西安地區(qū)下沉式廣場風(fēng)環(huán)境的測試與分析

狄育慧,陶 鈺，蔣 婧,2，李東林

(1.西安工程大學(xué) 城市規(guī)劃與市政工程學(xué)院，陜西 西安 710048；2.西安建筑科技大學(xué) 西部綠色建筑國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710055)

0 引 言

隨著我國城市空間不斷向立體化演進(jìn)，地下空間的開發(fā)已成為國際上正在興起的穩(wěn)步發(fā)展趨勢。下沉式空間是一種新型的城市公共空間。隨著現(xiàn)代城市化的快速發(fā)展加之城市地下空間的大規(guī)模開發(fā)，不同類型和大小的地下空間均得以利用。下沉式空間極大地豐富了城市公共空間，對城市建設(shè)具有重要意義[1-3]。

LI分析了城市地下空間利用的成功經(jīng)驗(yàn)，提出了如何將地下空間作為擴(kuò)大區(qū)域城市功能影響的重要手段并加以治理的建議[4]。LI等分析了國際地下商業(yè)空間開發(fā)的優(yōu)點(diǎn)與不足[5]。楊釗針對城市下沉式廣場的現(xiàn)狀提出現(xiàn)階段城市下沉廣場空間的空間構(gòu)成及空間環(huán)境要素的設(shè)計(jì)方法[6]。黨春紅等以西安幸福林帶項(xiàng)目為例，從人性化、舒適度、全齡化等方面展開研究，為其他下沉式商業(yè)街的理論研究和實(shí)踐設(shè)計(jì)提供借鑒[7]。城市風(fēng)環(huán)境作為城市微氣候的主要組成部分，是影響室外空間熱舒適度感知和城市熱島效應(yīng)的重要因素[8-10]，而位于地下的公共空間由于受氣候、建筑結(jié)構(gòu)、建筑周圍的微環(huán)境的影響[11-13]，了解這類空間的風(fēng)環(huán)境特征以及對其進(jìn)行科學(xué)的調(diào)控尤為重要。

現(xiàn)有研究雖然指出下沉空間在城市立體化發(fā)展中的重要性，但大多仍是從建筑學(xué)或城市規(guī)劃學(xué)的角度對下沉空間本身的研究，從室外環(huán)境層面的城市街區(qū)風(fēng)環(huán)境角度對下沉式開放空間的研究較少。為了滿足人類對優(yōu)質(zhì)公共空間環(huán)境氛圍的追求。本文通過對商區(qū)導(dǎo)入型和中庭廣場型下沉廣場風(fēng)環(huán)境及其相關(guān)參數(shù)進(jìn)行實(shí)測分析，從城市街區(qū)層面人行高度的行為舒適度、空氣質(zhì)量舒適度、熱舒適度等3方面對2類下沉式廣場的風(fēng)環(huán)境進(jìn)行評價(jià)。

1 實(shí)地測試

1.1 實(shí)測對象

下沉式開放空間按照下沉位置劃分為3類：商區(qū)導(dǎo)入、中庭廣場和商業(yè)過道[14]。商區(qū)導(dǎo)入型：下沉式開放空間設(shè)在商業(yè)建筑入口處，在形態(tài)方面一般結(jié)合建筑和道路之間的空間來設(shè)計(jì)，可與平面的入口廣場形成錯(cuò)落的立體空間形態(tài)；中庭廣場型：在商業(yè)建筑圍合的中庭空間內(nèi)設(shè)置的下沉式開放空間，通常以廣場形式的空間呈現(xiàn)；商業(yè)過道型：下沉空間設(shè)在建筑圍合的過道之間，順著過道形成長條型的空間。

選擇實(shí)測商區(qū)導(dǎo)入類、中庭廣場類。下沉式廣場為商區(qū)導(dǎo)入類選取西安市碑林區(qū)幸福林帶C-2段下沉式廣場，下沉面積793.5 m2。廣場建筑尺寸37.8 m×22.6 m×3.5 m(長×寬×下沉深度)。中庭廣場類選取西安市臨潼區(qū)西恩奧萊中心區(qū)下沉廣場，廣場下沉面積155 m2，下沉深度5.5 m。

