■ 王 一WANG Yi 李麗莎 LI Lisha

1 背景

公共空間的熱舒適性是影響公共空間品質(zhì)的重要因素。在當(dāng)前的城市環(huán)境中，公共空間的熱環(huán)境呈現(xiàn)惡化趨勢，究其原因主要與溫室效應(yīng)和全球變暖問題密切相關(guān)。宏觀上來看，城市的快速發(fā)展加劇了城市氣候的變化。從微觀尺度來看，高密度城市環(huán)境中物質(zhì)形態(tài)要素相對集中，熱環(huán)境惡化會降低人們對城市公共空間熱舒適性的評價，導(dǎo)致對城市公共空間品質(zhì)總體評價的下降。在對公共空間進行設(shè)計改善時，將熱舒適性作為重要改善因素，能夠有效提高室外環(huán)境的使用效能。

有研究表明，人們對于公共空間的使用情況與熱舒適性有關(guān)聯(lián)，對人在空間中的停留會有影響，停留的時間和區(qū)域也會因此產(chǎn)生變化。公共空間的空間形態(tài)也對人們在空間中穿行、停留、交往、聚集產(chǎn)生影響，界面形態(tài)對人群行為產(chǎn)生影響,例如建筑首層的架空空間、街道轉(zhuǎn)角處等空間能導(dǎo)致更多的人群集聚現(xiàn)象。從文獻研究及實地觀察中發(fā)現(xiàn)，人們的行為與城市公共空間的熱舒適性在空間上存在耦合或者背離的情況。

而適宜的空間環(huán)境設(shè)計促使行為與熱舒適在空間上耦合，引導(dǎo)使用者對空間品質(zhì)產(chǎn)生積極的評價。所以，行為與熱舒適性的耦合問題對研究提升公共空間品質(zhì)是有價值的。

2 對象

隨著時代的發(fā)展，公共空間的外延產(chǎn)生了變化，當(dāng)代城市公共空間實質(zhì)性的內(nèi)容出現(xiàn)了轉(zhuǎn)變。街區(qū)式商業(yè)綜合體的外部空間雖然從產(chǎn)權(quán)、管理權(quán)上來說是私人的，但隨著當(dāng)代公共空間領(lǐng)域的擴展，此類“私人擁有的公共空間”已成了城市公共空間體系的一部分。隨著城市的大規(guī)模建設(shè)，街區(qū)式商業(yè)綜合體在中心城區(qū)存量巨大。所以，其作為研究對象對城市公共空間的研究具有普遍性意義。

處于中心城區(qū)高密度城市環(huán)境中的街區(qū)式商業(yè)綜合體又具有其特殊性。其人工要素高度集聚為特征的空間形態(tài),對于城市微環(huán)境影響巨大，并對空間熱舒適性產(chǎn)生顯著的影響。研究中心城區(qū)的街區(qū)式商業(yè)綜合體，能夠?qū)ζ淇臻g形態(tài)特征以及物質(zhì)影響要素進行行之有效的分析，對城市高密度區(qū)域的城市外部空間熱舒適性研究具有十分重要的意義。

街區(qū)式商業(yè)綜合體的空間組合是多方面因素共同作用的結(jié)果，不同因素的交織使其演化出不同類型的街區(qū)形態(tài)。從已建成的商業(yè)綜合體來看，該類型商業(yè)綜合體開發(fā)強度大體相同，容積率接近，功能以商業(yè)、辦公為主，娛樂、教育、居住等功能為輔。此類業(yè)態(tài)綜合、功能復(fù)合的群體建筑的外部空間結(jié)構(gòu)特征可以歸納為以下三種類型（圖1）。

2.1 線性串聯(lián)

空間結(jié)構(gòu)以街道系統(tǒng)為主，局部放大空間成為廣場。街道系統(tǒng)分主次關(guān)系，主街為串聯(lián)功能區(qū)塊、建筑單元的關(guān)鍵要素；次街起輔助作用，提供小尺度的外部空間，主次街道交織形成路徑的差異性。街區(qū)內(nèi)建筑單元形態(tài)差異較大，功能各異。

