龔兆先, 魯 進(jìn), 李怡楠
(廣州大學(xué) 建筑與城市規(guī)劃學(xué)院, 廣東 廣州 510006)
夏熱地區(qū)夏季晴日,人們?cè)谑彝夤部臻g中的活動(dòng)通常飽受烈日暴曬,光熱舒適性差,人們期待較為蔭涼的陰影空間。特別是較長(zhǎng)時(shí)段的人群室外活動(dòng),更希望能在整個(gè)活動(dòng)時(shí)段內(nèi)始終處于陰影之中,而且陰影的平面大小和形態(tài)適應(yīng)活動(dòng)規(guī)模和方式的空間。然而,這種愿望一般難以很好地實(shí)現(xiàn),因?yàn)檎业阶匀恍纬傻?、可完全符合這種時(shí)空需求的陰影空間并不容易。因此,通常的結(jié)局是,要么提前結(jié)束活動(dòng),要么頻繁移動(dòng)位置,另尋它處而得以繼續(xù)。
不過(guò),在室外建成環(huán)境中,可以發(fā)現(xiàn),在日照條件下,由建筑物、植物和構(gòu)筑物等構(gòu)影體可形成在一定時(shí)段內(nèi)始終具有陰影的區(qū)域,眾所周知的就是“終日陰影區(qū)”。它是以日出和日落時(shí)間為起止時(shí)刻,存在于整個(gè)白晝期間的陰影區(qū)。但問(wèn)題是,相對(duì)于一般至多數(shù)小時(shí)的室外活動(dòng),整個(gè)白晝這個(gè)時(shí)長(zhǎng)明顯超出需求;而更為關(guān)鍵的是,時(shí)長(zhǎng)越長(zhǎng),其面積和尺度就越小,從而削弱了用于室外活動(dòng)的功能。然而,從中也可以獲得啟發(fā),即如果改變起止時(shí)刻,以較短時(shí)長(zhǎng)適應(yīng)活動(dòng)時(shí)長(zhǎng)需要并去除冗余時(shí)段,則可獲得平面尺度更大、形態(tài)更適應(yīng)室外活動(dòng)所需且始終有陰影的空間。因此,改變起止時(shí)刻并限定數(shù)小時(shí)時(shí)長(zhǎng)的時(shí)段,可望獲得更利于室外活動(dòng)所需的“終時(shí)段陰影區(qū)”(圖1)。
圖1 改變起止時(shí)刻并縮短時(shí)長(zhǎng)可獲更為有利的陰影
在此,如果將在一定起止時(shí)刻所限定的時(shí)段內(nèi)始終有陰影的影定義為“常影”,那么,上述“終時(shí)段陰影區(qū)”就是該時(shí)段常有陰影的“常影”區(qū);同時(shí),如果該時(shí)段內(nèi)日光光線完全未穿透建筑物等構(gòu)影體而形成“全影”,則該“終時(shí)段陰影區(qū)”可稱之為“常全影”空間。
室外 “常全影”是一種日照條件下在三維空間中客觀存在的自然現(xiàn)象,其所形成的“常全影”空間,可保障對(duì)應(yīng)時(shí)段和空間中人群活動(dòng)的全程和充分遮陽(yáng)需求,理應(yīng)在夏熱地區(qū)室外公共空間的規(guī)劃和設(shè)計(jì)時(shí),作為重要的設(shè)計(jì)目標(biāo)之一進(jìn)行積極構(gòu)建。但因“常全影”所固有的時(shí)空動(dòng)態(tài)性和復(fù)雜性等,難以單憑經(jīng)驗(yàn)直觀可察、可控,如果不在設(shè)計(jì)中予以及時(shí)的過(guò)程關(guān)注和檢驗(yàn)評(píng)判,不可保證最終設(shè)計(jì)形成的“常全影”空間一定適應(yīng)人群活動(dòng)的時(shí)空需求。因此,需要探索建立一種能適應(yīng)通常由城市設(shè)計(jì)、修建性詳細(xì)規(guī)劃、建筑和景觀設(shè)計(jì)等相關(guān)規(guī)劃和設(shè)計(jì)構(gòu)成的多階段過(guò)程、設(shè)計(jì)調(diào)整頻繁的工作要求和方式特點(diǎn),并可及時(shí)掌握設(shè)計(jì)進(jìn)程中所形成“常全影”空間的狀態(tài)的分析和評(píng)判辦法,以便引導(dǎo)最終“常全影”空間的設(shè)計(jì)結(jié)果契合設(shè)計(jì)目標(biāo)。
