城市滨水带风景园林小气候适应性设计初探*

张 琳 刘滨谊 林 俊

同济大学建筑与城市规划学院 上海 200092

1 城市滨水带风景园林小气候环境的作用

近百年来，地球气候正经历一次以全球变暖为主要特征的显著变化，并对人类居住环境产生重大影响，与之伴生的城市环境问题不断凸显，随着社会发展和人民生活水平的提高，大众更为关注户外活动空间的环境质量。城市环境的恶劣化发展趋势与公众对健康舒适的户外活动需求之间的矛盾日益突出，从而激发了人们对宜人小气候环境的追求。小气候是在具有相同的大气候特点的范围内由于地形方位、土壤条件和植被不一致而在局部地区形成的独特气候状况，主要表现在个别气象要素(温度、湿度、风)变化剧烈以及个别天气现象(雾、露、霜)的差异上。正如L. J. 贝顿所指出的，小气候是代表从地面到不受地面影响高度的气候，十几米到百米的高度。而这一层正是人类生活和动植物生长的区域和空间，所以创造舒适宜人的小气候环境具有重要的现实意义。

通过风景园林要素改善户外环境微小气候，在气候适应性设计中具有关键的作用，例如通过城市绿化提供“冷岛”以减缓城市热岛效应，调节户外近人尺度环境的温度、相对湿度、风向风速、太阳辐射等，关注格局、空间节点、廊道的形态和性质等内容，在设计上更注重地形、水体、植物、色彩等要素，在环境上关注风、湿度、温度、日照等生态要素等。因此，气候适应性风景园林规划设计是应对全球气候变化、改善城市户外环境的重要建设途径。

城市滨水带是城市中河流、湖泊、海洋等水域与陆域相接的一定范围的带状区域。与广场、街道等城市公共空间相比，水域是城市生态系统中相对独立和完整的区域。所以城市滨水带更具自然性，是城市中理想的生境走廊和最高质量的城市岸线。感应地理学和景观偏爱理论的调查研究表明，滨水带对于人类有着一种内在的持久的吸引力。而与乡村滨水区、自然状态的滨水区相比，城市滨水带更多地体现了人工性的特征，是城市中复合了人工改造的自然景观环境。所以，可以利用自然生态要素与风景园林人工要素之间的作用机制，找到水体、驳岸、植物、铺装、园林构筑等设计要素对小气候物理因子的作用规律，提出城市滨水带风景园林滨水小气候适应性设计方法，从规划设计的理论方法和具体的实施途径入手，发挥风景园林对气候调节的作用，营造舒适宜人的城市滨水带小气候环境。

2 国内外相关研究成果

2.1 风景园林设计要素对小气候的影响

国外很早就开始关注绿化对环境的影响并进行了大量的实验研究。Ca 等［1］在夏季现场测量了城市中一个公园对周围区域环境的影响，发现面积为35 hm2的公园对周围环境温湿度的影响范围在风力强时可达到风力方向1 km 远。L. Shashua-Bar 等和Ali-Toudert 等认为街道的几何形态与走向对城市小气候有至关重要的影响，并探讨了树荫对太阳辐射的阻隔作用以及如何利用其改善城市气候环境的方法［2-3］。Mahmoud 在城市公园进行了物理因子测试及舒适度问卷调查，结果表明在水夏季有利于提高舒适度而在冬季则不然［4］。美国的克莱尔·库拍·马库斯和卡罗琳·弗朗西斯共同编著的《人性场所——城市开放空间设计导则》［5］针对小气候如光照、风速、舒适度等方面，对广场上的风景园林设计要素提出了一些建设性的导则。国内对绿化改善小气候的研究已有40 余年，通过实测分析总结了植物改善小气候的各项指标，利用与冠幅、冠高的一元、二元回归模型计算或估算了园林植物绿量，获得了一些常见绿化用植物的热工参数，得出植物冠层的太阳短波辐射透过和长波辐射透过呈指数分布。大量研究显示，在阳光照射下，表面温度由高到低依次为沥青、混凝土、浅色石材、干土、草坪，树荫对地表材料表面温度的影响十分显著。还有学者针对种植模式、林带宽度等组合方式的降温增湿效果进行研究。关于水体要素，研究显示水体有增加空气湿度、降低空气温度的效果，其中动态水更加明显。