2.2 網(wǎng)格排布

外部空間由網(wǎng)格狀道路體系進行組織，格局統(tǒng)一，街道等級分別不明顯，街道交叉處易產(chǎn)生節(jié)點空間，其中一部分被放大成為核心廣場空間，強化空間識別性，形成節(jié)點之間的差異。同時，街區(qū)層次豐富，大型建筑體量一般布置于街區(qū)外圍部分，零售店鋪在街區(qū)內(nèi)占主導(dǎo)地位，建筑形態(tài)均質(zhì)。

2.3 塔式組合

不同功能的建筑單體通過分區(qū)、分組的方式進行組織，各區(qū)域擁有相對獨立的功能分區(qū)，但又通過街道、廣場相互連通、共同使用。建筑形態(tài)差別大，辦公、居住功能的建筑多以高層、超高層形式出現(xiàn)，商業(yè)、休閑部分為多層單體建筑組群。

位于五角場商業(yè)中心的五角場萬達商業(yè)廣場、大寧商業(yè)中心的大寧國際廣場、四川北路商業(yè)中心的中信廣場分別為上述三種不同的布局類型的典型代表。

3 方法與工具

街區(qū)式商業(yè)綜合體外部空間在文中定義為：以城市道路圍合，能夠創(chuàng)造出類似城市街道、廣場，且集合多種功能的商業(yè)綜合體建筑的外部空間（圖2）。實地調(diào)研的過程中發(fā)現(xiàn)，商業(yè)綜合體街區(qū)外圍空間中的活動多為通行、等車和停車等非駐留行為，而街區(qū)內(nèi)外部空間的活動則更為多元，故本調(diào)研范圍不包括外圍空間。

3.1 研究數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

在眾多的城市微氣候環(huán)境研究中，模型模擬研究成為主要方法?；谡鎸嵆鞘袣庀髷?shù)據(jù)的前提，結(jié)合氣象模型和公式，可以較準(zhǔn)確地實現(xiàn)對室外微氣候環(huán)境的模擬，得到人體熱舒適評價所需的客觀氣候條件，從而推導(dǎo)出人體熱舒適評價指數(shù)。

圖1 街區(qū)式商業(yè)綜合體分類

3.1.1 熱舒適模擬范圍

高密度城市環(huán)境中，街區(qū)內(nèi)的物質(zhì)影響要素對其微環(huán)境產(chǎn)生重要影響，對臨近街區(qū)的建成環(huán)境進行模擬，有助于提高模型模擬的準(zhǔn)確性。但是，模擬時需考慮模型計算的時間成本，因此，有必要對模型模擬的范圍進行界定。過去的研究中，氣象學(xué)家Oke從城市氣候?qū)蛹壓统鞘行螒B(tài)的角度解釋了城市氣候的影響范圍[1]。高密度建成環(huán)境由相似的物理環(huán)境特征構(gòu)成，屬于分類中的“鄰里街區(qū)單元”，研究時應(yīng)包含環(huán)繞其周圍的街區(qū)。與“鄰里街區(qū)單元”所對應(yīng)的城市氣候區(qū)為“鄰里氣候區(qū)”，其氣候影響范圍將街區(qū)層面的環(huán)境影響考慮在內(nèi)，所以本文中，模型模擬的范圍選為500m× 500m（圖3）。

3.1.2 熱舒適評價指標(biāo)及工具

熱舒適評價指標(biāo)一直是熱舒適性研究工作中的重點。在過去的多年研究中，共有超過100個熱舒適指標(biāo)被發(fā)展，并用于描述人體與周圍環(huán)境的熱交換過程。其中的一部分被用于評估室外穩(wěn)態(tài)熱環(huán)境的熱舒適性，例如:平均熱反應(yīng)（PMV）, 生理等效溫度（PET）； 而另一部分則是針對室外非穩(wěn)態(tài)熱環(huán)境建立的評估指標(biāo)，例如：全球熱氣候指標(biāo)（UTCI）[2]。本研究選用生理等效溫度（PET）作為評價指標(biāo)。這是在慕尼黑人體熱量平衡模型基礎(chǔ)之上推導(dǎo)出的熱指標(biāo),定義為給定環(huán)境下的生理平衡溫度,其值等于典型室內(nèi)環(huán)境下達到室外同等熱狀態(tài)所對應(yīng)的氣溫。由于其綜合考量了各種熱舒適度影響因子，成為研究室外熱舒適性常用指標(biāo)，并被德國工程師導(dǎo)則（VDI 3787）推薦使用[3]。

