李鹍 劉曦 / LI Kun, LIU Xi

城市大型火車站室外熱環(huán)境分析和改善方法研究
——以武昌車站為例

李鹍 劉曦 / LI Kun, LIU Xi

火車站作為城市大型交通樞紐，會(huì)對(duì)周邊城區(qū)的熱環(huán)境和城市生活舒適性產(chǎn)生重大的影響。如何合理地進(jìn)行車站外部空間布局，改善場(chǎng)地通風(fēng)、綠化等狀況，是提高城市熱舒適性的關(guān)鍵問(wèn)題之一。與車站室外熱環(huán)境相對(duì)應(yīng)的因素包括周邊城市空間設(shè)計(jì)、人流狀況、下墊面材質(zhì)等。文章選取武漢市武昌車站作為代表案例，對(duì)該站站前植被區(qū)、室外廣場(chǎng)、周邊建筑群等關(guān)鍵位置進(jìn)行了環(huán)境分析，并對(duì)熱環(huán)境相關(guān)參數(shù)進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，了解該空間具體的熱舒適狀態(tài)；在此基礎(chǔ)上進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，結(jié)合車站廣場(chǎng)及周邊建筑的室外空間特點(diǎn)進(jìn)行環(huán)境數(shù)字模擬評(píng)估，由此通過(guò)量化分析的方式獲得武昌車站室外空間熱環(huán)境的特點(diǎn)、存在的問(wèn)題以及可以改進(jìn)的措施。最終提出在該地區(qū)氣候環(huán)境下，改善城市大型車站室外熱環(huán)境的規(guī)劃和空間設(shè)計(jì)方法。

熱環(huán)境 量化分析 實(shí)地測(cè)量 數(shù)值模擬

1 引言

鐵路交通系統(tǒng)在我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展進(jìn)程中起到了舉足輕重的作用。鐵路客運(yùn)站及其空間控制范圍，逐漸發(fā)展成城市的核心公共區(qū)域以及重要的交通樞紐，物流與人流的集聚效應(yīng)日益明顯，對(duì)周邊其他區(qū)域的城市環(huán)境和空間發(fā)展有直接影響。而區(qū)域范圍內(nèi)的整體空間環(huán)境熱舒適性會(huì)直接影響人們的行為活動(dòng)和人群的體感健康，同時(shí)也會(huì)影響其生產(chǎn)生活所產(chǎn)生的能源消耗水平（趙榮義，2000）。鐵路客運(yùn)站室外及其周邊城市空間具有功能形態(tài)復(fù)合多樣、場(chǎng)地使用頻繁、人員流動(dòng)性強(qiáng)且行為模式訴求多變等特點(diǎn)，這都使得客運(yùn)站區(qū)域內(nèi)的熱環(huán)境問(wèn)題愈加復(fù)雜。

目前，業(yè)界對(duì)熱舒適性問(wèn)題的研究主要采用基于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研的實(shí)地測(cè)量和基于數(shù)字技術(shù)的計(jì)算機(jī)模擬方法，比如Chirag Deb和A. Ramachandraiah（2010）通過(guò)對(duì)夏季印度南部的金奈中央火車站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和問(wèn)卷調(diào)查，從而得到其候車室熱中性溫度為31.93℃。袁濤、李劍東等人（2009）通過(guò)對(duì)長(zhǎng)沙地區(qū)夏季火車站候車室的室內(nèi)環(huán)境熱濕參數(shù)進(jìn)行實(shí)測(cè)，并結(jié)合旅客問(wèn)卷統(tǒng)計(jì)，得出該火車站室內(nèi)平均空氣溫度高達(dá)29.8℃，即人體感受偏熱的結(jié)論。劉寶迅（2015）通過(guò)對(duì)冬季地鐵站室外、站內(nèi)及車輛內(nèi)的不同冷熱過(guò)渡階段的熱環(huán)境參數(shù)的調(diào)查，總結(jié)了城市軌道樞紐內(nèi)人體熱感覺(jué)隨時(shí)間變化的規(guī)律。王翠云（2008）利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，CFD）模擬城市住宅小區(qū)熱環(huán)境的分布狀況，發(fā)現(xiàn)不同的下墊面材質(zhì)對(duì)住區(qū)熱場(chǎng)的影響具有明顯差異。史源等人（2015）采用ENVI-met模型對(duì)北京西單商業(yè)街公共空間的冬夏兩季風(fēng)熱環(huán)境進(jìn)行模擬，從而提出實(shí)施改造的設(shè)計(jì)方案。

