气候舒适视角下竹林小镇景观形态设计——以四川省邛崃市平乐镇区为例

范璐璐 陈其兵 张 帆

(四川农业大学 成都 611130)

2018 年2 月习近平总书记来川视察时指出，要因地制宜发展竹产业， 让竹林成为四川美丽乡村的一道风景线。 为贯彻落实习近平总书记的重要讲话精神， 四川省委、 省政府印发了«关于推进竹产业高质量发展建设美丽乡村竹林风景线的意见»， 提出到2022 年建成竹林小镇30 个。 2021年邛崃市平乐镇获评四川第2 批省级竹林小镇。平乐镇位于四川省成都市西南的邛崃市境内， 距成都市93 km、 邛崃市18 km， 其城镇发展区域主要是包括平乐古镇、 天台山国家4A 级旅游景区在内的883.8 km 范围， 为平乐城镇规划区， 即平乐镇区。

因国情和文化的不同， 西方的形态类型学在中国面临着本土化的问题。 众多学者在学习和借鉴的基础上， 开始探讨适合中国实际的城镇形态分析理论与研究框架[1]。 通过梳理相关文献发现，国内对气候舒适形态设计的研究分为2 个层面:宏观上体现在气候适应性城镇形态设计方面， 以风环境、 日照、 热岛效应等角度对城镇设计问题进行探讨； 微观上围绕气候适应性城镇空间形态设计展开研究， 其中面状空间形态主要涉及建筑群形态、 街区形态、 城市中心区空间形态、 滨河区域空间形态及居住区空间形态等， 线状空间形态主要有道路形态、 街道界面形态、 街道层峡形态等， 探讨城镇微气候与这些形态空间的关系。另外， 关于景观形态设计的研究还够不成熟， 多从美学角度进行景观设计的分析， 或纯粹从几何学角度进行空间形态分类及量化分析， 对景观形态认识不够深刻， 没有把中国传统自然哲学和以人为本思想具体应用到设计中去。

景观形态设计是一个具有物质形体， 以景观要素为设计对象， 以人为核心评价标准的相互协调的复合系统， 不仅要满足人的生理需要， 同时还应满足人的心理需求[2]。 虽然在相关学科中，对于“城市形态” “建筑形态” 的研究较多， 但在景观方面可借鉴的内容并不多见[3]。 如何将景观形态系统设计方法具体应用到现代城市发展规划中去， 是目前学术界需要研究的问题。 本文以气候舒适为设计标准， 通过对平乐镇区小气候环境的多次调研和测量， 在统计分析该区域2017—2021 年通用热气候指数UTCI 日值数据基础上，探讨竹林小镇景观形态设计的方法及策略。

1 理论基础与框架

1.1 理论基础

1) 气候舒适理论。 “气候舒适” 是以舒适的人居环境为最终设计目的的城市设计理念。 它不是一种简单的以量化来评估的生态设计方法， 而是远远超越单纯节能的层次， 是在宏观时空背景下利用当地气候条件进行生态调节和优化， 以便提高城市空间环境的综合质量， 适应居民的生理和心理特征， 满足其对环境舒适性的要求， 从而创造出健康舒适的城镇建筑环境[2]。 气候舒适评价的一个重要指标是热舒适， 热舒适是人体对周围环境在主观心理上的一个感知过程， 这个过程会受到很多因素的影响， 这些因素分为热环境参数(气温、 湿度等) 和人体参数(能量代谢率、服装热阻等)[4]， 这些参数通过数学模型以热舒适指标的形式计量人体热平衡在物理、 生理和心理上的反应， 如生理等效温度 (Physiological Equivalent Temperature， PET)、 通用热气候指数UTCI(Universal Thermal Climate Index) 等[5]。

