基于日照分析的行道樹選擇研究
——以山東省日照市為例

尹德淑，徐曉艷，2*，高飛龍，王興梅，2，李 璇，2

(1.日照市園林環(huán)衛(wèi)集團(tuán)，山東日照276800；2.日照市園林綠化科學(xué)研究院，山東日照 276800)

城市道路作為城市的基本骨架，在空間上構(gòu)建城市網(wǎng)絡(luò)，不僅承擔(dān)著交通功能，還承擔(dān)社會(huì)功能、生態(tài)功能，是城市面貌變化和城市精神追求的體現(xiàn)。道路景觀是城市景觀的重要組成部分，是人們對(duì)城市的首要整體印象。行道樹作為道路綠化的主體，是道路兩側(cè)建筑與道路之間的過渡，其獨(dú)有的質(zhì)感及豐富的色彩很好地柔和了鋼筋混凝土建筑的剛硬與生冷，還能讓人愉悅身心、放松心情。目前對(duì)于行道樹的研究多集中于交通安全、環(huán)境響應(yīng)、微氣候、應(yīng)用及調(diào)查等方面，對(duì)道路走向、道路寬度、兩側(cè)建筑高度對(duì)行道樹選擇的影響研究較少。該研究選取日照市中心城區(qū)10條典型性道路進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，通過SketchUp 軟件建立模型對(duì)道路行道樹進(jìn)行日照分析，探討行道樹走向、道路寬度、建筑高度之間的關(guān)系，為北方城市科學(xué)合理選擇行道樹提供借鑒。

1 行道樹調(diào)查

日照市為山東省地級(jí)市，地處我國(guó)大陸沿海中部、山東半島東南部，屬于溫帶季風(fēng)氣候，四季分明。年均氣溫12.7 ℃，年均濕度72%，無(wú)霜期223 d，年均日照時(shí)數(shù)2 533 h，年均降水量874 mm。

采用實(shí)地調(diào)查法，選取日照市中心城區(qū)有代表性的10條道路的代表性樣段作為調(diào)查對(duì)象，調(diào)查內(nèi)容包括道路寬度、行道樹種類、高度、胸徑、冠幅及兩側(cè)建筑高度等(表1)。使用胸徑尺測(cè)量行道樹胸徑，用卷尺測(cè)量道路寬度、行道樹冠幅，目測(cè)估測(cè)行道樹高度及建筑物高度(每層3 m)。

2 日照模擬與分析

日照分析采用太陽(yáng)高度角hs和太陽(yáng)方位角2個(gè)主要參數(shù)。根據(jù)日照原理，太陽(yáng)高度角hs公式為

sinhs=sin·sin+cos·cos·cos

式中，為所在地區(qū)的地理緯度;為太陽(yáng)赤緯角;為太陽(yáng)時(shí)角。

太陽(yáng)方位角的計(jì)算公式為

cos=(sinhs·sin-sin) /coshs·cos

太陽(yáng)時(shí)角與當(dāng)?shù)貢r(shí)間(即真太陽(yáng)時(shí))的關(guān)系為

=15×(-12)

式中，為當(dāng)?shù)貢r(shí)間(真太陽(yáng)時(shí))，以24 h計(jì)算；為太陽(yáng)時(shí)角。太陽(yáng)時(shí)角是時(shí)間的表達(dá)式，用角度測(cè)量來(lái)表示，上午為負(fù)值，下午為正值。在我國(guó)采用北京時(shí)間，真太陽(yáng)時(shí)=北京時(shí)間+時(shí)差，時(shí)差=(120°-當(dāng)?shù)亟?jīng)度)/15°。

根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)，結(jié)合百度地圖，在SketchUp軟件中建立樣段模型，利用日照大師插件對(duì)模型進(jìn)行日照計(jì)算，設(shè)置參數(shù)位置為山東省日照市(119.52°E，35.42°N)，選擇大寒日為日照標(biāo)準(zhǔn)日。日照掃掠角15°，采樣點(diǎn)間距2 m，采樣時(shí)間間隔 8 min。分析結(jié)果以不同顏色顯示不同日照時(shí)間范圍，從低到高分別為0～<1、1～<2、2～<3、3～<4、4～<5、5～<6、6～<7 h，顏色由紅色逐漸過渡為藍(lán)色。圖1、2為10條道路日照時(shí)間頂視圖。

表1 10條道路行道樹調(diào)查結(jié)果Table 1 Survey results of 10 roads street trees

圖1 東西方向道路調(diào)查樣段行道樹日照時(shí)間計(jì)算結(jié)果Fig.1 Calculation of getting sunlight time of street trees on east-west road samples

圖2 南北方向道路調(diào)查樣段行道樹日照時(shí)間計(jì)算結(jié)果Fig.2 Calculation of getting sunlight time of street trees on south-north road samples

