煤矿废弃地的更新改造，对废旧厂房、废弃铁轨、矿业设施等进行功能替换，创造符合城市发展需要的后工业区域，赋予矿区新功能。在场地内植入新的业态模式，发挥触媒的连锁效应带动周边地区的发展，使矿区适应城市的可持续发展与居民的生活需求。
1.3.2文化触媒：连接矿业文化与居民生活
文化触媒是矿业文化和居民生活记忆的载体，也是保护和恢复废弃煤矿不可或缺的推动力。煤矿废弃地内遗存的选煤楼、炼煤楼、厂房等建筑以及各种设备部件、管道设施等是矿业文化的物质载体，体现了矿业文化的核心和矿业时代的演变历程。将这些元素与区域功能相结合，用于科教展览、矿业知识的普及与宣传，形成煤矿废弃地的文化触媒，展现场地文化的记忆与感动。
1.3.3景观触媒：生态环境的可持续性
由于矿业开采，破坏了大面积的自然生态环境，使矿区成为了城市中环境质量较差的区域。大面积的开采挖矿，造成了地表塌陷，土壤盐渍化严重，周围区域的生态环境也遭受破环。景观触媒可以通过生态景观的规划设计和可再生能源的使用来引导矿区形成健康安全的绿色区域，达到改善生态环境的目的，最终推动矿区的生态文明建设和可持续发展。
1.3.4交通触媒：动态连接矿区内部空间
在煤矿废弃地内搭建人车分离立体化交通系统，具体连接地面铁轨遗址，搭建空中轨道、空中步道、健身步道等，在保护原有的铁路遗迹与特色厂房的基础上，将矿区内分散的灰色区域重新连接为一个有机整体，使得场地内部的交通流线更加顺畅。交通触媒的引入，不仅使矿区内部空间动态连接，同时与周边交通也构成了和谐、统一的整体。
2.1 区位分析
王平煤矿所在地势四面环山，东西走向长5.4 km，南北相距2.5 km，面积13.5 km，是长安街及其延长线的西延伸段，位于京西文脉网的中心处(图1)。矿区遗留的主要工业建筑及构筑物包括选煤楼、厂房、选煤车间、废弃铁轨等。G109国道将王平镇煤矿与门头沟新城连接；
大台线24和丰沙线两条铁路经过的火车站点将京西矿区的各矿业废弃地联成一线；
同时，正在建设的地铁S1线加强了京西矿区与城市中心的连接。
a—周边山系水脉；
b—周边住区；
c—周边交通。图1 王平煤矿区位Fig.1 The location of Wangping Coal Mine
2.2 文脉分析
京西矿区周边分布着北京的自然历史风光与煤矿文化遗产。主要文化景点有三山(灵山、百花山、妙峰山)、两寺(潭柘寺、戒台寺)、一涧(龙门涧)、一湖(珍珠湖)、一河(永定河)。历史上京西煤矿是皇家官窑，拥有近千年的开采历史，是极具特色的非物质文化遗产。同时，具有众多的民俗文化遗产，如太平戏、鼓曲等。矿区周边的京西古道承载着厚重的历史文化气息，其中王平古道是京西古道的一个重要节点。
2.3 现存问题
1)矿区内部功能缺失。王平煤矿停产后，矿区内遗留下来的建筑功能丧失，结构破坏严重甚至倒塌，现场杂乱不堪(图2a、2b)。2)矿业文脉被割裂。破败的场地现状割裂了矿区的历史记忆，矿业遗产价值遭受严重破坏。3)交通通行质量差。王平煤矿内部道路混乱无序，缺乏合理规划(图2c、2d)；
现存道路无法对遗址景观进行合理的人流疏导，也无法形成合理的参观路径。4)生态环境质量差。矿区内杂草丛生，场地绿植无法形成景观(图2e)，缺乏与周边绿地景观联系；
同时场地内堆积着大量煤渣石，对土壤造成严重破坏，影响了周边区域的生态环境(图2f)。
图2 场地内部现状Fig.2 The internal status of Wangping Coal Mine