2.2 风景园林环境的小气候计算机模拟

目前国内外用于风景园林环境的小气候计算机模拟软件主要有FLUENT，Phoenics，ENVI-met 等10余种。国外主要侧重于借助计算机模拟的方法研究热或风舒适度与设计的关系，如使用三维数字模拟模型ENVI-met 对街谷比例、走向、对称性、廊道、悬挑立面、绿化要素等对人体热舒适度的影响进行了模拟研究［7］，借助Fluent 软件模拟了城市区域风环境并对其进行了舒适度评价［7］，应用EcoTect 软件分析树遮荫的形式如何改善人体热舒适度感受［8］，借助RayMan 模型对长期热舒适度进行预测［9-10］，以sky-view factor(SVF)作为影响行人舒适度的重要参数借助ENVI-met 进行日间的舒适度评价［11］。国内的研究主要集中在对居住区的风、热环境进行数值模拟及相应舒适度的评价［12］，对城市街区的风、热环境进行模拟及舒适度评价并提出相关改进策略［13］，用数字模拟的方式研究了不同绿化模式对街谷空间舒适度的影响［14］。

2.3 城市滨水带对气候的影响

国外主要是对城市滨水带作为通风道及其对缓解热岛的作用方面进行研究［15-19］。国内也主要是对其缓解热岛的效能研究，部分还对其相关的宽度、植被、曲折度等做了阐述［20-24］，以及将城市滨水带与ECD(城市生态文化中心区)或绿色基础设施相结合的研究［25-26］。

综上，目前基于小气候适应性的城市滨水带规划设计理论方法基本集中在将其作为城市通风道的研究上，一般是在城市尺度上对其进行方向、宽度、界面、曲折度、植被情况的讨论与控制，而缺少中小尺度上的以城市滨水带作为一个空间单元的气候适应性设计理论与方法的探索。

3 城市滨水带小气候适应性设计的基本框架

本文将城市滨水带作为基本空间单元进行研究，包括水域范围、水陆交界带和陆域范围3 部分，主要探讨影响城市滨水带小气候的风景园林设计要素有哪些?其相互作用的机制是什么?什么样的城市滨水带风景园林设计要素及其组合模式能够有效改善滨水带的小气候?初步构建城市滨水带风景园林小气候适应性设计的研究框架。

3.1 城市滨水带风景园林设计要素

通过对城市滨水带空间特征的分析，提出其小气候风景园林设计要素(水体、驳岸、绿化、硬质铺装、园林构筑物)，并根据其面积、类型、特征等，将这5 大类设计要素细分为若干小类的设计要素，对其展开相关数据的测量。

1)水体。选取水体的面积、流速、水深作为主要测量指标，记录不同水体要素条件下的小气候数据指标。

2)驳岸。选取自然驳岸(如原始缓坡型自然驳岸、砌块型自然驳岸)、人工驳岸(如垂直驳岸、缓坡驳岸、阶梯驳岸、带平台的驳岸、缓坡与阶梯复合驳岸)等驳岸形式作为主要测量指标，记录不同的驳岸要素条件下的小气候数据指标。

3)绿化。选取绿地率和绿化种植模式(如乔灌草递进式、乔灌草错落式、单乔式、乔灌式、乔草式等)作为主要测量指标，记录不同的绿化要素条件下的小气候数据指标。

4)硬质铺装。选取铺装率和铺装材料(如天然石材、人造石材、砖材、木材、混凝土制品、金属材料等)作为主要测量指标，记录不同的硬质铺装率和铺装材料等要素条件下的小气候数据指标。

