绿化和建筑布局对重庆市高绿地率居住区小气候的影响研究

张自豪,李妍汶

(西南大学园艺园林研究生院，重庆 400715)

绿化和建筑布局对重庆市高绿地率居住区小气候的影响研究

张自豪,李妍汶

(西南大学园艺园林研究生院，重庆 400715)

以高绿地率的重庆市龙湖西苑居住片区为调查对象，测试其温度、湿度、风速等气象指标，以建筑离散度为切入点，重点研究绿化和建筑布局形式对重庆市高绿地率居住区夏季小气候的影响。结果表明，绿化率与居住区热环境指标相关性不大；建筑离散度对高绿地率居住区夏季日均温有一定影响，建筑离散度越低，建筑越集约，居住区夏季建筑周围温度越低；建筑离散度高的居住区能有效增加夏季风速；不同布局形式的居住区人体舒适度存在差异，呈现为片块式>向心式>围合式，围合式布局形式的居住小区夏季小气候最为舒适。

高绿地率居住小区；小气候；绿化率；建筑布局；建筑离散度；人体舒适度

随着近年来我国城市化进程的不断加快，2015年我国城镇常驻人口达 77 116 万人，比往年增加 2 200 万人，城镇人口占总人口的比例为56.1%，城市环境问题日益凸显，而人们对居住区小气候也越发重视。大量研究表明，适宜的居住区小气候是影响居民居住环境舒适程度的重要因素。

居住区中的绿化率和建筑布局是影响小气候舒适度的重要指标。日本有学者对位于大阪市的某居住区建立数值模型，分析建筑、绿地等对小气候的影响，结果发现，增加绿地面积能够明显降低气温[1]；根据国家规定绿地率在旧区改造中不小于25%，在新区建设中不小于30%[2]，但随着人们对居住环境要求的提高和对小区气候的重视，绿地率远高于国家规定的新建居住区逐渐增多。从重庆市十佳小区评比和重庆部分在建住宅区统计指标来看，现有居住区绿地率大都在35%以上，并且有相当一部分居住区绿地率高于50%[3]。而对于高绿地率小区，绿地率对热环境的影响效果是否明显，以及制约高绿地率居住区的热环境的指标因素，国内外研究普遍较少。同时，不同的建筑布局形式是影响居住区小气候的另一个重要指标，美国学者Bonan[5]通过对一个居民小区的实地测量，提出建筑密度和高度是使得微气候产生差异的直接因素之一。在国内岳红蕾[4]对重庆地区探讨了建筑布局对建筑室外风环境、热环境和污染物分布的影响。但这些研究多以主观描述为主，缺乏定量化的指标研究，并且并未将高绿地率小区作为单独范本进行讨论研究。本研究以重庆市江北区绿化率较高的龙湖居住片区为例进行小气候观测调查，分析比较在较高绿地率下，以居住区的建筑集约程度为切入点，讨论不同的建筑布局形式对重庆高绿地率居住区热环境的影响，为城市居住区空间的改造、设计、建设提供技术指导和理论依据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

场地选择在重庆市江北区龙湖西苑居住片区的金晖苑(围合式)、枫林秀水(片块式)、尚源印象(向心式)3种布局形式的居住小区，其地理坐标为北纬29°33′ 18″～29°40′ 53″，东经106°23′ 43″～106°53′ 22″ 。该片区地势较为平坦，坡度较小，为同一批次建成小区，绿化条件相近并且均高于45%，属于高绿化率小区，且均属于主城区高层小区，能较好代表重庆市主城区居住区情况。测量居住区形态指标见表 1。

