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关键词:燃油箱; 设计;
中图分类号:S611 文献标识码:A 文章编号:
前言
燃油箱设计是燃油系统设计的重点之一,虽然各种燃油箱千变万化,各不相同,但是从设计上讲,其有着一般性的设计原则,在开发新燃油箱的基础上,再根据整车空间的实际情况和整车开发的总体要求进行调整和补充,同时要充分利用计算机辅助技术进行三维建模及数据分析,保证在设计阶段的产品结构最优,为后期的样件试制及整车试装提供有力的保障。要充分应用设计模块化资源,并不断完善建立产品数据库,这样可以大大缩短设计周期,保证设计的结构合理性,减少后期设计验证的修改量。
一、汽车燃油箱的分类
1、根据制造燃油箱的材料种类不同,燃油箱可分成金属燃油箱及塑料燃油箱两种。塑料燃油箱的优点为:1)形状设计自由度大,空间利用率高,材料可回收使用。塑料燃油箱一般采用中空吹塑成型的方法,可以做成形状复杂的异形结构,因此可以在汽车总体布置已经确定的情况下,充分利用有效空间,使燃油箱的容积最大化,从而增加燃油的存储量;2)轻量化。因为塑料的相对密度仅为金属的1/8~1/7,所以与相同容积的金属燃油箱比较,重量可以降低30%~50%,从而减轻了汽车装备质量,降低了油耗;3)耐腐蚀。塑料材料具有耐腐蚀、抵御水、污物及其他介质的侵蚀等特点;4)耐冲击、强度好。当遇到碰撞时,塑料燃油箱在-40℃~60℃的情况下仍具有优良的抗冲击性能及其他力学性能。常温下无论是单层或多层结构的塑料燃油箱,即使从8m甚至10m高处坠落到硬的地面,也不易损坏;5)因为塑料燃油箱的材料热传导性很低,既富有弹性,又具有刚性。在-40℃~60℃的环境下,仍具有优良的抗冲击性能和机械性能,因此当出现撞击或摩擦时不易产生火花。即使汽车不慎着火了,也不会因塑料燃油箱受热膨胀而发生爆炸;6)燃油渗漏量小。燃料重量损失≤150mg/24h,满足ECE法规中ΔM≤20g/24h的要求;7)使用寿命长;8)塑料燃油箱的研制周期比金属燃油箱短,费用低,可规模化批量生产。
2、根据装载的燃油种类不同,燃油箱可分成柴油油箱、汽油燃油箱及其他燃料燃油箱等多种类型燃油箱。特别是近几年,由于能源的紧张,新型能源汽车的研究,替代燃料车和双燃料汽车也应运而生,为了利用有限空间,联体双腔的塑料燃油箱也随之产生。
二、汽车燃油箱设计要求及基本原则
1、整车开发中燃油箱的设计要求分析在进行整车开发时,根据整车要求,对燃油箱的设计开发的基本设计输入主要包括:在车身上的安装位置、油箱的数量、燃油箱的材料、燃油类型、固定等方面,以及加油口的位置及油管的布置等,这些是燃油箱设计开发的基本要求。
2、燃油箱的容积分析燃油箱的开发设计为燃油系统设计的一部分。根据整车总体性能要求,首先确定油箱的容积,包括额定容积和总容积,额定容积必须满足400Km~600Km的续航里程,两者关系为:总容积=额定容积×K,其中K=0.8~0.9, K为有效系数。
3、相邻件间隙设计分析根据整车开发总体布置的要求、油箱的安装位置,确定可以利用的最大空间,明确边界条件。以现代轿车为例,燃油箱多装配在车身中后部,此处除了保证与地板、左纵梁、右纵梁、地板前横梁的间隙外,还有与排气管和后桥的位置布置,因为后桥为运动件,所以还要进行运动分析,保证运动间隙满足要求。另外,油箱距离地面的高度不应是整车最小离地间隙,应该高于该值,以避免油箱损坏,造成燃油泄漏。
4、塑料燃油箱的加工及材料塑料燃油箱的加工方法有:回转成型、阳离子聚合(单体浇铸)、注塑、真空吸塑成型、中空吹塑等。现在广泛应用的六层塑料燃油箱为中空吹塑加工,该加工方法的特点是产品成型加工性好,易规模化生产。塑料燃油箱的材料一般为六层材料结构。
