城市中心区热环境与空间形态耦合研究——以南京新街口为例

摘要

本文对热环境相关概念、研究尺度、城市冠层能量平衡、城市热岛效应等基础相关理论进行了介绍，从城市规划学科视角对城市热环境研究进行了综述，对国内外城市空间形态与热环境相关研究及热环境模拟技术方法进行重点研究。
　　研究首先运用ENVI-met软件建立理想城市空间形态模型，定量分析单指标变化条件下空间形态指标对热环境的影响机理。总体布局层面分为密度指标、高度指标、强度指标，特殊形态层面具体有天空可视度、街道高宽比、街道朝向、围护系数、阴影系数、围合度、错落度等，下垫面层面具体有植被覆盖率、不透水性地面面积比和材质反照率等指标因子。在特定的理想模拟条件下，同热环境有显著相关性影响的空间形态定量指标有密度、平均高度、天空可视度、植被覆盖率和不透水面面积比，有较大相关性影响的空间形态定量指标有街道朝向与高宽比、围护系数、阴影系数、围合度和反照率。同时，还定性地对不同城市土地利用及人为放热的影响进行了评价。
　　本研究以南京新街口中心区为研究对象，通过现场实测和软件模拟，从全城尺度探究热岛效应的时空差异，从中心区建筑组团尺度剖析不同空间形态类型的具体热环境特征差异。鼓楼广场、大行宫广场等中心区中开敞区域地表温度高于其他地区，夏季地表温度受太阳辐射影响明显。平均空气温度受风环境影响密切，在静风模拟条件下，整体空气温度差异不大，上述区域略高于其他区域。珠江路及珠江路以南区域、中山路、长江路、鼓楼公园等处由于茂密植被树冠遮阳，使得正午热舒适度较为适宜。运用多元线性回归方法对新街口中心区80个地块模拟热环境同空间形态指标进行耦合分析，发现夏季正午平均地表温度同不透水性地面比、天空可视度、建筑密度、建筑高度有较为强烈相关性。模拟夏季正午平均空气温度同指标间耦合相关性较弱。
　　从强度、水平面形态、垂直面形态三个层面对中心区空间形态类型进行较为全面的分类，选择新街口中心区中20个样本案例，进行了空间形态特征、热环境特征和影响机制的剖析。水平面形态和高层的位置对地块内部通风产生重要影响，导致不同空间形态散热能力的差异。通过比较高中低强度三大类土地覆盖情况，经过简化与归并，发现20个案例样本的建筑密度、植被覆盖率、不透水面积比之间存在一定关联。不透水面积比同植被覆盖率呈较为强烈的线性负相关，开发强度与不透水面积比的相关性大于开发强度与植被覆盖率的相关性。植被覆盖率同用地功能也存在一定关联，综合形态与功能，中心区中植被覆盖率分布态势:校园历史保护区＞居住小区＞办公大院＞大型商业商务综合体，而不透水面面积比正分布态势基本相反。通过中心点鱼眼图可以直观反映出建筑朝向与围合关系、天空可视度与太阳辐射关系，叠合风玫瑰图，可以直观快速评价场地的太阳辐射与通风条件。三组样本朝向偏向西南方位，围合度围合式＞行列式＞散点式。
　　本文最后从城市规划、建筑、景观三个层次，热源产生和通风散热两个维度总结归纳了35个城市热环境具体缓解优化措施。本文研究中综合运用Ecotect、ENVI-met、Ray-man、GIS等气候模拟分析软件，归纳城市热环境分析的实用方法:城市升降温区域地图的分析方法、城市设计中综合运用太阳轨迹图、风玫瑰图叠合建筑鱼眼图的热环境分析方法和城市开放空间多样性的分析方法。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 热环境相关概念及基础理论

1．2．1 城市热环境研究对象与尺度特征

1．2．2 城市热环境评价与室外人体舒适度

1．2．3 城市表面层的能量平衡

1．2．4 城市热岛效应

1．3 规划学科视角下城市热环境研究综述

1．3．1 城市热环境相关理论研究

I．3．2 城市空间形态的热环境研究

1．3．3 城市热环境研究的模拟技术与方法

1．3．4 研究评述与小结

1．4 研究方法与技术框架

1．4．1 研究方法

1．4．2 技术框架

第二章 影响城市热环境的指标机理研究

2．1 空间形态指标

2．1．1 总体布局指标

2．1．2 特殊形态指标

2．1．3 下垫面因子指标

2．2 城市土地利用与人为热

2．2．1 升温用地

2．2．2 降温用地

2．3 小结

第三章 南京新街口中心区热环境实测与模拟

3．1 数据来源与模拟方法

3．1．1 气象资料

3．1．2 实测方法

3．1．3 模拟方法

3．2 新街口中心区整体热环境特征解析

3．2．1 全城尺度热环境特征解析

3．2．2 新街口中心区热环境特征解析

3．3 新街口中心区热环境与整体空间形态指标耦合分析

3．3．1 多元线性回归分析法

3．3．2 热环境参数及形态指标因子的统计

3．3．3 多元线性回归耦合分析

3．4 新街口中心区热环境总体评价结论

第四章 新街口中心区热环境与空间形态单元耦合分析

4．1 新街口中心区空间形态分类原则

4．1．1 强度高中低的界定

4．1．2 形态的分类说明

4．2 高强度空间形态热环境

4．2．1 高层犬体量建筑群的热环境

4．2．2 高层围台式建筑群的热环境

4．2．3 高层散点式建筑群的热环境

4．3 中强度空间形态热环境

4．3．1 中高层行列式建筑群的热环境

4．3．2 中高层院落式建筑群的热环境

4．3．3 高层广场式建筑群的热环境

4．3．4 多层大体量建筑群的热环境

4．3．5 多层围台式建筑群的热环境

4．4 低强度空间形态热环境

4．4．1 多层行列式建筑群的热环境

4．4．2 多层散点式建筑群的热环境

4．4．3 低层行列式建筑群的热环境

4．4．4 多层院落式建筑群的热环境

4．5 小结与延展探讨

4．5．1 小结

4．5．2 延展讨论

第五章 城市中心区热环境优化策略及设计方法

5．1 城市中心区热环境优化策略

5．1．1 城市规划层面热环境优化策略

5．1．2 建筑层面热环境优化策略

5．1．3 景观层面热环境优化策略

5．2 基于热环境优化的城市空间分析与设计方法

5．2．1 空间形态、下垫面特征叠合及升温降温区域评价的分析方法

5．2．2 太阳轨迹、风玫瑰叠合建筑鱼眼图分析

5．2．3 开放空间多样性分析

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 本文创新点及后续工作展望

6．2．1 文本创新点

6．2．2 后续工作展望

参考文献

索引

附录

致谢

作者简介