基于城市微气候测析的建筑外部空间围合度研究

张顺尧　陈易

摘要：给出了一种从建筑学场地设计的角度出发，对建筑外部空间形态特征——围合度与场地微气候的关联性进行研究。建筑外部空间形态是建筑师可以操作的对建成环境的调控手段，场地微气候是环境调控的主要目标和媒介，建筑低碳节能是环境调控要达成的目的。在对上海市内城区典型办公建筑群案例——国歌广场的研究中，采用现场微气候实测的方法，分析外部空间形态与场地微气候的温度场、风场、日照分布的关系。经场地平面、剖面类型分析探讨场地外部空间形态特征与场地微气候特征的关联性。场地实测的数据表明外部空间几何形态对场地微气候指标如温度、风速、太阳辐射有显著影响。对实测数据的相关性分析和回归分析显示场地微气候与场地围合度因素显著相关，包括建筑、地形和绿化的围合，围合度的量化变量指标包括剖面高宽比（H/W）、平面通透率（L/C）、天穹可见度（SVF）、地面升起与下沉的高差（H）。实测数据分析表明场地中的空气温度（TMP）与天穹可见度（SVF）正相关，夏季三次曲线模型拟合度较好，冬季相關性比夏季弱；场地中的风速（WNS），夏季与平面通透率（L/G）正相关，相关性较弱，冬季与剖面高宽比（H/W）负相关，相关性比夏季显著；场地中的太阳辐射强度（SRD）与天穹可见度（SVF）正相关，夏季为三次曲线模型拟合度较好，夏季相关性比冬季显著。天穹可见度（SVF）与平面通透率（L/G）、剖面高宽比（H/W）可以作为影响太阳辐射和热压通风作用的指标。总结得出了夏季和冬季场地空间形态围合度要素与场地微气候要素关系的拟合模型。对场地热环境的太阳辐射、温度场、风场的分析发现，由半围合、半覆盖的空间形式组合的多样化的空间形态最有利于场地中微气候的调节。

关键词：外部空间形态；

围合度；城市微气候；场地设计

0.引言

建筑场地设计作为建筑设计的起点和重要组成部分，衔接了城市设计、建筑设计和景观设计。“可持续场地设计中必须广泛考虑场地所扮演的环境角色。场地是作为一个更大的景观和生态系统的一部分存在的。在可持续场地设计中必须尽可能多地识别并保留场地的环境功能元素”，场地设计中的外部空间形态操作，更是建筑场地设计的核心内容，也是使建筑适应环境和气候的重要设计方法，是建筑设计应对环境和气候的重要环节。外部空间围合度是空间形态的重要指标，也是建筑师在场地设计中对空间形态操作的重要因素。

芦原义信在其著作《外部空间设计》中的定义“建筑外部空间是从限定自然开始的，比自然更有意义的，由人创造的有目的的外部环境，通过建立向心秩序，创造出满足人的意图和功能的积极空间。建筑师设想的外部空间是建筑的一部分，也可以说是没有屋顶的建筑空间。即把整个场地看作一幢建筑，有屋顶的部分作为建筑内部，没有屋顶的部分作为外部空间考虑。”建筑外部空间设计是建筑学场地设计的重要内容，建筑外部空间形态的“围合度”是指在场地设计中外部空间形态在不同方向上的围合封闭程度，这个因素直接影响到场地在不同方位上的采光、通风和传热效果。

城市微气候是影响场地热湿环境以及风场环境舒适度和建筑能耗的主要外部条件，通过场地设计对建筑外部空间形态进行优化，达到调节城市微气候、提高场地热舒适度、减少建筑能耗的目的，相关的研究已成为城市微气候、建筑环境、建筑节能研究关注的主题。本文是作者参与的国家自然科学基金项目“基于碳排放计算及评价体系的低碳建筑设计方法研究——以长三角地区办公建筑为例”研究项目的子课题。