燃油箱的功能及性能要求。因为燃油箱的功能主要是储存油液,此外还起着散发油液中的热量,逸出混在油液中的气体,沉淀油液中的污物等作用,因此油箱上还装有油泵及油位传感器,以及油管、重力阀、通气管等功能件,油箱的设计要满足各个功能件在各种工况下功能的实现。同时由于燃油箱是汽车重要的功能件和安全件,在汽车方面的国家标准和法律法规中都对燃油箱做了详细的要求和规定。例如,在GB18296—2001 《汽车燃油箱 安全性能要求和试验方法》中规定了燃油箱的安全性能要求和试验方法,标准中3.1条规定,额定容积的最大值及大体积油箱必须配备安全阀装置; 3.2中规定了排气口的位置; 3.4中规定了安全阀的开启压力为35kPa~50kPa……; 3.5中规定了燃油箱的振动耐久性; 3.6及3.7中规定了金属及塑料燃油箱的耐压性能; 3.8中规定了塑料燃油箱的低温耐冲击性能; 3.9及3.10中规定了塑料燃 油箱的耐热 性及耐火性。此外各企业在遵守国家标准要求的同时,根据不同车型的特点,不仅对安全性能进一步要求,而且在材料结构等方面也做了统一描述,使产品更符合设计及功能要求。
三、汽车燃油箱结构设计分析
1、燃油箱上各个功能件的结构形式分析,安装处的结构设计是燃油箱设计的一部分。各功能件在塑料燃油箱上的安装方式大致有以下几种:1)旋盖连接:旋盖连接的燃油泵安装方式;2)螺纹连接:螺纹连接的油位传感器;3)焊接连接:焊接连接的重力阀等,对应上述安装方式燃油箱的结构各不相同,但总的原则是既要保证连接的牢固性、密封性,又要考虑塑料的材料性能,还要兼顾加工工艺的要求。另外上述功能件在燃油箱上的位置也是要充分设计验证的,因为各功能件的功能实现均有一定的外界条件限制,比如:在最低、最高工作油液面时,油泵在各种工况下都要正常工作;油泵检修的要求;油位传感器的浮子的有效行程是否满足要求;在各种工况下,特别是上下坡时通气口要在满油位时可以正常通气等等。此外在油箱上还要增加一些隔振垫和油管卡扣的凸台,这些凸台有利于增加油箱的强度。将上述局部小的特征与燃油箱大面进行圆角过渡连接,即完成了油箱的整体结构设计。
2、三维数据分析。一是曲面质量分析目前软件中曲面的质量分析最简捷的方法是光照模型方法,这种方法模仿光线照射的特点,很直观地对曲面进行光顺性分析。分析时,图像类型可以采用直线图像、场景图像、用户指定的TIFF图像三种不同的方式,直线数也可以根据需要进行选择,一般选64,可以旋转数据,从不同角度观察光影情况,如果很光顺,没有突变情况,则说明满足设计要求。二是燃油箱结构的工艺性及试验性要求分析现在塑料燃油箱大多采用吹塑的加工方法,结构必须要满足吹塑工艺的要求,同时还要满足国家的法律、法规及行业标准的要求,因此在结构设计时要遵循以下基本规律:①燃油箱整体结构紧凑,表面光顺,面与面之间的连接至少达到相切线连接,无突变及尖角结构;②边界圆滑过度,圆角尽量大且>R10,壁厚均匀;③合理确定分型面,立面拔模斜度>5°;④局部增加加强筋,增加油箱整体强度;⑤与功能件的接口部分的开发设计尽量采用标准或成熟产品的结构。
关键词:仿生 电动车 设计
检 索:.cn
随着城市交通状况的复杂化,人们对代步工具出现了多元化的需求,出行便捷、顺畅成了人们选择出行方式的重要影响因素。电动自行车作为一种轻松省力、灵活快捷、安全时尚、低碳环保的绿色交通方式逐渐得到更多人群的认可。电动自行车的款式如雨后春笋般不断涌现的同时,人们对产品设计的审美性和功能性要求也发生着变化,产品造型既要具有别具匠心的外观特点,又要关注人们的情感化需求。
一、仿生设计在现有电动自行车造型中的应用分析