2) 城市形态理论。 城市形态可以理解为由城市物质实体的形状(几何形状)、 空间结构(形状间的位置、 层级等关系) 和审美上的整体氛围(人们体验和感知到的城市) 所组成的一个空间系统[1]。 从尺度上可分为宏观尺度、 中观尺度和微观尺度3 个层次。 城市形态是人们生产、 建设活动在时间、 空间上不断积累的产物， 它包含了一个城市的发展史、 经济文化、 政治军事因素，同时也体现该城市人们处理自然与自身关系的无穷智慧[6]。 城市空间形态设计对于城市气候的微妙响应是基于对气候、 舒适性、 能源要求、 环境影响等与设计之间的相互关系的清醒认识和理解[7]。 一个具有“气候舒适度” 的城镇形态应当如同一栋精心设计、 融于环境的建筑， 既能够充分利用地域气候的有利优势， 又能抵御不利气候要素对人们生产生活的影响， 即在其空间内部创造出适宜人活动和生活的小气候环境。 因此， 城镇形态气候的“舒适性”， 实质就是指城镇形态与地域气候的契合， 从而形成具有“气候舒适性” 的城镇景观形态(图1)， 是城镇规划设计的基本目标之一。

图1 气候舒适性景观形态设计内容Fig.1 Contents of climatic comfort landscape form design

3) 景观形态理论。 景观形态是社会过程的产物， 是对社会的政治、 经济、 文化过程做出的系列反应。 景观形态与城市形态是不可分的， 有时作为其中的构成部分存在， 有时又与城市形态以完整统一的面貌而呈现出来[8]。 景观设计如同建筑设计一样， 本质上是一种造型活动， 即一种形态建构活动， 对环境、 社会、 技术、 文化等诸多问题的考虑最终要体现为具体的形态和空间关系。

气候舒适性景观形态设计是对城镇空间发展问题的宏观把握， 以自然与人和谐共生为基本设计原则， 以城镇气候科学为理论支撑， 以城镇空间发展的规律性、 合理性为前提， 满足景观设计的功能要求和主旨创意， 从而建构植物景观功能特征、 延续历史文化发展脉络， 达到集理想城镇、生存环境、 地方特色和优美景观为一体的设计目标。

1.2 理论框架

生态学是研究生物与环境关系的学科， 而形态学是研究生物的形式与结构、 环境之间关系的科学， 形态在环境几何空间上限定生物生存条件，在生物学领域形态学与生态学密切联系[9-10]。 城市形态学研究的基本问题是城市的形式与结构及其自然环境之间的关系， 重视环境对于形态结构生成的作用， 而气候作为城市“实体” 存在的自然环境的重要组成要素， 对于城市景观形态的生成具有“塑造” 作用[6]。 气候舒适视角下景观形态设计研究的是人与自然环境的关系， 它包括3个子系统， 即气候系统、 环境系统和人的系统(图2)。 气候系统代表自然系统里的“天”， 反映一个地区长期的气象条件； 环境系统代表“地”，即人生活的物质实体环境； 而人的系统， 即人的感知系统， 是综合评价“天” “地” 自然系统的标准。 这也是中国几千年来对自然崇拜的生态伦理观念的体现及农耕文化衍生出的对自然山水形态追求的反应[11]。

图2 气候舒适性景观形态设计中人与自然的关系Fig.2 Relationship between human and nature in climatic comfort landscape form design

2 研究尺度与影响气候的因素

2.1 研究尺度

由于下垫面各种物理因素的不同及地形的变化， 会在局部地区形成小范围的气候特点， 城镇小气候受其周围环境及内部空间环境的影响。 小气候受城镇空间构成、 下垫面材料和景观植被的影响， 除城镇规划的硬性指标外， 景观植被可用来调整城镇小气候。 小气候分为局地气候(1～10 km) 和微气候(小于1 km)[12-13]， 局地气候为城镇尺度范围， 在1～10 km 范围内可清晰呈现街区及组团详细特征及其气候特点。 微气候即建筑尺度范围， 可在卫星图上分析建筑空间排列组合及其周围绿化竹木对小气候的影响。