圖2 街區(qū)式商業(yè)綜合體調(diào)研范圍界定

ENVI_MET作為城市熱環(huán)境模擬研究工具，經(jīng)過不斷優(yōu)化，被研究者使用的頻率非常高。該模擬軟件是在流體力學(xué)及熱力學(xué)模型的輔助下，對熱環(huán)境各項指標(biāo)進行模擬預(yù)測，例如風(fēng)速、溫度、濕度等，并計算出熱舒適評價指標(biāo)的數(shù)值（圖4）。 其附帶模塊Biomet，通過內(nèi)置的熱平衡方程輸出預(yù)測平均熱反應(yīng)（PMV）、生理等效溫度（PET）、全球熱氣候指標(biāo)（UTCI）[4]，本文采用PET作為評價指標(biāo)。

3.1.3 樣本日期選擇標(biāo)準(zhǔn)

圖3 ENVI_MET模型模擬范圍及模型界面圖

圖4 熱環(huán)境模擬風(fēng)速、溫度、平均輻射溫度

研究選取真實氣象數(shù)據(jù)作為樣本，均為適宜進行室外活動的過渡性季節(jié)的晴朗天氣，最高氣溫高于15℃。折線圖中數(shù)據(jù)為實測當(dāng)日最高氣溫、最低氣溫記錄，從上海地區(qū)2016年11月～2017年1月的歷史氣象數(shù)據(jù)折線圖，可以看出溫度呈現(xiàn)線性下降趨勢，至1月末，上海地區(qū)氣溫在0℃上下徘徊，逐漸不再適合進行戶外活動（圖5）。折線圖中，以紅色線框標(biāo)記的日期為本文選擇的模擬日期。

3.1.4 環(huán)境行為研究方法

公共空間中的活動方式多種多樣，不同類型行為持續(xù)的時間也不同。通行并不會停留，所以此類人群對環(huán)境并不敏感。消費、駐留、娛樂相關(guān)的活動使人停留，這些停留行為與活動方式的延伸與外部空間環(huán)境關(guān)系更為密切，受到外部空間微氣候的影響更大，它們對公共空間的品質(zhì)、熱舒適性也更為敏感。重點區(qū)分行為以及與停留行為有關(guān)系的空間要素和特征，有助于理解街區(qū)式商業(yè)綜合體外部空間的行為集聚現(xiàn)象。

研究采用行為注記法[5]對街區(qū)式商業(yè)綜合體的建成環(huán)境與空間行為進行客觀觀察。通過記錄人們的空間定位和活動類別來形成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，直觀的呈現(xiàn)行為在空間中的分布情況（圖6）。同時，外部空間環(huán)境要素對人的行為產(chǎn)生支持和阻礙作用，所以，結(jié)合環(huán)境行為觀察，有助于了解建成環(huán)境特征與行為活動之間的關(guān)聯(lián)。

3.2 耦合評價

3.2.1 耦合評價指標(biāo)

熱舒適性和行為聚集之間的耦合關(guān)系可以由行為集聚與熱舒適區(qū)域在空間上的分布來呈現(xiàn)。但是，不同學(xué)科的數(shù)據(jù)之間，由于數(shù)據(jù)格式、呈現(xiàn)方式、操作平臺的差異，無法進行對比。利用空間疊圖的方式，將測試范圍均勻地劃分為若干個相同的空間單元，并將數(shù)據(jù)落實到空間上，有助于提高研究的可操作性、精確性與有效性。