5)园林构筑物。选取园林构筑物面积和构筑物材料(木质花架花廊、混凝土亭廊、玻璃纤维遮阳织物、金属顶棚、张拉膜等)作为主要测量指标，记录不同的构筑物面积和构筑物材料等要素条件下的小气候数据指标。

3.2 城市滨水带小气候环境物理要素

目前，户外环境小气候舒适度评价主要包括热舒适度和风舒适，热舒适度评价可应用PMV-PDD 指标、PET 生理等价温度指标等，风舒适度评价普遍使用风速的阈值。尽管国内外对热舒适度和风舒适度的评价都进行了大量的研究和验证，但尚没有研究显示何种模型具有适用性。本文主要以基于热舒适度指标温湿指数和风效指数建立的规范《人居环境气候舒适度评价(GB/T 27963-2011)》为基础，通过对城市户外环境人体感受机制的研究，确定影响城市滨水带小气候适宜性的主要因素(风环境、湿环境、热环境)，并选取了对这些物理环境起关键作用并方便测量的主要指标(空气温度、空气相对湿度、风速、日照时数等)，通过对这些指标数据的实地测量，计算出城市滨水带的温湿指数和风效指数(表1)。

表1 人居环境舒适度等级划分标准

目前，课题组已经以上海苏州河滨水带为基地展开实测工作，对其水体、驳岸、绿化、硬质铺装、园林构筑等风景园林设计要素与温湿指数、风效指数等小气候环境物理要素进行了实测，后续研究将通过对相关数据的处理分析，探寻二者之间的作用关系和变化规律，从而总结出城市滨水带小气候适应性设计的模式语言。

4 基于ENVI-met 软件构建城市滨水带小气候适应性设计模型

目前，计算机模拟技术以其快速、准确、低成本的优势成为室外小气候环境研究的热点，如ENVImet，Fluent，EcoTect，RayMan，sky-view factor 等。其中，城市微气候仿真软件ENVI-met 是由德国Mainz大学的Michael Bruse 开发的一个多功能系统软件，可以用来模拟住区室外风环境、城市热岛效应、室内自然通风等。ENVI-met 由4 个模块组成，即建模版块(ENVI-met Eddi Version)、编程模块(ENVI-met Configuration Editor)、计算版块(ENVI-met V3.1 Default Config)以及结果显示版块(LEONARDO 3.75)。

研究拟ENVI-met 软件的模型框架为基础，根据城市滨水带的特点，将水体、驳岸、绿化、硬质铺装、园林构筑作为输入量，将温湿指数和风效指数作为输出量。拟采用的技术路线是将场地实测和计算机模拟相结合，通过场地实测得到一定水体、驳岸、绿化、硬质铺装、园林构筑组合条件下的温湿指数和风效指数，进而通过软件模拟，在ENVI-met软件中更改一定的设计要素，重新计算温湿指数和风效指数，进行比对分析，找到城市滨水带风景园林设计要素与小气候物理要素之间的作用关系和变化规律，从而基于ENVT-met 软件构建城市滨水带小气候适应性设计模型。

本文作为国家自然科学基金重点项目“城市宜居环境风景园林小气候适应性设计理论和方法研究”研究的初期成果，主要是设计了研究的技术路线、提出了实测的方案，以ENVI-met 软件为工具，通过场地实测和计算机模拟相结合的方式，构建了城市滨水带风景园林小气候适应性设计的初步框架。目前场地实测工作已经展开，以上海苏州河滨水带为基地，对一定风景园林设计要素组合条件下的温湿指数和风效指数进行了测试。后续研究将以理论框架为基础，在ENVI-met 软件中对实测数据进行分析，建立城市滨水带风景园林设计要素对小气候物理因子影响关系的数据模型，进而构建城市滨水带风景园林小气候适应性设计的模拟软件。

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