1.建筑学场地设计中外部空间形态围合度定量研究

1.1场地设计中的建筑外部空间形态与场地微气候调控方法

建筑外部空间形态是场地空间环境的基础，它决定着场地空间环境的整体效果，对外部空间环境的品质和热舒适度调控起着重要作用，密度、规则度和围合度作为定量描述外部空间形态的重要参数，是外部空间形态操作调控场地微气候的关键要素。奥凯总结了风速一定时，随着城市峡谷的几何形态参数街道高宽比（H/W）影响下存在3种形式的气流，即孤立扰流（isolated roughness flow）、相互影响扰流（wake interference flow）和街区密集到一定程度的项部掠流（skimmingflow）。博斯曼对美国旧金山中心城区的4个主要街区开放空间的人行高度实测研究，讨论了在中心城区中街区开放空间的太阳辐射以及风场环境对人体热舒适度的影响机制。英国的研究报告“城市环境中的场地布局规划：日照使用，微气候和被动式冷却”从场地选址、公共空间布局、建筑布局、建筑形态和景观设计等方面分别讨论了与日照、通风、被动式制冷等微气候调控方法。

自从1963年维克多欧尔焦伊出版了他的启发性著作《建筑设计和场地设计中的生物气候学原则》，各个相关专业领域的研究者包括建筑师、规划师、景观建筑师、建筑科学和建筑技术学者从不同角度研究和发表了在城市设计与建筑设计中的节能设计导则。雷纳。班纳姆已经将建筑视为环境调控的机器，关注建筑中由温度、光电、空气形成的物理环境。吉沃尼的论著《建筑设计和城市设计中的气候因素》中评论了城市设计特征对于城市白天气温的影响与对夜间气温的影响。迪恩霍克斯在《环境传统：环境建筑学研究》和《选择型环境》中提出“选择型环境”的设计理念，一方面“降低对环境调控的机械系统的依赖，从而减少对自然环境的负面影响”，另一方面，新的环境调控意识也应努力减少对不可再生能源的需求，挖掘可再生自然资源的潜力。剑桥大学教授贝克和昆。斯蒂摩司的研究中通过数值模拟和现场实测得出的结果表明，影响建筑能耗的主要因素有：第一，建筑设计其影响因子权重为2.5；第二，建筑设备其影响因子权重为2；第三，使用者的用能行为其影响因子权重为2。如果建筑设计阶段的建筑节能性能差，配上低能效的建筑设备系统，再加上使用者对建筑的高能耗使用方式，那么相对于节能性能设计合理，设备系统高效，使用者节能的行为方式的建筑而言，它将会消耗10倍的能源与碳排放（2.5×2×2=10权重因子）。瑞迪和贝克研究了城市形态因素对建筑能耗的影响，他们认为城市密度和街区的空间几何形态对建筑能耗的影响因子约占建筑总能耗影响因子的10%。埃维特埃雷尔等在《城市小气候——建筑之间的空间设计》中把城市气候研究的发现与城市设计实践相结合，让建成环境的形式对影响城市小气候的因素做出反应。金叶康回顾了城市居住区建筑群形态对建筑能耗而影响。同济大学的杨峰教授对上海市区中的居住区进行实测实验，发现城市形态和密度指标可以作为调控居住区夏季室外通风的影响因素。

如何在上海高密度城市区中应用这些经验和设计技术导则，仍有一些关键问题需要整理清晰。第一，夏热冬冷区气候地区条件下，上海典型的高层高密度建成区中的微气候特征。第二，从城市、街区尺度再到场地尺度外部空间形态对微气候的影响机制。第三，场地设计中建筑外部空间形态操作在何种程度上可以对场地微气候进行调控。第四，外部空间形态操作的变量和各变量与微气候特征的关联性。通过场地微气候实测将有助于解析其内在规律，同时作为进一步模拟分析的边界条件。

1.2场地设计中的建筑外部空间形态类型与空间围合度定义指标

描述建筑外部空间形态“围合度”特征的变量，通过对已有研究的整理筛选，本次研究选择如下：外部空间剖面高宽比（H/W）、平面通透率（L/G）、天穹可见度（SVF，sky View Factor）、地面升起或下沉的高差（H）。外部空间剖面高宽比（H/W）是指场地中建筑高度和外部空间宽度之间的比率。平面通透率（L/G）是指围合场地空间的连续界面周长与空间开口宽度的比率。天穹可见度（SVF）是指在建筑场地中1.5 m高处天空可视区域相对半球天空的面积比率。地面升起或下沉的高差（H）是指场地基地面在竖直方向下沉或升起的高度。本文重点讨论外部空间形态的“围合度”特征对场地微气候要素的调控作用，通过实测研究外部空间形态的“围合度”的变化与场地微气候要素：空气温度（TMP）、风速（WNS）、太阳辐射强度（SRD）的关系，场地布局设计中形成的建筑的外部空间形态围合度指标，见表1。