1.2 測試儀器

選取德國Testo410-2高精度葉輪風(fēng)速測量儀對測點(diǎn)的風(fēng)速、溫度和濕度進(jìn)行監(jiān)測，測量儀顯示分辨率0.1 ℃。測量精度：±(0.2 m/s+2%測量值)、±0.5 ℃、±2.5%RH；測量范圍0.4～20 m/s、-10～+50 ℃、0～100%RH。

1.3 測點(diǎn)布置及氣象參數(shù)

鑒于城市街區(qū)層面風(fēng)環(huán)境舒適度評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中功能區(qū)分類為室外休閑區(qū)與室外步行通過區(qū)，因此確定在對應(yīng)功能區(qū)布置測點(diǎn)。實(shí)測從地面空間和下沉廣場內(nèi)2個(gè)層面布置總計(jì)4個(gè)測點(diǎn)：商區(qū)導(dǎo)入型下沉廣場地面入口開敞空間處記作測點(diǎn)1，商區(qū)導(dǎo)入型下沉廣場內(nèi)記作測點(diǎn)2，中庭廣場型下沉廣場地面入口開敞空間處記作測點(diǎn)3，中庭廣場型下沉廣場內(nèi)作測點(diǎn)4。測試時(shí)間選取2020年冬季12月19日陰天和12月20日晴天2天周末人流量較大的時(shí)間段10∶10—17∶20進(jìn)行測量。高度標(biāo)準(zhǔn)為人行高度1.5 m。為減少時(shí)間差帶來的風(fēng)速差異，時(shí)間間隔以每10 s記錄1次，記錄3次，以3次的平均值作為該點(diǎn)的風(fēng)速測量結(jié)果。

依據(jù)西安市氣象局對西安市2020年氣候數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可知，西安市12月盛行南風(fēng)，西安市12月19日天氣陰，平均風(fēng)速為1.0～2.5 m/s，風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)。平均溫度3 ℃，平均濕度54%。12月20日天氣晴，平均風(fēng)速為1.0～1.5 m/s，主要風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)。平均溫度5 ℃，平均濕度50%。

2 結(jié)果與分析

2.1 城市街區(qū)層面風(fēng)環(huán)境評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

城市街區(qū)級風(fēng)環(huán)境舒適度應(yīng)同時(shí)滿足行為舒適、空氣質(zhì)量舒適和熱舒適的要求[15-16]。在行為舒適方面，選擇風(fēng)力數(shù)值評價(jià)法用于風(fēng)環(huán)境評價(jià)。目前主流評價(jià)方法有蒲福風(fēng)級[17]、Kevin Lynch與Gary Hack的風(fēng)速舒適度等級[18]、Robert.H.Scanlan和Emil Simiu的風(fēng)速舒適度等級[19]，將我國政策法規(guī)規(guī)定的風(fēng)速值[20]與這3種評價(jià)方法的舒適度值進(jìn)行比較。鑒于不同評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)所采用的風(fēng)力數(shù)值存在差異，宜綜合各評價(jià)指標(biāo)取最小值作為室外行人行為舒適度的最佳風(fēng)速值，得出戶外行人通過區(qū)舒適風(fēng)速值小于5 m/s，戶外休閑區(qū)舒適風(fēng)速值小于3.3 m/s，風(fēng)速警戒值為10 m/s。

在空氣質(zhì)量舒適性方面，風(fēng)速為1～7 m/s時(shí)，室外通風(fēng)效果較好，有利于污染物的擴(kuò)散和稀釋[21]；在熱舒適方面，春、夏、秋三季街區(qū)級的風(fēng)環(huán)境只能滿足行為舒適和空氣質(zhì)量舒適的要求，而冬季還需要滿足熱舒適的要求[22-23]。由于冬季平均氣溫不同，滿足熱舒適的風(fēng)速值也不同。西安市屬于我國的寒冷地區(qū)，冬季戶外休閑區(qū)適宜的風(fēng)速為0～1.85 m/s，戶外步行通過區(qū)適宜的風(fēng)速為0～4.4 m/s[24]。

