基于風(fēng)光綜合分析的廣州住區(qū)室外活動(dòng)場(chǎng)地評(píng)價(jià)方法研究

郭昶詩(shī)，王邑心，鄭林濤，趙立華

（1、廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 廣州 510010；2、華南理工大學(xué)建筑學(xué)院亞熱帶建筑科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廣州 510640；3、中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所 廣州 510640）

0 引言

住區(qū)室外活動(dòng)場(chǎng)地設(shè)計(jì)應(yīng)充分體現(xiàn)以人為本的思想，在提供居住人群基本活動(dòng)的基礎(chǔ)上，更應(yīng)該以多樣的場(chǎng)地類型、高舒適的場(chǎng)地環(huán)境，提升居住人群在住區(qū)生活的幸福感、認(rèn)同感［1-2］。活動(dòng)場(chǎng)地的合理布局是住區(qū)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)之一，而室外風(fēng)環(huán)境和光環(huán)境作為重要的物理環(huán)境，對(duì)室外活動(dòng)場(chǎng)地的舒適性起到?jīng)Q定性作用，也是居住人群的訴求之一，因此在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該重視室外活動(dòng)場(chǎng)地的設(shè)計(jì)。

在目前現(xiàn)行的住區(qū)設(shè)計(jì)中并未對(duì)室外活動(dòng)場(chǎng)地的風(fēng)環(huán)境和光環(huán)境有明確要求，僅《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 50378—2019》針對(duì)室外場(chǎng)地提出風(fēng)環(huán)境的要求，但未針對(duì)室外活動(dòng)場(chǎng)地，且并不是強(qiáng)制規(guī)定，因此導(dǎo)致大部分住區(qū)設(shè)計(jì)并未把室外風(fēng)環(huán)境和光環(huán)境融合在建筑布局和室外活動(dòng)場(chǎng)地設(shè)置中。目前住區(qū)室外活動(dòng)場(chǎng)地物理環(huán)境的評(píng)價(jià)指標(biāo)較為單一，室外風(fēng)環(huán)境主要依靠風(fēng)速、風(fēng)速放大系數(shù)等［3-4］，室外光環(huán)境則多采用日照小時(shí)數(shù)、綠化植物需光量、室外陰影特征等［5-7］，室外熱環(huán)境則有SET*、PET 等指標(biāo)［8-10］，但缺少?gòu)?fù)合性的環(huán)境指標(biāo)，導(dǎo)致活動(dòng)場(chǎng)地物理環(huán)境設(shè)計(jì)存在顧此失彼的風(fēng)險(xiǎn)。

為了對(duì)室外活動(dòng)場(chǎng)地進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，本文以廣州某住區(qū)為例，結(jié)合住區(qū)主要活動(dòng)人群和活動(dòng)規(guī)律的觀測(cè)，通過(guò)風(fēng)環(huán)境模擬、光環(huán)境模擬后進(jìn)行風(fēng)光綜合分析，提出室外活動(dòng)場(chǎng)地評(píng)價(jià)新方法，可以幫助設(shè)計(jì)師針對(duì)不同活動(dòng)類型和活動(dòng)人群進(jìn)行室外活動(dòng)場(chǎng)地設(shè)置，實(shí)現(xiàn)更為合理的室外活動(dòng)場(chǎng)地設(shè)計(jì)，也是評(píng)價(jià)室外活動(dòng)場(chǎng)地的有效方法。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)域

