WANG Yi LIU Shuyuan HUANG Zishuo

0 引言

街道空間是室外公共空間的重要組成部分，其熱舒適性關(guān)系著人們室外活動的活躍度和質(zhì)量。在國內(nèi)外開展的一系列關(guān)于街道熱舒適的基礎(chǔ)性研究中，Wang Y,de Groot R等人在荷蘭格羅寧根大學(xué)校園的實(shí)際調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)了人的熱舒適性受到主觀因素和環(huán)境參數(shù)的共同影響，并具有地域特征[1]；Nunez和Oke探討了街道峽谷能量平衡的基本理論，揭示出凈輻射量、凈太陽輻射和顯熱通量對不同城市形態(tài)的敏感度很高，證明了街道形態(tài)能夠影響街道環(huán)境參數(shù)[2]。因此，街道形態(tài)能夠通過影響街道微氣候環(huán)境，從而影響人在街道上的熱舒適感受。在對街道形態(tài)、街道環(huán)境和熱舒適性三者之間的相互關(guān)系研究中，歐陽婉璐研究了武漢夏季城市街道的朝向和高寬比對于室外熱舒適度的影響[3]，對單一季節(jié)的兩種街道形態(tài)因子對熱舒適性的直接影響進(jìn)行了研究；劉思琪則對不同朝向和寬度的嚴(yán)寒地區(qū)步行街，在不同季節(jié)下的熱環(huán)境參數(shù)差值導(dǎo)致的熱舒適差異進(jìn)行了比較[4]，其對三者之間的關(guān)系進(jìn)行了描述，也考慮了不同的季節(jié)條件，但是形態(tài)因素上仍舊是局限于朝向和寬度。然而實(shí)際情況中，能夠影響街道熱舒適性的形態(tài)因素有多種，朝向和高寬比不足以進(jìn)行全面的代表；同時，各種街道形態(tài)因素在不同的條件下對環(huán)境的影響程度也不同，需要進(jìn)行季節(jié)和地域的區(qū)分。我們可以通過綜合不同的條件來對影響程度較高的形態(tài)因素進(jìn)行調(diào)整，從而高效地提高街道熱舒適性。

本研究以上海小陸家嘴地區(qū)的城市街道為對象，上海陸家嘴地區(qū)是過去三四十年間中國城市大規(guī)模、快速發(fā)展的典型代表，其在經(jīng)濟(jì)和形象層面取得成功的同時，室外公共空間的品質(zhì)卻一直受人詬病，小陸家嘴地區(qū)的街道數(shù)量和人群活動豐富，選擇該片區(qū)，從熱舒適的角度對其街道形態(tài)進(jìn)行研究，能夠?qū)ζ淙蘸蟮母赂纳铺岢鼋ㄗh。

因此，本研究以環(huán)境參數(shù)為媒介，首先研究不同季節(jié)影響街道熱舒適性的主要環(huán)境參數(shù)，再將挑選出的城市街道樣本進(jìn)行街道形態(tài)因素的提煉和量化，將其與研究得到不同季節(jié)的主要環(huán)境參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，找到影響這些環(huán)境參數(shù)的主要街道形態(tài)因素，從而建立起街道熱舒適性、影響熱舒適性的主要環(huán)境參數(shù)、影響主要環(huán)境參數(shù)的街道形態(tài)因素三者之間的對應(yīng)關(guān)系，探究實(shí)際街道中形態(tài)對熱舒適性的影響。

1 研究方法

1.1 研究對象

基 于2019年1月13日、14日兩天對小陸家嘴地區(qū)范圍內(nèi)26條街道進(jìn)行的人流數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和人的行為觀察結(jié)果，選取了7條街道作為研究對象（圖1）。該7條街道白天人流量均超過400人，使用者類型包括居民、附近工作或?qū)W習(xí)的人員以及游客，人群活動的類型和數(shù)量較為豐富，具有一定的代表性。