從這些過(guò)往研究中可以看到，現(xiàn)代火車站這種大型公共建筑的外部空間環(huán)境復(fù)雜、影響因素多，單一方法的研究難以獲得綜合全面的評(píng)價(jià)。比如，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的方法需要依靠較多的人力和設(shè)備的支持來(lái)構(gòu)建持續(xù)的采樣測(cè)量機(jī)制，因?yàn)楫?dāng)采集的樣本基數(shù)不足時(shí)，容易出現(xiàn)由數(shù)據(jù)變量的偶然突發(fā)性帶來(lái)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的差異化和片面化。倘若沒(méi)有實(shí)測(cè)提供直接可靠的數(shù)據(jù)佐證，那么數(shù)值模擬的結(jié)果是否符合實(shí)際情況將無(wú)法確認(rèn)，其可信度便有待商榷。

因此，本研究的重點(diǎn)在于多種熱環(huán)境研究方式的整合應(yīng)用，由此形成一種有效的量化分析體系，以解決特定環(huán)境中熱舒適性存在的問(wèn)題，并與空間設(shè)計(jì)相結(jié)合。對(duì)地處夏熱冬冷地區(qū)的武漢市武昌火車站室外熱環(huán)境相關(guān)的溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向等參數(shù)進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行人員主觀熱評(píng)價(jià)的問(wèn)卷調(diào)查，統(tǒng)計(jì)了解其具體的熱舒適狀態(tài)。而后，利用城市微氣象模擬工具ENVI-met進(jìn)行環(huán)境數(shù)字模擬與評(píng)估比較。最后對(duì)諸如空間布局、人流狀況、下墊面材質(zhì)、綠化布局等影響鐵路客運(yùn)站站區(qū)室外人體熱舒適性的關(guān)鍵因素進(jìn)行分析，從而得出針對(duì)熱環(huán)境的綜合評(píng)價(jià)，并提出改進(jìn)措施。

2 研究方法

2.1 現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境測(cè)量實(shí)驗(yàn)布置

武漢市是夏熱冬冷地區(qū)的典型城市，屬北亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，具有夏季過(guò)熱、冬季較冷的氣候特點(diǎn)，并且夏季高溫的持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)（王振，2008）。本次室外熱環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量選擇在2016年7月下旬至8月上旬的天氣晴好或無(wú)強(qiáng)降水的日間時(shí)段進(jìn)行，該時(shí)段能夠反映武漢市夏季的環(huán)境條件和天氣特征，且白天也是空間熱環(huán)境對(duì)人員室外活動(dòng)影響較大的時(shí)間區(qū)間，其數(shù)據(jù)結(jié)果具有一定的代表性和可研究性。

依照武漢市武昌火車站的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案（劉永桂，2014）和實(shí)際調(diào)查分析，測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)布置在人流較為集中且面積較大的車站西廣場(chǎng)集散平臺(tái)（圖1）。

測(cè)試參數(shù)包括室外空氣溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速和風(fēng)向等。環(huán)境測(cè)量選用的測(cè)量工具有溫濕度自記儀（T&D TR-72WF）、超聲波風(fēng)速風(fēng)向儀（錦州陽(yáng)光超聲波風(fēng)速儀EC-A2）、便攜式紅外熱成像儀（Testo 875-1i）等。測(cè)量?jī)x器放置在廣場(chǎng)平臺(tái)中心點(diǎn)（儀器擺設(shè)所在區(qū)域見(jiàn)圖2，測(cè)量位置高度約1.5～2m，）。

本研究選取的測(cè)試時(shí)間為2016年7月18日、7月21日和8月1日的9:00～18:00，采用超聲波風(fēng)速儀和溫濕度自記儀自動(dòng)記錄的形式，采集時(shí)間間隔均為1min。事先對(duì)超聲波風(fēng)速儀及溫濕度自記儀的監(jiān)測(cè)時(shí)間進(jìn)行同步設(shè)置，擺放位置選擇在空曠且無(wú)建（構(gòu)）筑物及高大樹(shù)木遮擋的平地，現(xiàn)場(chǎng)安排人員看護(hù)以防止旅客圍觀，避免其他因素對(duì)數(shù)據(jù)采集的干擾。

