街區式商業綜合體外部空間熱舒適性研究

■ 王 一 WANG Yi 王溯凡 WANG Sufan

1 街區式商業綜合體外部空間熱舒適性研究背景與意義

街區式商業綜合體，是一種具有街道形態特征的綜合體建筑。其外部空間是該類建筑最大的特色，也是區別于一般單體綜合體建筑的一大特征。良好的街區式商業綜合體外部空間，既是商業建筑空間的向外延伸，又屬于城市公共空間的拓展，具有很高的商業與社會價值。

目前，有關街區式商業綜合體的研究與實踐主要集中在建筑空間形態、空間聯系、可達性及空間品質等方面[1][2]，鮮有從熱舒適性的角度整體考慮街區式商業綜合體外部空間設計的研究。國內外學者就公共空間微氣候的相關研究表明，外部空間的物理性環境對于空間的使用、人的停留有明顯的影響。良好的熱舒適性是外部空間必不可少的考慮因素，會影響使用者的生理和心理感受，影響街區式商業綜合體外部空間的活力。

2 人體熱舒適性的概念、指標及研究工具

人體對熱環境有兩方面的反應：主觀感受反應和客觀生理反應。通常所說的人體熱舒適性就是指人體對熱環境的主觀感受反應。美國暖通工程協會制定的ASHRAE Standard 55標準將其定義為：在主觀感覺反應和客觀生理反應的共同作用下，人對熱環境感到滿意的意識狀態[3]。

對于人體熱舒適性評價指標的研究，丹麥工業大學Fanger等在《室內熱環境P MV與P P D指標的確定及熱舒適條件的確定》中提出的P MV（即預測平均熱反應，是室內人員對室內環境的預期反映）指標，已經得到了國際標準組織的認可（I S O 7 7 3 0標準），并且成為世界上使用最多的熱環境評價指標，是公認的室內熱舒適性評價指標。借助計算機科技的發展，該指標已經獲得完善并且推廣到了室外。在該評價體系中，P MV值越接近0，其熱舒適性越好（表1）。

同時，Hoffma n等人的研究已經表明，空氣溫度這一因素不能單獨表征夏季人體的熱舒適性[4]。夏季強烈的太陽輻射對人體熱舒適性所帶來的不適遠大于平均空氣溫度，也就是說夏季的平均輻射溫度更能表征人體的熱舒適性溫度。因此，可以借助P MV及平均輻射溫度（MR T）[5]，共同表征室外熱舒適性溫度。《綠色建筑熱濕環境及保障技術》對MR T的定義為“指一個假想的等溫圍合面的表面溫度，它與人體間的輻射熱交換量等于人體周圍實際的非等溫圍合面與人體檢的輻射熱交換量”。

在評價空間熱舒適性的研究方法中，計算機模擬技術已經得到廣泛應用，并在傳統實測與計算機模擬技術的結果比對研究中，得到了較好的評價與較高的準確性。由德國科學家Michael Bruse教授及其團隊所開發的微氣候模型軟件Envi-met，可以直接導出相關的熱舒適性評價指標數據，具有較高的精度與準確性。一些學者還對其有效性進行了研究，驗證其計算機模擬的準確性[6][7]。目前，Envi-me t已經成為國內外眾多研究者的選擇，借助Envi-met展開空間熱舒適性研究的對象遍布世界，如重慶商業步行街[8]、美國步行街[9]等。

表1 美國國家暖通工程師協會七點標度與P MV七級標準之間的關系

3 街區式商業綜合體外部空間形態特征

街區式商業綜合體外部空間，類似于城市街道空間，但由街區內建筑外表面限定。這種外部空間在尺度、功能以及形態等方面與街道空間類似，但與街道線性空間特征不同的是，街區式商業綜合體往往由若干條“街道”構成，更加具有“街區”的城市肌理空間形態特征。從建筑學的視角來看，主要的城市外部空間公共空間可以提取為兩類城市形態要素：城市肌理與城市街峽空間。其中，道路或街道網絡成為了城市肌理的空間骨格，其密度、布局和方位在很大程度上決定了城市肌理的空間形態（圖1）。

代爾夫特理工大學的Meta，Haupt對城市街區的形態類型進行研究，以地塊中單位面積所含路徑長度為計量標準，進行網絡密度的計算，得到的網絡密度被作為主要量化參數對城市形態進行描述，并可以結合容積率、建筑密度等參數來描述街道形態[10]。與此同時，在城鄉規劃中還會使用到街道面積率這一指標來描述街道或者道路的地面交通承載力。街道面積率即指單位面積內街道或者道路面積所占比率。已有學者通過研究上述兩個指標，分別提出了“線密度”（即網絡密度）和“面密度”（即街道面積率）兩個概念，共同來表征街道的網絡密度[11]。