廣州位于北緯22°26′～23°56′，東經(jīng)112°57′～114°3′，是典型的丘陵地帶，背山面海，氣候?qū)儆诘湫蛠啛釒夂?，年平均氣?1.4～21.9 ℃，7～8 月的平均氣溫最高可達(dá)28.0～28.7 ℃，年平均日照時(shí)數(shù)1 820～1 960 h，夏季風(fēng)向東南偏南，風(fēng)速為2.3 m/s，冬季風(fēng)向東北偏北22.5°，風(fēng)速為2.7 m/s。呈現(xiàn)全年溫暖多雨，光照充足，夏季高溫多雨，冬季溫和少雨。本文以廣州某住區(qū)為例，進(jìn)行室外活動(dòng)場(chǎng)地風(fēng)環(huán)境和陰影分析，通過(guò)風(fēng)光綜合分析對(duì)室外活動(dòng)場(chǎng)地進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.2 實(shí)地調(diào)研

本研究實(shí)地調(diào)研主要包括住區(qū)居民人群的活動(dòng)行為觀察調(diào)研和問卷調(diào)研兩種方式，其中活動(dòng)行為觀察主要通過(guò)觀察和記錄室外活動(dòng)場(chǎng)地內(nèi)的不同年齡人群的活動(dòng)規(guī)律；而問卷調(diào)查主要收集居住人群對(duì)于室外活動(dòng)場(chǎng)地的室外風(fēng)、光、熱需求的排序。為了體現(xiàn)本研究所選的指標(biāo)準(zhǔn)確性，本文通過(guò)選取廣州6 個(gè)小區(qū)進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，通過(guò)對(duì)所觀察記錄的居住人群活動(dòng)規(guī)律的結(jié)果可以確定不同季節(jié)不同年齡段人群的室外活動(dòng)時(shí)間規(guī)律和室外活動(dòng)類型需求，另通過(guò)將活動(dòng)人群劃分為不同年齡段，通過(guò)分發(fā)調(diào)查問卷來(lái)了解不同活動(dòng)人群對(duì)于室外物理環(huán)境的不同需求特點(diǎn)，所調(diào)研的場(chǎng)地如圖1所示。

圖1 廣州住區(qū)室外活動(dòng)調(diào)研場(chǎng)地Fig.1 Outdoor Activity Survey Site of Residential Area in Guangzhou

2 結(jié)果與分析

2.1 住區(qū)居民人群活動(dòng)行為觀察

通過(guò)對(duì)6個(gè)住區(qū)的室外活動(dòng)場(chǎng)地的居民人群活動(dòng)行為進(jìn)行觀察，可知室外活動(dòng)場(chǎng)地的使用人群主要是老年人和兒童，其他年齡段的居民人群主要集中在晚間進(jìn)行散步等活動(dòng)。老年人和兒童作為室外活動(dòng)場(chǎng)地的主要人群，根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)可得其活動(dòng)時(shí)間不受周末和工作日所影響，在春秋季主要活動(dòng)時(shí)間是8：00～10：00 和17：00～18：00，夏季則是7：00～9：00 和18：00～19：00，冬季是10：00～11：00 和15：00～16：00，而且不同季節(jié)的活動(dòng)場(chǎng)地選擇呈現(xiàn)為：春秋季傾向選擇太陽(yáng)照射和陰影交接，可隨時(shí)調(diào)整和適應(yīng)的場(chǎng)地；夏季傾向于逃離陽(yáng)光，有陰影的場(chǎng)地；冬季則與夏季相反，更愿意選擇追逐陽(yáng)光，有直接太陽(yáng)輻射的場(chǎng)地。

2.2 住區(qū)居民人群物理環(huán)境傾向

在住區(qū)觀測(cè)過(guò)程中，對(duì)所觀測(cè)的活動(dòng)人群進(jìn)行問卷調(diào)研，匯總該人群對(duì)于室外場(chǎng)地風(fēng)、光、熱三類物理環(huán)境的選擇傾向，如圖2所示。

圖2 各年齡段居民風(fēng)、光、熱環(huán)境選擇Fig.2 Selection of Wind，Light and Thermal Environment for Residents of All Ages

