风景园林视角下的居住区风环境研究现状及展望

许悦

摘要：居住区户外活动空间几乎是人类使用频率最高的生活空间，因此改善居住区户外活动空间的小气候环境，提高居民的舒适度就显得尤为重要。文章以居住区风环境研究为切入点，通过对于国内外相关文献的研究，总结居住区风环境研究的现状及常用方法。同时，针对西安地区的具体情况，从风景园林学科视角出发，总结西安地区居住区风环境研究存在的问题及难点并提出展望。

关键词：风景园林;小气候;居住区;风环境

中图分类号：TU984.12    文献标识码：A    文章编号：1004-9436（2021）20-0186-03

1    概述

《城市物理环境》明确指出了城市中建筑物密度过大导致通风不良，不利于热量及空气污染物向城市外部扩散的问题[1]。研究表明良好的风环境能够有效改善和缓解城市的热岛效应、雾霾等环境问题[2]。同时，良好的居住区风环境能够降低建筑能耗，在增强居住区户外活动空间的场地舒适性、提高居民户外活动空间的使用率、延长居民户外活动时长、促进居民健康生活等方面有积极的作用[3]。

居住区设计主要从建筑规划布局、居住区活动空间的位置选择、道路系统组织、居住区内景观元素塑造四个层面考虑。通过大量文献调研发现，目前国内关于居住区风环境的研究主要集中于供热、供燃气、通风及空调工程、建筑技术科学及城市规划等学科领域，风景园林学科领域的研究文献较少。

供热、供燃气、通风机空调工程及建筑技术科学专业主要研究如何改善居住区风环境以降低能耗、降低空气污染含量，同时，增强室内自然通风效应，缓解热岛效应。建筑学及城市规划专业主要研究建筑单体形态、朝向、尺寸、建筑密度、容积率，及建筑组团模式对居住区及居住区周围风环境的影响，并提出优化策略。风景园林专业现有的对居住区风环境的研究在研究文献总量中占比不到5%，并且主要是从影响室外热环境的景观要素入手，分析景观设计元素对居住区风环境的影响，然后再提出景观优化策略，其中涉及最多的是绿地空间格局、植物搭配形式等对风的阻滞和引导作用的研究。总体来说，现有的居住区风环境的相关研究注重建筑规划布局对整体居住区内风环境的影响，结论多用于指导居住区建筑规划设计，较少从风景园林设计的视角考虑如何利用风因子营造微气候适宜的居住区室外活动空间。

2    风景园林户外小气候设计

董芦笛教授提出“生物气候场”的概念以指导风景园林的城市户外活动空间气候适应性设计，并提出“戶外环境被动式生物气候设计”（简称“园林气候设计”）的设计方法。他指出在场地环境内，太阳辐射、风等气候要素与场地环境的空间方位、空间形体、开敞方式、布局模式等空间要素共同作用，形成在限定场地内“植物群落—近地面气层—场地空间”近地面小尺度的小气候生态系统[4]。刘滨谊教授等以夏热冬冷的上海为研究对象，对广场、滨水带和街道与居住区的风速、风向、相对湿度、空气温度及太阳辐射等小气候要素进行测试和分析，提出了以调节和改善小气候为导向的风景园林规划设计的技术对策[5-7]。风景园林专业要充分利用建筑、地形、植物、水体、道路、构筑物等设计构成要素，利用场地内的太阳辐射、风等气候条件，营造舒适的户外活动空间。

目前，关于改善场地风环境的景观设计策略主要有设计能够有效阻挡不利风侵袭的景观元素，尽可能设计能够根据各个季节不同气候条件而转换的景观界面，以满足冬季日照需求和夏季遮阳的要求，同时，还指出设计要保证场地有良好的通风条件，以防污染物聚集。

3    对风环境产生影响的风景园林设计要素

风是影响场地舒适性的重要的气候条件，城市居住区密集的建筑群会产生不良的风效应，进而降低户外空间的舒适度。但通过文献及实地调研发现，居住区室外空间设计往往缺乏对风环境的重视，这导致居住区内活动场地选址不合理，风环境差的区域被布置为居民活动空间，景观休闲设施被闲置。另外，在景观元素设计上仅追求形式上的美感，导致景观设计元素如场地内的构筑物、铺装、绿化、水体等对风环境的调节作用不明显，没有起到改善小气候的作用，大大降低了场地的利用率。