2.2 舒适日数

根据通用热气候指数(UTCI) 确定舒适度区间: 32 ℃以上为热区间， 0 ℃以下为冷区间， 0～32 ℃为舒适区间。 经统计， 2017—2021 年平乐镇UTCI月平均值在0～32 ℃的日数见表1。 可以看出， 春季(3、 4、 5 月) 舒适日数平均为22 d，夏季(6、 7、 8 月) 为8 d， 秋季 (9、 10、 11月) 为26 d， 冬季(12、 1、 2 月) 为30 d， 说明平乐镇夏季气候不舒适。

表1 平乐镇UTCI 在舒适区的日数Tab.1 Days of UTCI in comfort zone of Pingle Town

2.3 影响气候的因素

影响气候的因素主要有气温、 湿度、 风速、太阳辐射等， 不同的气候因素之间相互作用: 太阳辐射是主要热源， 是决定气候的主要因素， 城镇景观空间中不同的景观要素对太阳辐射的吸收与散射的程度不同， 会导致环境温度有所差异，从而形成了不同的小气候环境[14]。 城镇降水量、空间内水体的影响、 植物的覆盖率、 下垫面的透水性等对湿度均有一定程度影响， 气流的流通和空间结构布局对湿度影响较大， 如建筑、 街道的布局[12]。 通过现场考察及测量小气候温度、 湿度及风速， 分析影响平乐镇夏季气候舒适性的原因包括以下方面。

1) 空气相对湿度高， 舒适温度期望值低。 镇区空气湿度高， 在温暖气候下人们在湿度较高时比在湿度较低时期望更低的舒适温度。 因为湿度影响着人排汗的散热效率， 在湿度高的地区， 人体的皮肤湿润度较高， 汗液蒸发效率减弱， 散热能力下降从而使人感觉不舒适， 感觉舒适的中性温度较低[15]。

2) 小盆地常年静风， 小气候环境难改善。 平乐镇区地处“盆地中的盆地”， 在四川盆地气候大环境背景下， 西北有大碑山环绕， 东南有骑龙山与之呼应， 镇区“夹” 在两山中间， 形似一叶状盆地。 由于盆地常年静风， 高温、 高湿条件下空气不流通， 冷空气进不来， 热空气出不去， 局部小气候环境难以改善。 然而， 即便在静风情况下， 夏季也有少量山谷风吹入， 若能有效利用，对局地微气候的改善将起很大作用。

3) 云层条件变化大， 太阳直接辐射强烈。 湿热地区大气中水汽含量较高， 太阳直接辐射及散射辐射的强度随着云层条件而变化较大。 镇区边缘山、 水及农田分布， 在大多数时间段厚厚的云层聚集在城镇上空， 太阳散射辐射对人体热舒适影响不大。 随着经济发展， 城镇区域面积不断扩大， 镇区热岛效应突出， 尤其在晴朗无风的高温天气， 强烈的太阳辐射大大降低了人体热舒适，这也是镇区夏季气候不舒适的主要原因。 从适应性角度分析， 人们在长期的气候环境中逐渐学会协调、 忍耐[15]， 进而采取一定的适应性措施， 如建筑出挑、 宅旁绿地来满足自己的舒适感。 镇区居民夏季利用遮阳设施或特殊的建筑构造躲避炙热的太阳光照， 降温措施有门前洒水、 绿植、 空调设备等， 然而外地游客却很难适应当地湿热难耐的气候特点， 空旷无植被的大街是对游客热舒适的极大挑战。

3 基于气候舒适的平乐镇区景观形态设计

3.1 影响气候舒适的物理因素

影响平乐镇区气候舒适的物理因素有建筑密度、 开放空间和遮荫竹林3 个方面。

3.1.1 建筑密度

由于镇区建筑物密度、 高度以及下垫面粗糙程度的不同， 形成了不同的梯度风， 在通常情况下， 越接近地面风速越低。 风速衰减的幅度和范围因下垫面的不同而变化， 镇区边缘、 街道开放空间内的风速衰减较小， 建筑物密度高的街区风速明显降低， 并且随着密度的增加， 风速递减的趋势越发明显。 在建筑高度相似的街道密集区，风几乎全部掠过屋顶很少到达地面， 形成“顶棚效应”[16]， 热量无法及时排出而给人带来不适。