1.2 研究時間

上海市四季分明，全年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)和西北風(fēng)。浦東新區(qū)冬季的溫度約為0℃～11℃之間，春季的溫度約為13℃～28℃之間，夏季的溫度約為22℃～35℃之間，秋季的溫度約為12℃～24℃之間，且晴朗無雨的日子，人們更愿意進(jìn)行室外活動。故綜合考慮溫度和天氣情況，選取了2019年1月18日、20日，4月20日、23日，7月14日、21日，11月9日、10日8個上海典型的四季氣象日作為實(shí)測日，以兩天的數(shù)據(jù)作為季節(jié)測量數(shù)據(jù)（表1）。

1.3 研究方法與研究數(shù)據(jù)

研究需要獲取街道環(huán)境參數(shù)、與之對應(yīng)的人的熱舒適評價以及街道形態(tài)三類數(shù)據(jù)，分別采用環(huán)境參數(shù)測量、熱舒適問卷調(diào)研和街道形態(tài)調(diào)研方法獲得。

1.3.1 環(huán)境參數(shù)測量

圖1 7條街道及街道測點(diǎn)分布圖

環(huán)境參數(shù)實(shí)測采用KestrelNK5400微氣候測量儀，同時采集每天8:00—19:00各個街道的不同環(huán)境參數(shù)，以評估街道的微氣候環(huán)境。

1.3.1.1 測試布點(diǎn)與測試方法

由于一條街道過長，為了更好地描述街道的微氣候環(huán)境，在每條街道兩側(cè)各選取中點(diǎn)和兩個端點(diǎn)，共6個測點(diǎn)，按照測點(diǎn)編號順序，每隔10 min依次在一個測點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，1 h一輪，連續(xù)測量2 h，間隔1 h后重復(fù)（圖2）。

1.3.1.2 環(huán)境參數(shù)測量結(jié)果

每小時的風(fēng)速、空氣溫度、相對濕度和黑球溫度由儀器直接測得，平均輻射溫度（Tmrt）根據(jù)每小時的實(shí)測參數(shù)計(jì)算得到（參照ISO（7726））：

其中ε=0.95，為黑球反射率；D為黑球直徑（表2）。

1.3.2 熱舒適問卷調(diào)研

1.3.2.1 問卷調(diào)研方法與問卷內(nèi)容

熱舒適是人對于周圍環(huán)境的主觀評價結(jié)果，采用在熱環(huán)境參數(shù)實(shí)測的同時發(fā)放熱舒適問卷的方式以得到對應(yīng)的人的熱舒適評價。受訪者為自發(fā)的在街上進(jìn)行活動的人。每條街道每天發(fā)放約30份問卷。

圖2 測點(diǎn)分布圖

表1 測試日氣象數(shù)據(jù)表

表2 街道環(huán)境參數(shù)測量結(jié)果

熱舒適感受問卷分為兩部分內(nèi)容，一是受訪者的基本信息；二是受訪者個體的熱舒適性感受，其中熱舒適投票（Thermal Comfort Vote，TCV）采用5級標(biāo)度，分別為非常不舒適、不舒適、一般、較舒適和非常舒適，對應(yīng)的賦值為-2、-1、0、1、2。

1.3.2.2 街道熱舒適投票調(diào)研結(jié)果

調(diào)查總共發(fā)出問卷1 726份，其中冬季462份，春季420份，夏季417份，秋季427份（表3、圖3）。

四季的調(diào)研結(jié)果顯示：街道的熱舒適性具有季節(jié)性差異，春秋兩季的總滿意度（包含一般、較舒適和非常舒適）相對夏冬兩季較高，其中秋季整體滿意度更是達(dá)到96.48%；同一季節(jié)不同街道的熱舒適度也有差異，冬、春、夏三季不同街道的熱舒適度有明顯差異，而秋季7條街道的滿意度均在93%之上，部分街道甚至達(dá)到100%，整體滿意度過高、街道滿意度差異較小，不足以研究出街道形態(tài)對于熱舒適差異的影響。因此，之后主要對冬、春、夏三季的街道形態(tài)與熱舒適差異進(jìn)行研究。

表3 街道熱舒適投票數(shù)值統(tǒng)計(jì)表

1.3.3 街道形態(tài)因素調(diào)研

街道形態(tài)采用實(shí)地觀察和測量法，記錄下不同街道的寬度、高度、朝向等形態(tài)數(shù)據(jù)，并在之后的分析之中進(jìn)行量化處理。

