严寒地区城市住区公共空间微气候优化策略研究

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第1章 绪论
　　1.1 研究背景
　　住区公共空间作为住区中为居民提供休闲娱乐、开展社团活动等项目的主要场所，是住区居民生活品质的基本保障［1］。作为住区室外空间的重要部分，住区公共空间在居民心目中具有较高的地位，因此，其规划设计有别于其他广场设计，应该更加注重功能性、实用性和经济性，贴近居民生活，尺度亲切宜人，改善原有的不良生态环境，为居民提供舒适的户外公共空间。近些年来，住区建设主要集中于高层住区，解决大量人口居住问题的同时也带来了许多环境问题，住宅层数过高对住区广场的微气候影响较为严重，例如广场采光面积缩小、采光时间缩短、风环境较差、居民心里感到压抑等问题较为突出。随着人们生态意识的不断增强，住区居民对居住环境有了更高的期望，舒适的微气候环境、良好的通风与采光都是急需解决的问题。
　　严寒地区的独特气候环境，使这一问题的研究更为重要。微气候与住区环境并不是简单的相互适应过程，而是通过一定的设计手法与规划策略使二者之间产生互动的过程。在漫长的冬季低温气候以及春秋过渡季节变幻莫测的天气里，居民更愿意待在室内，较多学者开展了通过改善微气候环境来改变这种现象的研究，但是从微气候环境改善的视角出发，仍缺少从住区广场空间尺度这一设计要素开展的研究。
　　无论从理论还是实践方面，研究严寒地区城市住区公共空间规划设计要素与微气候环境改善的相关性都十分重要。城市规划设计人员应建立开放的知识体系，结合规划地区气候特征，以微气候环境的改善为主导，合理有序地分析城市建设与规划空间布局、建筑形态、景观布置等设计要素，综合考虑环境舒适度，创造宜人的居住环境。本书以寒地城市哈尔滨为研究对象，探讨寒地城市住区广场空间尺度与微气候环境改善的相关性问题。
　　1. 考虑寒地气候影响
　　气候不仅会影响城乡建设，更会影响人们的社会活动。我国国土广阔，不同地区的气候差距较大，且都独具特色。我国的寒冷地区主要以东北、西北地区为主，寒冷地区的面积大。对我国寒冷地区的研究多集中在东北三省地区［2］。我国严寒地区的气候普遍表现为冬季漫长，平均气温一般在零下10℃左右。严寒的气候会限制人们的户外活动，给人们的生理状况带来消极的影响，尤其是对体质较弱的老年人群。在大气候环境无法改变的情况下，需要通过微气候调节的手段来改善空间微气候环境，满足户外活动的要求。已有研究表明，寒地城市通过微气候调节手段可以延长户外活动季节。寒冷地区的规划设计需要从气候和环境行为的角度着手，研究更适合居住的人居环境［3］。具有气候考虑的规划设计在寒冷地区才具有生命力。
　　2. 优化住区功能
　　住区是居民活动和交往的主要空间载体，其中住区公共空间是住区中最生动、最活跃的活动空间，是丰富居民生活、提高居民生活质量的重要城市空间。寒冷地区特殊的气候特征造成了住区的户外活动空间使用率低，进而导致寒地居民户外公共活动的缺失和空间资源的浪费。弥补气候的劣势，提高住区广场活动空间的使用率，延长使用时效，是寒地住区在规划设计时需要解决的问题。此外，作为住区公共空间最主要的使用人群的老年人，随着年龄的增长，生理机能出现不同程度的退化，对环境的适应能力也逐渐下降。受限于身体状况等现实因素，其户外活动多集中于住区的公共空间，因而住区广场的规划设计应着重考虑这一群体的特征，包括其基于生理、心理特征而产生的对住区广场的物质空间环境和微气候环境的独特感受和要求。
　　1.2 研究目的与意义
　　1.2.1 研究目的