3.1.2 开放空间

从镇区通风角度来说， 城镇绿地、 水体开放空间与街道规则开放空间本质上没有太大区别，都提高了镇区的通风能力[2]。 但从绿地降温效果来看， 在高密度的街区空间， 地表大部分被建筑物和道路占用， 绿地对气温的影响相对会小些，但在镇区边缘靠近山坡处大片的土地可用于种植，从而大大增加了绿地面积， 该区域植物对气候的影响相对比较明显。 此外， 不同的绿色植物对镇区下垫面的温度调节效果明显不同， 在街区公共空间设计时应多栽植高大、 遮荫效果佳的竹种[2]。

3.1.3 遮荫竹林

竹林对游客最明显的影响形式是直接遮挡阳光， 降低太阳辐射。 林冠还能够减少天空中扩散的短波辐射和长波辐射。 林冠的阴影投射到地面和墙壁上， 也减少了地面和墙壁反射的太阳辐射和释放出来的长波辐射， 在炎热夏季大大减少了人体吸收的热量。 虽然高密度遮荫林冠的竹叶和竹秆在竹丛下维持一个低于周边气温的地表温度，但在一定程度上也阻碍了气流的流通， 风能够帮助身体通过通风和汗液蒸发而散热[13]。

3.2 景观形态设计思路

对于“城市形态”， 到目前为止还没有一个统一的能被普遍接受的定义[1]。 康泽恩在其重要著作«城镇平面格局分析: 诺森伯兰郡安尼克案例研究» 中完整地定义了城市形态学的研究框架和相关术语， 主要内容包括形态单元、 形态周期、形态区域、 形态框架、 地块变化周期和边缘带。康氏形态学认为， 应该从城镇的平面格局、 建筑形态和土地利用性质3 个层面来分析城镇景观。其中， 平面格局是研究城镇形态最为重要的一个层面， 它包含了3 种要素， 即街道系统、 地块划分和建筑布局[17]。

3.2.1 山水格局和建设用地

首先保证沿河景观主轴上的绿地空间。 建设用地外绿地走向顺应山水空间， 建设用地内绿化用地走向尽量垂直于毗邻的开放空间边界， 确保小范围空气交换[12]。 新建区严格控制建设用地面积， 强调建设用地间的绿化连接， 促进开放空间与建设用地间的空气流通， 景观形态空间布局应在很大程度上满足区域空气交换要求。

3.2.2 组团边界和交通组织

由于粗糙度极低、 辐射吸收与续存性能极强，道路可作为空气引导通道。 组团道路连接大型开放空间， 形成气团交换通道； 组团道路走向顺应冷空气流动方向， 且道路界面完整， 以便传导开放空间中的补偿气团[18]； 利用竹木的遮阴庇护与蒸腾作用， 实行行道树“竹木结合” 种植方式，避免道路辐射引发的空气升温， 垂直气流方向道路不宜成排种植行道树。 因河流廊道开放空间的冷空气运输作用， 滨河道路(距离水面<100 m)不宜种植高大竹木， 以免阻碍从河流方向吹来的冷空气， 且应留有一定种植间距。

3.2.3 建筑形态及其开放空间

开放空间是最重要的冷空气运动承载区域。由于建筑密度过大， 居住区组团(150 m × 150 m)内设置核心开放空间(30 m × 30 m)， 预留一定空气交换区域， 顺应通风要求， 确保小范围区域空气流通。 同时普及屋顶绿化与立面绿化， 设置新建的公共与私人绿化， 提升绿化设施的降温与导风效率， 科学组织绿化网络， 实现冷空气运动距离与降温效率最大化。