當(dāng)前,學(xué)界在日照陰影的影響、作用、夏季陰影利用及其相關(guān)方法等方面,已有相應(yīng)的有價(jià)值的研究。通常,除關(guān)注陰影的建筑美學(xué)作用外,主要將陰影作為一種消極的對(duì)象[1],如為保證冬季室內(nèi)日照要求,力求其它建筑物陰影盡量少地遮擋室內(nèi)空間[2-4]。但也有部分學(xué)者重視夏季陰影的積極作用[5-7],提出建筑陰影用于室外活動(dòng)空間并進(jìn)行設(shè)計(jì)核實(shí)的初步方法[5],或強(qiáng)調(diào)在建筑設(shè)計(jì)初期進(jìn)行陰影相關(guān)節(jié)能模擬優(yōu)化算法[8],或基于有效陰影區(qū)概念并探索步行街的陰影利用[9],利用建筑布局便于陰影控制[3-4]。也有學(xué)者關(guān)注植物陰影的特征[10],認(rèn)為植物的葉片密度與其遮蔭效應(yīng)密切關(guān)聯(lián)[11],合理的植物分布是關(guān)鍵[12]。而對(duì)于陰影的模擬和識(shí)別分析,Ecotect等相關(guān)軟件提供了便捷和可靠的技術(shù)手段[13-14]。但總體而言,目前尚未發(fā)現(xiàn)基于“常全影”的復(fù)雜時(shí)空相關(guān)性和設(shè)計(jì)進(jìn)程掌控要求,形成有效的“常全影”空間過(guò)程的察驗(yàn)方法。因此,關(guān)注在“常全影”空間設(shè)計(jì)中的“常全影”及其空間的時(shí)空變化特征,并進(jìn)行相應(yīng)時(shí)空分析的體系研究,是十分必要的。
為此,本文將在解析“常全影”空間的形態(tài)、大小、位置和影深品質(zhì)等時(shí)空屬性的動(dòng)態(tài)性及其與一般規(guī)劃與設(shè)計(jì)過(guò)程相關(guān)性的基礎(chǔ)上,闡述在設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行“常全影”空間時(shí)空分析的必要性和可行性,闡明分析的對(duì)象、內(nèi)容及標(biāo)準(zhǔn)等特征,以期為進(jìn)一步探索具體的時(shí)空分析方法,并促進(jìn)相關(guān)規(guī)劃和設(shè)計(jì)有效構(gòu)建“常全影”空間提供指引。
作為自然現(xiàn)象,室外“常全影”首先是一種由建(構(gòu))筑物和植物等構(gòu)影體在地面等承影面上所形成的日光投影,其與特定地理位置、日期和太陽(yáng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行軌跡密切相關(guān);同時(shí),“常全影”具有時(shí)段限定性,某個(gè)日期及明確起、止時(shí)刻限定的“常全影”,是該時(shí)段內(nèi)由所有連續(xù)時(shí)刻的陰影所構(gòu)成的時(shí)空四維動(dòng)態(tài)影序列,被時(shí)段限定在一定三維空間范圍之內(nèi)的那部分,具有三維空間屬性,并反映形態(tài)、大小和位置等方面的空間幾何屬性,且因?qū)?yīng)構(gòu)影體相對(duì)于全時(shí)段所有日光的通透性,反映其影深品質(zhì)屬性。
綜合而言,“常全影”與地理位置、時(shí)間、構(gòu)影體和承影面等密切相關(guān),并服從日照成影規(guī)律。但當(dāng)時(shí)段確定后,就是一種可以明確界定且人能置身其中的三維空間對(duì)象。雖然“常全影”空間在理論上應(yīng)該是一種三維空間,不過(guò),由于人群在室外空間外場(chǎng)地上的活動(dòng)依賴趨近水平的地面等承影面,故通常用“常全影”空間的水平投影表達(dá)“常全影”空間基于人群活動(dòng)相關(guān)的空間特征(圖2)。
圖2 “常全影”及其空間的界定方式Fig.2 The Constant-holistic Shadow and its spatial definition