外部空间平面通透率（L/G）是用场地空间的连续界面周长与空间开口宽度的比率定量描述平面围合度的指标。按照外部空间形态类型与空间围合度的平面通透率（L/C）指标，可以将外部空间形态类型分为以下4大类，围合：“口型”；半围合：“U型”、“L型”和“街谷型、II型”；半开敞：“限定型、I型”、“限定型。型”；开敞：“开敞型”，见表2。

外部空间剖面类型与空间围合度指标包括：剖面高宽比（H/W），地面下沉或升起高差（H），覆盖天穹可见度（SVF），其中按照外部空间剖面“覆盖”类型可以将外部空间形态类型分为为以下4大类，完全覆盖：“门型”；半覆盖：“厂型”、“T型”、“一型”；半显露：“II型”、“I型”和显露，见表3。

场地设计外部空间的朝向与方位包括：场地空间主轴的朝向、场地空间开口的朝向以及与城市街区主导风向的夹角a。外部空问的形态类型与指标是建筑师在场地设计阶段对空间形态操作的重要手段，对外部空间形态类型的总结和定性定量研究将有助于建筑师对外部空间环境的有效调控。

2.实测实验研究方法

2.1实测目标

实测目标在于探讨建筑外部空间在不同季节和空间形态下的微气候特征，通过分析场地设计中建筑外部空间形态的“围合度”特征与场地微气候要素的关联性，探讨外部空间围合度参数指标对场地微气候要素的影响机制。

2.2实测场地选取

通过前期调研，对上海市重要的办公建筑群的场地设计进行现场勘查与评估其空间形态状况。选取的原则是多样性、典型性和代表性。上海的办公建筑群设计多样，中心城区和规划新城区差别很大。首先，作者综合考虑了城市日照条件、主导风向、建筑规划设计年代、建筑布局与形态等场地微气候和场地空间形态两方面的因素，决定选取上海典型城市办公建筑群：上海市大连路总部研发集聚区办公建筑群（杨浦区大连路宝地广场、国歌广场办公建筑群）；上海创智天地广场办公建筑群；浦东区政府、科技馆广场办公建筑群；上海市长宁区凯桥绿地春秋国旅总部办公楼作为研究对象。本文是对上海市大连路总部研发集聚区办公建筑群（杨浦区大连路宝地广场、国歌广场办公建筑群）外部空间形态与城市微气候实测。实测场地区位图见图1。

实测案例：国歌广场实测场地位于上海市大连路总部研发集聚区中间地块，上海市大连路总部研发集聚区办公建筑群——国歌广场（经度121.51°E，纬度31.26°N）。场地西侧为西门子总部办公建筑群，北侧为在建的保利绿地广场，实测采用12个小型气象站测量场地内空气温度（TMP）、相对湿度（HMD）、风速（WNS）、风向（WND）和太阳辐射强度（SRD）等各项参数，实测具体测点位置图见图2。

2.3实测时间及天气状况

夏季实测时间为2015年7月14日、7月15日和8月2日3 d，地點为大连路办公建筑群国歌广场，测试仪器为Watchdog小型气象站12台。每日实测时间为8：00-20：00；大连路办公建筑群实测当天，上海虹桥气象天气状况为，见表4。

冬季实测时间为2016年1月2日、3日和13日3 d，地点为大连路办公建筑群——国歌广场。每日实测时间为8：00-20：00；大连路办公建筑群实测当天，上海虹桥气象站天气状况见表5。

2.4实测步骤

实测步骤分为两个部分：第一部分是前期对实测办公建筑群场地空问形态要素测绘，利用激光测距仪等实测仪器进行测量和草图绘制，后期结合利用百度地图、谷歌地图对场地空间数据进行计算和绘制。第二部分是在第一部分完成的基础上，在夏季（7-9月）和冬季（1月），分别对场地空间特征点作为空间单元微气候测点，进行空气温度（TMP）、相对湿度（HMD）、下垫面温度（TMPA）、风速（WNS）、阵风风速（WNG）、风向（WND）和太阳辐射强度（sRD）等微气候要素实测。