同時，相同街道網絡密度條件下，街道交叉口數量雖然對街道的網絡密度沒有產生影響，但是其對城市肌理中街區大小，街區地塊的離散分布，街道的界面密度、貼線率等產生影響（圖2），進而影響太陽輻射、風向風速的變化，造成街區內街道空間微氣候環境的變化[12]。

國內外眾多學者研究還發現，街道方向與街道空間的熱舒適性有著密切的聯系[13]。街道方向與太陽輻射、風向風速等影響人體熱舒適性的影響因素也存在密切的聯系。

基于上述研究成果，通過街道密度、街道交叉口數量以及街道方向這三個形態控制指標，即可表征街區式商業綜合體的肌理。通過這三個指標，探求街區式商業綜合體空間肌理與人體熱舒適性的關聯性。

4 街區式商業綜合體空間肌理原型

通過對城市若干街區式商業綜合體的實際調研與總結，結合街區式商業綜合體外部空間形態特征，簡化和類型化街區式商業綜合體外部空間，作為計算機數值模擬的空間肌理原型。

圖1 街區形態圖底關系圖

圖2 相同街道網絡密度條件下不同街道交叉口示意圖

根據現行規劃管理條例中有關道路間距的規定，以及實際調研案例中的經驗數值，空間肌理原型地塊尺度確定為2 5 0 m×2 5 0 m。由于相同線密度外部空間覆蓋率相同，街道密度可以僅用線密度，即單位面積內街道長度進行表征（單位為m/h a）。空間原型選取了1 0 0、2 0 0、3 0 0以及4 0 0的街道密度，外部空間覆蓋率取2 0%（調研發現街區式商業綜合體一般建筑密度為7 0%，周邊道路及綠化一般占據1 0%，外部空間一般為2 0%左右），同時，在相同街道密度下選取3～8個街道交叉口來設計不同的空間原型，并在街道密度與交叉口數量的研究基礎上，展開其方向的討論，選取0°、4 5°、9 0°三種街區布局方向的整體熱舒適性進行對比研究（圖3）。

通過調研眾多城市街區式商業綜合體容積率指標，容積率為3最為常見，并選之作為空間原型的容積率。建筑類型主要為多層建筑，高度一般不超過2 4 m。

為方便研究，對空間肌理原型進行了編號，選取街道密度分別為1 0 0、2 0 0、3 0 0、4 0 0 m/h a原 型 在E n v i-me t中建模，其對應編號分別為1 0 1、1 0 2、1 0 3與1 0 4（圖4）；對相同街道密度（4 0 0 m/h a）不同街道交叉口（3～8個）的空間肌理原型進行編號，其對應的模型編號分別 為 2 0 1、2 0 2、2 0 3、2 0 4、2 0 5與2 0 6（圖5）。

5 空間肌理原型模擬

5.1 模擬時間的確立

街區式商業綜合體其外部空間使用頻率具有一定的時效性。工作日期間，大多數街區式商業綜合體集中在1 0:0 0開業，營業至2 2:0 0；部分商店在休息日期間營業時間可以延長至2 2:3 0或者2 3:0 0。根據實際調研觀察，結合基于手機信令數據的城市熱力圖發現，街區式商業綜合體的人流高峰集中在中午1 2:0 0～1 3:0 0、下午1 4:0 0～1 7:0 0以及晚上1 9:0 0～2 1:0 0。同時，為更好地探究空間肌理形態與人體熱舒適性之間的關聯，選取上海市2 0 1 5年8月5日一個晴朗高溫日氣象數據為基礎，對所選取的空間肌理原型通過E n v ime t模擬，并選取下午1 6:0 0或者1 7:0 0兩個時間點作為模擬時段，模擬外部空間空氣溫度、風速、濕度、平均輻射溫度（MR T）以及P MV空間布局。并通過對比研究獲得相關數據。

5.2 街道密度與人體熱舒適性的關聯

圖3 空間肌理原型設定

表2 空間肌理原型基礎指標

圖4 街道密度分別為1 0 0、2 0 0、3 0 0、4 0 0 m/h a的空間肌理原型在E n v i-me t中建模平面示意圖

圖5 街道交叉口分別為3、4、5、6、7、8的空間肌理原型在E n v i-me t中建模平面示意圖

圖6 不同街道密度空間肌理模型的空氣溫度、風速以及相對濕度模擬結果（1 6:0 0，地上1.2 m處）

通過E n v i-me t模擬不同街道密度的空間原型外部空間的熱舒適性指標（空氣溫度，風速，相對濕度，MR T以及P MV），通過測算與數據分析可以發現，街道密度與原型模型外部空間的熱舒適性有著顯著的關聯（圖6、7）：隨著街道密度的增加，原型外部空間的平均空氣溫度在白天會降低，在夜晚則四個類型模型間沒有顯著的差異；四個原型外部空間的平均風速會顯著降低，且差值較大，該差值沒有出現顯著的時段差異；四個原型外部空間的平均相對濕度在白天沒有顯著差異，但在夜間則呈現出一定的反比關系，即平均相對濕度會下降得慢一些（圖8、9）。

