基于微气候效应的夏热冬冷地区城市开放空间布局设计策略研究

Urbanization had led to the worsening trend of urban microclimate. The relationship between urban form and the microclimate is also proved by many studies. It’s believed that the climatically responsive urban design fundamental to sustainability. As an essential part of the urban space, open space can contribute to the quality of life within cities, and enhance the microclimate. By means of CFD software, at the micro scale, the relationship between the form of the single block of green space or square and the microclimate effects has been well studied. However, even at the meso scale, the research on the microclimate effects of the open spaces layout still scarce. Furthermore, the research results are difficult to be applied in practice, because of the excessive abstraction and misunderstanding of the urban..Based on the architecture theory, at the meso scale, this research establishes the abstract urban model with the parameterized layout of the open spaces in hot summer and cold winter zone, according to the requirement of the simulated calculation of microclimate. With the simulation results, the statistics analysis and regression analysis are applied to explore the relationships between the features of open spaces layout and the microclimatic effects. The relationships are finally converted to appropriate design strategies. With the strategies, the scientific and rational layout mode of the open spaces can be proposed to improve the urban microclimate systematically, maximize the efficiency of open spaces effectively, and promote the sustainable development of cities.

城市发展和建设导致城市微气候环境有日益恶化的趋势，城市形态与微气候之间的关系也为许多研究所证明，基于微气候因素进行规划和设计的理念已受到大家的肯定。作为城市空间的基本组成部分，开放空间对微气候具有重要的调节和改善作用。借助于CFD软件，在微观层面，单块的绿地、广场等在形态和质感上的微气候效应和设计策略已有了比较充分的研究。然而在中观乃至宏观层面，对开放空间布局系统性的微气候效应研究仍然匮乏，并且由于模型的过度抽象和不真实，研究成果难以应用于实践。本项目以建筑学为立足点，以夏热冬冷地区为研究区域，基于微气候计算的需要，在中观尺度上建立城市开放空间布局的参数化抽象模型，通过模拟计算探索开放空间布局特征和微气候效应之间的关联关系，提出科学合理的布局模式，并将其转化为相应的设计策略，系统性地的调节和改善城市微气候，促进城市的可持续发展。

城市微气候与城市形态之间存在着密不可分的关系，城市建筑的形体和组合方式直接影响了城市微气候的形成。从微气候效应的角度来看，城市空间可分为城市实体和开放空间两大类。开放空间对微气候呈现正反馈作用，使城市成为一个孔隙体，空气得以在其中流通，日照得以进入城市内部，也为周边的建筑实体提供了更多与外界接触的界面。因此，为改善城市微气候环境，本项目以夏热冬冷地区城市开放空间为研究对象，研究其布局特征与微气候的关联关系，并提出优化设计的措施和策略，从而改善城市生活环境，减少能源消耗，促进城市的可持续发展。.基于尺度差异对研究的影响，本课题分别从城市尺度、街区尺度和微观尺度三个层面进行研究。.城市尺度下，我们基于局地气候分区理论建立起隐式城市形态量化模型，并在WRF模型中完成微气候模拟，初步建立了整体城市形态与微气候效应的关联关系，并实现了城市通风廊道的识别。基于对城市热环境和风环境的进一步分析处理，我们以南京为例绘制了城市环境气候地图，为城市可持续建设发展提供了指导性策略。.街区尺度下，我们基于城市剖面和高宽比指标对纯粹物质形态意义上的开放空间进行重新定义并识别。之后，我们聚焦于街道层峡，通过对街景照片的自动获取和识别技术，完成了街道空间中的形态要素指标计算和日照时长计算。另一方面，我们以城市中大量的多层住宅区为研究对象，研究了高密度片区开放空间布局与微气候效应的关联关系，对开放空间的布局设计提出了相应的策略。.微观尺度下，我们研究了开放空间内不同组成要素的微气候效应，为植被和水体的设计提供了指导性策略，并在设计中进行了实践应用。进而通过对冷岛扩散效应的研究，我们建立了开放空间形态与冷岛扩散效应的量化关联关系。此外，我们还整合了多主体系统和环境的微气候差异，对开放空间中人的行为进行模拟，从而为开放空间的使用效果提供了评估方法。