集聚行為與人和人之間的空間距離相關(guān)，霍爾提出的社交距離認(rèn)為，人與人之間的空間距離不會超過3.6m，超出以后人與人之間的個人空間就不再重合。若空間單元內(nèi)人數(shù)大于等于2人，即認(rèn)為該單元發(fā)生社交活動，產(chǎn)生行為集聚。而熱舒適性模擬的過程中，4m×4m的模擬單元對于模擬速度與精度來說都較為適合。故研究將一個4m×4m的平面空間定義為一個空間單元，對其同時賦予熱舒適性與行為的數(shù)據(jù)。有研究表明，在上海地區(qū)，適宜冬季戶外活動的中性生理等效溫度PET的范圍為15～29℃[6]，所以，當(dāng)PET值如果介于此范圍內(nèi)時，則該單元被認(rèn)為處于熱舒適單元。本文定義了兩項指標(biāo)，滿足行為集聚定義的單元集合被稱為“行為集聚斑塊”，符合熱舒適范圍的空間單元集合被稱為“熱舒適區(qū)域”（圖7）。

3.2.2 耦合評價工具與方法

圖5 案例模擬日期及當(dāng)日氣溫折線圖（采用上海市國家基本氣象發(fā)布的數(shù)據(jù)，寶山站，站號58362）

圖6 大寧國際環(huán)境行為調(diào)研原始數(shù)據(jù)圖

耦合過程中，ArcGIS作為耦合工具解決了不同工作平臺間的數(shù)據(jù)交互，以及大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計、篩選問題。通過疊圖研究，不僅確保結(jié)果的精確性，并且能對數(shù)據(jù)進行進一步的篩選及統(tǒng)計分析（圖8）。ArcGIS能夠?qū)煞N不同類型的數(shù)據(jù)，通過相同的坐標(biāo)點位置以及空間對位，在界面中實現(xiàn)空間疊合。同時，其統(tǒng)計計算功能可以對被賦予行為、熱舒適數(shù)據(jù)的空間單元進行關(guān)聯(lián)性分析，例如OLS（Ordinary Least Squares）工具包等。

具體來說，矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將帶有空間信息的行為調(diào)研數(shù)據(jù)（CAD）、熱舒適模擬數(shù)據(jù)（Execl）轉(zhuǎn)化為相同研究范圍、研究精度，可供對比、疊加的數(shù)據(jù)集。數(shù)據(jù)集中包含了無數(shù)個由柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（Raster）來表示的空間單元，所有的數(shù)據(jù)以規(guī)則的陣列在空間中分布，分別代表了室外空間熱舒適區(qū)域與人的行為空間分布圖。并且，矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以針對精確的研究范圍對研究對象進行選取，例如，本研究僅針對街區(qū)內(nèi)的外部空間。圖形與數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化能力，不僅實現(xiàn)了數(shù)據(jù)在空間上的可視化、平面圖形轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)的可能性，也實現(xiàn)了耦合結(jié)果的可讀性、可視化及可操作性。

圖7 熱舒適區(qū)域、行為聚集斑塊示意圖

圖8 耦合研究方法解析圖

通過統(tǒng)計功能，可以快速了解每一時段的人流和空間中的熱舒適變化情況。通過精確的篩選功能，最終得到行為集聚斑塊和熱舒適區(qū)域并進行疊加分析。耦合過程中，為了解街區(qū)式商業(yè)綜合體外部空間的集聚行為和熱舒適區(qū)域在時間、空間上的分布情況，需分別繪制調(diào)研時段每時刻的“行為聚集斑塊”圖，以及導(dǎo)出模擬時段每時刻的“熱舒適區(qū)域”圖。“耦合區(qū)域”由每一時刻“熱舒適區(qū)域”與“行為聚集斑塊”空間重疊的部分表示。

每一時刻行為與熱舒適區(qū)域的耦合程度是變化的，所以，通過統(tǒng)計每一時刻“耦合區(qū)域”在“行為積聚斑塊”內(nèi)的比例，可以了解耦合度的變化規(guī)律。在調(diào)研觀察中，針對行為與熱舒適背離的現(xiàn)象，根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計情況，挑選出人群活動較頻繁的時刻，篩選出這些時段內(nèi)“行為集聚斑塊”內(nèi)未與“熱舒適區(qū)域”疊合的部分，研究建成環(huán)境的特征對行為集聚所產(chǎn)生的影響，以理解環(huán)境因素對街區(qū)式商業(yè)綜合體外部空間中的行為集聚情況產(chǎn)生的影響。