綜合上述3個(gè)方面風(fēng)速值的要求，以表1作為本文所研究的人行高度風(fēng)環(huán)境舒適度評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。表1中風(fēng)速均為人行高度1.5 m的平均風(fēng)速。

表1 冬季風(fēng)環(huán)境評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.2 測試數(shù)據(jù)

本次實(shí)測分別對冬季陰天和晴天2種天氣情況下的下沉式廣場風(fēng)環(huán)境及其相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測試。冬季陰天和晴天實(shí)測下沉式廣場風(fēng)環(huán)境及參數(shù)見表2。

表2 冬季陰天實(shí)測下沉式廣場風(fēng)環(huán)境及參數(shù)

2.3 廣場特征及對比

2.3.1 商區(qū)導(dǎo)入型 陰天風(fēng)速變化如圖1所示。

圖 1 商區(qū)導(dǎo)入型陰天風(fēng)速變化Fig.1 Variation of wind speed on cloudy day in business district

從圖1可以看出：測試期間陰天測點(diǎn)1風(fēng)速變化范圍為0.35～1.95 m/s，溫度平均值約為(2.9±4) ℃。濕度平均值約為(52.8±12)%；測點(diǎn)2風(fēng)速變化范圍為0.4～1.15 m/s；溫度平均值約為(5.1±4) ℃。濕度平均值約為(47.6±17)%。

晴天風(fēng)速變化如圖2所示。從圖2可以看出：晴天測點(diǎn)1風(fēng)速變化范圍為0.8～1.9 m/s，溫度平均值約為(4.2±4) ℃，濕度平均值約為(51.3±12)%；測點(diǎn)2風(fēng)速變化范圍為0.6～1.15 m/s，溫度平均值約為(6.7±4) ℃，濕度平均值約為(47.8±14)%。

測點(diǎn)2的風(fēng)速均大于測點(diǎn)1，說明下沉式建筑對風(fēng)速有一定的削減作用。測點(diǎn)1風(fēng)向在相應(yīng)時(shí)間段內(nèi)與主導(dǎo)風(fēng)向基本一致，商區(qū)導(dǎo)入型下沉廣場在地面空間周圍建筑群體布局較密且高，起到一定的圍護(hù)作用。

圖 2 商區(qū)導(dǎo)入型晴天風(fēng)速變化Fig.2 Variation of wind speed on sunnyday at business district

在人行為舒適和熱舒適方面，商區(qū)導(dǎo)入型下沉廣場測點(diǎn)1和測點(diǎn)2的風(fēng)速平均值分別滿足室外步行通過區(qū)舒適值和室外休閑區(qū)的風(fēng)速舒適值，且為舒適風(fēng)速。在空氣質(zhì)量舒適性方面，地面入口處風(fēng)環(huán)境質(zhì)量較好，但下沉廣場內(nèi)不滿足較好標(biāo)準(zhǔn)，不利于污染物的擴(kuò)散和稀釋。

2.3.2 中庭廣場型 陰天風(fēng)速變化如圖3所示。從圖3可以看出，測試期間陰天測點(diǎn)3風(fēng)速變化范圍為1.45～2.2 m/s。平均值約為(2.6±4) ℃。濕度平均值約為(48.6±12)%。測點(diǎn)4風(fēng)速變化范圍為：0.45～1.05 m/s。溫度平均值約為(7.9±5) ℃。濕度平均值約為(41.7±10)%。

圖 3 中庭廣場型陰天風(fēng)速變化Fig.3 Variation of wind speed on cloudyat atrium square

晴天風(fēng)速變化如圖4所示。從圖4可以看出:晴天測點(diǎn)3風(fēng)速變化范圍為1～1.8 m/s,溫度平均值約為(3.5±4) ℃,濕度平均值約為(47.1±12)%。測點(diǎn)4風(fēng)速變化范圍為0.6～1 m/s，溫度平均值約為(6.2±3) ℃,濕度平均值約為(43.6±10)%。