表1 测量居住区形态指标Tab.1 Measurement of residential area morphological indicators

1.2 研究方法1.2.1 气象因素测量

根据研究内容和调查目标，以50 m×50 m的单元格作为实地调查的基本单元，每个基本单元选择6个点进行测量，6个点的比例按单元内生境类型进行分配，其中金晖苑共采集30个单元、180个点；尚源印象共采集22个单元、132个点；枫林秀水共采集30个单元、180个点。测量时间选择在5—8月重庆市夏季的09∶00—18∶00，按指标进行多次测量；选取距3处小区距离相同的一处无植被遮阴的硬质铺装广场为对照样地。测量的气象指标为空气干球温度、湿球温度、相对湿度、风速。指标观测间隔时间约为1 h，观测时间约为5～10 min，观测高度为离地面1.5 m。采用Microsoftexcel 2010、SPSS 19等分析软件进行分析和数据处理。试验小气候观测干球温度、湿球温度、相对湿度，风速采用Kestrl便携式气象站。温度测量范围为-100.0～1 300℃，精确度为±0.2℃。仪器相对湿度测量范围为5%～95%，精确度±5%。风速为0.4～30m/s，精确度为5%。

1.2.2 居住区建筑离散程度描述

为了定量描述3种居住区(围合式、向心式、片块式)的建筑离散程度，将居住区建筑进行描点建立坐标系，通过计算坐标点方差来定量描述3种居住区的建筑离散程度，坐标点方差越大，则表示居住区建筑越分散；反之，方差越小，居住区建筑越集约。3种居住区建筑的建筑描点方差分别为：围合式(金晖苑)3.314，向心式(尚源印象)4.2；片块式(枫林秀水)5.943，则其离散程度为：围合式<向心式<片块式，片块式建筑分布最为分散，向心式居中，围合式建筑分布最为集中。

1.2.3 人体舒适度评价指标

人体舒适度指数 (ssd) 是在气象角度上衡量不同的条件下人体的舒适程度，根据人类机体与大气环境之间的热交换而制定的生物气象指标[6-7]，公式为：

ssd= ( 1. 818t+ 18. 18) ( 0. 88 + 0. 002f) +t-32) / ( 45 -t) -3. 2v+18. 2

式中，t为干球温度，f为相对湿度，v为风速[8]。

ssd与人体舒适度的划分标准:ssd> 79，舒适度 3 级，炎热，很不舒适，需防中暑;ssd= 79，舒适度 2 级，较热，不适应，应适当降温;ssd=71，舒适度 1 级，偏暖，较为舒适; 70≥ssd≥50，舒适度0 级，最为舒适，最可接受;ssd=51，舒适度-1 级，偏凉，较为舒适;ssd<50，舒适度-2 级，较冷，不舒适，需保暖。

2 结果与分析

2.1 小区日均温与对照组温度差分析

通过比较3个居住区各自均温与对照组温度差值可发现，三者差异较为明显(图4)：3个居住区日均温与对照组当日气象温度均有不同程度的降低，其中，围合式居住区日均温降低程度最高，为5.15℃；其次为向心式居住区，为3.08℃；最后是片块式居住区，为2.87℃。 而比较每日温度最高时，居住区温度与对照组气象温度差值，围合式居住区金晖苑降温差值最明显，达到8.4℃；而最低温度差值3种类型小区相差不大，在每日的温度波动上，围合式居住区波动最小，为4.2℃，其次为片块式，为5.9℃，波动最大，为6.5℃。

图1 3种类型居住气温与江北区气象气温差值

对日均温差值与居住区离散度进行相关性分析，结果如表2。

建筑离散度与日均温相关系数为-0.485，具有负相关性，说明随着建筑离散度的升高，建筑越分散，日均温与对照组的差值越小，日均温越高，降温效果越不明显；反之，当建筑离散度越低，建筑布局形式越集约时，温度差值越大，日均温则越低，降温效果越显著。而在对绿地率和日均温的相关性分析中则发现，在较高绿地率的层面上，绿地率与日均温差值并无明显相关性。

表2 建筑离散度与日均温差值相关系数Tab.2 Correlation coefficient of building dispersion and daily mean temperature difference