3.2.3 耦合評價實例

從三個街區(qū)式商業(yè)綜合體在ENVI_MET中模擬的生理等效溫度結(jié)果來看，總體熱舒適情況相似，但由于空間形態(tài)的差異，街區(qū)邊緣處的街道、廣場情況變化更劇烈，但無法進行具體分析（圖9）。

通過ArcGIS 對以上熱舒適數(shù)據(jù)進行篩選，對街區(qū)內(nèi)的外部空間進行進一步分析，發(fā)現(xiàn)中心區(qū)域出現(xiàn)熱舒適區(qū)域的次數(shù)最多，且中心區(qū)域北側(cè)的熱舒適區(qū)域出現(xiàn)頻率最高，廣場類型的熱舒適區(qū)域常出現(xiàn)于街道轉(zhuǎn)角處（圖10）。

圖9 生理等效溫度模擬結(jié)果圖

圖10 利用ArcGIS提取的街區(qū)內(nèi)外部空間生理等效溫度變化情況圖

在原始的行為調(diào)研圖中，人群的聚集特征根據(jù)實際情況標(biāo)示在建筑平面上，但為了在行為分析中可以發(fā)現(xiàn)行為積聚特征，研究利用了ArcGIS的統(tǒng)計功能，將落在每一個空間單元中的數(shù)量進行統(tǒng)計，并通過可視化的方法，通過圓形的面積大小在建筑平面中直觀地體現(xiàn)出來，同時，通過后臺Attribute table的統(tǒng)計，可以準(zhǔn)確獲取每一個單元的數(shù)值并對比（圖11）。分析結(jié)果顯示，人群集聚的峰值通常出現(xiàn)在14:00～15:00的時段，人群停留的地點多為轉(zhuǎn)角處空間、建筑與外部空間的界面處（圖12）。

圖11 利用ArcGIS提取的街區(qū)內(nèi)外部空間行為集聚隨時間變化情況圖

圖12 利用ArcGIS轉(zhuǎn)化的街區(qū)內(nèi)外部空間停留人群空間、時間分布變化情況圖

同時，從現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，個性化的建筑界面對人群集聚產(chǎn)生影響，多層立面、大尺度招牌、不同材質(zhì)的鋪地以及媒體立面對人群產(chǎn)生視覺上的吸引。餐飲業(yè)態(tài)從空間布局上存在量的優(yōu)勢，此類業(yè)態(tài)主要包括中餐廳、咖啡廳、冰淇淋店、連鎖快餐以及零食商鋪等，并且在與室外座椅相互作用下可以產(chǎn)生更多的停留活動。室外座椅作為街道家具為人們提供停留的介質(zhì)，配合大樹冠的樹木、花池、垃圾桶等構(gòu)筑物，形成可供停留的區(qū)域。

最后，通過對上述數(shù)據(jù)進一步整理及空間疊圖以后，從三個案例的耦合結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，熱舒適區(qū)域在空間分布情況的變化越小時，行為積聚與熱舒適性的耦合度就會越高。也就是說，該街區(qū)外部空間中產(chǎn)生行為與微氣候的熱舒適性背離的可能性就越小。以大寧國際商業(yè)廣場為例，可以發(fā)現(xiàn)其耦合度是三個案例中最高的（圖13）。

以五角場萬達商業(yè)廣場為例，對其空間熱舒適與行為耦合的結(jié)果進行分析可以發(fā)現(xiàn)，耦合度最高值發(fā)生在13:00，達到0.87，隨后熱舒適區(qū)域面積急劇減少（圖14）。紅色斑點為耦合區(qū)域，主要發(fā)生在南北向街道與L形轉(zhuǎn)角處。從熱舒適區(qū)域的空間分布圖來看，首先，不同時刻的分布情況變化很大，但是人的行為斑塊變化并不劇烈，所以導(dǎo)致空間耦合度情況變化較明顯，也就是說，雖然熱舒適情況有變化，但是因為環(huán)境因素的影響，例如業(yè)態(tài)，街道交叉口、轉(zhuǎn)角處、廣場北面的餐飲類業(yè)態(tài)使人們?nèi)匀辉敢馔Ａ?。其次，對比空間單元中的停留人數(shù)，其中座椅數(shù)量以及立面?zhèn)€性化程度對行為集聚影響更大（圖15）。