3.实测结果数据分析

3.1外部空间形态特征实测分析

通过对场地空间形态要素——围合度的总结，抽象提取出空间围合度指标：外部空间剖面高宽比（H/W）、平面通透率（L/G）、天穹可见度（SVF）、地面升起或下沉的高差（H）。进行实测计算，获得大连路办公聚集区国歌广场12个测点场地空间形态要素：空间围合度特征指标，见表6。

首先通过国歌广场A-A剖面图进行剖面分析，选取外部空间形态特征变化明显的5个特征点，测点8、6、7、1、5作为典型外部空间形态围合类型：围合“口”型、开敞型、半围合L型、半围合U型、半围合街谷型II型，见图3。

3.2风向、空间围合度、开口方向相关性分析

图4为上海市大连路总部研发集聚区办公建筑群

国歌广场内5个典型外部空间形态围合度特征测点和虹桥气象站的风玫瑰图，5个测点的主导风向都不一样，测点6和虹桥气象站风向玫瑰最接近，受气象因素影响明显；测点8和虹桥气象站风向玫瑰关联性最小，受场地空间形态因素影响明显；测点5和测点8的3 d风向都比较接近，只有一个主导风向，且和其他测点都不相关；测点6和测点1的3 d风向变化较大，与虹桥气象站风向相关性明显；测点7和其他测点相关性弱，有两个主导风向。可见场地风场分布受外部空间形态和城市气象因素共同作用的影响，场地空间围合度和开口方向的协同作用对场地风向有一定的影响。

3.3空气温度、下垫面温度和太阳辐射相关性分析

上海市大连路总部研发集聚区办公建筑群——国歌广场实测场地中不同围合度特征的外部空间形态与场地微气候的关系，首先依据现场实测空气温度、下垫面温度和太阳辐射值，见图4-6。从图中可知，围合型、半围合型（L型）、半围合街谷型（II型）、半开敞型（U型）、开敞型这5种不同围合度特征的外部空间形态中，空气温度随时问变化规律非常相似。其中，以街谷型（II型，开口方向与主导风向成45。夹角）的测点5和半开敞型的测点1处的峰值较高，半围合式（L型，开口方向与主导风向一致，成0°夹角）的测点7处的峰值较低，对于围合式的测点8和半开敞式测点6处峰值介于中间。

从图5可知，5种不同围合度特征的外部空间形态中的下垫面温度随时间变化规律较一致，但峰值、谷值以及达到峰、谷值的时间有所差异，石材铺装为主的测点1、7、8温度变化幅度大，峰值温度高，测点6是草坪为主的屋顶绿化温度变化幅度较小，下午以后温度低于其他测点。

从图6可知，5种不同围合度特征的外部空间形态中的太阳辐射值，随时间变化规律较一致。其中，以開敞式的测点1处和半围合街谷式（II型，开口方向与主导风向成45°夹角）的测点5的峰值较高，半围合式（L型，开口方向与主导风向一致，成0°夹角）的测点7处的峰值较低，对于围合式的测点8和半开敞测点6处峰值介于中间。

从图7空气温度均值与方差图可知，街谷型（II型，开口方向与主导风向成45°夹角）的测点5的温度变化最大（方差最大），半围合式（L型，开口方向与主导风向一致，成0°夹角）的测点7处的温度变化最小（方差最小小（方差最小），开敞式的测点1处的温度变化较小（方差较小）且变化复杂，对于围合式的测点8和半开敞测点6处温度变化方差）介于中间，开敞式的测点1处的温度变化较小（方差较小）且变化复杂，对于围合式的测点8和半开敞测点6处温度变化方差）介于中间对于围合式的测点8和半开敞测点6处温度变化方差）介于中间。

图8给出了夏季5个不同测点空气温度均值与方差的关系，数据显示夏季3 d场地温度大于虹桥气象站的温度，空间围合度与空气温度变化的相关性较明显。

图9分别给出了夏季5个不同测点实测的3个参数变化曲线的对应关系，数据显示下垫面温度与太阳辐射强度相关性明显，空气温度与下垫面温度相关性较明显。

其次，通过国歌广场II-II剖面图进行剖面分析，选取外部空间形态特征变化明显的6个特征点，测点3、2、1、9、12、11作为典型外部空间形态围合类型：围合“口”型、开敞型、半围合“L型”、半围合“U型”、半围合街谷型“II型”，见图10。