对风环境产生影响的风景园林设计要素主要有六个。一是建筑。建筑会对气流产生影响，进而产生不同的风环境效应，如风影效应、狭管效应、角流效应等。二是植物。一方面，潜热通量作用会影响植物的温度、湿度范围;另一方面，植物能对气流运动产生干扰，进而影响场地风环境。三是地形。不同的地面形态（平地、凸地形、山脊、盆地和山谷）及不同的地形坡度，能改变场地的气流运动形式。四是水体。水体能与陆面形成温度差异，进而形成局地环流现象。五是铺装。铺装与建筑景墙有相同的作用，不同的材质被太阳照射后，会产生不同长波辐射加热空气。另外，铺装的粗糙程度也会在一定程度上影响气流的运动。六是构筑物。例如，景观墙体等可以直接改变气流的运动方式，另外，构筑物也可通过日照产生长波辐射加热空气产生局地环流。

4    国内外风环境研究现状

对风环境优劣的评价大致可以从三个方面展开：风环境舒适度评估、风环境安全性评估及空气质量舒适度评估。较为常见的关于建筑风环境的舒适度评估标准主要有三种：相对舒适度分析标准、风速对比评估标准和风速概率统计评估标准。国外学者对行人高度处的城市风环境提出了多种评价准则，如蒲福风级的相对舒适度评价标准等，但国内有关居住区风环境的评价标准较少，仅在《绿色建筑评价标准》《中国生态住宅技术评估手册》《绿色奥运建筑评估体系》等绿色建筑评价标准中对风环境的评价准则有所提及。且建筑风环境舒适度评估较注重气流对行人安全造成的影响，而没有将温度、湿度等物理指标与行人具体的情况，如年龄、健康状况、活动状态等结合起来，进行综合评价。

目前，风环境的研究面对的困难主要有人体的热舒适机理会受到温度、湿度、太阳辐射、风速、服装热阻、人体生理代谢等多种因素的综合影响，另外，人体热舒适还受到热适应性、心理期望及环境等复杂因素的影响[8]。要在实际工作中排除其他影响因素，单独建立风与人体热舒适的作用关系尚有一定的难度。风特征的表征有很多，如风速、风压、涡旋等，这导致风环境评价体系构建工作复杂，验证困难，应针对实际情况进行取舍[9]。

通过文献研究发现，虽有学者对居住区的建筑规划布局形式、建筑单体结构、朝向及绿化形式等方面进行了研究并提出了建议，但未整理出一套完整的居住区风环境评价标准。有学者尝试针对某一特定地域的气候特征建立一套适用于该地区的风环境评价标准，但缺乏一定的普适性。居住区户外活动空间是一个复杂的体系，不能仅考虑风这一单一因素，因而也有学者尝试使用叠图法将太阳辐射、温度、风、湿度、污染物等因素进行叠加，再换算成权重比值，进而选出气候舒适区域。这一方法可用于指导一些场地分析及设计选址，但居住区还应考虑居民的日常行为规律等。有学者通过场地气候实测、人群行为注记法、统计学数据处理与分析等方法，对广场及街道等公共场地使用者的行为活动进行了研究，探究了景观构成要素对风环境的影响、对风环境使用者的影响以及场地使用者对风环境舒适度的潜在需求，进而对场地进行了分析评估，总结出了场地风环境存在的问题，并提出了风环境的优化策略。综上可知，在居住区的风环境设计研究中还要进一步综合场地中复杂的气候条件，同时结合居民的行为特征，建立适用于居住区户外活动空间的气候适应性设计方法。

5    常用的风环境研究方法

居住区日照的研究相较于风环境研究的优势在于，在实地调研的过程中，研究者可以直接观察到阴影的变化，但风环境不能通过直接观察进行实地调研，需要依靠人的主观感受及专业的测量仪器进行监测，因此研究存在一定的难度。在城市风环境研究中，常用的研究方法主要有三种，即实地测试、物理模拟及计算机数值模拟。实地测试研究始于20世纪30年代，由于需要耗费较长的时间和较多的人力，且风环境的测试易受其他环境因素的干扰，难以控制，同時难以获得长期的观测数据，因此该方法通常用于物理模拟或计算机数值模拟的数据准确性校验。物理模拟方法相较于实地测试，更便于实际操作，但对实验设备的要求较高，且费用也较高。20世纪90年代，计算机数值模拟出现并被应用于研究中，其优势在于成本低，计算结果直观详细，也适用于各种尺度规模以及环境相对复杂的模拟实验，但其缺点是准确性需要进一步验证。风环境研究常用的数值模拟软件有FLURNT、PHOENICS及ENVI-met等，各模拟软件优缺点在此不再赘述。在研究中为确保数据结果的科学性常同时使用两种及以上的方法。