另使用紅外線成像儀拍攝廣場(chǎng)不同位置的熱紅外溫度圖，時(shí)間為2016年10月5日下午13:00～14:00，拍攝高度約為1.5m。

圖1 武昌火車站衛(wèi)星圖①

圖2 測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

2.2 主觀熱環(huán)境問(wèn)卷調(diào)查

在紅外線成像儀拍攝測(cè)試期間，隨機(jī)選擇出現(xiàn)在武昌站西廣場(chǎng)的旅客進(jìn)行人體熱感覺(jué)的問(wèn)卷調(diào)查，共發(fā)放問(wèn)卷35份，回收有效問(wèn)卷30份。在選擇樣本的過(guò)程中，盡量使調(diào)查對(duì)象的性別、年齡、行為目的等個(gè)人條件保持均衡。

測(cè)試當(dāng)天天氣晴好，觀察發(fā)現(xiàn)武昌站西廣場(chǎng)出現(xiàn)的人群的著裝一般是較為透氣的單件衣物及鞋襪，上衣多為短袖、背心或襯衫，下身衣物多為裙裝或褲裝，鞋子一般為露趾涼鞋或運(yùn)動(dòng)鞋。由于同一季節(jié)中人員服裝熱阻基本相近，其服裝熱阻常視為一定值（韓滔 等，2005），因此不將服裝熱阻作為本次實(shí)驗(yàn)的主要影響因素進(jìn)行考量。問(wèn)卷內(nèi)容主要包括廣場(chǎng)環(huán)境中的溫度、氣流、日照等方面，問(wèn)題設(shè)置如下：（1）車站內(nèi)是否感到?jīng)鏊?；?）車站外廣場(chǎng)是否感到?jīng)鏊唬?）室內(nèi)外熱感覺(jué)差別是否很大；（4）車站外廣場(chǎng)是否感覺(jué)有明顯的風(fēng)；（5）車站外廣場(chǎng)是否感覺(jué)有明顯的日曬；（6）補(bǔ)充問(wèn)題是關(guān)于夏日高溫條件下對(duì)武昌站室內(nèi)、外環(huán)境的建議（選填）。

2.3 ENVI-met計(jì)算機(jī)模擬

ENVI-met4.0軟件通過(guò)仿真模塊的構(gòu)建，量化計(jì)算建筑物與室外微氣候之間的相互作用，從而達(dá)到對(duì)城市局部環(huán)境分析和完善的目的（馬艦 等，2013）。本次模擬選取武漢夏季典型氣象日（中國(guó)氣象局氣象信息中心氣象資料室，2005）的環(huán)境參數(shù)為初始值，模擬時(shí)間為7月21日9:00～18:00，計(jì)算周期為9h。初始空氣溫度為32℃（當(dāng)日9:00實(shí)測(cè)空氣溫度），風(fēng)向采用當(dāng)日主導(dǎo)風(fēng)向，即南向180°風(fēng)，10m的風(fēng)速為2m/s（采用該日平均值，本數(shù)據(jù)引自中國(guó)天氣網(wǎng)當(dāng)天公布的實(shí)時(shí)天氣數(shù)據(jù)②） ，相對(duì)濕度設(shè)置為60%（當(dāng)日9:00實(shí)測(cè)空氣相對(duì)濕度值）。

模擬參數(shù)主要為建筑物、道路、地面鋪裝及植株。由于受到網(wǎng)格高度的限制③，且既定模型參數(shù)種類有限，無(wú)法做到與現(xiàn)實(shí)完全一致，因此對(duì)部分模型參數(shù)進(jìn)行近似設(shè)置，例如根據(jù)周圍建筑群的層數(shù)和層高，仿照實(shí)際情況，將層高設(shè)置為3～5m。西廣場(chǎng)前區(qū)地坪層種有密集的喬木綠化組團(tuán)，選用10m高落葉喬木數(shù)字模型；廣場(chǎng)站前平臺(tái)上分布著一些散狀點(diǎn)式休息座椅，選用2m高灌木叢模型（圖3）；城市公路設(shè)置為柏油瀝青材質(zhì)，建筑基底設(shè)置為一般土壤，廣場(chǎng)地面鋪裝設(shè)為普通混凝土、水泥地面及硬質(zhì)石材鋪裝（圖4）。根據(jù)分析結(jié)果對(duì)模型進(jìn)行改進(jìn)，以原有模型為基礎(chǔ)，在站前平臺(tái)上增加原數(shù)量50%的點(diǎn)狀式綠化，并將散點(diǎn)周圍1網(wǎng)格距離內(nèi)的鋪地類型改為植草磚透水地面，近似選擇的對(duì)應(yīng)模型是50cm高草叢。