隨著街道密度的增加，且在一定的范圍內，四個原型外部空間的MR T值、P MV值，白天會明顯降低，夜間則趨于一致。即隨著街道密度增加，其空氣溫度、風速、MR T以及P MV會下降，人體熱舒適性會提升。

5.3 街道交叉口與人體熱舒適性關聯

通過E n v i-me t模擬相同街道密度下不同交叉口數量的空間肌理原型熱舒適性指標，經數據分析可知，街道交叉口數量與空間肌理原型外部空間的熱舒適性有著顯著的關聯：隨著街道交叉口數量的增加，空間肌理原型外部空間的平均空氣溫度在白天會降低，在夜晚則六個類型模型間沒有顯著的差異；六個原型外部空間的平均風速會顯著降低，且差值較大，該差值沒有出現顯著的時段差異，然而我們也可以在這個大趨勢中發現某個模型的數據有異，可能的原因也許與濕度、太陽輻射有關；2 0 1、2 0 2、2 0 3以及2 0 6四個空間肌理原型外部空間的平均相對濕度在白天沒有顯著差異，但是模型2 0 4以及2 0 5則分別位于較高濕度以及較低濕度，可

圖7 不同街道密度空間肌理模型的MR T、P MV模擬結果（1 6:0 0，地上1.2 m處）

圖8 不同街道密度空間肌理模型的空氣溫度、風速以及相對濕度平均值對比（1 0:0 0～2 3:0 0，地上1.2 m處）

圖9 不同街道密度空間肌理模型的MR T、P MV平均值對比（1 0:0 0～2 3:0 0，地上1.2 m處）能的原因為太陽輻射與風速；交叉口較多的原型模型外部空間的MR T值在白天會明顯降低，在夜間則趨于一致，但也存在原型模型2 0 5的P MV數據偏高的結果，不符合規律，可能的原因為較低的風速，降低了帶走熱量的能力；六個原型模型外部空間的P MV值在白天會明顯降低，在夜間則趨于一致（圖1 0、1 1）。即在一定范圍內隨著街道交叉口數量增加，人體熱舒適性會提升，但也與太陽輻射量、風速有關聯（圖1 2、1 3）。

5.4 街道方向與人體熱舒適性的關聯

在街道方向的研究中，空間肌理模型命名由四位數字組成，其中第一位為3，第二位為0用以分割，三、四位數字代表空間肌理模型與東西向的夾角（順時針為正，逆時針為負，將街道密度為1 0 0 m/h a的模型定義為原始模型3 0 0 0）。

圖1 0 相同街道密度不同街道交叉口數量空間肌理模型的空氣溫度、風速以及相對濕度模擬結果（1 6：0 0，地上1.2 m處）

圖1 2 相同街道密度不同街道交叉口數量空間肌理模型的空氣溫度、風速以及相對濕度平均值對比圖（1 0:0 0～2 3:0 0，地上1.2 m處）

圖1 3 相同街道密度不同街道交叉口數量空間肌理模型的MR T、P MV平均值對比圖（1 0:0 0～2 3:0 0，地上1.2 m處）

通過E n v i-me t模擬相同街道密度與街道交叉口數量，不同街道方向的空間肌理原型熱舒適性指標（圖1 4、1 5），通過數據分析發現，街道方向與原型模型外部空間的熱舒適性有著顯著的關聯：順應夏季主導風向的原型模型外部空間，其空氣溫度、風速、MR T以及P MV相對會下降（圖1 6、1 7）。

6 理想模型模擬與分析

以空間肌理原型模擬結果為依據，設計了基于空間肌理原型與熱舒適性關聯結論的空間理想模型，并與相同類型的空間肌理原型（空間肌理原型2 0 4）進行比對，以驗證空間肌理原型模擬結果（圖1 8）。

該理想模型命名為2 0 7，其形態控制指標依舊為街道密度、街道交叉口數量以及街道方向。根據空間原型的實驗結論，對理想模型進行如下定義。

（1）街道密度值：4 0 0 m/h a。

（2）在確定外部空間街道密度的前提下，適當將街道空間錯位，創造更多的街道交叉口數量，該理想模型街道交叉口數量為6個。

圖1 4 相同街道密度與街道交叉口數量，不同方向空間肌理模型的空氣溫度、風速以及相對濕度模擬結果（1 6:0 0，地上1.2 m處）

圖1 5 相同街道密度與街道交叉口數量，不同方向空間肌理模型的MR T、P MV度模擬結果（1 6:0 0，地上1.2 m處）

（3）主要街道空間南北向布置，一方面，可以較順應上海市夏季主導圖1 6 相同街道密度與街道交叉口數量，不同方向空間肌理模型的空氣溫度、風速以及相對濕度模擬結果對比圖（1 0:0 0-2 3:0 0，地上1.2 m處）風向，增大平均風速，加快熱量對流與擴散；另一方面，西側建筑裙房可在下午太陽輻射較大時產生陰影區，總體上減少太陽直接輻射。