東西方向道路行道樹日照時(shí)間統(tǒng)計(jì)。對(duì)圖1行道樹日照時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，通過統(tǒng)計(jì)可以看出(表2)，東西方向不同道路行道樹最大受日照時(shí)間和最小受日照時(shí)間有明顯不同，可以推斷，東西方向道路行道樹受道路寬度、兩側(cè)建筑高度、樹高等因素的影響。整體上，路北側(cè)行道樹最大受日照時(shí)間和最小受日照時(shí)間普遍比南側(cè)長(zhǎng)。

表2 東西方向道路行道樹日照時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 2 The statistics of getting sunlight time of street trees on east-west roads

南北方向道路行道樹日照時(shí)間統(tǒng)計(jì)。對(duì)圖2行道樹日照時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，通過統(tǒng)計(jì)可以看出(表3)，南北方向不同道路上行道樹最大受日照時(shí)間和最小受日照時(shí)間也有差異，這說明南北方向道路行道樹也受道路寬度、兩側(cè)建筑高度、樹高等因素的影響。路東側(cè)與路西側(cè)行道樹最大受日照時(shí)間和最小受日照時(shí)間基本沒有差異，這可能是由于太陽(yáng)高度角一定時(shí)，東西兩側(cè)行道樹都同時(shí)受到日照或同時(shí)得不到日照。

表3 南北方向道路行道樹日照時(shí)間統(tǒng)計(jì)Table 3 The statistics of getting sunlight time of street trees on north-south roads

3 不同因素對(duì)行道樹的日照影響分析

為分析道路寬度、建筑高度、樹高3個(gè)因素對(duì)行道樹的日照影響，將行道樹樹高設(shè)為3個(gè)等級(jí)(10、15、25 m)，道路寬度設(shè)為3個(gè)等級(jí)(20、30、50 m)，兩側(cè)建筑高度設(shè)為3個(gè)等級(jí)(10、25、40層，每層以3 m計(jì)算)，在SketchUp軟件中建立模型，研究分析各種組合情況下行道樹受日照情況。

設(shè)樹高10 m為不變因素(日照市區(qū)行道樹10 m高的情況較多)，改變道路寬度和兩側(cè)建筑高度，具體分析模型見圖3。設(shè)建筑高度10層為不變因素(市區(qū)建筑小高層居多)，改變道路寬度和樹高，具體分析模型見圖4。設(shè)道路寬度30 m為不變因素(道路兩車道或四車道居多)，改變兩側(cè)建筑高度和樹高，具體分析模型圖5。

由圖3～5可判斷，東西方向道路上，路北側(cè)行道樹受日照時(shí)間明顯長(zhǎng)于南側(cè)行道樹，且道路兩端的行道路受日照時(shí)間明顯高于中間部分。從圖3可知，樹高為10 m時(shí)，道路寬度由20 m增加到50 m時(shí)，建筑高度為10～40層的北側(cè)行道樹受日照時(shí)間逐漸增加，南側(cè)行道樹受日照時(shí)間變化不明顯；道路寬度為20～30 m時(shí)，隨著建筑高度的增加，兩側(cè)行道樹受日照時(shí)間變化不明顯，當(dāng)?shù)缆穼挾葹?0 m時(shí)，樹高為10 m的北側(cè)行道樹受日照時(shí)間隨兩側(cè)建筑物高度由10層增加到25層時(shí)逐漸降低，但隨著建筑物高度的繼續(xù)增加，兩側(cè)受日照時(shí)間變化不明顯。從圖4可知，在建筑高度一定時(shí)(10層)，道路寬度從20 m增加到50 m的過程中，樹高為10、15、25 m的北側(cè)行道樹受日照時(shí)間明顯逐漸增加，南側(cè)變化則較小，道路寬度不變的情況下，隨著樹高的增加，行道樹兩側(cè)受日照時(shí)間均明顯逐漸增加。從圖5可知，道路寬度一定時(shí)(30 m)，隨著建筑高度從10層增加到40層，樹高10、15 m的兩側(cè)行道樹受日照時(shí)間變化不明顯，而樹高25 m的行道樹北側(cè)受日照時(shí)間出現(xiàn)明顯減少趨勢(shì)，南側(cè)變化不明顯，且建筑高度增加到25層以后，兩側(cè)行道樹受日照時(shí)間變化均不明顯。建筑高度一定的情況下，隨著樹高的增加，兩側(cè)行道樹受日照時(shí)間均逐漸增加。

圖3 樹高一定下道路寬度及建筑高度不同時(shí)行道樹受日照時(shí)間分析Fig.3 Getting sunlight time of street trees with different road widths and different building height at a certain tree height

圖4 建筑高度一定下樹高及道路寬度不同時(shí)行道樹受日照分析Fig.4 Getting sunlight time of street trees with different tree height and road widths at a certain building height

圖5 道路寬度一定下建筑高度及樹高不同時(shí)行道樹受日照分析Fig.5 Getting sunlight time of street trees with different building height and tree height at a certain road widths

同樣設(shè)樹高10 m為不變因素，改變道路寬度和兩側(cè)建筑高度，具體分析模型見圖6。設(shè)建筑高度10層為不變因素，改變道路寬度和樹高，具體分析模型見圖7。設(shè)道路寬度30 m為不變因素，改變兩側(cè)建筑高度和樹高，具體分析模型見圖8。