2 相關(guān)性分析

2.1 熱舒適投票與環(huán)境參數(shù)分析

選用測量得到的空氣溫度、相對濕度、風(fēng)速以及計(jì)算得到的平均輻射溫度（Tmrt）4項(xiàng)單一的環(huán)境參數(shù)指標(biāo)，與熱舒適投票進(jìn)行相關(guān)性分析，這4項(xiàng)指標(biāo)已經(jīng)足以描述街道微氣候的風(fēng)熱環(huán)境變化。即使是目前廣泛運(yùn)用的用于室外熱舒適評價和模擬的綜合性指標(biāo)PET（生理等效溫度）和UTCI（通用熱氣候指標(biāo)），其中PET是考慮了空氣溫度、相對濕度和風(fēng)速三種環(huán)境參數(shù)，UTCI較于PET則加入了平均輻射溫度，該4項(xiàng)也覆蓋了綜合性指標(biāo)所考慮的因素。同時，學(xué)者在對指標(biāo)的研究中發(fā)現(xiàn)，環(huán)境參數(shù)在不同的季節(jié)對人熱舒適的影響強(qiáng)度不同[5]，而綜合性指標(biāo)會忽視這些差異，從而影響熱舒適評估的準(zhǔn)確度和敏感度，選用單個指標(biāo)能更精確地感受小陸家嘴地區(qū)街道，在不同季節(jié)哪些環(huán)境參數(shù)會作為主要因素影響人的熱舒適性。

將對應(yīng)的每條街道每小時熱舒適投票的平均值（MTCV）與對應(yīng)的實(shí)測環(huán)境參數(shù)進(jìn)行對比分析，得到冬季41個對應(yīng)關(guān)系、春季31個對應(yīng)關(guān)系和夏季的34個對應(yīng)關(guān)系，其分析結(jié)果見表4。

結(jié)果顯示，不同季節(jié)，影響人熱舒適性的環(huán)境因素是有差異的。冬季，風(fēng)速是影響熱舒適性的主要環(huán)境參數(shù)，風(fēng)速越小，使用者感覺越舒適；春季，風(fēng)速和平均輻射溫度是影響熱舒適性的主要環(huán)境參數(shù)，風(fēng)速越大或者平均輻射溫度越高，使用者感覺越舒適；夏季，空氣溫度和平均輻射溫度是影響熱舒適性的主要環(huán)境參數(shù)，空氣溫度或者平均輻射溫度越低，使用者感覺越舒適。

總體而言，小陸家嘴地區(qū)街道的風(fēng)環(huán)境和輻射環(huán)境對于人在街道的熱舒適感受影響較大，相對濕度對于人們在街道的熱舒適感受影響甚微，這可能是由于一定區(qū)域內(nèi)不同街道的濕度差異不大，且人們對于一定范圍內(nèi)的濕度變化不敏感。實(shí)地調(diào)研中，不同街道的風(fēng)環(huán)境和街道遮擋物等也差異較大，人們對于風(fēng)速變化和環(huán)境遮擋物等的敏感程度和期望也影響了對熱舒適的主觀評價。

2.2 街道形態(tài)與環(huán)境參數(shù)相關(guān)性分析

2.2.1 形態(tài)因素的選取和量化

室外街道的風(fēng)環(huán)境和輻射環(huán)境會受到街道朝向、街道空間的幾何形態(tài)和周圍建筑形態(tài)布局的影響，同時也與樹木遮擋、綠化位置等景觀因素有關(guān)。有些學(xué)者[6]對于街道各種要素（包括空間形態(tài)要素與綠化水體等其他要素）與環(huán)境參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行了初步的研究總結(jié)。本研究僅從街道本身的形態(tài)因素考慮。一方面，是街道的空間位置要素，街道的朝向會影響街道所受的太陽輻射，故用街道朝向與平均輻射溫度關(guān)聯(lián)，而風(fēng)速則更多和街道與主導(dǎo)風(fēng)向的夾角相關(guān)；另一方面，是街道的空間幾何性質(zhì)，用街道長寬比、街道連續(xù)度和街道兩側(cè)連續(xù)度差值描述街道平面性質(zhì)，街道高寬比和街道平均高度描述街道立面性質(zhì)，從而全面地對街道形態(tài)進(jìn)行限定。

