基于Ecotect與Phoenics的居住區(qū)景觀設(shè)計(jì)微氣候模擬

張 浩 鄭祿紅

(1.武漢大學(xué)，湖北 武漢 430072； 2.杭州草月流建筑景觀設(shè)計(jì)有限公司，浙江 杭州 310000)

基于Ecotect與Phoenics的居住區(qū)景觀設(shè)計(jì)微氣候模擬

張 浩1鄭祿紅2

(1.武漢大學(xué)，湖北 武漢 430072； 2.杭州草月流建筑景觀設(shè)計(jì)有限公司，浙江 杭州 310000)

通過(guò)對(duì)居住區(qū)建筑朝向、日照間距、日平均太陽(yáng)輻射、自然通風(fēng)等微氣候條件進(jìn)行分析，疊加分析結(jié)果，進(jìn)而得出居住區(qū)適合布置活動(dòng)場(chǎng)地區(qū)域，對(duì)比現(xiàn)有景觀方案，提出了優(yōu)化建議。

Ecotect，景觀設(shè)計(jì)，Phoenics，微氣候

1 概述

21世紀(jì)中國(guó)城鄉(xiāng)建設(shè)進(jìn)入快速發(fā)展的階段，然而城市化進(jìn)程的加快給人們帶來(lái)了噪聲污染、霧霾日益嚴(yán)重、水土流失、城市熱島效應(yīng)等嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，這與十八大提出的“美麗中國(guó)”以及一直倡導(dǎo)的生態(tài)文明建設(shè)是南轅北轍的。居住區(qū)的環(huán)境范圍是大眾日常生活接觸較多的場(chǎng)所，居住區(qū)微氣候環(huán)境與居民的日常生活息息相關(guān)；建筑布局以及景觀設(shè)計(jì)創(chuàng)造不同的公共空間，不同的空間會(huì)影響微氣候，因此規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)現(xiàn)狀以及方案進(jìn)行環(huán)境微氣候模擬，分析居住區(qū)公共空間設(shè)計(jì)方案是否能夠最大程度的滿足大眾需求是非常有必要的。Ecotect和Phoenics是兩款生態(tài)建筑與環(huán)境模擬軟件，能夠?qū)ㄖc環(huán)境的日照、朝向、熱輻射以及風(fēng)環(huán)境等微氣候條件進(jìn)行相關(guān)分析[1,2]。本文以浙江紹興市平水鎮(zhèn)天天田園相郡園居住區(qū)為例，利用Ecotect和Phoenics操作平臺(tái)對(duì)居住區(qū)的微氣候條件日照、太陽(yáng)輻射、風(fēng)環(huán)境進(jìn)行分析，然后綜合三方面因素，分析居住區(qū)外環(huán)境活動(dòng)場(chǎng)地分布特點(diǎn)，并且對(duì)比現(xiàn)有設(shè)計(jì)的方案，總結(jié)利弊，提出合理化建議，發(fā)揮生態(tài)低碳設(shè)計(jì)的作用，提高居民幸福指數(shù)(見(jiàn)圖1)。

2 居住區(qū)室外環(huán)境微氣候分析

本次規(guī)劃的地塊位于紹興市平水鎮(zhèn)，居住區(qū)規(guī)劃面積約為5 ha，建筑區(qū)域以低層別墅為主，居住區(qū)西依紹甘線，南靠環(huán)鎮(zhèn)北路，東側(cè)依附若耶溪。別墅建筑主要以3層建筑為主，高9 m，北部片區(qū)的建筑有5層,6層(見(jiàn)圖2)。紹興市位于浙江省中北部、錢(qián)塘江河口段南岸，亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明。

2.1 建筑朝向分析

建筑朝向的選擇直接影響建筑物的采光照明，合理的朝向可以減少建筑能耗，提高舒適性。利用Ecotect軟件，結(jié)合相關(guān)氣象數(shù)據(jù)，用Weather tool對(duì)地區(qū)的太陽(yáng)輻射進(jìn)行分析(見(jiàn)圖3)，存在某一個(gè)朝向使得全年當(dāng)中過(guò)冷的時(shí)間里面得到的太陽(yáng)輻射最多，在過(guò)熱的時(shí)間里面得到的太陽(yáng)輻射最少，二者權(quán)衡折中的這個(gè)朝向就是最佳朝向[3]。從圖3可看出，最佳朝向南偏西22.5°，最差朝向西偏北22.5°。

2.2 日照分析

日照時(shí)間的長(zhǎng)短與人們生活、工作、學(xué)習(xí)、環(huán)境等有著密切的關(guān)系。根據(jù)相關(guān)規(guī)范以及紹興屬于中小城市的地理位置等條件，因此紹興地區(qū)建筑需要在大寒日滿足3 h標(biāo)準(zhǔn)日照。