第三，通过国歌广场Ⅲ-Ⅲ剖面图进行剖面分析，选取外部空间形态特征变化明显的3个特征点，测点4、1、12，作为典型外部空间形态围合类型：半围合“L型”、开敞型、半围合街谷型“II型”，见图11。

结合剖面分析，分别进行各个空间单元的围合度、开口方向和风向的相关性分析，得出空间单元的围合度和开口方向对场地风向影响明显。通过空气温度、下垫面温度和太阳辐射相关性分析得到空问单元的围合度和场地空气温度、太阳辐射相关性明显，下垫面材质对下垫面温度影响明显，所以在后面的分析中选取空气温度、风速和太阳辐射作为场地微气候的主要影响因素。

3.4多重回归分析

通过对国歌广场的12个实测点空气温度、风速、太阳辐射矩阵分析和对应的外部空间围合度指标进行多重线性回归分析得出场地微气候要素和外部空间围合度指标的相关性关系及其拟合模型的回归方程。

3.4.1夏季国歌广场实测微气候与外部空间围合度指标的多重线性回归分析

对比国歌广场实测点3 d的温度、风速、太阳辐射矩阵图，水平坐标横轴表示空气温度（TMP），垂直坐标纵轴表示风速（WNS），各个测点的大小表示太阳辐射强度（SRD），见图10。从图中可以看出3 d的总体空气温度、风速随着城市气候的变化而变化，但是在场地中各个测点的空气温度（TMP）、风速（WNS）及太阳辐射强度（SRD）所在的坐标象限位置关系基本是一致的，由此推测场地测点所代表的空间形态特征（围合度特征）对场地的微气候特征有结构性关系。

由夏季3 d的空气温度（TMP）、风速（WNS）和太阳辐射（SRD）关系矩阵图可见，不同围合度类型所在的空间单元其场地微气候特征比较接近，例如：测点7和测点2所代表的“半围合L型+半覆盖”空间是最接近温度和风速的中间值位置。测点6和测点1所代表的“开敞型+无覆盖”空间是在风速高、温度高的象限位置。测点5所代表的“半围合街谷型+无覆盖”空间类型是温度高、风速中的象限位置。测点10所代表的“围合型+半覆盖”空间类型是在温度低、风速中的象限位置。测点12和测点10所代表的“半围合+半覆盖”空间类型是在温度中、风速低的象限位置。说明场地测点位置的空间形态围合度特征对场地的微气候特征有结构性影响。

3.4.1.1夏季空气温度与场地空间形态的围合度要素的关系

夏季实测数据分析表明场地空气温度（TMP）与天穹可见度（SVF）正相关，显著性较高，夏季三次曲线拟合度较好。

3.4.1.2夏季风速与场地空间形态的围合度要素的关系

夏季场地风速与空间形态围合度指标的相关性不显著，夏季场地风速（WNS）与平面通透率（L/G）正相关，三次曲线模型拟合度较好。

3.4.1.3夏季太阳辐射与场地空间形态的围合度要素的关系

夏季场地太阳辐射（SRD）与天穹可见度（SVF）正相关，拟合模型显著性高，夏季为三次曲线、复合曲线拟合度较好。

归纳汇总3 d的数据后得到夏季国歌广场微微气候与场地空间围合度关系拟合模型（见表10）。

夏季场地空间围合度要素与场地微气候要素的太阳辐射和温度场相关性较强，线性模型可以较好地模拟相互关系，夏季场地空间形态围合度是对太阳辐射和温度场影响为主。夏季场地风场影响因素更为复杂，线性模型只能部分模拟空间围合度要素与风场的关系。利用拟合模型，得到有利于建筑师方案设计阶段使用的场地空间围合度与微气候要素的关系计算工具，如图14。

利用地空间围合度要素与场地微气候要素计算模型，建筑师在方案设计阶段，在场地设计中，可以通过调控场地空间形态围合度指标，影响场地微气候的主要影响因素，为进一步提高场地舒适度，减少建筑能耗提供条件。

