基于建筑与绿化因素对城市居住区微气候影响综述

许 晨，黄奕婷，迟晓立

（徐州工程学院，江苏徐州 221018）

当前，随着全球气候变暖趋势的持续，全球极端天气事件的强度和频率也不断增加[1]，气候变化正深刻影响人类生活质量和身体健康。近年来，城市化进程的加快，提高了区域整体经济和社会发展水平。然而，高速城市化加剧了温室气体的排放，同时也改变了下垫面结构，而由此产生的城市“热岛效应”及其影响日益明显[2]。居住空间作为城市空间的延续，居住区是城市的重要组成部分[3]，许多学者从不同的角度去研究居住区的问题[4]。在城市建筑规划与设计层面，杨峰等[5]提倡使用城市建筑集群能耗模拟的方法（Urban Building Energy Modelling,UBEM）对城区/街区规划设计的建筑集群能耗影响进行量化评估，并直接对标相应的评价指标项，为相关设计指引提供更多依据，对于节能减排导向的城市设计、城市更新和城市管理具有重要意义和应用价值。有学者以“低碳城市”为指导理念，从微观方法入手，在土地利用、城市规模、合理规划城市居住区及其建筑物的尺度等方面，实现从城市角度入手，减缓气候变化[4]。菲利普·拉姆对以气象学为向导的新型环境设计模式进行了探讨，提出运用“气象适应性设计”来实现建筑设计气候的理念。例如，位于亚热带炎热潮湿气候的台中清翠园，通过设置相关设备并搭配植被和构筑物组合来优化园区小气候，为丰富多彩的公园活动搭建了景观性的舞台[6]。

在对城市微气候研究中，建筑、植物、地形和下垫面等都是影响城市微气候的关键因素。为此，从居住区绿化因素与建筑布局等对微气候影响的角度，总结在不同建筑布局类型与绿化结构影响下居住区微气候的变化规律，并分析其影响因素，以期为今后居住区设计与规划、宜居型住区打造，以及居住区微气候优化等研究提供理论指导。

1 建筑因素对居住区微气候的影响

随着城市化的进程加快，城市用地紧张，高层建筑应运而生[7]，作为城市化发展的产物，对城市内部的声、热、光以及风环境具有重要影响。顾大治等[8]根据我国《建筑设计防火规范》《民用建筑通则》相关规定，并结合建筑层数和高度可将建筑分为低层建筑（10m 以下）、多层建筑（10～24m）、高层建筑Ⅰ（24～50m）、高层建筑Ⅱ（50～100m）和超高层建筑（100m 以上），并提出了“管控方式分类-控制精度分区”的城市建筑管控方法。高层建筑的出现增加了城市的粗糙度，建筑密度和容积率也逐渐增大。谢振宇等[9]研究了城市高层建筑对风环境的不利影响，并基于不同类型风环境提出针对性改造方案，提出优化高层建筑形态来减少对微气候不利影响的建筑设计策略。甘义猛等[10]在对郑州市某小区的调查研究中发现，建筑高度与居住区内部气温呈负相关，与相对湿度呈正相关。Fan 等[11]分别在夏冬两季对北京市18 个小区进行实地测量，并计算确定相应指标对居住区微环境气候研究。结果显示，居住区的建筑高度对其开放区域微环境影响不明显，且夏冬两季节呈相反结果。建筑高度对城市微气候的影响较为复杂，不同建筑高度和不同建筑高度的组合对局部微气候的影响不同，即存在一个最佳的建筑高度和一个最佳的建筑组合形式，使局部热环境达最佳值[12]。