（1）街道朝向：街道中心線與正北方向的順時針方向夾角數(shù)值。

（2）風(fēng)向夾角：街道與主導(dǎo)風(fēng)向的夾角，測量當(dāng)天的主導(dǎo)風(fēng)向與街道中心線的銳角夾角數(shù)值。

（3）平均高度：街道立面所有建筑高度的平均值，本研究采用豎直方向建筑立面投影面積與建筑在街道上投影長度的比值。

（4）街道高寬比：街道兩側(cè)平均高度與街道平均寬度的比值。

（5）街道長寬比：街道中心線長度與街道平均寬度的比值。

（6）街道連續(xù)度：一定范圍內(nèi)街道所有外側(cè)建筑沿路的投影長度之和與街道長度的比值。

（7）街道兩側(cè)連續(xù)度差值：街道兩側(cè)連續(xù)度之差的絕對值。

該7項(xiàng)挑選出的形態(tài)指標(biāo)均能對街道的風(fēng)環(huán)境和輻射環(huán)境造成影響，將其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，轉(zhuǎn)化為無量綱數(shù)值以便于比較，形態(tài)指標(biāo)量化見表5。

2.2.2 形態(tài)因素與環(huán)境參數(shù)的相關(guān)性分析

采用線性回歸分析法將春冬夏三季測量日當(dāng)天主要環(huán)境參數(shù)和街道形態(tài)量化指標(biāo)分別進(jìn)行相關(guān)性分析來探討影響環(huán)境參數(shù)的主要形態(tài)因素。其中與街道的主導(dǎo)風(fēng)向的夾角用于與風(fēng)速進(jìn)行回歸，街道朝向用于與平均輻射溫度和空氣溫度進(jìn)行回歸（表6）。

表4 環(huán)境參數(shù)與MTCV相關(guān)性表

表5 街道形態(tài)指標(biāo)量化表

結(jié)果顯示：不同季節(jié)，街道形態(tài)因素影響環(huán)境參數(shù)的程度不同。冬季，街道與主導(dǎo)風(fēng)向的夾角和街道兩側(cè)連續(xù)度差值是影響風(fēng)速的主要因素；春季，平均高度是影響風(fēng)速的主要因素，街道連續(xù)度和平均高度是影響平均輻射溫度的主要因素；夏季，街道兩側(cè)連續(xù)度差值是影響平均輻射溫度的主要因素，而空氣溫度則與各個街道形態(tài)因素均不相關(guān)。相關(guān)性分析是基于這7條街道的環(huán)境參數(shù)和形態(tài)要素，存在著一定的局限性。

2.3 街道形態(tài)、環(huán)境參數(shù)、熱舒適性對應(yīng)關(guān)系分析

結(jié)合之前的分析和具體的街道形態(tài)來看（表7）：

冬季，風(fēng)速是影響熱舒適性的主要因素，風(fēng)向夾角和街道兩側(cè)連續(xù)度差值是影響風(fēng)速的主要因素。冬季街道I和II的熱舒適度為80%以上，除去街道III可能由于廣場的原因?qū)е嘛L(fēng)速偏大而降低熱舒適度，從風(fēng)向夾角上看，街道I和II均為東北-西南走向街道，街道IV、V、VI、VII為西北-東南走向街道，街道I、II的風(fēng)向夾角遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其余街道，從街道兩側(cè)連續(xù)度差值上看，街道I、II的兩側(cè)連續(xù)度差值也小于其他街道。故冬季，街道與主導(dǎo)風(fēng)向的夾角越大，街道兩側(cè)連續(xù)度差值越小，風(fēng)速越小，熱舒適度越高。

春季，風(fēng)速和平均輻射溫度是影響熱舒適性的主要因素，平均高度是影響風(fēng)速的主要因素，街道連續(xù)度和平均高度是影響平均輻射溫度的主要因素。春季街道III和IV的熱舒適均為95%以上，街道I則僅有83%，從平均高度上看，街道的熱舒適度隨著平均高度的降低而降低，從街道連續(xù)度上看，街道I的街道連續(xù)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他熱舒適性較好的街道。故春季，街道平均高度越高，街道兩側(cè)連續(xù)度越小，風(fēng)速越大，平均輻射溫度越高，熱舒適度越高。