3.4.2冬季国歌广场实测微气候与外部空间围合度指标的多重线性回归分析

冬季国歌广场实测点3 d的温度、风速和太阳辐射矩阵图，见图15。横轴表示空气温度TMP，纵轴表示风速，各个测点的大小表示太阳辐射强度。从图中可以看出冬季气候因素变化剧烈，会出现个别静风日。但是除了静风日外，场地中各个测点的温度、风速及太阳辐射强度关系基本是一致的，由此可见场地测点位置的空间形态特征（围合度特征）对场地的微气候特征有结构性影响。

由冬季3 d的空气温度（TMP）、风速（WNS）、太阳辐射（SRD）关系矩阵图可见，不同空间围合度类型所在的空间单元其场地微气候特征比較接近，各测点代表的空间类型和其所在的微气候要素空气温度（TMP）、风速（WNS）的象限位置和夏季一致（除了测点10所代表的“半围合型+半覆盖”空间类型是从“温度低、风速中”的象限位置移到了“温度高、风速中”的位置。1说明场地测点位置的空间形态围合度特征对场地的微气候特征有结构性影响。

3.4.2.1冬季空气温度与场地空间形态的围合度要素的关系

冬季实测数据分析表明场地空气温度（TMP）与天穹可见度（SVF）和地面高差（H）以及剖面高宽比（H/W）正相关，显著性不明显，与空间形态围合度指标天穹可见度（SVF）的相关性较高，二次和三次曲线模型拟合度较好。R2冬季比夏季小，说明外部空间形态因素对场地空气温度影响冬季比夏季弱，气象因素的作用冬季比夏季强。

3.4.2.2冬季风与场地空间形态的围合度要素的关系

冬季场地风速（WNS）与剖面高宽比（H/W），地面高差（H）以及平面通透率（L/C）负相关，显著性不明显，与空间形态围合度指标剖面高宽比（H/W）的相关性较高，三次曲线模型拟合度较好。R2冬季比夏季大，说明外部空间形态围合度对场地风场的影响冬季比夏季明显。

3.4.2.3冬季太阳辐射与场地空间形态的围合度要素的关系

冬季场地太阳辐射（SRD）与外部空间形态围合度指标天穹可见度（SVF）正相关，显著性不明显，冬季为二次、三次曲线拟合度较好。R2冬季比夏季小，说明外部空间形态围合度特征对太阳辐射的影响冬季没有夏季显著。

归纳3 d的数据分析汇总后得到冬季微气候与场地空间围合度关系拟合模型，见表14。

冬季场地空间围合度要素与场地微气候要素的太阳辐射和风场相关性较显著，线性模型可以较好地模拟相互关系，冬季场地空间形态围合度是对太阳辐射和风场影响为主。冬季场地温度场影响因素更为复杂，线性模型只能部分模拟空间围合度要素与温度场的关系。利用拟合模型，得到有利于建筑师方案设计阶段使用的场地空间围合度与微气候要素的关系计算工具，如图17。

拟合模型可以帮助建筑师在理解场地空间形态与微气候的影响关系，对进一步进行数值模拟分析提供了基础，有助于建筑师在场地设计阶段通过空间形态调控场地微气候。

4.讨论

本次研究从建筑师的视角，对场地设计中外部空间形态的重要特征——围合度和场地微气候的相关性进行了定量分析，为场地设计通过外部空间形态操作提高场地微气候舒适性提供了理论基础。

首先，利用外部空间围合度的量化指标包括：剖面高宽比（H/W）、平面通透率（L/G）、天穹可见度（SVF）、基面升起与下沉的高差（H）以及开口方位角（a），对围合度进行三维定量描述。第二步，通过场地微气候实测数据相关性分析，发现外部空间围合度指标与场地微气候要素有明显的相关性。第三步，利用SPSS统计分析平台进行多重回归分析，得到外部空间围合度指标与场地微气候指标的多元回归方程组拟合模型。

目前关于城市小气候和街区微气候的研究多数是从城市尺度的热环境研究，主要内容是城市热岛效应的分布规律，城市街区尺度的小气候研究主要内容是街道峡谷的空气流动和温度分布。或者是对居住区微气候的单一要素指标的分析，对室外步行热舒适的影响。对于场地设计尺度的城市微气候研究较少，如街道高宽比与通风效率的研究，建筑密度、街道朝向和园林绿化区域对建筑能量性能的影响，缺少便于建筑师操作的公共建筑外部空间形态设计工具。场地设计尺度的热环境具有空气流速低，温度变化小，空气流动和对流过程影响弱，太阳辐射分布和下垫面温度分布差异大。本研究首次提出基于场地微气候调控的外部空间形态操作方法，通过调控外部空间围合度要素，调节太阳辐射辐射和风场、温度场，提高场地微气候舒适度，提升建筑低碳节能性能，减少建筑能耗。