基于触媒理论的引导，将王平煤矿重新定位为多元产业的复合发展。首先，通过功能触媒策略带动场地转型，将矿区内部原有功能进行置换，使功能空间得到有效再利用。其次，通过文化触媒策略驱动场地发展，将创意文化、创意展览与废弃煤矿结合，弘扬矿业文化。再次，通过景观触媒策略，进行景观节点设计同时结合矿区废弃资源的有效再利用以达到改善矿区内部生态环境质量的目的。然后，通过交通触媒策略，将矿区内部道路作为触媒线，把各触媒点相连接，形成触媒面，增强可达性。最后，以王平煤矿为触媒点辐射带动京西古道、京西稻米种植、京西居民形成联动效应，扩大影响范围。
3.1 功能触媒策略：矿区内部的功能置换
王平煤矿废弃地的功能触媒策略主要体现在对矿区整体功能进行置换，整个矿区被分为七大区域(图3)。在每个区域内选取不同的物质触媒元素形成点、线、面的空间布局。将工业类建筑如工业厂房、选煤楼、选煤车间、选矸楼等，民用类建筑如工人宿舍、办公楼等，以及构筑物如烟囱、炼煤炉等作为点触媒；
利用火车轨道、运煤廊道等线触媒，将各点触媒以及作为面触媒的矿坑空间相互连接起来形成更大范围内的面触媒，起到连锁式的效应。1)第一大区域为主入口广场。主入口距离市政道路近，与火车轨道相邻，方便市民游客前往矿区游玩。次入口距离东侧两村镇较近，与乡村小路相连，方便村民前往。高大的炼煤楼是场地中视线最高的建筑，将其作为矿区内部的触媒点，作为入口空间的一部分。将炼煤楼一层打通，与周围空间相联通，使得视线开阔；
同时拆除外墙皮后暴露出原建筑结构，可展示出原场地的工业记忆。2)第二大区域为轨道景观区。选取保存完好的铁轨为线触媒元素，在保留的铁轨上放置废弃的火车头作为公共展览空间，营造出工业遗迹的年代感；
同时利用铁轨与其他区域连接。3)第三大区域为农业生产基地。选取具有矿业文化特色的厂房为点触媒元素，将其改造为采煤体验仓与制煤科研仓；
选取矿区内部保存完好的运煤廊道为线触媒元素，连接体验仓与科研仓，然后将原矿区内的矿坑改造为湖水景观区，最终形成点线面触媒空间(图4)。4)第四大区域为工业遗产展览体验区。原选煤楼的整个楼体结构保留完整，将其改造为展示、交流、阅读、娱乐等空间；
围绕中心展厅设计9个差异化的悬浮平台，来容纳不同功能，比如阅览室、棋牌室、茶室、研究室等，为公众提供娱乐交流学习的空间。将原选煤车间作为触媒元素改建为煤生产流程展示馆。利用工厂的废弃铁架设置人行天桥，通过踏步等营造不同趣味的视觉标高。5)第五大区域为矿工雕塑展览区。与绿植相结合,在广场内设置具有矿业文化的雕塑和休息座椅。6)第六大区域为创客展览区。位于厂区边缘的矿工宿舍保存完好，与自然环境接轨，可将其作为触媒元素，改造为创客家园。保留建筑外墙砖，利用轻型钢桁架进行结构加固。抽取矿业文化元素对矿工宿舍的外立面进行改造(图5a)。在创客展览区内，通过建筑围合形成过渡性边缘空间、创意舒适灰空间、临时展览空间三大触媒点；
利用作为线触媒的道路将三大触媒点连接，最终形成触媒点的联动(图5b)。7)第七大区域为居民活动区，包括集市广场、工人舞台与次入口广场。将工人广场与集市广场区域内保存完好的废弃建筑进行立面改造，设计为沿街商店，提供纪念品售卖，营造商业氛围；
破损的建筑进行拆除，留下大面积的活动场地，为周边居民提供文娱活动场地。
图3 功能分区Fig.3 Functional zoning
图4 农业生产基地内的区域更新改造Fig.4 Regional renovation in the agricultural production base
3.2 文化触媒策略：矿业文化的传承发展
矿区文化触媒策略主要利用当地居民对矿区的情怀，选取矿业文化、矿业精神、当地传统文化等非物质触媒要素，弘扬矿业特色文化，合理利用政策引导推动矿业文化、生态产业发展。通过矿业遗产+艺术、矿业遗产+商品等模式导入休闲消费，以废弃煤矿、创意展览、创意艺术为驱动，通过矿业特色产品设计大赛、矿区更新设计方案征集等，吸引文化创客，创作更好的矿业文化氛围。同时，引入当地传统文化产业，建造特色文化广场，举办传统文化节，营建当地文化氛围。