緣自室外人群活動(dòng)時(shí)段的多樣性和太陽(yáng)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)性等因素,“常全影”空間的時(shí)空屬性呈現(xiàn)多樣化的時(shí)空差異性。如在地理位置和日期確定,構(gòu)影體和地形(如平地)等構(gòu)影條件不變的情形下,相同時(shí)長(zhǎng)但不同起、止時(shí)刻的“常全影”空間,其形態(tài)、大小等空間幾何屬性具有顯著的差別;不同時(shí)長(zhǎng)的“常全影”空間更是變化多樣,即使起始時(shí)刻或終止時(shí)刻相同,也同樣如此(圖3)。
“常全影”空間同時(shí)也反映復(fù)雜性。雖然有一定的特征性規(guī)律可循,但具體的形態(tài)、尺度和位置等時(shí)空信息,并非可由人們的經(jīng)驗(yàn)直接獲知和把握。不同的構(gòu)影體體形和尺度,建筑構(gòu)影體朝向的構(gòu)影體組合,以及承影面的地形坡度等,都會(huì)引起“常全影”空間的多方面復(fù)雜變化。如以承影面為水平平地為例,不同形體和尺度的建筑構(gòu)影體在同時(shí)段所形成的“常全影”空間的形態(tài)和尺度明顯不同(圖4);同等建筑構(gòu)影體因不同朝向,同時(shí)段所產(chǎn)生的“常全影”空間的形態(tài)、大小也有明顯變化(圖5);此外,在較低太陽(yáng)高度角的時(shí)段,即使較小的構(gòu)影體尺度的改變,也能引起顯著的“常全影”空間形態(tài)和大小等改變,表明“常全影”空間對(duì)構(gòu)影體具有較大的敏感性。而地形在坡向和坡度上的改變,也同樣引起其空間屬性的差異。
圖3 在同等構(gòu)影條件下起止時(shí)刻相關(guān)的“常全影”空間多樣差異性表現(xiàn)
圖4 不同建筑形態(tài)、尺度等引起的“常全影”空間變化
圖5 相同體量、不同朝向建筑構(gòu)影體對(duì)“常全影”空間形態(tài)和尺度的影響
在相關(guān)規(guī)劃和設(shè)計(jì)過(guò)程中,雖然在確定設(shè)計(jì)目標(biāo)時(shí),通常可根據(jù)場(chǎng)地空間的人群活動(dòng)規(guī)律需求等先行明確一個(gè)或多個(gè)時(shí)段的“常全影”空間進(jìn)行設(shè)計(jì),但由于對(duì)構(gòu)影體和地形進(jìn)行分階段設(shè)計(jì)處理的修改和調(diào)整則是一種常態(tài),而且頻度很高。因此,隨著構(gòu)影體和地形隨設(shè)計(jì)階段和階段內(nèi)修改過(guò)程不斷深化、細(xì)化和優(yōu)化調(diào)整,設(shè)計(jì)形成的“常全影”空間,其時(shí)空和品質(zhì)屬性也隨時(shí)發(fā)生改變,設(shè)計(jì)結(jié)果與設(shè)計(jì)進(jìn)程呈現(xiàn)一種復(fù)雜的聯(lián)動(dòng)關(guān)系,須隨時(shí)進(jìn)行分析和適宜性確認(rèn)。
另外,一個(gè)特定的空間設(shè)計(jì)對(duì)象,相關(guān)規(guī)劃和設(shè)計(jì)過(guò)程是以漸進(jìn)式推進(jìn)的,由粗到細(xì)、由淺入深、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜。在此進(jìn)程中,如果前序設(shè)計(jì)階段的構(gòu)影體缺失或布局不適,將直接影響后續(xù)設(shè)計(jì)階段“常全影”構(gòu)影的不足,甚至是顛覆性的缺陷。如果不在前序設(shè)計(jì)階段進(jìn)行必要的、尤其是全局性、結(jié)構(gòu)性的布局,可能導(dǎo)致后續(xù)設(shè)計(jì)階段無(wú)能為力或額外附加原本不必要的構(gòu)影體。
因此,“常全影”空間的設(shè)計(jì),不能僅以最終設(shè)計(jì)結(jié)果來(lái)核實(shí)其針對(duì)人群活動(dòng)陰影時(shí)空需求的合理性和有效性,而須在相關(guān)設(shè)計(jì)的全程,對(duì)各設(shè)計(jì)階段的“常全影”空間結(jié)果予以充分關(guān)注,逐步深化、細(xì)化和調(diào)適,漸序達(dá)成精確符合所需的“常全影”空間。