仿生设计源于仿生学在设计界的延续和发展,自然界中的形态对于人类来说是最富于情感意蕴,也是最具亲和力的,因此设计师们开始关注生物优美的形态、精妙的结构、卓越的功能并巧妙地应用到产品造型设计上,不仅使产品设计更富生命力、趣味性,也满足了人们追求轻松、自然、幽默的心理需求与精神需求。仿生设计的产品通过强烈的形式表达满足人们感官享受。“其外在形式能够取悦于人们的视觉、听觉、触觉,进而作用于人的精神,使人产生美的联想。
针对产品同质化日益严重的电动自行车市场以及消费者崇尚个性,追求时尚的消费心理,各生产企业分别运用仿生设计理念突出产品造型的特征。产品设计师们从生物形态中提取元素,应用于电动自行车的设计之中,不仅带来视觉上的美学享受,更可以在大自然的浩瀚中寻求物种神奇的生存法则,力图让电动自行车更加的舒适、安全,给驾乘者无上的完美体验。雅迪去年推出其原创设计的熊猫电动车,顾名思义,其外形是源于熊猫的仿生设计,电动车整车造型圆润可爱,细节的设计突破常规,将熊猫憨态可掬的样子表现得栩栩如生。比德文近期上市的玉兔电动车,全车造型是以兔子为仿生对象的设计,外观时尚,外观靓丽,构思精巧,色彩搭配突出整车柔美的特征。后视镜样式经过精心设计,仿若兔子的两只耳朵,俏皮可爱。小刀推出企鹅家族电动车系列,其造型设计以企鹅为仿生对象,造型充满童趣,外形风格轻松而卡通。
二、仿生设计在电动自行车造型中的设计实践案例
(一)电动自行车市场调研及设计分析
电动自行车设计来源于天津创融工业设计有限公司的设计实践项目,公司为雅迪、爱玛等多家知名企业提供电动车设计方案。设计之初,设计团队通过参加各种展会,对市场上的电动车进行市场调研,通过同类车型的相互比较,分析各大电动车企业的设计定位及产品特征,确定产品的设计方向。同时,由于电动自行车使用群体广泛,年龄差异、文化背景、行为习惯、审美标准都存在着较大的差异性,所以我们针对不同的消费群体,根据产品的使用环境以及功能需求,结合出行目的与使用频率等信息,进行分析研究,以确定合理可行的设计方案。
设计小组将电动自行车按照路程划分为二种:长途,短途。长途电动车在市场上暂时还是一个空缺,当然这跟蓄电池技术相关。这类车首先需要满足长途骑行的要求,驾驭过程的人机设计尤为重要。其次:目标人群定位为长途旅行的青年人群,设计融入时尚的元素,不仅满足骑行舒适的要求,还需要具有较大的载物空间。根据设计方向勾画出几款设计草图,整车造型摆脱了臃肿粗狂和机械呆板的外观,设计融入哈雷摩托的味道,轮距适当加长,调整车把高度和坐垫位置,使驾驶更人机,乘坐更舒适。最后,载物功能则是利用后车架的折叠空间来设计的。
短途电动自行车又可划分为简易款、蝴蝶款、踏板款、冲锋款、滑板车。定位人群为上班族和学生,作为纯代步工具,它的设计风格要求更轻量化,同一车架上可以通过添加塑料件,使他看上去更饱满、更安全,更具速度感,打破以往车型过硬的管架,单一车型通过塑料件的使用来调整车型的软硬感以适用于广泛的消费人群。中梁处可以通过塑料件的设计来扩展功能。也可以将灰色,金属色,亮色三种色阶的运用到车身设计上,从而丰富车体的视觉效果。
设计小组将电动自行车设计的突破口总结为以下几点:线条流畅简洁,复杂形态简约化;在功能上寻求突破;设计风格上,突出可爱风和优雅风格;尝试运用多种材质;注意体面线的变化。此外,注重零部件的设计与车身设计的整体性,将车筐、把手、脚蹬等细节部件分别作统一的设计分析。
(二)电动自行车仿生创新设计方案
根据市场分析及定位人群分析,设计小组将简洁、美观、实用、合理、个性、流线作为此次电动自行车设计开发的关键词,并通过仿生设计的方法,针对都市大众人群、学生族以及农村市场展开设计研究,经过方案构思,提出了以下四款创新设计方案:
1.CC蝴蝶公主
