熱環(huán)境視角下的街區(qū)式商業(yè)綜合體的關(guān)鍵形態(tài)因子＊

王一 林佳鴻 潘宸

街區(qū)式商業(yè)綜合體作為一種新型的商業(yè)空間模式，其建筑形態(tài)往往呈現(xiàn)為由內(nèi)部開放商業(yè)街道串聯(lián)的多個單體建筑，具有比商業(yè)步行街更為統(tǒng)一的形體和業(yè)態(tài)規(guī)劃，而街道空間的城市性和開放性也使其區(qū)別于傳統(tǒng)大型單一體量的綜合體建筑。如今街區(qū)式綜合體的外部空間已成為城市中特殊的日常性空間，作為傳統(tǒng)城市街道的有機(jī)延伸，吸引了大量自發(fā)性的居民活動和商業(yè)人流。

目前對于街區(qū)式商業(yè)綜合體的研究主要集中在動線組織、人群行為、空間尺度等方面，鮮有研究從熱舒適的角度優(yōu)化建筑形態(tài)。現(xiàn)有研究表明，室外熱舒適性作為公共空間品質(zhì)的首要評價要素，能夠顯著影響人在空間內(nèi)的停留時長、活動選擇以及對活動區(qū)域的選擇。在具有更高熱舒適性的空間內(nèi)，居民傾向于停留和發(fā)生更多的社會活動，而那些熱環(huán)境品質(zhì)較差的空間往往淪為純粹的集散和交通空間。因此本文嘗試對影響開放空間熱舒適性的形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行精簡化提取，以指引熱環(huán)境優(yōu)化導(dǎo)向下的街區(qū)式商業(yè)綜合體設(shè)計，提升開放性商業(yè)空間的活力。

1 研究對象及數(shù)據(jù)獲取

1.1 研究樣本庫

依據(jù)衛(wèi)星圖像對區(qū)域內(nèi)商業(yè)綜合體的街區(qū)肌理進(jìn)行判別，結(jié)合實地調(diào)研對上海市建筑面積大于5萬m的商業(yè)綜合體進(jìn)行普查，篩選出30個典型街區(qū)式商業(yè)綜合體作為案例樣本庫，其空間分布特征如圖1所示。樣本多數(shù)位于上海中環(huán)內(nèi)，少數(shù)分布于次級區(qū)域中心，能夠充分反映該類商業(yè)街區(qū)所處的高密度城市環(huán)境。

1.2 形態(tài)指標(biāo)計算

基于街區(qū)層級的研究尺度與熱環(huán)境敏感性的研究需求，篩選從文獻(xiàn)綜述中獲取的形態(tài)指標(biāo)，最終選取了平均建筑高度、圍護(hù)系數(shù)、絕對皺褶度等19個形態(tài)指標(biāo)，與總用地面積、容積率兩項基礎(chǔ)規(guī)劃指標(biāo)共同組成指標(biāo)庫，計算方式見表1。初步篩選后指標(biāo)數(shù)量仍然較多，重復(fù)性較強(qiáng)，對于街區(qū)式建筑的熱環(huán)境敏感性存在差異，且部分指標(biāo)的計算過于復(fù)雜，難以運(yùn)用在實際設(shè)計實踐之中，還需進(jìn)一步的研究篩選，以滿足敏感性、獨(dú)立性和可操作性的要求。

1.3 熱舒適評價方法

研究以2021年4月16日為典型日，采用上海寶山氣象站的逐時實測數(shù)據(jù)作為微氣候模擬軟件ENVI-met的基礎(chǔ)氣象參數(shù)，對案例庫中30個樣本的簡化模型進(jìn)行熱環(huán)境模擬，以計算等效生理溫度PET。根據(jù)前期調(diào)研得到的人的熱感知數(shù)據(jù)，確定PET的舒適區(qū)間為14.86～23.14℃，由此可以計算出處于熱舒適溫度下的空間面積比重，作為樣本外部空間熱舒適性的評價依據(jù)，計算結(jié)果見圖2。

2 指標(biāo)的簡化篩選

2.1 指標(biāo)敏感性評價

對形態(tài)指標(biāo)與熱舒適評價指標(biāo)PET進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示，容積率、建筑立面密度、圍護(hù)系數(shù)、絕對皺褶度、平均建筑高度和平均層數(shù)，與建筑總體開放空間以及內(nèi)街的舒適性都存在顯著的正向相關(guān)；高度標(biāo)準(zhǔn)差、高度加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)差、天空可視度僅影響內(nèi)街的熱舒適性；街道線密度、街道面密度及熱穩(wěn)定系數(shù)則顯著影響總體開放空間的熱舒適性（表2）。綜上，在初步篩選的形態(tài)指標(biāo)中，有12項對街區(qū)式綜合體外部空間熱舒適性的描述有較高的敏感性。

表1 街區(qū)尺度熱環(huán)境研究相關(guān)形態(tài)指標(biāo)[2-19]

表2 形態(tài)指標(biāo)與熱舒適的相關(guān)性分析

1 上海中心城區(qū)街區(qū)式綜合體案例庫

2 ENVI-met 熱舒適模擬結(jié)果

表3 形態(tài)因子的成分矩陣

表4 高度因子內(nèi)部指標(biāo)相關(guān)性

表5 關(guān)鍵形態(tài)指標(biāo)集對熱舒適的描述能力比較

2.2 指標(biāo)獨(dú)立性評價

提取重復(fù)指標(biāo)的共有形態(tài)因子，以獲取街區(qū)式商業(yè)綜合體之間的形態(tài)差異性的維度，結(jié)果如表3所示。依據(jù)其內(nèi)在的關(guān)聯(lián)，可將形態(tài)指標(biāo)劃分為三個維度：高度、形體分割、天空可見度。