　　本研究从城市住区公共空间微气候环境改善的角度出发，对国内外相关文献进行整理与归纳，借鉴和学习国内外针对严寒地区住区公共空间的微气候具有研究价值的相关理念和技术手段，将城市规划与气候学有机结合，在住区公共空间的规划设计中引入微气候分析方法，利用不同学科之间的有效结合，共同指导城市建设。以哈尔滨市中心城区住区公共空间为例，从全新的角度研究了住区公共空间尺度与微气候环境改善之间的相关性。研究住区公共空间微气候环境与人群行为特征的关系，探索符合人群行为特征的住区公共空间微气候环境设计方式，使得住区公共空间的设计更符合使用者的生理需求和行为活动需求。具体如下：
　　（1）通过筛选哈尔滨市内住区，在特定的季节对住区内使用者进行调研，提取住区公共空间中使用者的活动特征数据，总结使用者主要活动原因、目的、影响因素以及活动随时间和空间的变化情况。
　　（2）通过对调研住区公共空间的微气候因素进行测试，总结住区公共空间的主要微气候因素变化特征，包括温度环境、湿度环境、风环境的变化特征。
　　（3）确定合适的微气候舒适度计算模型，综合评价住区公共空间的舒适度变化情气候会限制人们的户外活动，给人们的生理状况带来消极的影响，尤其是对体质较弱的老年人群。在大气候环境无法改变的情况下，需要通过微气候调节的手段来改善空间微气候环境，满足户外活动的要求。已有研究表明，寒地城市通过微气候调节手段可以延长户外活动季节。寒冷地区的规划设计需要从气候和环境行为的角度着手，研究更适合居住的人居环境［3］。具有气候考虑的规划设计在寒冷地区才具有生命力。
　　2. 优化住区功能
　　住区是居民活动和交往的主要空间载体，其中住区公共空间是住区中最生动、最活跃的活动空间，是丰富居民生活、提高居民生活质量的重要城市空间。寒冷地区特殊的气候特征造成了住区的户外活动空间使用率低，进而导致寒地居民户外公共活动的缺失和空间资源的浪费。弥补气候的劣势，提高住区广场活动空间的使用率，延长使用时效，是寒地住区在规划设计时需要解决的问题。此外，作为住区公共空间最主要的使用人群的老年人，随着年龄的增长，生理机能出现不同程度的退化，对环境的适应能力也逐渐下降。受限于身体状况等现实因素，其户外活动多集中于住区的公共空间，因而住区广场的规划设计应着重考虑这一群体的特征，包括其基于生理、心理特征而产生的对住区广场的物质空间环境和微气候环境的独特感受和要求。
　　1.2 研究目的与意义
　　1.2.1 研究目的
　　本研究从城市住区公共空间微气候环境改善的角度出发，对国内外相关文献进行整理与归纳，借鉴和学习国内外针对严寒地区住区公共空间的微气候具有研究价值的相关理念和技术手段，将城市规划与气候学有机结合，在住区公共空间的规划设计中引入微气候分析方法，利用不同学科之间的有效结合，共同指导城市建设。以哈尔滨市中心城区住区公共空间为例，从全新的角度研究了住区公共空间尺度与微气候环境改善之间的相关性。研究住区公共空间微气候环境与人群行为特征的关系，探索符合人群行为特征的住区公共空间微气候环境设计方式，使得住区公共空间的设计更符合使用者的生理需求和行为活动需求。具体如下：
　　（1）通过筛选哈尔滨市内住区，在特定的季节对住区内使用者进行调研，提取住区公共空间中使用者的活动特征数据，总结使用者主要活动原因、目的、影响因素以及活动随时间和空间的变化情况。
　　（2）通过对调研住区公共空间的微气候因素进行测试，总结住区公共空间的主要微气候因素变化特征，包括温度环境、湿度环境、风环境的变化特征。
　　（3）确定合适的微气候舒适度计算模型，综合评价住区公共空间的舒适度变化情况。对用者环境行为与微气候舒适度进行统计分析，研究住区公共空间微气候舒适度的变化对使用者行为的影响，研究人群在住区公共空间的分布情况以及空间的使用频率，由上述分析确定微气候与行为之间的关系。
　　（4）选取哈尔滨市几处具有代表性的住区公共空间进行调研与数据测量，从定量分析的需求出发，借助计算机环境模拟技术，比较住区公共空间规划设计要素的变化对微气候环境的改善幅度，进行住区空间与微气候环境改善的相关性分析，进而以此为依据探讨通过调整住区空间尺度来改善微气候环境的策略。