该车型定位于城市大众人群,其设计创意来源于蝴蝶挥动翅膀飞舞的姿态,蝴蝶不仅颜色绚丽多姿,更有丰富多彩的图案。蝴蝶纹饰常常能唤起人们诗意般的幻想,给人以愉悦之感。明李时珍《本草纲目・蛱蝶》:“蝶美于须,蛾美于眉,故又名蝴蝶;俗谓须为胡也。”也作“胡蝶”。在中国古代传统文化心理上,双憩双飞的蝴蝶已成了美好爱情的象征。设计之初,设计小组查阅了大量蝴蝶的图片资料,对蝴蝶形态进行抽象、提炼、简化,将蝶形曲线进行了元素归纳,并应用于电动车车架的设计上(图1),最终将方案确定下来。这款车灵动、优雅,具有舒适的驾驭感,设有一定的载物空间,满足大多数人的出行要求。通过塑料件和金属框架结合的方式,突出仿生设计元素。人们驾驶电动车时,仿佛能看到一只轻盈自若,翩然起舞的舞蝶穿梭于大街小巷,通过这种间接仿生符号的表达,实现了人与电动车之间的情感共鸣。(图2)
2.炫韵小鲨鱼
这款车型定位于学生人群,属于短途简易款电动车。设计灵感来源于海洋中的鲨鱼,设计小组通过观察和临摹鲨鱼游动时的动态形象,分析提炼其轮廓曲线,结合车的形态结构特征对提取的主要结构特征进行简化,并应用于车架的整体形态上。使电动车的设计表现出鲨鱼的张力、速度、生命力和运动感等动态美,显现出很强的立体感。流畅的身姿犹如鲨鱼跃入水面的一霎那,并通过色彩设计使鲨鱼的仿生形象更为醒目、生动。由于这是一款定位比较低端的车型,为了降低生产成本,电动车采用纯金属车架,不仅简洁大方,轻快灵动,线条感十足,同时节省了材料,简化了加工工艺。仿生的造型、动感的形象,极富想象力和感染力,同时激起使用者强烈的观赏情趣和审美情感。(图3)
3.贵人鱼
下面两款电动自行车的造型来自于“鱼”的形态仿生,是面向广大农村市场开发的设计方案,对于电动车来说,农村消费人群是一个潜力巨大的市场。首先,设计小组分析了乡村居民的消费心理,大多数农民靠农作物的种植为生,生活富裕是他们最朴素的愿望。在中国民间,人们对于鱼的喜爱由来已久,鱼与“余”谐音,人们常常用鱼形图案来寓意“连年有余”、“吉庆有余”,鱼的造型不仅生动有趣,同时洋溢着人们对于生活的热爱,体现了富贵有余,生活美满的吉祥寓意。这两款车的车架造型以鱼的形态为设计元素,小巧的车身看上去玲珑细致,车体视觉中心部分是鱼头的造型,群网部分是鱼尾形态。在仿生设计中,鱼的形象生动活泼,线条流畅。对于量产的产品造型,抽象归纳尤为重要,它需要将仿生形态与能批量生产的产品造型融合,才能满足电动车设计个性化与大众化的双重要求。“贵人鱼”寓意骑车出门遇贵人,给驾驭者以美好的心理暗示。整个车体造型个性、时尚、美观,符合现代电动车消费者的审美价值观。(图4、5)
三、电动自行车仿生设计的方法和流程
仿生设计创意方法是一种基础形态创造的手段。自然对于设计来说,它的价值并非是直接的照搬和模仿,它所能带给我们的是其形成原因的过程以及生命力[2]。设计小组在确定设计任务之后,首先研究产品定位,通过分析目标人群的消费特征,以寻找合适的仿生对象。通过电动车造型与生物特征的分析,从中找出共性的元素。特别是与产品形态、产品功能、产品语义等因素相关的特征,进行生物类比、联想和创意[3]。在选取仿生对象时,努力寻求形态表达的趣味性和情感性,以引起消费者的共鸣。对于确定的目标生物,首先查阅大量生物的图片、视频等资料,通过对生物的感知,形成一定的感性认识,进行对象基本形态的分析,然后研究总结生物体的形态特征,通过对生物形态特征的提炼、抽取、概括和简化,突出生物形态的本质特征和精髓元素,并对仿生对象进行抽象的设计处理。最后将简化结果应用于具体的产品形态设计。
总结