從4 個(gè)季節(jié)的調(diào)研結(jié)果可以看出，居民人群在物理環(huán)境的選擇上存在季節(jié)性。在春夏秋3 個(gè)季節(jié)，選擇風(fēng)環(huán)境作為最重要的物理環(huán)境的比例最高，而在冬季，大部分人群優(yōu)先選擇光環(huán)境，而選擇風(fēng)環(huán)境的比例較少。無(wú)論是春夏秋冬，可以看出優(yōu)先選擇熱環(huán)境作為最重要的物理環(huán)境的概率均較低，僅有7～17 歲青少年和18～30 歲成年人在夏季會(huì)較大比例優(yōu)先選擇熱環(huán)境。

不同年齡段對(duì)室外活動(dòng)場(chǎng)地物理環(huán)境的選擇也存在不同，對(duì)于0～6歲兒童、51～60中老年人和60歲以上老年人在室外活動(dòng)場(chǎng)地物理環(huán)境更注重風(fēng)環(huán)境和光環(huán)境，而7～50 歲的年齡段對(duì)風(fēng)環(huán)境、光環(huán)境、熱環(huán)境的選擇較為均衡，僅存在季節(jié)性波動(dòng)，但幅度不大。由于住區(qū)室外活動(dòng)場(chǎng)地的居住人群更多是老年人和兒童，因此本文以老年人和兒童的物理環(huán)境需求為主，選擇風(fēng)環(huán)境和光環(huán)境作為物理環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)，提出基于風(fēng)環(huán)境、光環(huán)境和風(fēng)光環(huán)境的評(píng)價(jià)新方法，指導(dǎo)室外活動(dòng)場(chǎng)地設(shè)計(jì)。

2.3 住區(qū)風(fēng)環(huán)境分析

對(duì)于室外風(fēng)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)而言，目前有《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 50378—2019》中條文8.2.8 提出相應(yīng)指標(biāo)，但主要是針對(duì)場(chǎng)地整體評(píng)價(jià)，而活動(dòng)場(chǎng)地更注重老年人和兒童的風(fēng)環(huán)境需求，因此結(jié)合SOLIGO等人［11］、CHENG 等人［12］對(duì)風(fēng)速指標(biāo)的研究，本研究將風(fēng)速按靜風(fēng)區(qū)（0～1.0 m/s）、低風(fēng)速區(qū)（1.0～2.5 m/s）、舒適區(qū)（2.5～5.0 m/s）進(jìn)行劃分，并對(duì)該住區(qū)進(jìn)行夏季、冬季、過(guò)渡季節(jié)風(fēng)環(huán)境模擬后進(jìn)行疊加，獲得場(chǎng)地全年風(fēng)環(huán)境現(xiàn)狀，如圖3所示。

不同于以往僅對(duì)夏季或冬季進(jìn)行單獨(dú)分析，通過(guò)全年風(fēng)環(huán)境的疊加可以綜合得到該場(chǎng)地的室外風(fēng)環(huán)境特征，并根據(jù)特征可以進(jìn)行活動(dòng)場(chǎng)地設(shè)置。例如圖3中圈出的位置可以設(shè)置場(chǎng)地設(shè)施不受風(fēng)影響的兒童玩耍空間和適當(dāng)通風(fēng)散熱的室外及半室外的老年活動(dòng)空間，使得該活動(dòng)場(chǎng)地的物理環(huán)境更能迎合兒童、老年人的需求。

圖3 室外風(fēng)環(huán)境模擬結(jié)果Fig.3 Simulation Result of Outdoor Wind Environment

2.4 住區(qū)光環(huán)境分析

對(duì)于室外光環(huán)境而言，則采用建筑陰影分析來(lái)判斷室外場(chǎng)地的光環(huán)境。根據(jù)上述所得的室外活動(dòng)場(chǎng)地人群活動(dòng)時(shí)間分別對(duì)四個(gè)季節(jié)的室外陰影進(jìn)行分析后進(jìn)行疊加，得到場(chǎng)地全年光環(huán)境水平，如圖4所示。

