上海小陆家嘴地区街道形态对街道热舒适的影响研究

WANG Yi LIU Shuyuan HUANG Zishuo

0 引言

街道空间是室外公共空间的重要组成部分，其热舒适性关系着人们室外活动的活跃度和质量。在国内外开展的一系列关于街道热舒适的基础性研究中，Wang Y,de Groot R等人在荷兰格罗宁根大学校园的实际调查中，发现了人的热舒适性受到主观因素和环境参数的共同影响，并具有地域特征[1]；Nunez和Oke探讨了街道峡谷能量平衡的基本理论，揭示出净辐射量、净太阳辐射和显热通量对不同城市形态的敏感度很高，证明了街道形态能够影响街道环境参数[2]。因此，街道形态能够通过影响街道微气候环境，从而影响人在街道上的热舒适感受。在对街道形态、街道环境和热舒适性三者之间的相互关系研究中，欧阳婉璐研究了武汉夏季城市街道的朝向和高宽比对于室外热舒适度的影响[3]，对单一季节的两种街道形态因子对热舒适性的直接影响进行了研究；刘思琪则对不同朝向和宽度的严寒地区步行街，在不同季节下的热环境参数差值导致的热舒适差异进行了比较[4]，其对三者之间的关系进行了描述，也考虑了不同的季节条件，但是形态因素上仍旧是局限于朝向和宽度。然而实际情况中，能够影响街道热舒适性的形态因素有多种，朝向和高宽比不足以进行全面的代表；同时，各种街道形态因素在不同的条件下对环境的影响程度也不同，需要进行季节和地域的区分。我们可以通过综合不同的条件来对影响程度较高的形态因素进行调整，从而高效地提高街道热舒适性。

本研究以上海小陆家嘴地区的城市街道为对象，上海陆家嘴地区是过去三四十年间中国城市大规模、快速发展的典型代表，其在经济和形象层面取得成功的同时，室外公共空间的品质却一直受人诟病，小陆家嘴地区的街道数量和人群活动丰富，选择该片区，从热舒适的角度对其街道形态进行研究，能够对其日后的更新改善提出建议。

因此，本研究以环境参数为媒介，首先研究不同季节影响街道热舒适性的主要环境参数，再将挑选出的城市街道样本进行街道形态因素的提炼和量化，将其与研究得到不同季节的主要环境参数进行相关性分析，找到影响这些环境参数的主要街道形态因素，从而建立起街道热舒适性、影响热舒适性的主要环境参数、影响主要环境参数的街道形态因素三者之间的对应关系，探究实际街道中形态对热舒适性的影响。

1 研究方法

1.1 研究对象

基 于2019年1月13日、14日两天对小陆家嘴地区范围内26条街道进行的人流数据统计和人的行为观察结果，选取了7条街道作为研究对象（图1）。该7条街道白天人流量均超过400人，使用者类型包括居民、附近工作或学习的人员以及游客，人群活动的类型和数量较为丰富，具有一定的代表性。

1.2 研究时间

上海市四季分明，全年主导风向为东南风和西北风。浦东新区冬季的温度约为0℃～11℃之间，春季的温度约为13℃～28℃之间，夏季的温度约为22℃～35℃之间，秋季的温度约为12℃～24℃之间，且晴朗无雨的日子，人们更愿意进行室外活动。故综合考虑温度和天气情况，选取了2019年1月18日、20日，4月20日、23日，7月14日、21日，11月9日、10日8个上海典型的四季气象日作为实测日，以两天的数据作为季节测量数据（表1）。

1.3 研究方法与研究数据

研究需要获取街道环境参数、与之对应的人的热舒适评价以及街道形态三类数据，分别采用环境参数测量、热舒适问卷调研和街道形态调研方法获得。

1.3.1 环境参数测量

图1 7条街道及街道测点分布图

环境参数实测采用KestrelNK5400微气候测量仪，同时采集每天8:00—19:00各个街道的不同环境参数，以评估街道的微气候环境。

1.3.1.1 测试布点与测试方法

由于一条街道过长，为了更好地描述街道的微气候环境，在每条街道两侧各选取中点和两个端点，共6个测点，按照测点编号顺序，每隔10 min依次在一个测点进行数据采集，1 h一轮，连续测量2 h，间隔1 h后重复（图2）。

1.3.1.2 环境参数测量结果

每小时的风速、空气温度、相对湿度和黑球温度由仪器直接测得，平均辐射温度（Tmrt）根据每小时的实测参数计算得到（参照ISO（7726））：

其中ε=0.95，为黑球反射率；D为黑球直径（表2）。

1.3.2 热舒适问卷调研

1.3.2.1 问卷调研方法与问卷内容

热舒适是人对于周围环境的主观评价结果，采用在热环境参数实测的同时发放热舒适问卷的方式以得到对应的人的热舒适评价。受访者为自发的在街上进行活动的人。每条街道每天发放约30份问卷。