（1）高度因子：主要反映街區(qū)式綜合體的高度信息，由于街區(qū)式綜合體往往由裙樓與塔樓組合而成，因此平均高度與高差值主要體現(xiàn)在塔樓的高度差異上。

（2）形體分割因子：主要反映街區(qū)式綜合體內(nèi)部街道的密集程度以及分散建筑體量的形態(tài)特征，由街道線密度、街道面密度及熱穩(wěn)定系數(shù)三個指標(biāo)構(gòu)成。

（3）天空可視度因子：反映內(nèi)部開放空間的開闊程度，即能夠直接獲得太陽輻射的區(qū)域比例。

以上三個因子代表了導(dǎo)致街區(qū)式綜合體呈現(xiàn)不同熱舒適性的最關(guān)鍵的形態(tài)差異因素，同時也說明指標(biāo)之間可能存在的強(qiáng)相關(guān)，彼此之間可被相互替代。

2.2.1 高度指標(biāo)簡化

對高度因子內(nèi)部指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析（表4），大多數(shù)指標(biāo)間都呈現(xiàn)出大于0.7甚至高達(dá)0.9的極強(qiáng)相關(guān)。其中絕對皺褶度與所有指標(biāo)都呈現(xiàn)了大于0.7的正相關(guān)，因此其在一定程度上可以表示總體高度的平均數(shù)值，但無法對高差進(jìn)行描述。而容積率作為開發(fā)強(qiáng)度指標(biāo)，與絕對皺褶度呈現(xiàn)出高達(dá)0.99的高度相關(guān)，因此也可以考慮使用容積率表示高度平均值，并同時考慮高度標(biāo)準(zhǔn)差。綜上，高度因子的關(guān)鍵形態(tài)指標(biāo)存在兩種描述方式：1）絕對皺褶度；2）高度標(biāo)準(zhǔn)差、容積率共同描述。

2.2.2 形體分割指標(biāo)簡化

形體分割因子之中，街道面密度近似等于街道線密度與平均街道寬度的乘積，兩者均可表示內(nèi)部街道的密度狀況；而熱穩(wěn)定指數(shù)相對獨(dú)立，代表建筑體量的分散程度。所以形體分割因子的關(guān)鍵形態(tài)指標(biāo)也存在兩種描述方式：1）街道線密度、熱穩(wěn)定指數(shù)；2）街道面密度、熱穩(wěn)定指數(shù)。

3 關(guān)鍵形態(tài)指標(biāo)集

綜上，在考慮了指標(biāo)的熱環(huán)境敏感性和其自身的獨(dú)立性后，得到四種關(guān)鍵形態(tài)指標(biāo)集的構(gòu)建方式（表5）。對熱舒適性與四種構(gòu)建方式的形態(tài)指標(biāo)集進(jìn)行回歸分析（用R表示指標(biāo)集對于熱舒適性的描述能力），結(jié)果顯示，選用絕對皺褶度作為高度因子，比選取容積率及高度標(biāo)準(zhǔn)差要更能夠描述熱舒適差異性，而選取街道面密度作為形體分割因子對總體熱舒適的描述能力要優(yōu)于街道線密度。因此選取指標(biāo)集B作為關(guān)鍵形態(tài)指標(biāo)集。

4 結(jié)論

綜上，描述街區(qū)式商業(yè)綜合體熱環(huán)境特征的關(guān)鍵形態(tài)指標(biāo)集為：絕對皺褶度、街道面密度、熱穩(wěn)定指數(shù)、天空可視度。結(jié)合30個實測案例所體現(xiàn)出的熱舒適區(qū)域分布特征可得出以下結(jié)論：

（1）絕對皺褶度表示建筑總體積與總用地面積的比值，主要由開發(fā)條件中的容積率及限高所決定，但同時也表明在高密度城市中，街區(qū)式綜合體開發(fā)所帶來的總體建筑高度的增加，反而對熱舒適更加有利，這為城市中心區(qū)的商業(yè)建筑規(guī)劃布局提供了一定的參考。

（2）街道面密度反映了線性公共空間在外部空間中的占比。在建筑密度相同的前提下，增加裙樓內(nèi)部街道密度對于熱舒適更有利，如圖3所示，網(wǎng)格狀內(nèi)部路網(wǎng)的舒適性要高于僅有一條主街的案例。

（3）熱穩(wěn)定系數(shù)為建筑體積與表面積的比值的修正，對于建筑而言主要表現(xiàn)在裙樓的體塊數(shù)量上，說明在裙樓設(shè)計中多個分散的小體量建筑的熱舒適性要優(yōu)于幾個大體量建筑的組合，這與街道面密度指標(biāo)共同指導(dǎo)了裙樓設(shè)計中“小體量、密路網(wǎng)”的優(yōu)化原則。

（4）天空可視度表明空間的開闊程度，說明總體公共空間越開闊，熱舒適性越差。如圖3所示，由建筑物包圍的內(nèi)部廣場與開闊的外部廣場相比，熱舒適性更優(yōu)，同時分散小廣場的熱舒適性也優(yōu)于集中大廣場。

本文通過初步研究，得出影響街區(qū)式商業(yè)綜合體外部空間熱環(huán)境的關(guān)鍵形態(tài)指標(biāo)集，大大減少了設(shè)計所需關(guān)注的形態(tài)變量的數(shù)量，可更好地為設(shè)計提供形態(tài)優(yōu)化的決策與判斷標(biāo)準(zhǔn)，同時提升街區(qū)式商業(yè)綜合體設(shè)計時對熱舒適因素的自覺性。

3 案例形態(tài)差異對熱舒適影響的比較分析

1-3 作者自繪

1-5 作者自繪