“常全影”空間的設(shè)計(jì),除了遵循通行的相關(guān)規(guī)劃和設(shè)計(jì)的常規(guī)原理和方法等之外,還需以適當(dāng)、可行的方式,對(duì)過(guò)程中的設(shè)計(jì)“常全影”空間狀態(tài)進(jìn)行可行的時(shí)空分析與判斷。
在設(shè)計(jì)過(guò)程的全程加入“常全影”空間設(shè)計(jì)結(jié)果的時(shí)空分析環(huán)節(jié)。即針對(duì)“常全影”空間的最終設(shè)計(jì)目標(biāo)和各設(shè)計(jì)階段的可行實(shí)現(xiàn)程度,結(jié)合常規(guī)設(shè)計(jì)階段的成果,每個(gè)階段都進(jìn)行相應(yīng)的“常全影”空間模擬和時(shí)空分析。只有如此,才能準(zhǔn)確掌握相關(guān)規(guī)劃和設(shè)計(jì)進(jìn)程中所形成的“常全影”空間,在其形態(tài)、大小、位置和影深以及時(shí)長(zhǎng)等時(shí)空和品質(zhì)屬性方面,是否已符合或不妨礙后續(xù)階段符合人群活動(dòng)所需。據(jù)此各階段的分析和判斷,為后續(xù)階段通過(guò)及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化,逐步趨近,最終全面符合設(shè)計(jì)目標(biāo)提供依據(jù)和指引。
人們夏季室外活動(dòng)方式越來(lái)越具有多樣性和選擇性,也引起陰影利用方式和程度的多樣性。室外活動(dòng)因人、因活動(dòng)類型不同而存在許多差異,并反映到對(duì)場(chǎng)地中的陰影空間需求是全部還是部分,所需部分應(yīng)該是哪些部分并且是多大;不同類型的活動(dòng)適宜開(kāi)展的時(shí)段也有差別,“常全影”空間的營(yíng)造須對(duì)此予以時(shí)間尺度上的匹配。否則,將導(dǎo)致在活動(dòng)所需時(shí)段內(nèi)仍會(huì)面臨暴曬。這些人群活動(dòng)相關(guān)的多樣性反映在時(shí)空上的匹配要求,也表明設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)對(duì)“常全影”空間進(jìn)行適宜性的時(shí)空分析。
運(yùn)用相對(duì)于規(guī)劃和設(shè)計(jì)而言的適用和可靠的技術(shù)手段,有助于設(shè)計(jì)全程實(shí)行時(shí)空分析的可行性和可靠性。對(duì)于“常全影”空間的時(shí)空分析,當(dāng)前Ecotect和Grasshopper等日照模擬分析相關(guān)軟件,為在設(shè)計(jì)過(guò)程中的驗(yàn)證性時(shí)空分析,提供可行和可靠的技術(shù)工具,并且具有便利的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。借助于各設(shè)計(jì)階段中可便利獲得、加工的構(gòu)影體及地形環(huán)境的數(shù)字模型,便可進(jìn)行有效的日照成影模擬,獲得各階段設(shè)計(jì)“常全影”空間的精確狀態(tài),進(jìn)而對(duì)其滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)時(shí)空需求的充分性和尚存問(wèn)題進(jìn)行驗(yàn)證分析,并給出后續(xù)可能的進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整方向和可行措施等。