图2 测点分布图

表1 测试日气象数据表

表2 街道环境参数测量结果

热舒适感受问卷分为两部分内容，一是受访者的基本信息；二是受访者个体的热舒适性感受，其中热舒适投票（Thermal Comfort Vote，TCV）采用5级标度，分别为非常不舒适、不舒适、一般、较舒适和非常舒适，对应的赋值为-2、-1、0、1、2。

1.3.2.2 街道热舒适投票调研结果

调查总共发出问卷1 726份，其中冬季462份，春季420份，夏季417份，秋季427份（表3、图3）。

四季的调研结果显示：街道的热舒适性具有季节性差异，春秋两季的总满意度（包含一般、较舒适和非常舒适）相对夏冬两季较高，其中秋季整体满意度更是达到96.48%；同一季节不同街道的热舒适度也有差异，冬、春、夏三季不同街道的热舒适度有明显差异，而秋季7条街道的满意度均在93%之上，部分街道甚至达到100%，整体满意度过高、街道满意度差异较小，不足以研究出街道形态对于热舒适差异的影响。因此，之后主要对冬、春、夏三季的街道形态与热舒适差异进行研究。

表3 街道热舒适投票数值统计表

1.3.3 街道形态因素调研

街道形态采用实地观察和测量法，记录下不同街道的宽度、高度、朝向等形态数据，并在之后的分析之中进行量化处理。

2 相关性分析

2.1 热舒适投票与环境参数分析

选用测量得到的空气温度、相对湿度、风速以及计算得到的平均辐射温度（Tmrt）4项单一的环境参数指标，与热舒适投票进行相关性分析，这4项指标已经足以描述街道微气候的风热环境变化。即使是目前广泛运用的用于室外热舒适评价和模拟的综合性指标PET（生理等效温度）和UTCI（通用热气候指标），其中PET是考虑了空气温度、相对湿度和风速三种环境参数，UTCI较于PET则加入了平均辐射温度，该4项也覆盖了综合性指标所考虑的因素。同时，学者在对指标的研究中发现，环境参数在不同的季节对人热舒适的影响强度不同[5]，而综合性指标会忽视这些差异，从而影响热舒适评估的准确度和敏感度，选用单个指标能更精确地感受小陆家嘴地区街道，在不同季节哪些环境参数会作为主要因素影响人的热舒适性。

将对应的每条街道每小时热舒适投票的平均值（MTCV）与对应的实测环境参数进行对比分析，得到冬季41个对应关系、春季31个对应关系和夏季的34个对应关系，其分析结果见表4。

结果显示，不同季节，影响人热舒适性的环境因素是有差异的。冬季，风速是影响热舒适性的主要环境参数，风速越小，使用者感觉越舒适；春季，风速和平均辐射温度是影响热舒适性的主要环境参数，风速越大或者平均辐射温度越高，使用者感觉越舒适；夏季，空气温度和平均辐射温度是影响热舒适性的主要环境参数，空气温度或者平均辐射温度越低，使用者感觉越舒适。

总体而言，小陆家嘴地区街道的风环境和辐射环境对于人在街道的热舒适感受影响较大，相对湿度对于人们在街道的热舒适感受影响甚微，这可能是由于一定区域内不同街道的湿度差异不大，且人们对于一定范围内的湿度变化不敏感。实地调研中，不同街道的风环境和街道遮挡物等也差异较大，人们对于风速变化和环境遮挡物等的敏感程度和期望也影响了对热舒适的主观评价。

2.2 街道形态与环境参数相关性分析

2.2.1 形态因素的选取和量化

室外街道的风环境和辐射环境会受到街道朝向、街道空间的几何形态和周围建筑形态布局的影响，同时也与树木遮挡、绿化位置等景观因素有关。有些学者[6]对于街道各种要素（包括空间形态要素与绿化水体等其他要素）与环境参数之间的关联性进行了初步的研究总结。本研究仅从街道本身的形态因素考虑。一方面，是街道的空间位置要素，街道的朝向会影响街道所受的太阳辐射，故用街道朝向与平均辐射温度关联，而风速则更多和街道与主导风向的夹角相关；另一方面，是街道的空间几何性质，用街道长宽比、街道连续度和街道两侧连续度差值描述街道平面性质，街道高宽比和街道平均高度描述街道立面性质，从而全面地对街道形态进行限定。

（1）街道朝向：街道中心线与正北方向的顺时针方向夹角数值。

（2）风向夹角：街道与主导风向的夹角，测量当天的主导风向与街道中心线的锐角夹角数值。

（3）平均高度：街道立面所有建筑高度的平均值，本研究采用竖直方向建筑立面投影面积与建筑在街道上投影长度的比值。

（4）街道高宽比：街道两侧平均高度与街道平均宽度的比值。

（5）街道长宽比：街道中心线长度与街道平均宽度的比值。

（6）街道连续度：一定范围内街道所有外侧建筑沿路的投影长度之和与街道长度的比值。

（7）街道两侧连续度差值：街道两侧连续度之差的绝对值。

该7项挑选出的形态指标均能对街道的风环境和辐射环境造成影响，将其进行标准化处理，转化为无量纲数值以便于比较，形态指标量化见表5。

2.2.2 形态因素与环境参数的相关性分析

采用线性回归分析法将春冬夏三季测量日当天主要环境参数和街道形态量化指标分别进行相关性分析来探讨影响环境参数的主要形态因素。其中与街道的主导风向的夹角用于与风速进行回归，街道朝向用于与平均辐射温度和空气温度进行回归（表6）。