尽管外部空间形态操作与场地微气候舒适度以及建筑能耗的影响机制仍不清晰，需要更多的实测案例和进一步的模拟实验来探讨外部空间形态类型和微气候调控规律，但是未来更多的相关研究将会有助于建筑师在场地设计阶段，通过外部空间形态操作提升场地微气候舒适性，促进建筑低碳节能。

5.结论

本文给出了一种从建筑学场地设计的角度出发，对建筑环境外部空间形态与场地微气候相互作用关系的分析和解释。通过对上海市大连路总部研发集聚区办公建筑群场地空间形态与城市微气候实测的方法，分析外部空间形态围合度指标与场地微气候的温度场、风场和日照分布的关系。

场地实测的数据表明外部空间几何形态对场地微气候指标有显著影响，经场地平面、剖面类型分析探讨场地外部空间形态特征与场地微气候特征的关联性。经多重线性回归分析得出场地空间形态的围合度变量：剖面高宽比（H/W）、平面通透率（L/G）、天穹可见度（SVF）、升起与下沉高差（H），的变化与场地微气候要素空气温度（TMP）、风速（WNS）、太阳辐射强度（SRD）关系的回归方程组。结合环境调控的建筑外部空问类型学方法，归纳出适宜上海地区办公建筑场地设计中外部空间形态操作的设计工具。

对实测数据的相关性分析和回归分析显示场地微气候与场地围合度因素显著相关，包括建筑、地形和绿化的围合。实测数据分析表明场地空气温度（TMP）与天穹可见度（SVF）正相关，夏季为线性关系，冬季为曲线关系；场地风速（WNS）与平面通透率（L/G）负相关，夏季成倒数关系，冬季为曲线关系；场地太阳辐射强度（SRD）与天穹可见度（SVF）正相关，夏季为线性关系，冬季为曲线关系。天穹可见度（SVF）与平面通透率（L/C）可以作为影响太阳辐射和热压通风作用的指标。

对场地太阳辐射、热环境和风场的分析发现，由半围合、半覆盖的空间形式组合的多样化的空间最有利于微气候的调节。其中，“街谷型”空间的开口朝向结合夏、冬季主导风向设计有利于形成夏季通风凉爽，冬季挡风温和的空间单元。半围合“L型”空间与半覆盖“厂型”空间组合，开口朝向结合夏、冬季主导风向设计，可以形成最舒适的空间单元。完全围合“口型”空间和完全覆盖“门型”空间，不利于组织夏季通风，室外热舒适度欠佳。“开敞型”和“显露型”空间不利于组织遮阳和冬季挡风，也不利于室外热舒适环境的形成。

最后总结得出了夏季和冬季场地空间围合度要素与场地微气候要素的温度场、风场和太阳辐射相关性模型，利用拟合模型可以得到有利于建筑师方案设计阶段使用的场地空间围合度调控微气候要素的计算工具。

关于周边建筑环境是作为场地各个空间单元共同作用的影响因素，在本研究中简化其对场地中各个空间单元的作用是一致的，未做更进一步的探讨，但在后续的研究中会有进一步的模拟分析和相关性的分析。本文试图将场地中的形态因素中的围合度要素采用几何的方式抽象简化出来，以便于建筑师的设计操作，所以论文把树木和建筑都抽象成为简化的几何形态，以便聚焦重点考虑地面高差、平面空间形态的围合特征、剖面空间形态的高宽比、覆盖度等影响空间围合度特性的要素。这些因素是建筑师进行建筑设计方案阶段的主要形态操控指标，也是对空间形态影响的主要因素，相关文献综述也说明了这一点。当然，这样的简化分析确实存在忽略了植物的蒸腾作用以及建筑材料的蓄热、反射热等影響因素，希望未来能够找到更完善、同时又不非常复杂的方法。

（责任编辑：张晶）