　　（5）以微气候调节为主要目的进行空间改善，使得使用者在住区公共空间中的活动更舒适。研究满足使用者行为活动需求的住区活动公共空间的微气候环境设计调节方式。
　　1.2.2 研究意义
　　1.理论意义
　　国内对微气候的研究主要集中于城市各类型空间的温、湿、风、光等物理环境的研究，也有生态、低碳和环境方面的研究、微气候环境的研究、与人的热舒适性以及人的环境行为相关的交叉研究，但是较少有针对住区公共空间微气候与使用者环境行为之间关联的研究。本研究希望可以从理论层面对各理论、研究方法和研究视角进行丰富。
　　2.现实意义
　　本研究通过实地调研，分析哈尔滨市住区内使用者特征，包括基本信息以及环境行为特征等，对哈尔滨市住区公共空间的微气候环境进行测试及分析，定性、定量地分析微气候环境对使用者行为活动的影响程度，探寻改善方法，提出适合人群活动的寒地住区公共空间的优化策略；通过对调研资料的归纳整理以及计算机软件模拟，为住区公共空间的规划设计提供客观的量化数据储备，并提出一套较为系统的理性分析方法，为设计师在今后的住区公共空间规划设计中，利用气候学等相关知识，调整住区公共空间要素，优化住区公共空间微气候环境提供实践参考。
　　1.3 相关概念界定与诠释
　　1.住区公共空间
　　本书中的住区主要是指城市区域内人们的居住空间，是城市某一特定区域内的人口、资源、环境通过各种关系建立起来的人类聚居地，本书提到的住区规模指城市居住小区级及小区级以上成组团并以居住为主要功能的区域规模。本书中的住区公共空间主要指以为居民提供休闲娱乐、运动健身、社团活动场地为主要功能的户外活动空间。
　　2.寒地城市
　　学术界对寒地城市的定义尚不统一。欧美国家称之为“冬季城市”［4］，日本称之为“北方城市”，在中国，学者多习惯称之为“寒地城市”［5］。它主要是指北半球北纬45℃及以北地区，冬季漫长而寒冷，每年有两个月或更长时间的日平均最高温度在0℃以下的高纬度地区城市。本书中的寒地城市是指一年中日平均气温在0℃以下的时间为连续三个月以上的城市。我国黑吉辽三省及内蒙古自治区的东北部地区都属于寒地城市的研究范畴。对寒地城市来说，毋庸置疑它的气候特征主要出现在冬季。从天文学的角度，北半球的冬季指冬至（12月22日）到春分（3月21日）这段时间，实际上从每年的11月到次年4月，大部分寒地城市会面临严寒的考验。归纳起来，寒地城市的冬季气候大致包含以下特征：温度一般低于0℃；降水经常以雪的形式；白昼及日照时间短。除了以上三个特征以外，还会有经常出现的寒潮天气，寒潮来临时，会在短时间内对城市生活造成较大的影响；在冬季以外的其他季节里，呈现出夏季温和、春季多风的气候特点。这些寒地气候特征对住区户外空间环境设计来说无疑是巨大的考验。
　　3.微气候环境
　　微气候在学界至今没有统一的定义，本书中的微气候概念主要依据刘念雄等的界定：由细小下垫面构造特性所决定的发生在地表1.5～2.0m大气层中的气候特点和气候变化，它对人的活动影响最大。本书所研究的微气候主要是指住区公共空间这一有限区域内小范围的地方性气候状况。
　　4.户外热舒适度
　　本书研究的户外热舒适度指的是人在所处环境中结合心理与生理需求对有限区域内的微气候环境的满意程度。
　　1.4 国内外相关研究现状综述
　　1.4.1 国外相关研究现状
　　1.4.1.1 微气候相关研究
　　世界各地一些早期的建筑师和规划师已经意识到了气候对城市规划和建筑的影响，并且在他们的设计中体现了对这些因素的考虑，比如古代的日本受中国的气候观念的影响而形成的东方气候观念。日本对气候如此重视也是由其本身的气候特征决定的。日本为海洋性气候，全年气候变化明显，所以他们在方方面面都有对气候的考量，尤其是在城市规划和建筑设计方面。以欧洲为代表的西方气候思想观念也在城市规划中有所体现，欧洲规划师在规划时就了解到城市的形态与城市的微气候环境息息相关。
　　公元前1世纪，著名的建筑学著作《建筑十书》中就有建筑的朝向与气候设计原理方面的描