基于寒冷地区公共空间设计方法研究

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1、寒地城市居住区公共空间特征

1.1气候差异性特征

我国严寒地区具有这样的气候特点：冬季（11月至翌年3月）长达5个月之久，气候严寒、干燥。冬季太阳入射角降低，加大了建筑物的阴影区，降低了居住区公共空间获得的太阳辐射量。受西伯利亚冷空气的影响，我国寒地冬季主导风向为北风和西北风，风速快风力强。这些造成了寒地城镇冬季与夏季的物理环境相差极大。

1.2物质空间规划特征

与南方居住小区不同，寒地城市居住区布局模式较为规整和简单。目前我国寒地城市的组团布局模式主要由行列式和半围合式组成，因为这种排布方式既可以充分利用土地，也可以使大多数住宅楼获得较好的日照环境。

1.3使用时间分布特征

在严寒地区，冬季居住区公共空间较为冷清，根据寒地小城镇居民的生活起居特点，冬季居民对公共空间的利用集中在早晨8:00~10：00以及下午12:00~16:00。

1.4使用人群差异性特征

大多数居住区公共空间的使用者均以中老年人为主，老年人生活规律，在居住区的活动以散步、健身、交谈为主。随着老龄化时代的到来，及留守儿童的逐年递增，居住区老年人和儿童的比例上升，且由于活动能力和生活方式的限制，居住区的公共空间是其主要的“生活圈”和“交往圈”。

2、寒地城市居住区公共空间冬季适宜性问题

2.1缺乏主动的寒地适宜性设计

对于寒地居住区物理环境的研究，多数集中在建筑对太阳辐射的利用上，即室内的日照环境，而忽略了公共空间日照环境和风环境等的重要性，甚至在设计中默认寒地小城镇居住区的公共空间在冬季少有利用甚至无利用的观念。实际上，光照充足、气氛活跃、风速低的交往空间，能够很大程度减少寒地小城镇居民冬季压抑、冷清的心理感受，提高居住品质。

2.2景观及公共设施的规划布局

冬季利用方面考虑不足目前，小城镇居住区的景观规划模式往往过于单一，较少考虑到寒地日照的特点，设施的布局也没有与冬季物理环境相结合。我们经常可以看到广场、座椅等设施处在全年阴影区中，或者广场或组团的出入口风速很大，这些都影响了居民的户外活动意愿和时间。另外，对特定人群及其活动的特征考虑的也较少，老年人和儿童的活动时间和活动方式都比较固定，可以针对其行为特点进行物理环境的设计。

2.3设计规范不明确

评价标准难以量化现行日照相关规范涉及室外公共场所环境管理的很少，仅有《城市居住区规划设计规范》(GB50180—93)要求“托儿所、幼儿园活动场地应有不少于1/2的活动面积在标准的建筑日照阴影线之外，居住区(含小区与组团)内的组团绿地应满足有不少于1/3的绿地面积在标准的建筑日照阴影线范围之外”。规范并没有对地域、季节等条件进行限定，可变因素过多也导致了居住区的物理环境质量难以进行量化。这使得在对居住区公共空间规划管理时，没有科学的依据和检验方法。

3、空间句法与环境模拟的引入

3.1解决日照环境设计问题的技术要点

对于上文总结的寒地城市居住区公共空间环境设计问题，其原因是多元的，但是其解决的方法必须包含以下三点的充分考虑和分析：（1）特定时空物理环境信息获取。能够得到各种空间的任意时间节点或时间段的准确环境信息。（2）根据人的活动特征设计公共空间。居住区公共空间的布局直接影响居民的日常户外活动，而物理环境的好坏最终取决于人在活动时的感受，居住区的公共空间的设计既要满足人的需求，又不能与所处的光环境相悖。而这种公共空间设计的关键是，在方案生成之前，预测人们对特定建筑空间外部的公共空间的普遍使用特征，从而将不同功能与形态的公共空间，合理布置在用地中。（3）以上两者的实时交互设计。

3.2空间句法理论的引入

Depthmap的研究范围很广，小到建筑室内空间的深度图，大到城市甚至国家的空间整合度，其在居住区公共空间所发挥的作用就是，通过空间的数字化表达，模拟其对人的行为影响的一般规律，从而部分代替长期的行为观察。

3.3环境模拟技术的运用

城市空间的物理环境，充满了复杂性、可变性和不确定因素，居住空间亦是如此，不同的建筑布局，均能对物理环境产生不同的影响。这种复杂性已远远超出设计者经验或手动计算的范畴，物理环境数字模拟技术，为科学、准确的建筑与规划可持续设计提供了可能性。影响居住区公共空间的环境因素主要包括风、光、热、声。相关的模拟软件多种多样，最常用的有EcotectAnalysis和CFD流体动力学系列软件。

4、典型居住区冬季公共空间设计方法优化-以哈尔滨某居住区为例

4.1研究对象的选取

研究对象为哈尔滨市某居住小区的局部地段，建成时间为2012年。据寒地气候特征，将研究时间范围确定为11月1日至翌年3月31日。本例着重介绍物理环境中的日照环境与空间句法的结合，其他物理环境的运用过程类似，在此不做赘述。

4.2公共空间分析

4.2.1利用Depthmap研究公共空间属性对研究范围平面进行处理，仅保留建筑和外围边界，使用Depthmap中的AxialMap功能，小区户外空间被转译为轴线图，将得到的轴线图进一步计算，通过rungraphanalyses操作，得到体现空间整合度的Integrationmap，整合度表达了系统中某一空间与其它空间的离散程度，空间的整合度越高，空间可达性越强，整合度越低则相反。如图每条轴线都有自己的整合度属性值，轴线颜色反应了整合度的高低，偏向红色的值高，偏向蓝色的值低。通过ReducetoFewestLineMap命令得到概括性轴线图，使之与居住区现有的公共空间叠合。从公共空间的分布和交通流线来看，规划方案的空间结构与模拟结果大部分相符。选取不同整合度的轴线与方案中不同类型公共空间的交叉点作为分析点，通过对所选分析点的空间整合度和太阳辐射强度的模拟和数据比对，得到与公共空间使用情况相关的日照环境评价。为得到分析点的整合度值，需要对轴线图进行VisibilityGraph分析，得到可视整合度图，公共空间的每一个细分单元均计算了整合度值。

4.2.2公共空间日照环境模拟对居住区公共空间的日照辐射情况进行模拟，根据寒地居住区公共空间冬季使用时间分布特点，选取每日三个时间段进行研究：晨练时间8:00~10:00，午后活动时间12:00~14:00，傍晚活动时间14:00~16:00。采用的算法是特定时段的日均辐射量模拟计算，得到不同时段太阳辐射的等值线图。利用Ecotect的数据分析功能，计算各分析点冬季每月逐时平均太阳辐射值，对数据进行处理，分别得出各点日均太阳辐射值的堆积面积图表。可以看出，分析点冬季日照辐射强度分布随时辰变化差异很大。

5、结论

本文通过分析研究我国寒地小城镇居住区公共空间冬季日照环境特征，总结其寒地适应性规划的必要性和问题所在，将空间句法和数字模拟的策略引入到公共空间环境的设计研究中来，利用EcotectAnalysis和Depthmap两种软件分别对公共空间的物理环境和空间结构进行模拟和分析，并将二者首次结合起来，根据不同数据间的关联，得出任意空间位置的最优日照适应性设计依据，并证明了两种策略综合使用的可能性。

作者：赵天宇　李昂 单位：哈尔滨工业大学建筑学院