圖3 建筑及綠化模擬布局

圖4 下墊面材質(zhì)分布

3 熱環(huán)境結(jié)果討論

3.1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)分析

3.1.1 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

（1）總體描述

圖5為武昌火車站西廣場(chǎng)站前平臺(tái)所有測(cè)量日（2016年7月18日、7月21日、8月1日）的空氣溫度和相對(duì)濕度的逐時(shí)變化曲線。測(cè)量時(shí)間內(nèi)，各天空氣溫度日變化趨勢(shì)基本相同：隨著太陽(yáng)照射時(shí)長(zhǎng)的增多，從9:00開(kāi)始，空氣溫度呈現(xiàn)緩步增長(zhǎng)的趨勢(shì)，在12:00～14:00逼近當(dāng)日測(cè)量氣溫最高值并維持較長(zhǎng)一段時(shí)間，然后緩步下降。2016年7月18日測(cè)量所得最高溫出現(xiàn)在12:58，為40℃； 7月31日測(cè)量所得最高溫出現(xiàn)在15:30，為37.7℃；8月1日測(cè)量所得最高溫出現(xiàn)在14:49，為45.3℃，并在隨后下午的較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)均維持35℃以上的溫度狀況（圖6）。

測(cè)量時(shí)間內(nèi)，各天相對(duì)濕度日變化趨勢(shì)也基本相同：隨著太陽(yáng)照射時(shí)長(zhǎng)的增多，呈現(xiàn)先下降后回升的變化態(tài)勢(shì)，且基本在14:00以后時(shí)段降到當(dāng)天相對(duì)濕度的最低值。2016年7月18日測(cè)量所得最低值出現(xiàn)在13:00，為39%；7月21日測(cè)量所得最低值出現(xiàn)在15:30，為37%；8月1日測(cè)量所得最低值出現(xiàn)在14:50，為28%（圖7）。

觀測(cè)時(shí)間內(nèi)，各天風(fēng)速波動(dòng)較大，但經(jīng)過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，風(fēng)速均值水平較為接近，測(cè)點(diǎn)局部風(fēng)環(huán)境基本穩(wěn)定，3天的平均風(fēng)速為1.596m/s、風(fēng)向210°，各天風(fēng)速、風(fēng)向情況分別為：7月18日西南風(fēng)1.5m/s、7月21日南風(fēng)1.8m/s、8月1日西南偏西風(fēng)1.6m/s。

（2）情況分析

通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，8月1日采集的各參數(shù)數(shù)據(jù)變化曲線的斜率較大，當(dāng)天的相對(duì)濕度從9:00起呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，在12:55左右降到一個(gè)波谷低值，之后開(kāi)始回升，約在13:33以后又開(kāi)始下降，直至15:00左右濕度降低到27%左右，然后逐漸回升?？諝鉁囟惹€圖的變化趨勢(shì)與之相向。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析，可能是由于車站環(huán)衛(wèi)人員采取了對(duì)道路灑水的人工措施，因此產(chǎn)生了一定的降溫增濕效果。

3.1.2 回歸統(tǒng)計(jì)分析

本次測(cè)量采集的有效數(shù)據(jù)一共1 667組（按分鐘計(jì)數(shù)），采用IBM公司的統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品與服務(wù)解決方案軟件（Statistical Product and Service Solutions 20.0，SPSS 20.0）（邱皓政，2013）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，從而解釋空氣溫度、相對(duì)濕度與瞬時(shí)風(fēng)速的相互關(guān)系。3天采樣期間內(nèi)，9:00～18:00白天空氣溫度均值為36.32℃，相對(duì)濕度均值為49.94%，瞬時(shí)風(fēng)速均值為1.596m/s（表1）。

根據(jù)表2的統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析得知，空氣溫度與相對(duì)濕度兩個(gè)變量之間的零階相關(guān)系數(shù)為-0.978，兩者之間不相關(guān)的雙側(cè)檢驗(yàn)值為0.000，說(shuō)明空氣溫度與相對(duì)濕度之間存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，空氣溫度越高，則相對(duì)濕度越低。瞬時(shí)風(fēng)速與空氣溫度及相對(duì)濕度的相關(guān)性均不顯著，分別為0.031與-0.061。而當(dāng)以瞬時(shí)風(fēng)速作為控制變量，進(jìn)行凈相關(guān)分析檢驗(yàn)時(shí)，即剔除瞬時(shí)風(fēng)速的影響后，空氣溫度與相對(duì)濕度有線性關(guān)系，且其偏相關(guān)系數(shù)仍為-0.978，可見(jiàn)瞬時(shí)風(fēng)速與空氣溫度、相對(duì)濕度之間沒(méi)有明顯相關(guān)性，風(fēng)速對(duì)溫度和相對(duì)濕度的相關(guān)關(guān)系也沒(méi)有影響。測(cè)量時(shí)間內(nèi)的風(fēng)速變化皆能體現(xiàn)武漢市夏季的普遍狀況，由此可以得出結(jié)論，在武昌站廣場(chǎng)這一空間環(huán)境下，風(fēng)速對(duì)場(chǎng)地?zé)岘h(huán)境的溫濕度變化沒(méi)有顯著影響。測(cè)量3天的平均風(fēng)速都在1～2m/s之間，在其他城區(qū)已然是較好的風(fēng)速狀況，但由于武昌車站廣場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間在太陽(yáng)下暴曬，自然風(fēng)改善降溫的作用非常弱。