6    西安地区居住区风环境研究

很多学者就西安地区居住区小气候展开研究。例如，张晓芳在对居住区户外公共空间日照设计相关指标进行转化的基础上，建立了基于气候适应性的日照时段划分方法，用于指导居住区户外活动空间设计[10]。时光研究了西安地区高层居住区夏季和冬季存在的风环境问题，探讨了居民户外活动的舒适度与居住区风环境的关系，还研究了住区规划布局与风环境状况的一些定性和定量的影响关系[11]。刘乐研究了如何在满足标准中对室外风环境要求的情况下，通过改变居住区室外风环境提高场地的通风能力，进而改善居住区室外热环境。

根据对西安城市居住区户外活动空间现状的调研，笔者发现其存在以下三个问题。一是三环内住宅建筑布局相对紧凑，居住密度高，户外活动空间受限。二是活动空间选址不合理，居民常逗留的空间往往没有合适的景观设施。三是景观元素配置不合适，例如，大部分水景设施停用，可供居民活动的硬质铺装明显不足。另外，笔者还发现居民的日常活动存在一定的季节性规律。

通过对西安气候的分析，发现其风环境存在的主要问题是静风率高，偏高的静风频率导致居住区内静风区域相应增多，不利于居住区内气流流动，使居民无法享受舒适的风环境。并且在实际调研中还发现，在夏季高温高湿的情况下，西安居民也倾向于选择能够提供遮阴且风速较大的户外空间，因此增强居住区在夏季的空气流通能力、增加导风性的设计显得尤为重要。另外，西安地区全年盛行风向为东北风，次主导风向为西南风，但各主导风向风频均不超过20%。因此，在设计时不能仅仅考虑主导风向这一种因素。

西安地区夏季炎热，7月最高气温可达35℃～41.8℃，月平均气温为26.1℃～26.3℃，市区平均风速为2.2m/s。由于太阳辐射强度大，气温高，当空气流动速度较低时，不论室外有无遮阳，人们都会感到极度不舒适。此外，西安地区冬季寒冷，1月平均气温为-0.3℃～-1.3℃，室外温度低，太阳辐射强度弱，较强的冷风会给户外活动者带来寒冷的感觉。同时，西安地区冬季雾霾问题严重，过低的风速也不利于居住区内污染气体的排放。目前的研究中还没有提出冬季居住区内合适的风速阈值范围。西安地区全年温差最高达26℃～27℃，因此从建筑热工设计考虑，应同时满足夏季防热和冬季保温的要求。由于西安地区冬夏季主导风向一致，因此设计场地风环境时就要注意兼顾夏季通风和冬季防风。

7    结语

随着生活水平的不断提高和城市化进程的不断加快，居民对生活质量有了更高的追求，居住区户外空间作为居民日常休闲活动的重要场所，其场地的舒适性得到了越来越多的重视。因此，创造微气候条件适宜并具有生态意义的居住区户外活动空间显得尤为重要。

居住区户外活动空间的风环境优化还具有很大的研究空间，尤其是西安地区。目前，学界和业界都缺乏居住区风环境评价指标、居住区户外活动空间风环境的模拟与评价的具体操作方法、针对风景园林各个要素对居住区风环境影响机制的实证研究。在未来的研究中，可重点考虑引入风环境以后的居住区户外活动空间选址、场地布置、空间形态、元素设计等问题，系统思考如何利用风景园林设计要素对场地小气候进行设计，并建立有效的空间模式语言用于指导居住区户外活动空间场地设计。

参考文献：

[1]刘加平.城市物理环境[M].北京：中国建筑工业出版社，2011：55-57.

[2]高凯，秦俊，胡永红.上海城市居住区绿化缓解热岛效应研究进展[J].中国园林，2010，26（12）：12-15.

[3]陈飞.建筑风环境：夏热冬冷气候区风环境研究与建筑节能设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2009：200-201.

[4]董芦笛，李孟柯，樊亚妮.基于“生物气候场效应”的城市户外生活空间气候适应性设计方法[J].中国园林，2014，30（12）：23-26.

[5]邵钰涵，刘滨谊.城市街道空间小气候参数及其景观影响要素研究[J].风景园林，2016（10）：98-104.

[6]刘滨谊，林俊.城市滨水带环境小气候与空间断面关系研究：以上海苏州河滨水带为例[J].风景园林，2015 （6）：46-54.

[7]梅欹，刘滨谊.上海住区风景园林空间冬季微气候感受分析[J].中国园林，2017，33（4）：12-17.

[8]茅艳.人体热舒适气候适应性研究[D].西安：西安建筑科技大学，2007.

[9]王伟武，王智伟，梁静宜.我国城市住区风环境研究现状及展望[J].西部人居环境学刊，2021，36（3）：57-64.

[10]张晓芳.基于气候适应性的西安住区户外环境日照分析方法研究[D].西安：西安建筑科技大学，2018.

[11]时光.引入风环境设计理念的住区规划模式研究[D].西安：长安大学，2010.