從風(fēng)速平均值及最值來看，測點(diǎn)3的風(fēng)速均大于測點(diǎn)4，說明下沉式建筑對風(fēng)速有一定的削減作用。測點(diǎn)3的風(fēng)向在不同時(shí)段略有較短時(shí)間的變化，是由于中庭廣場型下沉廣場在地上空間周圍建筑群體布局較稀疏且低。

在人行為舒適和熱舒適方面，中庭廣場型下沉廣場測點(diǎn)3和測點(diǎn)4的風(fēng)速平均值分別滿足室外步行通過區(qū)舒適值和室外休閑區(qū)的風(fēng)速舒適值，且為舒適風(fēng)速。在空氣質(zhì)量舒適性方面，地面入口處室外通風(fēng)效果較好，但在下沉廣場內(nèi)不滿足較好標(biāo)準(zhǔn)，不利于污染物的擴(kuò)散和稀釋。

圖 4 中庭廣場型晴天風(fēng)速變化Fig.4 Varation of wind speed in sunny day at atrium square

2.3.3 風(fēng)環(huán)境舒適度對比 中庭廣場型下沉廣場內(nèi)的風(fēng)速小于商區(qū)導(dǎo)入型下沉廣場內(nèi)的風(fēng)速且較穩(wěn)定，說明2種類型的下沉式廣場在滿足人行為舒適和熱舒適標(biāo)準(zhǔn)的前提下，中庭廣場型下沉廣場內(nèi)的風(fēng)環(huán)境舒適度更高。中庭廣場型下沉廣場地面入口處風(fēng)速大于商區(qū)導(dǎo)入型，更有利于室外污染物的擴(kuò)散和稀釋，但在下沉廣場內(nèi)中庭廣場型下沉廣場的自然通風(fēng)效果較差。

綜上所述，在人行高度風(fēng)環(huán)境舒適度方面，中庭廣場型下沉廣場的風(fēng)環(huán)境舒適度更高。在空氣質(zhì)量舒適性方面，2類下沉廣場的廣場內(nèi)的室外通風(fēng)效果均不滿足較好標(biāo)準(zhǔn)，相比之下商區(qū)導(dǎo)入型下沉廣場內(nèi)的風(fēng)環(huán)境質(zhì)量更好，空氣質(zhì)量舒適性更高。

2.3.4 下沉式廣場特征及對比 商區(qū)導(dǎo)入型下沉廣場的主要特征為下沉高度小、下沉圍合度低、周圍建筑群體布局較密且高。地面入口區(qū)風(fēng)速較小，測試期間風(fēng)向主要來自西南偏西方向。下沉廣場內(nèi)風(fēng)速低于地面入口區(qū)，溫度高于地面入口區(qū)；中庭廣場型下沉廣場的主要特征為下沉高度較高、下沉圍合度高、周圍建筑群體布局較稀疏且低。地面入口區(qū)風(fēng)速較大，測試期間風(fēng)向主要來自西北偏北方向。下沉廣場內(nèi)風(fēng)速低于地面入口區(qū)，溫度高于地面入口區(qū)。

測試表明，商區(qū)導(dǎo)入型下沉廣場地面入口處風(fēng)速大于中庭廣場型，說明在地面入口區(qū)域周圍建筑群體布局形式在一定程度上會影響風(fēng)速和風(fēng)向。

3 結(jié) 論

1) 下沉廣場內(nèi)區(qū)域與地面入口區(qū)域與測量結(jié)果區(qū)別明顯，商區(qū)導(dǎo)入型下沉廣場地面入口處風(fēng)速是下沉廣場內(nèi)的1.2倍。中庭廣場型下沉廣場地面入口處測點(diǎn)風(fēng)速是下沉廣場內(nèi)的2.15倍，風(fēng)速在下沉廣場內(nèi)有明顯的下降幅度。

2) 下沉空間內(nèi)由于其特殊的建筑形式，存在空氣質(zhì)量較差的問題，下沉高度及下沉圍合度的增加不利于自然通風(fēng)，下沉空間的設(shè)計(jì)尺寸應(yīng)控制在合理的區(qū)間內(nèi)，以改善此空間通風(fēng)效果。