圖5 測(cè)量日空氣溫度、相對(duì)濕度及瞬時(shí)風(fēng)速逐時(shí)變化曲線

圖6 測(cè)量日空氣溫度對(duì)比

圖7 測(cè)量日相對(duì)濕度對(duì)比

表1 測(cè)量指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析

表2 氣象參數(shù)相關(guān)性分析（SPSS軟件統(tǒng)計(jì)分析）

3.2 主觀熱環(huán)境評(píng)價(jià)及熱紅外儀現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研

3.2.1 主觀熱環(huán)境問(wèn)卷統(tǒng)計(jì)

本研究問(wèn)卷調(diào)查選在國(guó)家法定節(jié)假日。由于武昌火車站在節(jié)假日期間對(duì)進(jìn)站客流進(jìn)行限制調(diào)節(jié)，站前廣場(chǎng)集聚了大量未進(jìn)站旅客，因此大多數(shù)受訪者關(guān)于車站室內(nèi)外人體熱感覺(jué)差異的問(wèn)題和車站內(nèi)的熱環(huán)境情況的回答是“說(shuō)不清”。超過(guò)70%的受訪者表示在站前廣場(chǎng)“感覺(jué)得到”明顯日曬，50%的人表示廣場(chǎng)上有風(fēng)吹拂但仍感覺(jué)不夠涼爽（表3）。說(shuō)明車站建筑主體及周圍植被群沒(méi)能有效地組織降溫并設(shè)置遮陽(yáng)構(gòu)件，旅客能夠感受到現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)環(huán)境的變化，但氣流運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的降溫效果并不明顯。

整理選答的補(bǔ)充問(wèn)題時(shí)發(fā)現(xiàn)，廣場(chǎng)候車人群普遍反映的問(wèn)題主要集中在缺少遮陽(yáng)座椅且綠化面積較小兩方面，這與對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用情況的調(diào)研觀察結(jié)果一致，旅客一般選擇快速通過(guò)廣場(chǎng)或盡量減少停留時(shí)間。調(diào)研期間還發(fā)現(xiàn)，站前廣場(chǎng)采取對(duì)道路灑水的人工措施進(jìn)行降溫增濕。

表3 武昌站西廣場(chǎng)問(wèn)卷調(diào)查

3.2.2 熱紅外成像圖分析

根據(jù)問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果，對(duì)廣場(chǎng)各類休息空間的界面材質(zhì)的熱輻射情況進(jìn)行比較研究。分別選取武昌站西廣場(chǎng)存在的4種類型的休息空間：西廣場(chǎng)前區(qū)綠化的條形座椅、集散平臺(tái)排布的座椅式綠化點(diǎn)、靠近圍護(hù)欄桿設(shè)置的條形座椅、車站懸挑遮陽(yáng)及其廊下空間，通過(guò)觀察可得以下結(jié)論（圖8）。

（1）不同廣場(chǎng)區(qū)域空間的熱環(huán)境存在比較明顯的差異。西廣場(chǎng)前區(qū)綠化的條形座椅、集散平臺(tái)排布的座椅式綠化點(diǎn)、靠近圍護(hù)欄桿設(shè)置的條形座椅3處直接暴露于太陽(yáng)直射下，表面溫度約為40℃，使用人數(shù)較少。站廳入口懸挑的大遮陽(yáng)形成的廊下空間，其表面溫度較低，在27.5℃左右，旅客較多聚集在該處。這樣既便于旅客及時(shí)接收車站廣播發(fā)布的乘車信息，也避免了廣場(chǎng)空間的日曬，而廣場(chǎng)上的硬質(zhì)鋪裝地面和周圍建筑物發(fā)散的熱輻射，造成熱環(huán)境較差而不被使用者選擇，這與現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)卷調(diào)查的結(jié)果一致。