随着技术的逐渐成熟,给电动车外观设计带来革命性变化的机会。从自然界感受到形态之美,融合到设计创意中,使产品具有艺术感染力和生命力。将仿生设计理念运用于产品造型的开发过程,不仅是设计师设计创意的新维度,也是赋予产品以生命象征的设计方法。工业设计师要细心观察自然界的生物形态,体验自然的精妙和神奇,结合市场的需求,提出创意构思,从而设计出更有价值的仿生产品,为人类创造更加符合人们审美需求和心理需求的产品。
注释
[1] 唐林:《产品概念设计基本原理及方法》,北京,国防工业出版社,2006-6。
关键词:居住生态小区原则 规划设计措施
中图分类号:S891+.5 文献标识码:A 文章编号:
生态小区既是一种小区规划新理念,又是未来城市追求的远景目标,将成为可持续城市理想休憩乐园和未来住宅小区发展的必然趋势,如何体现绿色、生态和健康发展要素,以达到城市整体功能转化值得我们思考。我们要把建设绿色健康的生态小区作为今后住宅建设的主要工作,为人们创造出更多、更好的居住条件和环境, 以达到真正意义上的生态小区。
一、生态小区建设原则
1、整体性原则
生态小区不是单单追求环境优美或自身的繁荣,而是兼顾了社会、经济、环境三者的整体协调发展,小区生态化也不是某一方面的生态化,而是小区整体上的生态化,实现整体上的生态文明。因此,生态小区的建设将实现节能、节地、节水、低污染以及物业等的有效管理,为城市和小区自身环境改善带来强大动力。
2、环保产品材料原则
生态小区的建筑用材应全部采用对人体无害的建筑材料和装饰材料,亦尽可能将其回收利用。许多新型材料具备净化、节能、渗透及保健作用,使人们在居家生活中得到沐浴自然的健康享受,应大力开发并加以利用。
3、防止污染的原则
作为生态小区,应防止和消除居住区中存在的诸如噪声污染、水污染、垃圾污染、放射线污染等多种污染。可采取各种技术措施并加以创新开发,如采取双层或多层玻璃隔绝噪声;取消以煤为原料的供暖设备,减少粉尘的排放;对污水进行分级过滤和生化处理等,以使居住环境质量得以有效地改善。
4、可持续发展原则
生态小区是一个以可持续发展为指导的不断发展、日益完善的社会体系的有机结合,能够在取得社会效益和环境效益的同时推动经济发展,实现经济快速高质增长;一个社区是否可以持续发展,主要是看能否达到小区内部、小区内外之间的平衡和循环使用,能否高效、最少量地使用资源、能源,减少对环境的冲击,营造自然、健康、舒适的居住环境。
二、生态小区的规划设计分析
1、生态小区规划设计目标
联合国人与生物圈计划第57 集报告中指出:“生态规划就是要从自然生态和社会心理两个方面去创造一种能充分融合技术和自然的人类活动的最优环境,诱发人的创造精神和生产力,提供高的物质和文化生活水平。”根据这种描述,我们可把生态小区规划目标理解为:以生态学“整体、协调、循环、再生”原则为指导,通过生态设计方法促进人居环境质量的提高和人与自然的和谐、人工设施与自然环境的协调,实现小区社会-经济- 自然复合系统整体协调而达到一种稳定、平衡、有序状态的演进过程。
2、生态小区规划设计方法
运用生态规律,以可持续发展为目标,以工程措施和技术手段为支撑,对传统意义上的小区进行规划设计,使小区成为真正的生态小区,以小区生态文明推进城市的可持续发展。
3、生态小区规划设计的内容
包括小区自然生态规划设计、经济生态规划设计和社会生态规划设计。
(1)自然生态规划设计
绿化指标:该指标是衡量生态小区建设水平最重要的指标之一。绿地率(包括景区和水面)须达50%以上,人均公共绿地应在28m2 以上。地面保水指标:本指标强调建筑基地渗水保水能力,尽量减少混凝土覆盖面积,采用自然排水系统,以利于雨水的渗透,理想指标是小区80%的地具有透水性能。节水指标:此指标以开辟另类水资源(开源)与省水器具的使用(节流),作为节水的主要方法。前者系指在小区建筑设计中导入雨水利用或净水系统的设计,后者系指把雨水、生活废水汇集处理后,达到规定的用水水质标准、重复使用于非饮用水及非与身体接触的杂用水。