“常全影”空間的時(shí)空分析,是基于人群活動(dòng)的相應(yīng)時(shí)空需求,分析各階段設(shè)計(jì)“常全影”空間在形態(tài)、大小、方位、時(shí)段和品質(zhì)等時(shí)空和品質(zhì)屬性方面的相符性。因此,各階段的設(shè)計(jì)“常全影”空間,是時(shí)空分析的直接對(duì)象。但同時(shí),設(shè)計(jì)“常全影”空間的時(shí)空和品質(zhì)屬性的狀態(tài)與構(gòu)影體和地形的空間處理之間的關(guān)聯(lián)性,也同樣是重要的分析對(duì)象,以便當(dāng)設(shè)計(jì)結(jié)果與目標(biāo)未能完全相符時(shí),可據(jù)此關(guān)聯(lián),獲知不相符部分“常全影”在構(gòu)影體和地形中的對(duì)應(yīng)部位并探尋調(diào)整方向和程度。
綜合前述“常全影”空間的特征和設(shè)計(jì)要求,時(shí)空分析主要應(yīng)包括人群活動(dòng)對(duì)“常全影”空間目標(biāo)時(shí)空需求分析,設(shè)計(jì)“常全影”空間相對(duì)于目標(biāo)需求時(shí)空的形態(tài)、尺度符合度分析,時(shí)空分布符合度分析,補(bǔ)影符合度分析和影深品質(zhì)分析,共5項(xiàng)。
上述5項(xiàng)分析各有側(cè)重,即①“常全影”空間目標(biāo)時(shí)空需求分析,旨在結(jié)合目標(biāo)活動(dòng)類型相關(guān)的人群規(guī)模、活動(dòng)方式和時(shí)段等要求特征,分析確定目標(biāo)活動(dòng)空間場(chǎng)所上所需“常全影”的時(shí)段、形態(tài)、大小、位置和影深,確立一個(gè)或多個(gè)時(shí)段的目標(biāo)“常全影”需求空間;②“常全影”空間形態(tài)、尺度符合度分析,檢驗(yàn)現(xiàn)階段設(shè)計(jì)結(jié)果所形成“常全影”空間,在形態(tài)和尺度大小方面對(duì)每個(gè)需求時(shí)段的目標(biāo)“常全影”空間的包容程度;③“常全影”空間時(shí)空分布符合度分析,探查現(xiàn)階段設(shè)計(jì)結(jié)果在每個(gè)需求時(shí)段內(nèi)所形成的“常全影”空間,其空間分布與相對(duì)應(yīng)時(shí)段目標(biāo)“常全影”需求空間的一致性程度;④“常全影”空間補(bǔ)影符合度分析,復(fù)查現(xiàn)階段設(shè)計(jì)調(diào)整后形成的“常全影”空間補(bǔ)全原缺影“常全影”空間局部的有效性和程度;⑤“常全影”空間影深品質(zhì)分析,確認(rèn)構(gòu)影體局部非不透明材質(zhì)所致“常全影”空間中部分影深降低之處的形態(tài)、大小、位置及其可接受度以及必要時(shí)的改善導(dǎo)向。
在上述各項(xiàng)時(shí)空分析中,人群活動(dòng)對(duì)“常全影”空間的時(shí)空需求分析是首要、前置性和目標(biāo)性的,以此分析結(jié)果作為其它分析的對(duì)照標(biāo)桿;在相關(guān)規(guī)劃設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)和景觀設(shè)計(jì)階段,可采用與設(shè)計(jì)階段工作方式和成果特征相適應(yīng)的一種或多種分析。上述目標(biāo)性或驗(yàn)證性的5項(xiàng)分析,共同構(gòu)成“常全影”空間構(gòu)建中必需的、相對(duì)完整的分析體系(圖6)。
圖6 “常全影”空間設(shè)計(jì)的時(shí)空分析體系框架
“常全影”空間時(shí)空分析在各設(shè)計(jì)階段的分析評(píng)判標(biāo)準(zhǔn),與常規(guī)規(guī)劃與設(shè)計(jì)各階段的設(shè)計(jì)深度要求密切相關(guān),但更注重“常全影”空間的時(shí)空和品質(zhì)結(jié)果與本階段所應(yīng)適應(yīng)人群活動(dòng)時(shí)空需求的相符程度。在尚未最終完成設(shè)計(jì)的中間階段時(shí),表現(xiàn)為階段性的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn),而最終設(shè)計(jì)階段時(shí),則為終極標(biāo)準(zhǔn);階段性標(biāo)準(zhǔn)可能相對(duì)粗略,但應(yīng)保證后續(xù)的可行優(yōu)化和深化。終極標(biāo)準(zhǔn)則須全面反映目標(biāo)需求。各階段的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)組成一種由粗到細(xì)、由宏觀到微觀的的序列標(biāo)準(zhǔn)。