（2）綠化對(duì)周圍空間具有較為明顯的降溫作用。前區(qū)廣場(chǎng)布置的條形灌木綠化帶區(qū)域，溫度范圍在20～25℃，明顯低于同一時(shí)刻的空氣溫度值；而集散廣場(chǎng)上排布的點(diǎn)式喬木綠化，由于樹(shù)冠層的高度和葉片的疏密程度較低，未能形成密集的綠蔭覆蓋，因此其與周圍空間溫度的差別較小，溫度在30℃左右。

圖8 現(xiàn)場(chǎng)照片及對(duì)應(yīng)點(diǎn)紅外線熱像圖

（3）不同下墊面材質(zhì)的表面溫度差別很大。用于廣場(chǎng)鋪地、建筑外墻貼面、石凳的硬質(zhì)石材及水泥材料的測(cè)量溫度可達(dá)40℃以上；有綠化覆蓋的暴露土壤溫度約為25℃；圍繞造型立柱布置的環(huán)形木材座椅，其表面溫度約在37.5℃左右，其使用頻率明顯高于硬質(zhì)石凳。因此，對(duì)于旅客集散型廣場(chǎng)，采用軟質(zhì)界面的休息座椅、增加綠化是改善熱環(huán)境的有效手段。

3.3 ENVI-met模擬結(jié)果分析

ENVI-met軟件模擬輸出參數(shù)穩(wěn)定的時(shí)間點(diǎn)集中在中午及午后，即12:00～14:00之間（張偉，2015）。另外據(jù)實(shí)際觀察得知，模擬對(duì)應(yīng)14:00左右，室外溫度達(dá)到最大值且維持時(shí)間較長(zhǎng)，行人戶外活動(dòng)行為明顯減少，人體感受明顯較熱。因此，模擬特定時(shí)間數(shù)據(jù)切片圖選擇以14:00為節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，涉及到的相關(guān)參數(shù)包括溫度、濕度、風(fēng)速等。

圖9 現(xiàn)狀風(fēng)速及溫濕度模擬

模擬結(jié)果顯示的熱環(huán)境變化特征與實(shí)測(cè)基本沒(méi)有太大區(qū)別（圖9）。根據(jù)現(xiàn)狀風(fēng)速模擬結(jié)果可以看出，西廣場(chǎng)站前廣場(chǎng)所在區(qū)域的風(fēng)場(chǎng)環(huán)境區(qū)域形成一個(gè)整體，風(fēng)速基本在0.29～0.88m/s之間，說(shuō)明西廣場(chǎng)左右兩側(cè)的建筑和武昌站站房組成的空間布局形式具有一定的圍合效果，對(duì)組團(tuán)內(nèi)部氣流與外界交換產(chǎn)生一定的阻礙作用，在無(wú)明顯劇烈天氣因素干擾時(shí)，西廣場(chǎng)站前平臺(tái)的局部風(fēng)場(chǎng)環(huán)境基本保持穩(wěn)定。從其圍合布局模式下的溫度模擬圖來(lái)看，整個(gè)武昌站控制范圍內(nèi)的區(qū)域氣溫沿道路方向向內(nèi)階梯式遞增，站前廣場(chǎng)的溫度可達(dá)38.69℃，廣場(chǎng)上東北向的片區(qū)溫度比西南方向低2℃左右，調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)的人員聚集情況亦有此特征，即東北片區(qū)的使用人數(shù)更多，這種情況可能是由建筑朝向和西曬等原因造成的。從該片區(qū)相對(duì)濕度現(xiàn)狀分布圖可以看出，廣場(chǎng)內(nèi)部相對(duì)濕度值在52.76%左右，其分布規(guī)律與空氣溫度相反，廣場(chǎng)原有綠化組團(tuán)的增濕作用不明顯。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是道路及硬質(zhì)鋪裝面積過(guò)大，降低了區(qū)域內(nèi)植物和土壤的保水、含水能力，導(dǎo)致了該區(qū)域內(nèi)空氣濕度低的情況。同時(shí)由于受到建筑物外墻立面和道路鋪裝等的建筑材料輻射熱以及頻繁的人員活動(dòng)熱的影響，該區(qū)域空間內(nèi)的人體濕熱感受也較差。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化模擬（圖10），選用的改善方式是在車站建筑布局與形制不變的情況下，增加50%的廣場(chǎng)點(diǎn)狀植株數(shù)量；以散點(diǎn)植物為中心，將其周圍5m的地面鋪裝改為植草地磚。經(jīng)過(guò)改進(jìn)后，風(fēng)場(chǎng)環(huán)境變得更為復(fù)雜，風(fēng)速基本在0.37～1.84m/s的區(qū)間范圍內(nèi)，陣列的植株對(duì)氣流起到一定的調(diào)整作用。集散廣場(chǎng)區(qū)域的溫度有所下降，大約為32.48℃。濕度變化區(qū)域增大，相對(duì)濕度水平上升至56.25%，并出現(xiàn)以密集綠化為中心輻射的濕度較高的組團(tuán)區(qū)域。這說(shuō)明增大綠化的面積和植株的密集度，能夠?qū)λ趨^(qū)域空間熱環(huán)境起到顯著的調(diào)控作用。