圖4 基于陰影分析的室外光環(huán)境模擬結(jié)果Fig.4 Simulation Result of Outdoor Light Environment Based on Shadow Analysis

按季節(jié)需求劃分為春秋季節(jié)的光影交界處、冬季的光照充足區(qū)以及夏季的陰影納涼區(qū)對(duì)住區(qū)室外光環(huán)境進(jìn)行分析，并羅列出滿足全年日照活動(dòng)的最優(yōu)場(chǎng)地，也就是能實(shí)現(xiàn)夏季納涼、冬季光照充足的區(qū)域。通過(guò)室外住區(qū)全年光環(huán)境分析，可以根據(jù)活動(dòng)場(chǎng)地的類型和光環(huán)境水平進(jìn)行設(shè)置，例如圖中圈出的位置可設(shè)置充滿陽(yáng)光的室外及半室外兒童空間和供老年人沐光及庇蔭的綜合性場(chǎng)地。

2.5 住區(qū)風(fēng)光環(huán)境綜合分析

由于住區(qū)居民人群在室外物理環(huán)境主要選擇風(fēng)環(huán)境和光環(huán)境，因此室外活動(dòng)場(chǎng)地的設(shè)置不能單按光環(huán)境和風(fēng)環(huán)境進(jìn)行設(shè)置，需要綜合考慮風(fēng)光環(huán)境的綜合水平。通過(guò)將上述風(fēng)環(huán)境和光環(huán)境進(jìn)行疊加，可以得出基于風(fēng)光環(huán)境的舒適區(qū)域，如圖5所示。

圖5 室外場(chǎng)地風(fēng)光綜合分析結(jié)果Fig.5 Comprehensive Analysis of Outdoor Wind Environment and Light Environment

通過(guò)考慮住區(qū)居民人群的行為以及活動(dòng)行為的主要時(shí)段，對(duì)場(chǎng)地風(fēng)光綜合物理環(huán)境進(jìn)行綜合分析，可以幫助設(shè)計(jì)師針對(duì)不同活動(dòng)類型和活動(dòng)人群進(jìn)行室外活動(dòng)場(chǎng)地設(shè)置，實(shí)現(xiàn)更為合理的室外活動(dòng)場(chǎng)地設(shè)計(jì)，也是評(píng)價(jià)室外活動(dòng)場(chǎng)地的有效方法。

3 結(jié)論

本文通過(guò)人群觀測(cè)、問卷調(diào)研和風(fēng)光環(huán)境數(shù)值模擬，基于風(fēng)光環(huán)境舒適區(qū)提供住區(qū)室外活動(dòng)場(chǎng)地設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)新方法，得到以下結(jié)論：

⑴ 老年人和兒童作為室外活動(dòng)場(chǎng)地的主要人群，在春秋季主要活動(dòng)時(shí)間是8：00～10：00 和17：00～18：00，夏季則是7：00～9：00 和18：00～19：00，冬季是10：00～11：00和15：00～16：00。

⑵不同年齡段對(duì)室外活動(dòng)場(chǎng)地物理環(huán)境需求并不相同。對(duì)于0～6 歲兒童、51～60 歲中老年人和60 歲以上老年人在室外活動(dòng)場(chǎng)地物理環(huán)境更注重風(fēng)環(huán)境和光環(huán)境，而7～50 歲的年齡段對(duì)風(fēng)環(huán)境、光環(huán)境、熱環(huán)境的選擇較為均衡。

⑶通過(guò)風(fēng)光環(huán)境綜合分析可以對(duì)場(chǎng)地物理環(huán)境進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，可針對(duì)住區(qū)不同人群不同時(shí)間段的室外物理環(huán)境需求進(jìn)行定制化設(shè)置，以滿足住區(qū)居住人群對(duì)室外活動(dòng)場(chǎng)地的多重需求，推進(jìn)健康住區(qū)的建設(shè)。