**在置信度(双侧)为0.05时相关性性是显著的。

3种类型居住区中，金晖苑为围合式小区，建筑离散度最低，建筑最为集约，小区日均温低于其他2个小区，其次是向心式的尚源印象，建筑离散度稍低于片块式的枫林秀水，日均温也稍低于片块式。在重庆夏季日照时间长，阳光直射强烈，而建筑离散度越低，建筑排列越集约，居住区之间建筑遮阴效果则越明显，这种效果在高层住宅中则更为明显；同时在高绿地率的基础上，进一步提升绿地率，并不能带来有效地降低小区日均温。因此，在重庆夏季绿地率较高的高层住宅中，较为集约的建筑排列形式能更有效地降低居住区日均温。

2.2 居住区间建筑周围温度差异分析

居住区建筑周围范围为夏季生活活动的重要场地，因此，研究居住区建筑周边温度对于居住区气候具重要意义。比较3种居住区建筑周围1 m内(具体选择点统一为建筑1 m内硬质铺装主体入口)白天温度变化，如图2可知：3种类型居住区建筑旁温度变化趋势大致相同，均是在9∶00—12∶00时温度上升较快，趋于平稳，然后在15∶00—17∶00时再次上升。建筑比热容较大，在气温刚上升，建筑温度随之上升较快，影响周围气温上升；而在12∶00—15∶00时建筑阴影以及周围绿地作用，使得建筑旁温度趋于稳定；在15∶00后气温达到当日最高点，建筑周围温度随之进行2次增高。3种类型的居住区中，每一时刻围合式小区(金晖苑)温度均明显低于其他2个小区，并且在日均温最高的15∶00—17∶00时温度也较为稳定；其他2个小区差距不大，片块式(枫林秀水)和向心式(尚源印象)在9∶00—12∶00时温度差异不大，但在15∶00—17∶00时，向心式小区建筑周围温度明显低于片块式。

图2 3种类型居住区建筑周围温度对比

对居住区建筑温度和居住区建筑离散度进行相关性分析(表3)可以发现，居住区建筑温度和建筑离散度有显著相关性，相关系数为0.519**，建筑周围温度会随着建筑离散度的升高而升高。

表3 离散度与建筑周围气温相关系数Tab.3 Correlation between the dispersion and the ambient temperature of the building

**在置信度(双侧)为0.01时相关性是显著的。

图3 各居住区各时刻平均风速比较

由相关性分析可知，居住区建筑的离散度对建筑周围温度影响更为显著，更低的建筑离散度，建筑排列方式越集约，建筑周围区域温度则越低，相对越凉爽，集约型的居住区建筑形式(如围合式)能够大量减少太阳辐射，更加有效地提供建筑阴影，降低建筑四周温度。

2.3 居住区风速

图3为3个居住区各时刻风速差异比较，总体而言，3个居住区基本风速都不大，总体在0～5 m/s的区间范围内，3个居住区峰值风速分别为片块式4.5 m/s、向心式3.1 m/s、围合式2.1 m/s，其中，片块式居住区整体风速高于其他2个居住区，向心式居住区风速稍高于围合式居住区。对居住区平均风速和居住区建筑离散度进行相关性分析(表4)，结果表明，平均风速与建筑离散度之间相关度明显，相关系数为0.045*，在置信度(双侧)为0.05时相关性是显著的，说明随着建筑离散度的增加，居住区平均风速随之变大。

表4 建筑离散度与风速相关系数Tab.4 Building dispersion and wind speed correlation coefficient

*在置信度(双侧)为0.05时相关性是显著的。

重庆市夏季普遍风速较小，较为闷热，而居住区内当风流动撞击到建筑的迎风面时，会在建筑迎风面的前部形成滞留区，片块式居住区建筑分布分散且多为行列状，对风的阻碍小且容易形成纵向风的流通通道，风速较其他2种类型居住区大，而围合式居住区建筑风阻面大，并且难以在楼层间形成对流风，所以围合型居住区平均风速最小。

2.4 居住区舒适度

通过计算3种类型居住区舒适度可以得知：围合式居住区气候舒适度为71，人体感觉偏暖，较为舒适；向心式和片块式居住区人体舒适度分别为75和77，人体感觉炎热，很不舒适，需要适当降温，对照组人体舒适度为93，人体感觉很炎热，很不舒适，需要防中暑。重庆市夏季气温高，风少且空气湿度大，3个居住区相对于对照组均有明显地提升人体舒适度的效果，而围合式居住区的小气候最为舒适，最适宜居住。