王平煤矿废弃地的物质文化触媒策略主要是利用场地内现有的构筑物与设施，通过更新改造后达到弘扬矿业文化目的。首先保留王平矿区内具有矿业特色的建筑与构筑物立面。将拆卸下来的设备部件改造为具有矿业文化的雕塑，成为建筑入口空间独特的标识物，保留场地的矿业历史元素并得以延续；
还可以作为指示物设置在一些交叉口，起到引导人流的作用。其次，将矿区内废弃的机器通过涂鸦等方式进行改造(图6a)，消除了矿区内压抑沉闷的氛围，并将部分废弃设备改造为儿童设施(图6b)与雕塑小品(图6c)，增强了场地与游人的互动与交流。最后，矿塔作为矿区风貌展示与观赏的重要构筑物，在对其内部结构加固的前提下，对其外立面进行保护修复，更好凸显其矿业特色文化。
a—创客家园的结构分解图；
b—创意功能特色空间。图5 创客区域内的更新改造Fig.5 Renovation in Maker Area
a—涂鸦墙；
b—儿童游乐设施；
c—雕塑小品。图6 废弃设备改造意向Fig.6 Transformation intentions of abandoned plant and equipments
广场节点；
洗煤塔节点；
主井口节点；
景观节点；
工人雕塑节点；
集市展览节点；
主轴线；
西次轴；
东次轴。图7 一主两次轴线布局Fig.7 The layout of one-primary two-secondary axes
3.3 景观触媒策略：景观生态的协同发展
矿区的景观触媒策略主要体现在景观节点设计上。在矿区内选取景观节点作为点触媒元素，同一轴线上的点触媒元素相互连接形成不同级别的线触媒元素。同时将矿区内的开放空间如广场、展览区等也确定为点触媒元素，通过道路等线触媒元素与矿区外的景观绿地相连接形成面触媒，扩大触媒效应。首先，将王平煤矿内的景观平台节点、洗煤塔节点、主井口节点、工人广场节点等点触媒元素形成的轴线作为主轴线；
主轴线西侧为工人雕塑节点形成的西次轴线；
主轴线东侧为集市、展览节点形成的东次轴线；
形成一主两次的轴线格局(图7)。其次，选取矿区内北侧的农业生产基地与南侧的次入口广场以及工业遗产展览区域为触媒点，在3个区域内设置大面积的绿地，三大区域内的绿地与王平煤矿周围的原始绿地景观相互连接，形成方便可达的开放空间，带动整个区域内的生态修复(图8)。绿地中可以种植柳树、杨树、月季等植物，利用植物的吸收、挥发、根滤、降解等功能净化土壤或水体中的污染物，减少水土流失，达到净化环境，减少泥石流、滑坡等自然灾害的目的。最后在创客展览区内设置创客街区(图9)。创客街区内设置种植池，种植睡莲、金鱼藻、黑澡、大藻等植物来吸附过滤水中的浮游粒子；
修建休闲平台、林荫道与漫步道来构建景观游廊；
同时利用原有厂房屋顶建设屋顶花园，不仅保温隔热，减少区域内的热岛效应，还可以净化空气、丰富景观、美化环境。
图8 联通矿区内外绿地景观的开放空间Fig.8 Open spaces connecting green landscape inside and outside the mine
景观触媒策略还体现在可再生能源景观的设计上，与景观节点相结合，形成景观触媒面，扩大触媒效应，实现绿色更新。可再生能源包括太阳能、风能、地热能等。在矿区内部建筑屋顶设置光伏太阳能板收集太阳能，将机组转化为热能、电能等供建筑使用；
矿区内设置发电风车，收集风能用以日常发电；
利用矿区内岩土体可以供暖制冷的特性，将其利用在供热中央空调系统中。此外，景观触媒策略还体现在矿区内部煤矸石的回收再利用上。将其直接回填塌陷地，进行废物回收利用，减少尾矿浪费；
