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发布时间：2021-04-29 17:00所属平台：学报论文发表咨询网浏览： 次
摘要：人口的增长和城市区域的逐渐扩大，导致城市夏季室外热环境逐渐变差。天津原九国租界多为天津的重要旅游景点，每年客流量大，其夏季热环境问题不容忽视。本研究的主要目的是探讨天津五个不同典型的原租界街区的热环境差异及其设计因子与夏季室外热舒适
摘要：人口的增长和城市区域的逐渐扩大，导致城市夏季室外热环境逐渐变差。天津原九国租界多为天津的重要旅游景点，每年客流量大，其夏季热环境问题不容忽视。本研究的主要目的是探讨天津五个不同典型的原租界街区的热环境差异及其设计因子与夏季室外热舒适之间的关系。通过实地测量的方式，搜集五个原租界街区的热环境相关参数，并计算生理等效温度(PET)以对街区热舒适环境进行评价。通过分析发现，相比于气象站，植被覆盖率大的原英国租界街区的平均PET增值最小，仅1.20℃;植物覆盖率小的原奥匈帝国租界街区的平均PET增值最大，为8.50℃。此外，本研究从街区设计的规划指标、空间形态和细节设计三方面，量化分析设计因子与PET的关系。结果表明，绿化率、街道百分比、天空视域因子(SVF)和街巷高宽比会对PET产生不同程度的影响，同时街道朝向、植物种类及其形状、建筑遮阳构建和喷泉等因素也会影响原租界街区的夏季室外热环境。
关键词：天津;原租界街区;设计因子;热环境;热舒适
引言人口的增长和城市区域的逐渐扩大导致城市热环境问题日益显著[1]。同时，夏季室外过热会导致热应激及与热相关的疾病[2]。基于城市可持续发展的需求，我国提出城市设计应注重向绿色生态设计范式转型[3]。此外，室外的热舒适性对城市可持续发展及吸引更多人到室外活动有显著影响[4]。天津原租界多为重要旅游景点，具有夏季人流量大、行人停留时间长和行人活动频繁等特点，其室外热环境问题不容忽视，亟需围绕租界街区的热环境现状及设计因子对热舒适的影响展开针对性研究。
人口统计论文范例：中国人口大迁移的新趋势
近几年来，国内外学者从多方面对城市形态与热舒适进行研究。MohammadTaleghani等人[5]发现，在荷兰的温带气候条件下，受城市形态影响，太阳直射时间和平均辐射温度对热舒适性的影响最大，因此院落式布局最佳。Lai等人[6]将SVF和街道高宽比等复杂空间的量化参数引入热辐射温度的研究中，发现在湿热地区，如果空间的直射光已被城市形态阻挡，空间SVF越大热环境越好。MohammadWasimYahia等人[7]借助ENVI-met软件模拟，发现湿热地区的绿化率、建筑覆盖率和建筑容积率与PET呈线性关系，但并未深入探讨对应的适宜区间及对设计的指导作用。
国内的既往研究则主要关注景观和下垫面材质的影响。陈卓伦[8]对广州市的住宅区进行实地调查，定量分析景观设计因素对热环境的影响，并提出了改善策略。PingyingLin等人[9]发现公园的面积、建筑密度和容积率会对热环境产生影响。王艺等人[10]通过实测发现热环境与周围材质和建筑类型有关。上述研究关于街区设计因子多样性对热舒适的提升潜力挖掘有限，同时缺少从设计师角度提出在地性的设计因子适用范围。从气候区来看，国外的研究多为热带地区[11-12]、温暖潮湿地区[7,13]和半干旱地区[14-15]，国内的研究则多为夏热冬暖地区[9,16]和夏热冬冷地区[17-19]。既往研究不适用于其他气候区，且缺乏对寒冷地区的历史街区微气候影响因子的定量研究。
同时，既往的研究对象多为现代商业区[10-11]、高层居住区[7,15]和现代高校[20-21]，对人们日间活动较多的历史街区的室外环境的关注较少。天津原租界区是1860年至1945年间，九个国家通过签订协议相继在天津老城的东南海和海河两岸建设的租借地[23]，目前多为天津的重要景点。原租界内建筑低矮、建筑密度小，绿化率因建设初期设计概念影响差异较大。气象条件是影响旅游业的主要自然因素[24-25]之一，综合提升旅游景点的物理热环境和热舒适对增加旅客量起到关键作用[26]。因此，如果能引起对天津原租界的室外热环境的关注，提供对应改善策略，将有利于景点未来的经济发展和游客的健康。量化分析设计因子对热环境的影响，依据现状提出设计因子参数范围，能为设计师未来设计类似形态街区提供理论依据。