4 結(jié)果

城市熱環(huán)境與人類活動(dòng)密切相關(guān)，優(yōu)化城市、建筑的空間布局可以有效地改善微氣候環(huán)境。本文通過(guò)對(duì)武漢市武昌火車站室外微氣候進(jìn)行測(cè)量監(jiān)測(cè)、數(shù)值模擬，分析了該特殊空間類型的濕、熱與風(fēng)環(huán)境，同時(shí)參照實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和人體熱感覺(jué)兩個(gè)指標(biāo)，對(duì)武昌站室外熱環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行了基于訪談和統(tǒng)計(jì)分析的評(píng)價(jià)。

上述的研究表明，武昌站室外空間在無(wú)劇烈天氣條件的影響下具有以下特點(diǎn)。

（1）建筑布局及朝向等因素較為明顯地影響了區(qū)域風(fēng)場(chǎng)環(huán)境。模擬結(jié)果表明，按實(shí)際場(chǎng)景布置，建筑在一定程度上起到了降低風(fēng)速的作用。而實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，在該特定測(cè)試區(qū)域內(nèi)，相對(duì)穩(wěn)定的風(fēng)場(chǎng)環(huán)境對(duì)于濕熱狀況相互關(guān)系的影響并不明顯。

（2）綠化面積與植株類型及其布局形式對(duì)武昌火車站區(qū)域微氣候環(huán)境溫濕度的改善作用明顯。夏季同一時(shí)段，廣場(chǎng)平臺(tái)前的范圍較大的喬木樹(shù)林區(qū)的溫濕度狀況較好，而廣場(chǎng)平臺(tái)上點(diǎn)陣布置的、少葉植株及座椅對(duì)周圍的熱濕環(huán)境幾乎沒(méi)有影響。

（3）下墊面材質(zhì)的選擇對(duì)區(qū)域熱環(huán)境影響較大，透水地面或低矮植被、土壤等下墊面比瀝青道路和水泥地面的表面溫度低，而且濕度亦有改善。如果將其換為高大樹(shù)木，則改善效果更為明顯，可以較好地改善周圍熱環(huán)境。因此可以適當(dāng)增加這些下墊面材質(zhì)的比例。

（4）結(jié)合綠化景觀設(shè)置的軟質(zhì)木座位比硬質(zhì)石料更適合作為廣場(chǎng)規(guī)劃，是適宜使用的小型休息類公共設(shè)施選材。

人體熱感覺(jué)與熱舒適是一個(gè)涉及諸多領(lǐng)域的復(fù)雜評(píng)價(jià)系統(tǒng)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研的情況分析，使用者普遍對(duì)武昌站室外廣場(chǎng)的夏季熱舒適度評(píng)價(jià)不高。建議在滿足設(shè)計(jì)要求和空間規(guī)劃的基礎(chǔ)上進(jìn)行人性化考量，合理增設(shè)遮陽(yáng)構(gòu)件和降溫噴淋設(shè)施，并注意景觀綠化布局和植物類型配置。同時(shí)，環(huán)境模擬軟件能夠?qū)Σ煌O(shè)計(jì)情景下的建筑微氣候影響進(jìn)行預(yù)評(píng)估分析和優(yōu)化方案的仿真分析，再整合傳統(tǒng)的氣候指標(biāo)測(cè)量、問(wèn)卷調(diào)查、統(tǒng)計(jì)分析等方法，可形成解決建筑室外熱環(huán)境問(wèn)題的新方法體系。

注釋

① 該圖像數(shù)據(jù)來(lái)自資源三號(hào)衛(wèi)星2.1m全色影像，由北京攬宇方圓信息技術(shù)有限公司發(fā)布。

② 中國(guó)氣象網(wǎng)[E B/O L]. h t t p://w w w.w e a t h e r.c o m.c n/ weather/101200101.shtml，2016-07-21。

③ 所選模型全局網(wǎng)格尺寸為100×100×40。另外在垂直方向上對(duì)網(wǎng)格劃分的情況有具體要求。詳見(jiàn)參考網(wǎng)址http://www.envi-met.info/documents/ onlinehelpv3/helpindex.htm.