“常全影”空間構(gòu)建中的時(shí)空分析體系,具有多方面的特征:①在總體上貫穿相關(guān)各規(guī)劃和設(shè)計(jì)階段,具有顯著的全程性特征;②相關(guān)分析基于首位的“常全影”目標(biāo)時(shí)空需求分析,但必要時(shí)須同時(shí)兼顧冬季日照標(biāo)準(zhǔn)等其它要求,從“常全影”空間全面適應(yīng)目標(biāo)需求的多個(gè)視角進(jìn)行分析,具有多視角特征。而且,在同一視角下也兼顧多個(gè)必須關(guān)注的設(shè)計(jì)階段;③由于“常全影”空間的設(shè)計(jì)構(gòu)建,在規(guī)劃和設(shè)計(jì)過(guò)程中是逐步明確、細(xì)化和優(yōu)化的,因而具有在分析深度上的漸進(jìn)式特征;④為了適應(yīng)相關(guān)規(guī)劃設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)和景觀設(shè)計(jì)各階段設(shè)計(jì)的工作對(duì)象、方式和設(shè)計(jì)深度等差異,各階段的分析目標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)和精確程度等有所不同,依托的手段和方式也有差異,呈現(xiàn)同一項(xiàng)分析在不同階段的差異化特征;⑤除了目標(biāo)時(shí)空需求分析,其它4種都是驗(yàn)證性分析,用以確認(rèn)該階段設(shè)計(jì)是否實(shí)現(xiàn)理應(yīng)達(dá)到的程度。若未達(dá)到而存在問(wèn)題,則提示后續(xù)調(diào)整、優(yōu)化的方向。
在“常全影”空間的設(shè)計(jì)中,基于“常全影”時(shí)空多樣性、復(fù)雜性和分階段規(guī)劃設(shè)計(jì)工作方式與要求特點(diǎn),對(duì)各設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)“常全影”空間結(jié)果,進(jìn)行基于人群活動(dòng)“常全影”空間目標(biāo)時(shí)空需求的符合度分析,是必要的和可行的;這些分析以 “常全影”空間的目標(biāo)時(shí)空需求在各階段的漸序、可行實(shí)現(xiàn)程度為標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)兼顧冬季日照標(biāo)準(zhǔn)等其它要求;通?!俺H啊笨臻g設(shè)計(jì)中的時(shí)空分析,主要由“常全影”空間目標(biāo)時(shí)空需求分析,以及“常全影”空間的形態(tài)尺度符合度、時(shí)空分布符合度、補(bǔ)影符合度及影深品質(zhì)符合度5項(xiàng)分析,構(gòu)成時(shí)空分析體系,可滿足大多數(shù)情形下室外公共空間“常全影”空間設(shè)計(jì)的分析要求。但在特殊設(shè)計(jì)條件和要求時(shí),應(yīng)另有補(bǔ)充。本文基于平地地面條件,明確了“常全影”空間設(shè)計(jì)中適宜時(shí)空分析的方式、對(duì)象和標(biāo)準(zhǔn),并建立了時(shí)空分析體系框架,為實(shí)施時(shí)空分析奠定了良好的基礎(chǔ)。更為具體的分析方法及其在設(shè)計(jì)實(shí)踐中的應(yīng)用方法,以及基于更為綜合、大規(guī)模和地形復(fù)雜變化等場(chǎng)景的時(shí)空分析方法體系擴(kuò)展,還有待于今后進(jìn)一步探索。