圖13 街區(qū)內(nèi)外部空間行為與熱舒適的空間疊圖

4 基于熱舒適與行為耦合的公共空間改善策略

不同的總體形態(tài)分別作用于熱環(huán)境和行為，從而對兩者的耦合度產(chǎn)生影響。在既定建成環(huán)境中，業(yè)態(tài)布局、景觀配置、建筑界面等因素作用于行為，從而產(chǎn)生耦合度的變化。從熱舒適性的角度來說，本文提出以下公共空間設(shè)計、改善策略。

圖14 街區(qū)內(nèi)的外部空間的行為與熱舒適的耦合度情況

圖15 建成環(huán)境特征

（1）環(huán)境設(shè)計引導(dǎo)使用者向舒適區(qū)域集聚。室外熱舒適常見區(qū)域為街道交叉口、廣場的西北角和街區(qū)中心區(qū)域。在這些地方設(shè)置街道家具并配合景觀綠化、雕塑小品、垃圾桶、燈柱、標(biāo)識牌等空間構(gòu)筑物，能夠有效引導(dǎo)人們在熱舒適好的區(qū)域活動。

（2）利用室外空間的業(yè)態(tài)結(jié)合舒適區(qū)域布置。街區(qū)式商業(yè)綜合體外部空間中最受消費者歡迎的業(yè)態(tài)是與餐飲相關(guān)的零售、連鎖店。所以，通過將此類型業(yè)態(tài)設(shè)置在熱舒適區(qū)域，勢必可以提高行為與熱舒適的耦合度。

（3）提升熱舒適區(qū)域空間界面的吸引力。建筑立面的個性化程度能夠決定商鋪對消費者的吸引力，通過在熱舒適好的區(qū)域?qū)Φ赇伭⒚孢M行改造，能大大提高人們前往的可能性及行為與熱舒適的耦合度。

（4）優(yōu)化局部熱舒適性。在進行局部改造的時候，也可以通過設(shè)置一些街區(qū)中的小品建筑，幫助提供空間的圍合度，不僅豐富了建筑界面，還同時降低了風(fēng)速等氣象因素的影響。

5 結(jié)語

本文的基礎(chǔ)是建立在研究對象已經(jīng)建成的前提之下，討論如何改善人們使用公共空間的方式。通過探討建筑界面、街道家具、景觀配置等空間形態(tài)要素及業(yè)態(tài)布局，來引導(dǎo)人們的行為活動在熱舒適好的區(qū)域發(fā)生，從而提高行為與熱舒適的耦合度。然而，對于新建的街區(qū)式商業(yè)綜合體來說，如果熱舒適與行為的耦合在設(shè)計開始階段就被考慮在內(nèi)，那么通過對街道的密度、街道朝向、空間圍合度等總體布局影響因素的控制，就更能夠有助于耦合度的提升。并且，即使受到用地條件、日照間距、消防要求、退界要求等各方面條件的限制，在新建的街區(qū)式商業(yè)綜合體總體布局不能修改的情況下,通過對業(yè)態(tài)布局的調(diào)整和景觀配置、建筑界面的設(shè)計，同樣可以起到改善行為與熱舒適耦合的作用，從而提高公共空間熱舒適性評價，進而提升使用者對公共空間品質(zhì)的總體評價，改善公共空間使用效能。

隨著研究范圍的不斷擴展，這種基于ArcGIS平臺的評價方法，不僅適用于街區(qū)尺度上的研究，在未來也可應(yīng)用于城市尺度之上。當(dāng)然，在城市層面研究空間行為，就不能僅僅依靠環(huán)境行為調(diào)研的方法。那么，在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集方面則可以考慮使用城市熱力圖等實時數(shù)據(jù)信息，甚至可以通過空間句法等行為預(yù)測工具來得知人群變化的情況?？偟膩碚f，在對公共空間進行設(shè)計改善時，將熱舒適性作為重要改善因素，能夠有效提高室外環(huán)境的使用效能。