[1] Deb, C; Ramachandraiah, A. Evaluation of thermal comfort in a rail terminal location in India[J]. Building and Environment, 2010, 45(11).

[2] 韓滔, 許志浩. 服裝熱阻在PMV計(jì)算中的影響[C] // 2005西南地區(qū)暖通空調(diào)熱能動(dòng)力年會(huì)論文集，2005.

[3] 劉寶迅. 城市軌道交通樞紐舒適性評(píng)價(jià)研究[D]. 北京: 北方工業(yè)大學(xué), 2015.

[4] 劉永桂. 流動(dòng)性概念下的火車站設(shè)計(jì)——以武昌火車站改造項(xiàng)目為例[J]. 華中建筑, 2014(4).

[5] 馬艦, 陳丹. 城市微氣候仿真軟件ENVI-met的應(yīng)用[J]. 綠色建筑, 2013(05).

[6] 邱皓政. 量化研究與統(tǒng)計(jì)分析——SPSS(PASW)數(shù)據(jù)分析范倒解析[M]. 重慶: 重慶大學(xué)出版社, 2013.

[7] 史源, 任超, 吳恩融. 基于室外風(fēng)環(huán)境與熱舒適度的城市設(shè)計(jì)改進(jìn)策略——以北京西單商業(yè)街為例[J]. 城市規(guī)劃學(xué)刊, 2012(05).

[8] 王翠云. 基于遙感和CFD技術(shù)的城市熱環(huán)境分析與模擬——以蘭州市為例[D]. 蘭州: 蘭州大學(xué)，2008.

[9] 袁濤, 李劍東, 王智超, 等. 長(zhǎng)沙地區(qū)公共建筑熱濕現(xiàn)狀與熱舒適性研究[J].建筑科學(xué), 2010.

[10] 王振. 夏熱冬冷地區(qū)基于城市微氣候的街區(qū)層峽氣候適應(yīng)性設(shè)計(jì)策略研究[D]. 武漢: 華中科技大學(xué), 2008.

[11] 趙榮義. 關(guān)于“熱舒適”的討論[J]. 暖通空調(diào), 2000, 3(30).

[12] 中國(guó)氣象局氣象信息中心氣象資料室. 中國(guó)建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集[M]. 北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2005.

[13] 張偉. 居住小區(qū)綠地布局對(duì)微氣候影響的模擬研究[D]. 南京: 南京大學(xué), 2015.

2016-10-28

THE ANALYSIS AND IMPROVEMENT RESEARCH OF THERMAL ENVIRONMENT OUTSIDE： THE LARGE URBAN RAILWAYSTATION TAKING WUCHANG RAILWAY STATION FOR EXAMPLE

As a large urban transport hub, the railway station has a great influence on the thermal environment and the living comfort of the surrounding areas. It is one of the key problems to improve the thermal comfort of the city that how to carry on the space layout outside the station reasonably and improving the condition of ventilation and greening in the site. The outdoor thermal environment of the station is related to the factors including the surrounding urban space design, density of person stream, the underlying surface material and so on. This paper selects the Wuchang railway station of Wuhan City as a case and environmental analysis are carried out in key positions such as vegetation before the railway station, outdoor plaza, surrounding buildings and so on. The parameters related to thermal environment are measured to understand the thermal comfort condition of the space. On this basis, a questionnaire survey is conducted and the digital environment simulation assessment is done, which it is combined with the characteristics analysis of the station square and outdoor space of buildings. Through this quantitative analysis, the characteristics, existing problems and improving measures of the outdoor thermal environment of Wuchang station are obtained. Finally, this paper puts forward the plan and space design method to improve the outdoor thermal environment of large urban railway station under the climate condition in this area.

Thermal Environment, Quantitative Analysis, Field Measurement, Numerical Simulation

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（編號(hào)：51208389）。

李鹍，副教授，武漢大學(xué)城市設(shè)計(jì)學(xué)院

劉曦，碩士研究生，武漢大學(xué)城市設(shè)計(jì)學(xué)院