节能指标:重视节能建筑的设计,通过空调系统、照明、白昼光利用、太阳能利用等途径节约能源。
二氧化碳与废物减量指标:此指标鼓励应用轻量化的建筑结构,如使用钢构造建筑来减少砂石、砖等建材的使用;提倡居家简朴的装潢设计、建材的回收利用,以达到节约能源、省资源、减少废物与降低二氧化碳排放量的目的。污水垃圾处理指标:前者要求建设雨水、生活污水分流管道系统:①有利于雨水的回收利用;②可减少污水的处理量。后者指垃圾的分类收集和资源的回收利用。绿色交通指标:采用低污染、适合都市环境、对健康有益的运输工具来完成社会经济交往活动。据台湾对交通运具的绿色评估,徒步、脚踏车、轻轨、电车等的得分达40 以上,而一般公车、货车、机车等得分在0 分以下。因此,生态小区绿色交通规划应鼓励居民使用绿色交通。
(2)经济生态规划设计
总体目标是资源的低消耗、环境的轻污染来取得经济的高速增长,并养成文明科学的消费方式。为此,应用绿色消费科技和绿色生产科技,逐步改变能源结构,加速再生能源对化石能源的替代,应用水能、风能、生物能、太阳能等绿色能源;采用自然通风和自然采光,减少能源消耗;在小区内实行绿色生产、绿色消费。
(3)社会生态规划设计
为增强小区的归属感而建立标志性建筑、具有中心性的广场和对居民有魅力的开敞空间;建立配套齐全、布局合理的生态基础设施,创造便利于各个年龄层次人群的生活环境;小区提供多样性、个性化住宅,以保证各种经济收入的人与各种年龄层次人们的需求;小区有商业活动、市民服务、文化活动、娱乐活动等集中的中心地区。
总之,生态小区既是一种小区规划新理念,又是未来城市追求的远景目标,将成为可持续城市理想休憩乐园和未来住宅小区发展的必然趋势。它的建设是一项宏伟的综合工程,需要我们长期不懈的努力。
三、生态小区建设的措施
1、做好小区的规划设计,减少开发的盲目性做好小区的规划设计,减少开发的盲目性需要从以下几个方面来考虑。
( 1) 以人为本,改善居住环境。将人们物质层面的安全健康问题和精神层面上的需求问题结合起来,为居民提供优美舒适的环境的生活空间。
( 2) 要因地制宜,全面规划。首先,要做好生态小区的选择工作,同时合理开发和利用当地的自然资源。其次,要将建设目标统一在规划之中,分期建设、逐步实施,做好小区的规划工作。
2、加强新材料、新技术的研发和推广
生态小区的建设很大程度上来自于新材料和新技术的运用。因此强调生态意识和思维革新同时,必须注重研制和运用新技术。一方面,应最大限度地利用无污染的可再生能源,提高废物的无害化处理水平。另一方面,运用高科技,研制并采用以绿色建材为代表的新型建筑材料,尽量减少工程建设对大气、水体和土地等的污染。此外,由于新材料的成本过高,我们还应注意控制新材料、新技术的使用比例,将其与常规技术和材料充分结合起来使用。
3、提高生态环境意识,树立可持续发展观念
首先要提高建筑师的生态意识,建筑师应通过广泛的研讨、学习和交流从整体上规定建筑师的生态意识水平,使其树立生态建筑设计观,用相应的生态设计理念来指导建筑设计。其次,要做好科学宣传教育工作、提高公众的生态环境意识,让其认识到自身的重要性和应有的责任和义务。同时充分发挥居民的主观能动性,大力动员公众积极参与到保护生态、营造健康社区的活动和建设中来,让开发商和业主形成有效沟通和良性互动,稳步推进生态小区的建设与发展。
参考文献:
[1] 丁旭,陈秀琴. 居住空间形态个性塑造的方法论框架研究[J]. 规划师, 2006,(04) .
[2] 徐苗,杨震. 论争、误区、空白——从城市设计角度评述封闭住区的研究现状[J]. 国际城市规划, 2008,(04) .