不仅是建筑高度、建筑的布局形式也会对居住区的微气候产生重要的影响。居住区的建筑布局形式大致分为行列式、周边式、混合式、自由式、庭园式和散点式六大类，不同地区的居住区采用建筑布局形式不尽相同。袁景玉[13]运用现场实测和问卷调查方法，研究了天津市3 种典型布局形式的老旧居住区室外微气候，并通过Phoenics 和Ecotect 软件模拟分析，发现采用在建筑来风向一侧围合、内部呈行列式分布的混合布局形式，能够影响居住区室外空间的太阳辐射和风速，从而营造更好的居住环境。孙勇等[8]通过数值模拟对住宅小区的建筑布局进行模拟分析发现，通过改变建筑布局，在小区内形成有效通风廊道，有利于夏季小区内部气流流动，增强散热排污效果，从而提高居住区微气候环境质量。

与此同时，建筑密度也是影响居住区微气候的重要因素。Ridwan 等[14]利用Landsaty 影像对Makasar 市的建筑密度进行分析，发现建筑密度与城市热岛有着高度联系。Widiyannita Efrita Nur 等[15]运用ENVI-met软件对Yogyakarta 吐谷站区的建筑进行模拟，通过数据分析对比得出适合Yogyakarta 吐谷站区的最佳建筑密度值，同时在研究中发现，建筑密度对户外热环境的影响还受到建筑高度等因素的影响。关于建筑对居住区微气候影响的研究方法主要包括：现场实测、调查问卷、软件模拟等，以上研究成果显示，建筑在布局、高度和密度等方面均会对居住区微气候产生一定影响，其中建筑密度对微气候环境的影响研究易受到其他因素的干扰，那么如何将建筑密度从其他因子的影响中分离出来是当前亟需解决的问题。此外，由于运用场地实测的方法研究微气候需要消耗大量的人力、物力和资金，且场地实测易受多种外界因素的影响。因此，运用数值模拟的方法研究复杂多变的城市微气候在近年来得到广泛运用[14-15]。

当前，建造技术不断发展，为建造丰富多样建筑形态的工程提供了有利条件，同时更应该与生态环境相协调[9]，从而深入探讨建筑与城市微气候环境的关系，明晰不同建筑因素对居住区微气候影响的敏感尺度，对生态宜居型住区的打造具有重大意义。然而，当前学者大多研究单一建筑因子对居住区微气候的影响评价，对于多个因素影响的综合研究很少；另一方面，地表温度变化受到空气流动，以及辐射、传导和对流等因素的影响，其变化的空间并不独立[12]。在一定空间范围内，建筑的空间形态与微气候的相关关系往往受到周围空间的影响。因此，未来要对多尺度下的城市空间形态，综合多种空间形态指标研究城市居住区微气候，定量表征各指标的敏感性，以更好地指导居住区的规划设计等问题。此外，绿化作为影响居住区环境的另一重要因素，对居住区微气候调节有着举足轻重的作用。

2 绿化因素对居住区微气候影响

绿化对微气候环境影响的研究最早开始于20 世纪40 年代[16]，国内外学者主要通过现场实测、模型构建、软件模拟等方式对植被布局形式、绿化配置、植物群落、植被面积指数等多个方面进行研究。平面布局和立体绿化是比较常见的2 种植被布局形式，Zhang等[17]在对韩国首尔一处具有代表性的公寓式住宅进行微气候模拟分析时发现，在植被总面积相同的情况下，以小单元的形式分散种植比集中种植的降温效果好；将植物布置在建筑物周围比布置在建筑物之间的降温效果好。立体绿化中具有代表性的包括屋顶绿化、垂直绿化、高架绿化等。Pompeii[18]研究了屋顶绿化对城市热环境的影响，结果表明屋顶绿化可以使室内外温度分别降低4.2℃和0.3℃。黄佳敏[19]总结保利华苑建筑立面的垂直绿化设计，对“双重立面”的垂直绿化设计策略、灌溉设计、植物配置等方面进行了探讨，提出了高层建筑垂直绿化的可持续发展的形式。在绿化配置方面，从单一配置形式和多元化的配置方式对居住区微气候的影响也不同。马晓阳[20]根据情景设计原则和方法模拟方案，依据人体热舒适度标准，总结出了不同的绿化配置对微气候影响的差异，发现对居住区微气候调节效果较好的是乔木、灌木和草地绿化组合和乔木加草地2 种模式，而草地和灌木加草地绿化模式的调节作用相对不明显，甚至会产生副作用。不同绿地植物的群落结构和群落特征对微气候也有较大影响。张晓璇[21]通过对杭州市临安区5 个居住区20 组植物群落的微气候进行春夏秋3 个季节的实测，表明选取叶面积指数大，乔灌结构、带状布局的植物群落对改善居住区夏季微气候和人体舒适度有着重要作用。在植被面积指数方面，Ruzana Sanusi[22]对墨尔本市中心商业区附近3 个郊区的3 条南北走向街道的行道树进行研究，测量了具有不同植被面积指数（PAI）的各种树木下方和远离树木的微气候条件，发现3 种树种的微气候效益随着植被面积指数的增加而增加；在指数相近时，3 种树的冠层下小气候差异不明显。因此，在选择和比较树种的遮阴和降温效果时，应该注意树种所能达到的植被面积指数。