还可以利用煤矸石耐火性好、质地较轻的特点，将其制成轻骨料，进行回收再利用[16]。
3.4 交通触媒策略：交通系统的整合优化
矿区的交通触媒策略是通过交通系统的整合优化，达到与周边交通构成和谐、统一整体的目的。王平矿区内部道路网络不完善，降低了人们的出行意愿。因此，需在场地内引入交通触媒，优化矿区内部交通网络，使其与周边交通有机连接。将矿区内的铁轨、运煤廊道等线性构筑物以及新引入的道路系统确定为线触媒元素，可以更好地连接矿区内部的各个点触媒元素。具体做法是在王平矿区内部设置一级道路、二级道路、空中步道、地面铁轨遗址、空中轨道、健身步道6种分级道路形式(图10a)。一级道路主要为游客提供了解王平煤矿历史和文化的参观体验游览路线，将王平矿区内主要的矿业建筑节点作为触媒点串联起来，由这些触媒点形成触媒线，加强各个景点的联系，方便游客参观游览。二级道路为游客生态游览路线。矿区内的各个景观节点由这条路线串联起来，形成景观触媒线。二级道路的形式是蜿蜒曲折的，可以给予游人更多的游览趣味性和探索场地的可能性。空中轨道由矿区内保存完好的运煤廊道通过加强、连接、清除、整理改造为空中轨道(图10b)，具有高低错落的空间感，遍布整个厂区。健身步道是特意为村民提供的休闲运动道路，分布在矿区最外侧，与游客游览路线不冲突。
a—道路分级形式；
b—参观休闲游览路线。图10 道路布置Fig.10 The layout of routes
“京西”煤矿包括王平煤矿、木城涧煤矿、千军台煤矿、大安山煤矿等北京西部地区的一系列煤矿。触媒理论具有灵活性、动态性的特征，可以引导城市“由点到面”“由上到下”的有机生长；
在进行区域规划时，应确定开发时序进行宏观控制，保证触媒反应可以朝着预期方向发展。因此，在“京西”煤矿开发建设时，应设置开发初期、中期和远期的开发时序，保证区域健康、可持续发展。
开发初期主要以王平镇王平煤矿为中心，选择永定河为主要触媒元素，重点塑造永定河沿线的文化景观带。将王平煤矿定义为商业休闲中心，引入餐饮、住宿、商业、娱乐等功能，重新激活矿区活力；
为当地居民与游客提供完整的配套设施，带动矿区当地经济发展。王平煤矿作为区域的触媒节点，在更新后会引来大量的人流与资金，从而促进门头沟区的旅游业发展。
开发中期：以X004县道为主要的触媒元素打造生态涵养区。以安家潭、花坡根为主要触媒点对废弃的矿山进行生态修复，建立生态屏障，建设生态修复示范区。打造集造林、保护和回收于一体的绿色生态产业，用于土地恢复、保护协调和经济发展。
开发远期：以X017县道为触媒元素，千军台和大安山被X017县道紧密相连，因此以这两个矿区为触媒点形成矿业休闲区。千军台煤矿将“京西”废弃煤矿连接起来，组织成一个以采矿为主题的展览休闲区，宣传采矿文化和精神，传播采矿知识。大安山煤矿废弃地改造为养疗结合的养老住区，不仅可以改善矿区的生态环境，还可以吸引康养项目的投资，促进区域内生态、经济、社会的协同发展。
最终“京西”矿区形成以商业、居住、休闲为主要功能的区域，以触媒式的效应辐射带动京西区域的整体发展。
引入触媒理论作为指导煤矿废弃地更新改造的新视角，从功能触媒、文化触媒、景观触媒、交通触媒几方面探讨了煤矿废弃地内各触媒要素的内在价值、相互联系、区域影响力以及区域辐射带动效力；
通过多重功能置换、矿业文化引入、生态景观植入以及交通系统优化等对王平矿进行了更新设计，旨在解决王平矿土壤破坏、环境污染、文化衰败、交通混乱等问题，实现王平煤矿的转型升级与可持续发展。同时，辐射带动区域整体发展，为城市注入新的活力。
感谢2017级建筑学专业本科生陈雨鑫、宋怡、刘思彤在图纸绘制过程中所做的贡献。
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