圖1 7 相同街道密度與街道交叉口數量，不同方向空間肌理模型的MR T、P MV模擬結果對比圖（1 0:0 0-2 3:0 0，地上1.2 m處）

相較空間肌理原型2 0 4，理想模型2 0 7加寬了南北向街道空間的范圍，增大了其在下午的陰影區。通過計算機數值模擬手段，將理想模型的熱舒適性評價指標數據，與空間肌理原型模型的熱舒適性評價指標數據進行比對后發現，理想模型的外部空間熱舒適性在下午太陽輻射較強時，其熱舒適性反而較好，熱舒適性指標均低于空間肌理原型2 0 4，說明太陽輻射對人體熱舒適性的影響作用顯著，并驗證了空間肌理原型模型模擬的相關結論（圖1 9、2 0）。

7 上海街區式商業綜合體外部空間實例微氣候數值模擬

圖1 8 經過優化后的理想模型2 0 7（左）以及空間肌理模型2 0 4（右）在E n v i-me t中建模示意圖

圖1 9 空間肌理原型2 0 4與理想模型2 0 7的MR T、P MV模擬結果（1 6:0 0，地上1.2 m處）

為進一步驗證空間肌理原型與理想模型的模擬結果與結論在實際街區式商業綜合體外部空間的正確性，本文選取上海市區內開發強度相似，但其外部空間具有差異的兩個街區式商業綜合體案例兩例（五角場萬達、大寧國際廣場）進行比對研究，作為驗證與補充（圖2 1、2 2）。表3為五角場萬達廣場及大寧國際商業廣場基本情況及模擬參數設定。

這兩個街區式商業綜合體占地面積相當，開發強度接近，且都處在上海市市區，具有相似的氣候環境背景。兩街區式商業綜合體的街道密度、街道交叉數量不同，前者街道密度較小，且街道交叉口數量少；兩個街區式商業綜合體其街道方向接近。

通過模擬數據提取與分析（圖2 3），不難發現大寧國際商業廣場外部空間的熱舒適性要優于五角場萬達。且從空氣溫度、平均風速、相對濕度、MR T以及P MV值多方面進行了對比與分析，發現在街道密度與街道交叉口數量兩個形態要素量化指標的作用下，大寧國際商業廣場外部空間熱舒適性要優于五角場萬達。進而驗證了空間肌理原型以及理想模型模擬所得結論（圖2 4）。

圖2 0 空間肌理原型2 0 4與理想模型2 0 7的MR T、P MV模擬結果對比圖（1 0:0 0～2 3:0 0，地上1.2 m處）

圖2 1 街區式商業綜合體案例

8 結語

基于空間肌理原型、理想模型以及實際案例的計算機數值模擬與數據整理，結合街區式商業綜合體其建筑設計特點，可以提出以下基于熱舒適性提升的設計策略，供建筑師及城市設計師在設計先期決策階段作為參考：①可以適度增加街區內部街道空間的街道空間長度，增加街道密度，以提升外部空間熱舒適性。建議的街道密度值為4 0 0 m/h a，也就是說對一個2 5 0 m×2 5 0 m的街區地塊而言，整體切四條街道，其外部空間熱舒適性提升較為明顯。同時從建筑學的角度考慮，即切四條街道形成類似于九宮格式的街區形態，其建筑面積及外部空間面積劃分具有一定彈性，便于商業開發。②在確定街區式商業綜合體外部空間街道密度的前提下，可以適當將街道空間錯位，創造更多的街道交叉口數量，以提升外部空間熱舒適性。建議的街道交叉口數量為6～8個。③街區式商業綜合體其主要街道空間宜南北向布置。一方面，可以較順應上海市夏季主導風向，增大平均風速，加快熱量對流與擴散；另一方面，西側建筑裙房可在下午太陽輻射較大與空氣溫度較高時產生陰影區，總體上減少太陽直接輻射，提升整個街區空間的人體熱舒適性。

圖2 3 五角場萬達廣場及大寧國際商業廣場空氣溫度、風速以及相對濕度、MR T、P MV模擬結果（1 6:0 0，地上1.2 m處）

表3 五角場萬達廣場及大寧國際商業廣場基本情況及模擬參數設定

圖2 4 五角場萬達及大寧國際商業廣場MR T、P MV模擬結果對比圖（1 0:0 0～2 3:0 0，地上1.2 m處）