基于以上，本研究通过测量天津现存较好的原租界街区的室外热环境，探索在天津气候条件下五种原租界街区的热环境差异及其设计因子对室外热舒适造成的影响。系统的从街区规划到建筑、街道及景观的细节设计等多方面，量化分析街区设计因子与热舒适之间的关系。本研究弥补了对租界街区热环境关注的不足，并依据现状分析结果，对现有租界街区提出改善策略。本研究从热舒适的角度，更精确地提出了未来类似街区设计相关规划指标数据的范围，以期对天津现有租界改造及类似的建筑低矮的街区设计和热环境改善提供一些理论依据及实践指导。
1研究背景及技术方法
1.1天津气候
夏季的天津为湿热大陆气候[27]，普遍具有高温高湿、日照时数长、太阳辐射大和风速相对较小的特点。7月份天津的温度最高，历史最高气温达41.60℃。此外，近100年天津的平均气温呈显著上升趋势[28]，40年来天津气候显著变暖，增暖速率达到0.40℃/10年[29]。
1.2测试对象选择
在选取测试对象时，综合考虑了街区的容积率、建筑密度、绿化率、街道百分比、街道朝向和街巷宽高比等街区特征因素。原日本租界(日区)采用棋盘式结构的城市规划手法，整体呈规则整齐的肌理形态，街道尺度怡人。
原意大利租界(意区)中街道被规划为网状，街道宽敞，建筑平面凹凸变化。原法国租界(法区)的整体规划布局采用欧洲传统古典主义手法，轴线和街心公园作为重要的景观节点。其街道宽敞，建筑体量大。原奥匈帝国租界(奥区)毗邻海河，建筑布局形式多样。原英国租界(英区)的规划注重城市的花园和公园的设计。其街道宽敞，建筑低矮，街区建筑密度小。
测点布置原则为测点尽量分布在不同等级的街道中心且受遮蔽情况近似，此外，还应充分体现各原租界街区的空间特征。仅法区和奥区的局部空间临水，各区下垫面多为地砖，各区的SVF在0～0.9之间。街道百分比是指区域范围内街道面积所占区域总面积的比例;SVF为从表面上的一个点可以看到天空所占视角的比例。
1.3测试方案
首先，通过实地测量获取相关物理量数据，然后运用被广泛使用的PET[30]热环境评价标准分析各原租界的热舒适现状。德国的安德里亚斯教授(AndreasMatzarakis)的团队[31]研发了RayMan软件，该软件能依据气象数据及多种环境因素科学计算PET。依据现场热舒适问卷结果，输入相关人体参数进行计算。仪器均放置在1.50m高度处。
7月是天津平均气温最高的时候，故此次测试在2019.06.29—2019.07.03的09:00—17:00进行。测试期间天晴晴朗，基本无云，空气温度范围为28.00～36.00℃。同时，依据各原租界历史街区及下垫面情况，以50m×50m的方形区域作为环境要素统计范围。PingyingLin[9]的研究选取公园外的测点作为参照点，减少因测量日期不一致对天气变化造成的影响。故选择位于研究区域附近的气象站作为对比对象，其编号为54527，数据来源为中国气象数据网[32]。
2测量结果与热舒适度评价
2.1空气温度
测试期间，被测各区的室外空气温度在28.48～37.11℃之间，稍高于气象站的范围28.00～36.00℃。此外，不同原租界的空气温度存在较大差异，且标准差都较大。意区的自身气温差最大，且其标准差较大;法区的自身气温差最小，且其标准差较小。被测各区与气象站的最大同时气温差出现在13:30—15:00，太阳辐射对各区的气温产生了一定的影响，但有一定的滞后性。不同区与气象站的空气温度差在0.55～2.38℃间，意区平均气温差最大，达2.38℃;日区和英区平均气温差分别为0.55℃和0.86℃，均小于1.00℃。
3.细节设计
3.1植物类型
在天津，当周围建筑低矮时利用植被为城市室外空间创造阴影从而降低室外环境温度是有效的策略。如：建筑高度近似的意区因植物比英区和日区少，其平均△PET比英区和日区高0.50～3.95℃。五个街区内，有无植物遮蔽的测点间最大同时差达11.40℃。日区中，阳光直射下(A6)与植物遮蔽下(A2)的测点平均PET差达8.40℃，最大同时差达11.40℃。
植物的遮挡让人的感受从“极端热”变为“可接受热”。英区中阳光下(A8)与植物遮蔽下(A4)的测点平均PET差达4.54℃，最高同时差仅9.80℃。由于英区内植物的树冠较小或被修剪至仅剩主干，其叶片覆盖范围小，导致其降低PET的效果不如日区内树木。此结论中植物对热舒适的影响与Alexandri和Jones[43]以及Johansson等人[44]的研究一致。此外，ShashuaBar[45]的结论是与树木相比，草对热环境的改善甚微，因树木限制了直射和反射的太阳辐射量。因此，植物的种类需要针对天津的气候选择，且尽量种植冠大叶茂的树木。
4环境改善策略
4.1气象要素