在大寒日對(duì)小區(qū)的日照時(shí)間進(jìn)行模擬，選取東北角的建筑作為模擬對(duì)象，建筑層高6層，高度約為18 m，分析其南面的墻體在大寒日一天中日照情況(見(jiàn)圖4)。分析得到建筑在層高 4.5 m以下的部分區(qū)域一天之內(nèi)的日照時(shí)間無(wú)法達(dá)到3 h，這說(shuō)明建筑間距存在一定的問(wèn)題，因此需要適當(dāng)調(diào)整間距或者降低前排建筑高度。

并且對(duì)小區(qū)的光環(huán)境進(jìn)行分析，居住區(qū)戶外活動(dòng)空間的活動(dòng)人群主要是老年人和兒童，老年人的活動(dòng)時(shí)間一般為早上6點(diǎn)～7點(diǎn)和下午晚飯后5點(diǎn)～6點(diǎn)[4]，因此針對(duì)人群的活動(dòng)規(guī)律，選在大寒日9點(diǎn)～13點(diǎn)和夏至日6點(diǎn)～12點(diǎn)來(lái)分析小區(qū)的日照陰影，尋找日照適當(dāng)?shù)幕顒?dòng)區(qū)域(見(jiàn)圖5,圖6)。

大寒日日照分析顯示，日照條件適合的區(qū)域主要分布在南北3條主要走廊上，狹條長(zhǎng)的空間中可以適當(dāng)布置一些娛樂(lè)、健身的場(chǎng)地，供老人與兒童使用，避免在陰影面積較大的區(qū)域設(shè)置硬質(zhì)空間；夏至日的分析顯示，小區(qū)的光照時(shí)間非常充足。因此適合建設(shè)硬質(zhì)的區(qū)域，主要分布在中間的景觀軸上，并且適建區(qū)域中適當(dāng)種植綠化喬木，防止日照時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，影響人群活動(dòng)。

2.3 太陽(yáng)熱輻射分析

太陽(yáng)熱輻射主要是指太陽(yáng)以輻射形式發(fā)射出的功率投射到單位面積上的多少。地面熱輻射量的大小影響硬質(zhì)空間的布置，一些公共設(shè)施的選址也受其影響，例如變電站、垃圾池等地塊需要布置在陰涼干燥地帶。并且綠化植物的種植選擇跟太陽(yáng)熱輻射有關(guān)，植物大致分為陽(yáng)生植物和陰生植物，陽(yáng)生植物可以布置在熱輻射較高的區(qū)域，陰生植物則相反；分析小區(qū)從春季到秋季地面日平均太陽(yáng)輻射量(見(jiàn)圖7)。在低層別墅區(qū)域周?chē)?，日熱輻射變化波?dòng)相對(duì)穩(wěn)定，在北部的6層樓區(qū)域周?chē)諢彷椛渥兓^大，因此在植物種植設(shè)計(jì)中，日平均輻射較強(qiáng)的地方種植常綠喬木，能夠保證四季提供陰涼的場(chǎng)地；在日平均輻射較小的區(qū)域種植落葉喬木或者低矮灌木、地被等，保證在夏季提供一定的陰涼場(chǎng)地，同時(shí)秋季落葉后，也能享受一定的陽(yáng)光照射[5]。

2.4 風(fēng)環(huán)境分析

風(fēng)環(huán)境模擬主要是指自然風(fēng)通過(guò)建筑群體時(shí)形成的風(fēng)場(chǎng)。建筑的布局以及高度會(huì)影響風(fēng)環(huán)境，保持自然通風(fēng)順暢極為重要，風(fēng)環(huán)境也是室外場(chǎng)地選址需要考慮的因素之一。紹興市夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)，平均風(fēng)速3.0 m/s；全年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，平均風(fēng)速2.1 m/s。因此在Phoenics中對(duì)小區(qū)整體建筑環(huán)境建立相應(yīng)的模型，根據(jù)風(fēng)向和風(fēng)速設(shè)置相應(yīng)的入風(fēng)口和出風(fēng)口等條件進(jìn)行模擬(見(jiàn)圖8,圖9)。根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)分析風(fēng)速跟人體的舒適性有一定的關(guān)系，風(fēng)速小于5 m/s的時(shí)候，人體會(huì)感受到舒適，一般認(rèn)為，風(fēng)速大于1 m/s時(shí)，在夏季室外人們感受是舒適的，風(fēng)速大于5 m/s時(shí)，會(huì)影響到人們的活動(dòng)[6]。