表4 环境参数与MTCV相关性表

表5 街道形态指标量化表

结果显示：不同季节，街道形态因素影响环境参数的程度不同。冬季，街道与主导风向的夹角和街道两侧连续度差值是影响风速的主要因素；春季，平均高度是影响风速的主要因素，街道连续度和平均高度是影响平均辐射温度的主要因素；夏季，街道两侧连续度差值是影响平均辐射温度的主要因素，而空气温度则与各个街道形态因素均不相关。相关性分析是基于这7条街道的环境参数和形态要素，存在着一定的局限性。

2.3 街道形态、环境参数、热舒适性对应关系分析

结合之前的分析和具体的街道形态来看（表7）：

冬季，风速是影响热舒适性的主要因素，风向夹角和街道两侧连续度差值是影响风速的主要因素。冬季街道I和II的热舒适度为80%以上，除去街道III可能由于广场的原因导致风速偏大而降低热舒适度，从风向夹角上看，街道I和II均为东北-西南走向街道，街道IV、V、VI、VII为西北-东南走向街道，街道I、II的风向夹角远远大于其余街道，从街道两侧连续度差值上看，街道I、II的两侧连续度差值也小于其他街道。故冬季，街道与主导风向的夹角越大，街道两侧连续度差值越小，风速越小，热舒适度越高。

春季，风速和平均辐射温度是影响热舒适性的主要因素，平均高度是影响风速的主要因素，街道连续度和平均高度是影响平均辐射温度的主要因素。春季街道III和IV的热舒适均为95%以上，街道I则仅有83%，从平均高度上看，街道的热舒适度随着平均高度的降低而降低，从街道连续度上看，街道I的街道连续度远远高于其他热舒适性较好的街道。故春季，街道平均高度越高，街道两侧连续度越小，风速越大，平均辐射温度越高，热舒适度越高。

夏季，空气温度和平均辐射温度是影响热舒适性的主要因素，街道两侧连续度差值是影响平均辐射温度的主要因素，而空气温度则与各个街道形态因素均不相关。夏季街道I的热舒适为87%，除去街道II由于街道两侧建筑高度差距过大造成的太阳辐射过高导致热舒适度较低，从街道两侧连续度差值上看，街道I的两侧连续度差值均大于其余街道。故夏季，街道两侧连续度差值小，平均辐射温度越低，热舒适度越高。

3 结语

本文对上海小陆家嘴地区7条城市街道进行了热舒适环境参数实测和大众心理热舒适评价问卷调研，发现使用者热舒适性、环境参数和街道形态三者之间有密切的关系。

7条街道在不同季节有着不同的热舒适性，具体的相关关系见表8。冬季，街道与主导风向夹角较大的街道能够衰减进入街道的风的强度，从而降低风速，街道两侧连续度差值较小的街道能够有效降低两侧的对流风速；春季，高层会对街道的风环境和建筑自身遮挡造成影响，平均高度越高，街道连续度越小，风速和平均辐射温度均越大；夏季，街道两侧连续度差值越小的街道能够带来更多的遮挡，从而降低街道的平均辐射温度，而夏季的空气温度是影响街道舒适性的重要因素，且与街道形态指标不相关，说明街道形态对于空气温度的影响甚微，需要从其他尺度上，比如城市热岛降温等方面去构建夏季室外环境，给使用者带来更好的热舒适感受。

表6 环境参数与形态因素相关性分析

表7 热舒适性-街道形态对应表

表8 街道形态与热舒适差异全年总结

因此，在小陆家嘴地区日后的更新改造中，通过对街道形态的把控，可以提高街道的热舒适性。比如对于新规划的街道，尽量采用与冬季主导风向夹角较大的朝向，以降低冬季的街道风速；对于老街道，特别是街道两侧连续度差值较大的，可以通过城市修补等手段，新建部分裙房来降低两侧差值，提高其在冬、夏季的热舒适性；春季，部分沿街建筑可以考虑底层架空，降低街道的连续度。蔡永洁教授[7-8]也提出，通过对空间密度的改变，能够导致新的街道和界面连续的变化，而我们可以通过控制这些变化的方向，去选择构建一个热舒适度相对较高的城市空间。同时,也可以结合不同季节气象条件，合理利用区域内高层建筑形成的风影效应和自身遮挡，构建适宜的风热环境。

本研究从热舒适的角度,对小陆家嘴街道空间做出了分析和评价，阐述了街道使用者热舒适性、环境参数和街道形态三者之间的关系，从而对小陆家嘴地区街道日后的更新改善提出建议。但结论仅仅基于小陆家嘴地区现有的街道形态与环境参数，具有一定的局限性。