绿化对微气候的影响主要体现在温度、湿度、风速等气候因子上。林波荣[23]为研究不同下垫面及绿化形式下居住区热环境的差别，于清华大学校内主楼、甲所、东楼区住宅群以及青年公寓进行现场实测，实测结果表明，树木遮阴的林下降温效果比无树荫遮挡的草地、沙地降温效果好。Evan Mallen 等[24]利用技术气候网络中的高密度温度传感器阵列，探讨佐治亚理工学院的城市热岛分布以及建筑和绿化布置对当地微气候的影响，发现植被覆盖地区的降温效果与不透水下垫面环境相比效果较好，最高温差达到3.77℃，热岛效应强度与树冠和景观设计显著相关。黄钰麟等[25]基于ENVI-met 软件，根据福州市不同的植物群落特征对温度、湿度和风速的影响，探究了适合当地绿化空间的降温降湿通风效果最优的组合方案。陈卓伦等[26]以广州某住宅小区为例，通过现场实测和定量分析，总结不同景观设计因子对居住区微气候的影响规律，提出通过改变相应的因子来改善热环境的方法。杨诗敏[27]基于ENVI-met 软件对杭州某居住区进行风速模拟分析，发现由于植物对风的阻挡作用，绿化区域的风速小于空旷地带。

综上所述，国内外绿化研究主要包括植物群落类型、布局形式和植物配置结构等与微气候的关系，运用多种技术手段对绿化做出整体性研究；强调了树木遮阴的重要性，提出乔-灌-草的最优植物配置模式，选择叶面积指数大，乔灌结构、带状布局的植物群落对微气候的调节具有良好效果。目前研究大多是绿化对微气候的影响以及对热环境的缓解策略，所得结论尚缺乏对绿化配置模式中各植物的量化，且与绿化设计相脱离。因此，对于居住区绿化改善微气候环境的研究，还需要将定性研究与定量研究相结合，得出切实可行的绿化设计策略。

3 讨论与展望

本研究系统地概括和总结了学者基于建筑与绿化对城市居住区微气候影响，发现合理优化居住区的建筑与绿化，可以有效改善户外活动空间微气候。然而，当前相关研究成果主要集中在城市规划的理论和对策层面，对于建筑与绿化因子的定量化还缺乏进一步的研究，无法为城市设计与规划管理提供科学的技术支撑。另一方面，居住区微气候环境质量同时受客观因素与主观因素的综合影响，单方面的研究结果不能作为评价居住区微气候环境质量的依据。

综上所述，未来研究应注重定量与定性相结合、多学科交叉的研究方法，构建更加系统的研究体系，进一步将城市微气候环境质量优化与城市规划设计管理策略的研究相结合，推动城市居住区环境朝着更加宜居的方向发展。