气温方面，意区的增量最大，但意区内多为历史保护建筑，街道及建筑无法改变。可以在条件允许范围内尽可能增加街区内乔木植物，或在街区内设计带遮阳的休憩空间。遮阳能减少太阳直射，降低地面气温，从而改善阴影空间下的热舒适。相对湿度方面，意区的减少量最大，可通过增加植物和水景观的方式来缓解湿度降低过大的问题。风速方面，日区的减少量最大。可适当修剪乔木形状或减少区域内建筑的数量，以削弱其对风的阻碍作用。
4.2规划设计
本研究未发现街区内建筑密度和容积率与热舒适有显著关系，故从绿化率和街道百分比两方面提出相关设计改善策略。绿化率方面，意区中可在西侧的一级和二级道路上多种植灌木。绿化率可增加5%，理论上PET可降低0.65℃。奥区中绿化率可增加9.5%，PET可降低1.24℃。未来类似街区设计，根据从“暖”至“热”的增量关系，将PET增长5℃作为评判标准。未来类似街区中，绿化率应尽量大于20%，当满足大于50.5%时，其街区内的热环境热较好。街区内硬质街道百分比应尽量小于43.6%，在30%左右时能提供良好的热环境，同时也能满足交通需求。
5总结
测试结果表明，五个原租界街区的夏季热环境均不乐观，但相比之下，英区的“花园城市”规划设计更适应于天津的气候环境。在夏季天津的高温天气下，其相对湿度尚未达到过高而降低热舒适的程度，而适当增加相对湿度有助于降低PET，因此建议采取降温且适当增湿的策略来改善热环境。
从实测结果可知，街区设计因子与热舒适的关系为：1.街区绿化率在0～40%范围内，绿化率每增加10%，PET降低1.30℃;街道百分比每增加10%，PET增加1.15℃。2.测点的SVF每增加0.10，PET增加1.26℃;北偏东49°街道的PET最低;街道高宽比每增加0.10，其PET降低0.15℃。3.设计细节中，植物、柱廊空间和建筑遮阳构建均能在一定程度上降低室外环境温度。植物对PET的改善作用会因其被修剪形状而产生差异，同一树种间差异可达1.60℃。
基于以上，可给天津类似街区设计带来一定的启发：1.街区绿化率不应小于20.0%，宜大于50.5%;硬质街道百分比应小于43.6%，30.0%左右最佳。2.测点SVF值应尽量小于0.397;街道朝向在北偏东49°至56°范围内，其热环境更佳;街道高宽比应控制在0.624～1.100之间。3.在设计细节方面，植物选种、修剪形状均需纳入考虑;可多设计柱廊空间、建筑立面出挑或屋顶挑檐和带遮阳的遮阳构筑物等;可在开敞空间依情况设计对热环境起到改善作用的水景观。
参考文献
[1]T.Ichinose.RegionalWarmingRelatedtoLandUseChangeDuringRecent135YearsinJapan[J].JournalofGlobalEnvironmentEngineering,2003，9(10):101-108.
[2]BetterHealthChannel(BHC)(2012)HeatStressandHeat-RelatedIllness.TheStateGovernmentofVictoria,Australia[EB/OL].(2015-08).http://www.betterhealth.vic.gov.au/
[3]王建国.21世纪初中国城市设计发展再探[J].城市规划学刊，2012(1):3-5.WangJian-guo.AFutherExplorationofChineseUrbanDesignattheBeginningofthe21stCentury[J].UrbanPlanningForum,2012(1):3-5
[4]LaiDa-yi,LiuWen-yu,GanTing-ting,etal.AReviewofMitigatingStrategiestoImprovetheThermalEnvironmentandThermalComfortinUrbanOutdoorSpaces[J].TheScienceoftheTotalEnvironment,2019,661.
[5]Taleghani,MohammadKleerekope.OutdoorThermalComfortwithinFiveDifferentUrbanFormsintheNetherlands[J].BuildingandEnvironment.2015.65-78.
作者：保娟娟1，黄琼2，张安晓3，张颀4
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《天津原租界街区夏季室外热舒适研究》