夏季小區(qū)內(nèi)部風(fēng)速速率較高的區(qū)域主要在建筑宅間地塊，東西方向?yàn)橹?；同時(shí)在北邊樓層較高的區(qū)域風(fēng)速速率變化較大，圖8中顏色較暗區(qū)域在夏季的自然通風(fēng)條件下是適合建設(shè)休息場(chǎng)地和道路的區(qū)域。道路走向與主導(dǎo)風(fēng)向吻合，以利于自然通風(fēng)；小區(qū)東側(cè)有一條溪流，是建設(shè)濱水景觀的合適區(qū)域，東側(cè)作為入風(fēng)口的主要區(qū)域，不能種植高大喬木，以免擋住通風(fēng)入口。從全年通風(fēng)看，小區(qū)北側(cè)的兩排6層建筑在冬季可以抵擋寒風(fēng)，減少小區(qū)室外環(huán)境以及室內(nèi)的能耗。東側(cè)建筑的宅間區(qū)域的風(fēng)速比西側(cè)建筑宅間區(qū)域的風(fēng)速大，南北向的三條主要景觀走廊上通風(fēng)效果不佳，在后期景觀設(shè)計(jì)的過(guò)程中，中心節(jié)點(diǎn)在滿足景觀觀賞要求條件下，要保持空間的流動(dòng)性以及開(kāi)放性，并且合理配置植物。

3 綜合疊加分析

通過(guò)綜合分析選擇日照在大寒日陰影覆蓋較少、日平均太陽(yáng)輻射強(qiáng)度適中、全年風(fēng)速在1 m/s～2 m/s、夏季風(fēng)速在1.6 m/s～3 m/s[7]的區(qū)域?yàn)樽钸m合建設(shè)硬質(zhì)場(chǎng)地的區(qū)域，綜合疊加分析這幾點(diǎn)物理因素，同時(shí)加上現(xiàn)場(chǎng)條件以及居民的行為需求和習(xí)慣，得適合布置活動(dòng)空間(見(jiàn)圖10)。

4 總結(jié)分析

對(duì)比現(xiàn)有方案(見(jiàn)圖11)，從硬質(zhì)場(chǎng)地的角度分析來(lái)看，分析結(jié)果顯示可以建設(shè)硬質(zhì)的地段，在現(xiàn)有方案中基本都有布置活動(dòng)空間，道路交通系統(tǒng)完善，可達(dá)性強(qiáng)。1)本次規(guī)劃的建筑朝向?yàn)槟掀珫|8°，不是最佳朝向，但從建筑朝向分析圖顯示，處于合理范圍之中。2)日照間距在東北角落的建筑沒(méi)有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，因此在建筑規(guī)劃布局的前期應(yīng)該進(jìn)行日照模擬，提前提供策略依據(jù)；在西側(cè)的別墅建筑與外圍的建筑間距太近，導(dǎo)致西側(cè)別墅光照時(shí)間低于東側(cè)別墅；夏季屋頂太陽(yáng)輻射較大，需要布置者應(yīng)設(shè)置或者建設(shè)屋頂花園。3)從自然通風(fēng)的角度看，小區(qū)東側(cè)臨水的別墅區(qū)域通風(fēng)效果較好，并且離濱水景觀較近，因此東側(cè)別墅建筑地段好。在中部南北向的三條景觀通廊核心景點(diǎn)上通風(fēng)效果良好、東西向的道路與硬質(zhì)空間通風(fēng)效果最佳。濱水地段緊鄰別墅區(qū)，作為主要通風(fēng)入口不能種植太多高大喬木，分析種植大喬木之后小區(qū)內(nèi)部通風(fēng)情況(見(jiàn)圖12)，發(fā)現(xiàn)小區(qū)內(nèi)部主要景觀節(jié)點(diǎn)風(fēng)速減小，通風(fēng)效果降低。

現(xiàn)代景觀設(shè)計(jì)更加趨向于生態(tài)、科學(xué)可持續(xù)的方法，景觀設(shè)計(jì)要既滿足科學(xué)有效的原則，同時(shí)也能體現(xiàn)其觀賞性和藝術(shù)性。傳統(tǒng)的用地評(píng)價(jià)經(jīng)常從土地開(kāi)發(fā)強(qiáng)度、用地平衡發(fā)展、綠地率等角度去分析，但從生態(tài)城市建設(shè)的角度出發(fā)，利用現(xiàn)有開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)模擬軟件為平臺(tái)，在居住區(qū)設(shè)計(jì)過(guò)程引入相關(guān)的建筑物理環(huán)境模擬方法，為景觀設(shè)計(jì)提供科學(xué)有效的依據(jù)。

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Microclimate simulation of residential community landscape design on the basis of Ecotect and Phoenics

ZHANG Hao1ZHENG Lu-hong2

(1.WuhanUniversity,Wuhan430072,China;2.HangzhouCaoyueliuBuildingLandscapeDesignCo.,Ltd,Hangzhou310000,China)

The paper analyzes residential building orientation, sunshine spacing, daily average solar radiation and natural ventilation and other microclimate conditions, and advizes to arrange activity region in residential community. Through comparing to current landscape schemes, it puts forward optimal proposals.

Ecotect, landscape design, Phoenics, microclimate

1009-6825(2014)22-0010-03

2014-05-09

張 浩(1989- )，男，在讀碩士； 鄭祿紅(1990- )，女，助理景觀設(shè)計(jì)師

TU983

A