干热地区基于热舒适需求的街区空间布局与自动寻优初探

摘要

随着前所未有的快速城市化进程，我国城市规模不断扩张，城市拥挤、能源紧缺和气候变暖等生态环境问题日益凸显，尤其是城市微气候环境不断恶化。我国西北地区干热气候特征显著，高温、干旱、多沙尘暴，有必要借助多学科的最新研究成果，针对性提出缓解城市环境压力、提高城市宜居品质的有效方法。论文以此为出发点，以满足干热地区外部空间人体热舒适需求为具体目标，结合参数化自动寻优技术，尝试建立一套基于热舒适需求的街区空间布局自动生成与寻优的方法路径，以适用于干热地区城市街区尺度的微气候改善问题。 论文针对城市街区层级的微气候环境展开研究。首先简要介绍了对城市微气候影响较大的4种气候要素：风、太阳辐射、温度和湿度；按照建筑单体—建筑群—街区—城市的不同层级秩序分析阐释建筑基本型、街道空间形态、容积率、建筑密度、开放空间布局、高层建筑布局等城市空间形态与城市气候要素之间的相互影响与关联。论文以探求干热地区夏季的室外人体热舒适最优为目标，通过基于Rhino与Grasshopper计算机平台的遗传算法来控制城市形态要素的参数，使用Ladybug等插件进行气候模拟，从而生成既定条件下的最优街区布局方案。 首先，在容积率、建筑密度可变的条件下，对干热地区的街区布局进行优化。通过分析街区形态指标随UTCI的优化而呈现出的变化趋势，利用数学统计对形态要素对街区的平均室外人体舒适度的影响度进行回归分析，筛选出相关要素并形成定量回归方程。 其次，在相同的容积率和建筑密度设定条件下，选择柱式、条式、点式、庭院式4种类型街区形式进行街区布局寻优实验。根据研究展现出的寻优结果，论文对柱式、条式、点式、庭院式4种街区的特点及其干热气候地区的适应程度进行比对分析。 第三，依据在理想街区模型条件下得出的结论的基础上，选择喀什市中心某街区进行实际的街区布局寻优研究。通过将点式、条式、柱式3种基本型进行街区尺度的混合布局，得出相对于原基地较优的布局方案，进一步表明遗传算法在实际案例的具体约束条件下可以稳定进化发展，优化出有针对性的较理想的布局方案。 最后，针对干热地区基于室外热舒适需求的城市设计策略进行总结，系统提出论文的创新研究成果、有效的技术方法等，同时也指出利用优化算法在干热气候条件下的城市街区布局时存在的局限性，进而提出对未来城市微气候研究的展望与建议。

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