由圖6～8可看出，路東、路西兩側(cè)行道樹受日照時(shí)間差異不大，且從北向南，東西兩側(cè)行道樹日照時(shí)間逐漸增加。

由圖6可知，樹高為10 m的情況下，建筑高度一定，道路變寬時(shí)，行道樹受日照時(shí)間有一定程度的增加；樹高一定時(shí)，道路寬度為20～50 m，建筑高度由10層增加到25層的過程中，東西兩側(cè)行道樹受日照時(shí)間逐漸減少，建筑物由25層增加到40層過程中，東西兩側(cè)行道樹受日照時(shí)間變化不明顯。從圖7可見，建筑高度不變(10層)的情況下，道路寬度相同，隨著樹高的增大，東西兩側(cè)行道樹受日照時(shí)間增加；樹高不變時(shí)，隨著道路寬度增加，行道樹受日照時(shí)間增長(zhǎng)明顯。從圖8可知，道路寬度為30 m的情況下，樹高一定，建筑高度由10層增加到20層，東西兩側(cè)行道樹受日照時(shí)間越來(lái)越少，由25層增加到40層的過程中，東西兩側(cè)行道樹受日照時(shí)間變化不明顯；建筑高度不變，隨著樹高的增大，行道樹受日照時(shí)間逐漸增加。

在忽略其他影響因素的條件下，通過建模分析，可以得出如下主要結(jié)論：東西方向道路，路北側(cè)行道樹受日照時(shí)間比路南側(cè)長(zhǎng)。南北方向道路，路東、路西兩側(cè)行道樹受日照時(shí)間差異不大。道路寬度和樹高一定時(shí)，行道樹受日照時(shí)間隨著道路兩側(cè)建筑高度的增加而減少；道路寬度和兩側(cè)建筑高度一定時(shí)，行道樹受日照時(shí)間隨著樹高增大而增加；樹高和道路兩側(cè)建筑高度一定時(shí)，隨著道路寬度增加，行道樹受日照時(shí)間有一定程度的增加。

4 日照市行道樹選擇建議

目前日照市的行道樹選擇和配置對(duì)景觀效果的考慮較多，近幾年也開始綜合考慮立地環(huán)境，而對(duì)道路寬度、周邊建筑高度等影響行道樹日照時(shí)間的因素考慮較少。該研究對(duì)行道樹受日照時(shí)間的影響應(yīng)該作為道路綠化樹種選擇的依據(jù)。具體可以從以下方面著手：

(1)選擇合適的行道樹樹種和體量。行道樹首先要克服道路上的不良條件，抗性要強(qiáng)，能接受足夠的光照，能最大限度地發(fā)揮行道樹的景觀和生態(tài)效益，有利于道路景觀的打造和人們的舒適感受。如莒州路等道路較窄，且住宅樓密集的條件下，其行道樹可以選擇體量相對(duì)較小的樹種，如櫻花、紫葉李、美人梅、黃櫨等小喬木，不僅不遮擋低樓層住戶采光，還可以避免行道樹樹種選擇上冠大蔭濃的千篇一律，形成春花或秋色葉等特色景觀。在景觀性、實(shí)用性的基礎(chǔ)上，根據(jù)道路寬度、建筑物高度選擇行道樹樹種和體量是追求長(zhǎng)遠(yuǎn)、可持續(xù)道路景觀發(fā)展的前提。

圖6 樹高一定下道路寬度及建筑高度不同時(shí)行道樹受日照分析Fig.6 Getting sunlight time of street trees with different road widths and different building height at a certain tree height

圖7 建筑高度一定下樹高及建筑高度不同時(shí)行道樹受日照分析Fig.7 Getting sunlight time of street trees with different tree height and road widths at a certain building height

圖8 道路寬度一定下建筑高度及樹高不同時(shí)行道樹受日照分析Fig.8 Getting sunlight time of street trees with different building height and tree height at a certain road widths

(2)栽植前統(tǒng)一規(guī)劃。要根據(jù)道路形式選擇行道樹，道路綠化是根據(jù)道路形式設(shè)計(jì)的，因此整體上呈現(xiàn)出線形特點(diǎn)。如一板兩帶，因?yàn)榈缆繁容^窄，只有行道樹綠帶、兩側(cè)綠帶，無(wú)中間分車帶。規(guī)劃時(shí)既要考慮行道樹不遮擋臨近建筑，又要保證行道樹正常的日照需求。兩板三帶、三板四帶道路通常較寬，可以考慮常綠樹種或2種行道樹來(lái)豐富景觀效果。

(3)構(gòu)建日照市的道路特色。日照市的道路綠化中行道樹樹種相似、灌木栽植種類和手法相似，缺乏識(shí)別性。在考慮道路綠化景觀要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)立地條件、樹木習(xí)性、道路寬度、建筑高度等一系列因素，通過行道樹的選擇，體現(xiàn)每條道路的特色，營(yíng)造“一路一景”的效果，提高道路的“識(shí)別性”，給行人留下深刻印象。