3.3 景观形态设计策略

3.3.1 形成景观形态空间格局， 科学处理农田和建设用地的关系

镇区现有建设用地沿河分布且主要集中在白沫江南岸至绕场路区域。 从总体规划来看， 新老城区的形态承接关系主要表现为中部外延型扩展、南北部隔离型扩展[2]。 北岸居住片区新老区域连接处适当予以人工“绿带” 的空间间隔， 且有倒灌堰的“蓝带” 和道路导风作用， 起到良好的生态斑块效果。 南北部飞地型扩展模式突破主城区范围向外扩张， 呈现出分散状态， 能有效改善原来层层叠加模式下的城镇建筑环境。 在城镇发展新区和老镇区之间留出足够的农田， 形成“绿楔”， 以利于生态平衡， 同时可将乡村湿冷空气通过楔形绿地和开放空间输入镇区。

3.3.2 构建有机分散的绿地空间布局， 强化绿地景观的整体连续性

道路绿化遮阴虽降低了地面温度， 但周边气温对人体散热影响也很大， 空气温度和湿度不会因为一棵树的影响而得到较大变化。 大型绿地(150 m × 150 m) 是新鲜空气与冷空气生成区域， 不仅能将绿色廊道“粘连” 起来， 还能促进空气流通。 成片的绿地与临近建筑物密集区之间因温度升降速度不一， 可出现速度达1 m/s 的局地风。 但植被的冷却作用通常只向建筑街区内延伸200～400 m 的距离， 小规模的、均匀分布的开放空间比少量大规模的集中绿地具有更好的冷却作用[2]。 小型绿地 (50 m ×50 m) 主要分布在绿色廊道的入口、 拐角及重要节点处， 被绿色廊道串联起来。 它的作用为引导空气进入建筑物和开放空间， 小型绿地以小公园的形式作为大型绿地的补充， 共同形成具有高连接度的绿地空间布局。

3.3.3 合理优化建筑及其开放空间， 创造绿色网状开放空间系统

对居住区组团临路建筑(2～3 层) 进行立面绿化， 形成“绿道”。 将“开放空间” 作为“绿色嵌块” 分布于各自相应规模的组团中心， 并用“绿道” 将各“嵌块” 联系起来， 基本呈现出向心模式。 这种多点分散布局的模式有利于形成“网状结构”， 在建筑密集区比单独一个大型开放空间具有更好地降温通风效果[2]。 适当增加广场绿化与街头绿地、 多层建筑庭院空间绿地面积，改善镇区下垫面热辐射状况、 提高绿色开放空间面积， 结合遮阴竹木， 减少周围环境对人体的反射辐射。 在城镇新建区域， 一次性预留足够面积的系统化、 网络化的开放空间； 而在老城区则采用“渐进疏导， 见缝补绿” 的方针， 不断提高镇区“绿质” 和补充镇区“绿量”[2]。

4 结束语

产镇不融合严重制约小城镇产业发展的多样性与人居环境建设的完善性， 是特色小城镇建设面临的突出问题[19]。 中国城镇化率即使达到80%， 仍有3 亿左右人生活在农村[20]。 探索竹林小镇文旅融合绿色发展途径， 是风景园林学科的重要使命。 平乐镇具备良好的竹林生长气候条件和悠久的历史文化底蕴， 作为“茶马古道” 的乡村与城市聚集地， 镇区人口众多， 河网密布。 伴随着城镇化发展带来的人居环境的破坏， 原有景观肌理的丧失， 亟需从人与自然和谐共生的角度解决竹林小镇绿色发展问题。 本文针对镇区夏季不舒适气候因素， 结合城市形态学设计思想， 提出景观形态设计思路， 形成景观形态空间格局和景观形态绿地布局结构体系。 策略上利用“绿带” 和“蓝带” 科学处理农田与建设用地的关系， 利用大、 小型绿地强化景观的整体连续性，与居住区组团开放空间共同形成绿色网状开放空间系统。 通过研究竹林小镇气候舒适性景观形态设计， 不仅解决了镇区小气候问题， 改善当地居民居住环境， 提升居民生活品质， 而且还能激活区域文化， 重塑地方特色， 增强旅游竞争力， 为我国城乡绿色发展背景下的风景营造提供设计思路和对策。