夏季，空氣溫度和平均輻射溫度是影響熱舒適性的主要因素，街道兩側(cè)連續(xù)度差值是影響平均輻射溫度的主要因素，而空氣溫度則與各個街道形態(tài)因素均不相關(guān)。夏季街道I的熱舒適為87%，除去街道II由于街道兩側(cè)建筑高度差距過大造成的太陽輻射過高導(dǎo)致熱舒適度較低，從街道兩側(cè)連續(xù)度差值上看，街道I的兩側(cè)連續(xù)度差值均大于其余街道。故夏季，街道兩側(cè)連續(xù)度差值小，平均輻射溫度越低，熱舒適度越高。

3 結(jié)語

本文對上海小陸家嘴地區(qū)7條城市街道進(jìn)行了熱舒適環(huán)境參數(shù)實(shí)測和大眾心理熱舒適評價問卷調(diào)研，發(fā)現(xiàn)使用者熱舒適性、環(huán)境參數(shù)和街道形態(tài)三者之間有密切的關(guān)系。

7條街道在不同季節(jié)有著不同的熱舒適性，具體的相關(guān)關(guān)系見表8。冬季，街道與主導(dǎo)風(fēng)向夾角較大的街道能夠衰減進(jìn)入街道的風(fēng)的強(qiáng)度，從而降低風(fēng)速，街道兩側(cè)連續(xù)度差值較小的街道能夠有效降低兩側(cè)的對流風(fēng)速；春季，高層會對街道的風(fēng)環(huán)境和建筑自身遮擋造成影響，平均高度越高，街道連續(xù)度越小，風(fēng)速和平均輻射溫度均越大；夏季，街道兩側(cè)連續(xù)度差值越小的街道能夠帶來更多的遮擋，從而降低街道的平均輻射溫度，而夏季的空氣溫度是影響街道舒適性的重要因素，且與街道形態(tài)指標(biāo)不相關(guān)，說明街道形態(tài)對于空氣溫度的影響甚微，需要從其他尺度上，比如城市熱島降溫等方面去構(gòu)建夏季室外環(huán)境，給使用者帶來更好的熱舒適感受。

表6 環(huán)境參數(shù)與形態(tài)因素相關(guān)性分析

表7 熱舒適性-街道形態(tài)對應(yīng)表

表8 街道形態(tài)與熱舒適差異全年總結(jié)

因此，在小陸家嘴地區(qū)日后的更新改造中，通過對街道形態(tài)的把控，可以提高街道的熱舒適性。比如對于新規(guī)劃的街道，盡量采用與冬季主導(dǎo)風(fēng)向夾角較大的朝向，以降低冬季的街道風(fēng)速；對于老街道，特別是街道兩側(cè)連續(xù)度差值較大的，可以通過城市修補(bǔ)等手段，新建部分裙房來降低兩側(cè)差值，提高其在冬、夏季的熱舒適性；春季，部分沿街建筑可以考慮底層架空，降低街道的連續(xù)度。蔡永潔教授[7-8]也提出，通過對空間密度的改變，能夠?qū)е滦碌慕值篮徒缑孢B續(xù)的變化，而我們可以通過控制這些變化的方向，去選擇構(gòu)建一個熱舒適度相對較高的城市空間。同時,也可以結(jié)合不同季節(jié)氣象條件，合理利用區(qū)域內(nèi)高層建筑形成的風(fēng)影效應(yīng)和自身遮擋，構(gòu)建適宜的風(fēng)熱環(huán)境。

本研究從熱舒適的角度,對小陸家嘴街道空間做出了分析和評價，闡述了街道使用者熱舒適性、環(huán)境參數(shù)和街道形態(tài)三者之間的關(guān)系，從而對小陸家嘴地區(qū)街道日后的更新改善提出建議。但結(jié)論僅僅基于小陸家嘴地區(qū)現(xiàn)有的街道形態(tài)與環(huán)境參數(shù)，具有一定的局限性。