3 讨论

研究结果表明：在高绿化率的居住区中，绿化率与居住区热环境指标相关性不大，在绿化率较高的层面上提升绿化率并不能有效改善居住区热环境。而建筑离散度对高绿地率居住区夏季日均温有一定影响。离散度低的居住区夏季日均温低，离散度高的居住区平均温高。同时，离散度率越低其温度波动越小，日最高温也最低。建筑离散度在建筑周围温度方面相关性更为显著。居住区离散度越低，建筑越集约，居住区建筑周围温度则相对越低；而离散度越高，建筑越离散，建筑周围温度也相对越高。建筑离散度同样对风速有一定影响。建筑离散度越高，居住区日均风速越低。建筑离散度最小的围合式居住区能最大程度地降低气温，改善建筑周围炎热情况，提供夏季舒适的活动空间，但围合式居住区相对于片块式、向心式也有风速小的弊端，通过人体舒适度指标对3种居住区进行分析可得到舒适度排列次序为：片块式>向心式>围合式，围合式居住区相对热环境最为适宜居住。

方慧芳等[9]探讨了临安市不同绿化和建筑布局对居住区温度波动范围的影响以及不同天气状况下的日均温，刘滨谊等[10]以上海居住区为调查对象寻找温度要素与居住区开敞空间布局及人群行为的关系，陈珂珂等[11]以郑州市居住区为调查对象研究植物视图因子和建筑视图因子与小气候的相关性，张德顺等[12]研究上海豫园不同植物建筑要素的搭配组合的降温效果以及与人体舒适度的关系。可以看出，前人的研究大都停留在定性而笼统的实测分析，并且没有将高绿地居住区作为单独的范本进行区别研究。本研究在实测的基础上，以建筑离散度为切入点，对重庆市 3类高绿地率居住区的建筑布局进行量化分析其对小气候的影响，得出建筑离散度对居住区热环境的改变效果。本研究仅仅讨论了夏季白天居住区小气候状况，今后仍有一些问题需要通过更详细的观测实验以及数据分析进行深入探讨，例如在阴天和雨天、白天和夜间以及其他季节的条件下不同居住区内部气温变化和气温的对比分析，同时，由于当地气候的特殊性，相对湿度指标差异性过大未纳入讨论范围，如何考量地域差异因地设计调查方案都是需要进一步思考研究的问题。

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Influence of the Building and Green Space Layout for Microclimate in Chongqing High Greening Rate Residential

ZHANG Zihao,LI Yanwen

(Southwest University,Chongqing 400715,China)

By taking “Longhu Xiyuan” of Chongqing as an operating space, this research observed meteorological elements such as air temperature, wind speed, building dispersion in order to find out the influence of greening and different architecture layouts in the residential district on warm environment. The results show that the greening rate is not related to the thermal environment index of the residential area; The building dispersion has a certain influence on the daily average temperature of the high green area in the residential area; The lower building dispersion, the more intensive building, and the more low ambient temperature in the residential area; the building with high dispersion can effectively increase the summer wind speed. There are differences in the comfort of the residential area at different layouts, which is the same as that of the block-type> centripetal type> enclosed, and enclosed layout building are the most comfortable.

high green rate residential area; microclimate; greening rate; building layout; building dispersion; human comfort

10.3969/j.issn.1671-3168.2017.02.032

2017-02-27.

重庆市应用开发计划项目"节约型园林关键技术集成研究与示范"(项目编号：cstc2014yykfA9001).

张自豪(1991-)，男，河南信阳人，硕士研究生.从事风景林生态学方面研究.Email:409267986@qq.com.

王海洋(1964-)，男，河南义马人，教授，博士.从事风景园林生态研究.

S731.5；S718.512

A

1671-3168(2017)02-0153-05