基于寒冷地區(qū)公共空間設(shè)計(jì)方法研究

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1、寒地城市居住區(qū)公共空間特征

1.1氣候差異性特征

我國嚴(yán)寒地區(qū)具有這樣的氣候特點(diǎn)：冬季（11月至翌年3月）長達(dá)5個(gè)月之久，氣候嚴(yán)寒、干燥。冬季太陽入射角降低，加大了建筑物的陰影區(qū)，降低了居住區(qū)公共空間獲得的太陽輻射量。受西伯利亞冷空氣的影響，我國寒地冬季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)和西北風(fēng)，風(fēng)速快風(fēng)力強(qiáng)。這些造成了寒地城鎮(zhèn)冬季與夏季的物理環(huán)境相差極大。

1.2物質(zhì)空間規(guī)劃特征

與南方居住小區(qū)不同，寒地城市居住區(qū)布局模式較為規(guī)整和簡單。目前我國寒地城市的組團(tuán)布局模式主要由行列式和半圍合式組成，因?yàn)檫@種排布方式既可以充分利用土地，也可以使大多數(shù)住宅樓獲得較好的日照環(huán)境。

1.3使用時(shí)間分布特征

在嚴(yán)寒地區(qū)，冬季居住區(qū)公共空間較為冷清，根據(jù)寒地小城鎮(zhèn)居民的生活起居特點(diǎn)，冬季居民對(duì)公共空間的利用集中在早晨8:00~10：00以及下午12:00~16:00。

1.4使用人群差異性特征

大多數(shù)居住區(qū)公共空間的使用者均以中老年人為主，老年人生活規(guī)律，在居住區(qū)的活動(dòng)以散步、健身、交談為主。隨著老齡化時(shí)代的到來，及留守兒童的逐年遞增，居住區(qū)老年人和兒童的比例上升，且由于活動(dòng)能力和生活方式的限制，居住區(qū)的公共空間是其主要的“生活圈”和“交往圈”。

2、寒地城市居住區(qū)公共空間冬季適宜性問題

2.1缺乏主動(dòng)的寒地適宜性設(shè)計(jì)

對(duì)于寒地居住區(qū)物理環(huán)境的研究，多數(shù)集中在建筑對(duì)太陽輻射的利用上，即室內(nèi)的日照環(huán)境，而忽略了公共空間日照環(huán)境和風(fēng)環(huán)境等的重要性，甚至在設(shè)計(jì)中默認(rèn)寒地小城鎮(zhèn)居住區(qū)的公共空間在冬季少有利用甚至無利用的觀念。實(shí)際上，光照充足、氣氛活躍、風(fēng)速低的交往空間，能夠很大程度減少寒地小城鎮(zhèn)居民冬季壓抑、冷清的心理感受，提高居住品質(zhì)。

2.2景觀及公共設(shè)施的規(guī)劃布局

冬季利用方面考慮不足目前，小城鎮(zhèn)居住區(qū)的景觀規(guī)劃模式往往過于單一，較少考慮到寒地日照的特點(diǎn)，設(shè)施的布局也沒有與冬季物理環(huán)境相結(jié)合。我們經(jīng)?？梢钥吹綇V場、座椅等設(shè)施處在全年陰影區(qū)中，或者廣場或組團(tuán)的出入口風(fēng)速很大，這些都影響了居民的戶外活動(dòng)意愿和時(shí)間。另外，對(duì)特定人群及其活動(dòng)的特征考慮的也較少，老年人和兒童的活動(dòng)時(shí)間和活動(dòng)方式都比較固定，可以針對(duì)其行為特點(diǎn)進(jìn)行物理環(huán)境的設(shè)計(jì)。

2.3設(shè)計(jì)規(guī)范不明確

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)難以量化現(xiàn)行日照相關(guān)規(guī)范涉及室外公共場所環(huán)境管理的很少，僅有《城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50180—93)要求“托兒所、幼兒園活動(dòng)場地應(yīng)有不少于1/2的活動(dòng)面積在標(biāo)準(zhǔn)的建筑日照陰影線之外，居住區(qū)(含小區(qū)與組團(tuán))內(nèi)的組團(tuán)綠地應(yīng)滿足有不少于1/3的綠地面積在標(biāo)準(zhǔn)的建筑日照陰影線范圍之外”。規(guī)范并沒有對(duì)地域、季節(jié)等條件進(jìn)行限定，可變因素過多也導(dǎo)致了居住區(qū)的物理環(huán)境質(zhì)量難以進(jìn)行量化。這使得在對(duì)居住區(qū)公共空間規(guī)劃管理時(shí)，沒有科學(xué)的依據(jù)和檢驗(yàn)方法。

3、空間句法與環(huán)境模擬的引入

3.1解決日照環(huán)境設(shè)計(jì)問題的技術(shù)要點(diǎn)

對(duì)于上文總結(jié)的寒地城市居住區(qū)公共空間環(huán)境設(shè)計(jì)問題，其原因是多元的，但是其解決的方法必須包含以下三點(diǎn)的充分考慮和分析：（1）特定時(shí)空物理環(huán)境信息獲取。能夠得到各種空間的任意時(shí)間節(jié)點(diǎn)或時(shí)間段的準(zhǔn)確環(huán)境信息。（2）根據(jù)人的活動(dòng)特征設(shè)計(jì)公共空間。居住區(qū)公共空間的布局直接影響居民的日常戶外活動(dòng)，而物理環(huán)境的好壞最終取決于人在活動(dòng)時(shí)的感受，居住區(qū)的公共空間的設(shè)計(jì)既要滿足人的需求，又不能與所處的光環(huán)境相悖。而這種公共空間設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是，在方案生成之前，預(yù)測人們對(duì)特定建筑空間外部的公共空間的普遍使用特征，從而將不同功能與形態(tài)的公共空間，合理布置在用地中。（3）以上兩者的實(shí)時(shí)交互設(shè)計(jì)。

3.2空間句法理論的引入

Depthmap的研究范圍很廣，小到建筑室內(nèi)空間的深度圖，大到城市甚至國家的空間整合度，其在居住區(qū)公共空間所發(fā)揮的作用就是，通過空間的數(shù)字化表達(dá)，模擬其對(duì)人的行為影響的一般規(guī)律，從而部分代替長期的行為觀察。

3.3環(huán)境模擬技術(shù)的運(yùn)用

城市空間的物理環(huán)境，充滿了復(fù)雜性、可變性和不確定因素，居住空間亦是如此，不同的建筑布局，均能對(duì)物理環(huán)境產(chǎn)生不同的影響。這種復(fù)雜性已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)或手動(dòng)計(jì)算的范疇，物理環(huán)境數(shù)字模擬技術(shù)，為科學(xué)、準(zhǔn)確的建筑與規(guī)劃可持續(xù)設(shè)計(jì)提供了可能性。影響居住區(qū)公共空間的環(huán)境因素主要包括風(fēng)、光、熱、聲。相關(guān)的模擬軟件多種多樣，最常用的有EcotectAnalysis和CFD流體動(dòng)力學(xué)系列軟件。

4、典型居住區(qū)冬季公共空間設(shè)計(jì)方法優(yōu)化-以哈爾濱某居住區(qū)為例

4.1研究對(duì)象的選取

研究對(duì)象為哈爾濱市某居住小區(qū)的局部地段，建成時(shí)間為2012年。據(jù)寒地氣候特征，將研究時(shí)間范圍確定為11月1日至翌年3月31日。本例著重介紹物理環(huán)境中的日照環(huán)境與空間句法的結(jié)合，其他物理環(huán)境的運(yùn)用過程類似，在此不做贅述。

4.2公共空間分析

4.2.1利用Depthmap研究公共空間屬性對(duì)研究范圍平面進(jìn)行處理，僅保留建筑和外圍邊界，使用Depthmap中的AxialMap功能，小區(qū)戶外空間被轉(zhuǎn)譯為軸線圖，將得到的軸線圖進(jìn)一步計(jì)算，通過rungraphanalyses操作，得到體現(xiàn)空間整合度的Integrationmap，整合度表達(dá)了系統(tǒng)中某一空間與其它空間的離散程度，空間的整合度越高，空間可達(dá)性越強(qiáng)，整合度越低則相反。如圖每條軸線都有自己的整合度屬性值，軸線顏色反應(yīng)了整合度的高低，偏向紅色的值高，偏向藍(lán)色的值低。通過ReducetoFewestLineMap命令得到概括性軸線圖，使之與居住區(qū)現(xiàn)有的公共空間疊合。從公共空間的分布和交通流線來看，規(guī)劃方案的空間結(jié)構(gòu)與模擬結(jié)果大部分相符。選取不同整合度的軸線與方案中不同類型公共空間的交叉點(diǎn)作為分析點(diǎn)，通過對(duì)所選分析點(diǎn)的空間整合度和太陽輻射強(qiáng)度的模擬和數(shù)據(jù)比對(duì)，得到與公共空間使用情況相關(guān)的日照環(huán)境評(píng)價(jià)。為得到分析點(diǎn)的整合度值，需要對(duì)軸線圖進(jìn)行VisibilityGraph分析，得到可視整合度圖，公共空間的每一個(gè)細(xì)分單元均計(jì)算了整合度值。

4.2.2公共空間日照環(huán)境模擬對(duì)居住區(qū)公共空間的日照輻射情況進(jìn)行模擬，根據(jù)寒地居住區(qū)公共空間冬季使用時(shí)間分布特點(diǎn)，選取每日三個(gè)時(shí)間段進(jìn)行研究：晨練時(shí)間8:00~10:00，午后活動(dòng)時(shí)間12:00~14:00，傍晚活動(dòng)時(shí)間14:00~16:00。采用的算法是特定時(shí)段的日均輻射量模擬計(jì)算，得到不同時(shí)段太陽輻射的等值線圖。利用Ecotect的數(shù)據(jù)分析功能，計(jì)算各分析點(diǎn)冬季每月逐時(shí)平均太陽輻射值，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分別得出各點(diǎn)日均太陽輻射值的堆積面積圖表?？梢钥闯觯治鳇c(diǎn)冬季日照輻射強(qiáng)度分布隨時(shí)辰變化差異很大。

5、結(jié)論

本文通過分析研究我國寒地小城鎮(zhèn)居住區(qū)公共空間冬季日照環(huán)境特征，總結(jié)其寒地適應(yīng)性規(guī)劃的必要性和問題所在，將空間句法和數(shù)字模擬的策略引入到公共空間環(huán)境的設(shè)計(jì)研究中來，利用EcotectAnalysis和Depthmap兩種軟件分別對(duì)公共空間的物理環(huán)境和空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬和分析，并將二者首次結(jié)合起來，根據(jù)不同數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)，得出任意空間位置的最優(yōu)日照適應(yīng)性設(shè)計(jì)依據(jù)，并證明了兩種策略綜合使用的可能性。

作者：趙天宇　李昂 單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院