以热环境优化为目标的控制性详细规划编制技术★

王 频 罗瑜斌

(东莞理工学院，广东 东莞 523000)



·规划·建筑·

以热环境优化为目标的控制性详细规划编制技术★

王 频 罗瑜斌

(东莞理工学院，广东 东莞 523000)

通过分析控制性详细规划传统指标与热环境影响因子的关系，在建筑密度、容积率和绿地率等指标的基础上，提出天空角系数、不透水率、绿化覆盖率等热环境评估补充指标，并运用计算机数值模拟方法DUTE和Fluent，模拟限定条件下的容积率奖励案例对近地面风场、温度场的影响，直观地展示容积率奖励机制在热环境控制方面的价值，为控规编制技术提供新的思路。

热环境，控制性详细规划，评估指标，容积率奖励

1 概述

城市规划编制办法指出编制城市规划要体现资源节约、环境友好的原则。控制性详细规划是我国规划体系中承上启下的关键性层次。传统控规并无直接反映城市热环境控制的具体要求，其编制技术有扩展和完善的空间。随着城市发展，城市被人工下垫面不断地填充，空间形态发生巨大的变化，不透水面积比例、街道高宽比和表面粗糙度的失控[1]加剧了城市热环境的恶化。控规是城市建设行为的直接依据，影响着城市热环境的控制。一些研究从城市生态与气候角度出发，对控规编制提出了新的要求[2]。

将热环境优化的目标分解到控规指标中，探析以热环境优化为目标的控规指标，寻求降低城市热岛强度的有效途径，为控规编制方法提供新的思路，这是本文的主要研究目的。

2 城市热环境的影响因素

影响城市热环境的因素中，人为控制因素分为空间几何因素、下垫面物性因素和人为排热因素三类[3]。空间几何形态既影响太阳辐射吸收与长波辐射散热，也影响风速和对流换热，进而影响温度场；下垫面物性主要通过下垫面对太阳辐射的吸收、反射及蒸腾散热影响温度场；人为排热主要通过热交换作用对空气起增温作用。

城市热环境研究的空间尺度主要包括城市尺度、街区尺度等。后者研究成果适用于控规、城市设计等阶段，研究侧重空间几何与下垫面物性对热环境的影响，影响因子包括：

1)空间几何因素。

建筑高度[4]，容积率[5]，首层架空率[6]，建筑密度[7]，建筑面积[8]，墙体面积[9]，天空角系数[10]，高宽比[12]等；

2)下垫面物性因素。

水体面积比[4]，绿地率[6]，郁闭度[8]，不透水率[9]，反射率[9]，绿化覆盖率[11]等。

从上述研究成果看，要完整评估街区或地块的室外热环境，影响因子需涵盖几部分内容：建筑实体的一维(如建筑密度)与多维形态(如容积率与建筑高度)、开敞场地的一维(如空地率)与多维形态(如天空角系数)、开敞场地的一维(如绿地率与水体面积比)与多维属性(如绿色容积率)。

3 基于热环境控制的控规评估指标

传统控规与热环境主要影响因子重合的指标包括：建筑密度、容积率和绿地率。不过，仅靠三个指标进行热环境控制是不够的，还缺少反映开敞场地多维形态和属性等相关指标。

经过比较，初步提出热环境评估补充指标，包括天空角系数、不透水率、绿化覆盖率，分别反映开敞场地的多维形态、开敞场地的一维属性和多维属性。评估指标及对热环境的影响如表1所示。

表1 评估指标及对热环境的影响

4 以热环境优化为目标的容积率奖励机制

容积率奖励机制鼓励开发者增加公共服务以获得容积率奖励，为公众争取更多开放休闲场地[13]。容积率提高主要有提高建筑密度和增加建筑高度两种方式，均导致天空角系数减小，会导致日间气温降低，夜间气温升高。增加的公众活动场地主要有不透水地面、透水地面和绿地三种形式，后两者能对近地面温升起较好的抑制作用。

因此，若以热环境优化作为规划控制目标，在利用容积率奖励机制进行规划引导时，应限定在热环境控制重点为日间的地段，且限定公众活动场地的属性。

4.1 案例模拟及分析

为了更直观了解容积率奖励机制在热环境控制方面的价值，本文通过计算机数值模拟软件模拟限定条件下的容积率奖励案例。首先建立基本工况basic-0：设定模拟对象为尺寸200 m×200 m的商务办公地块，内有三座高60 m的建筑且无绿地，容积率为3.47。接着建立对比工况bonus-1，bonus-2：bonus-1增加5 000 m2绿地，建筑提高至80 m，容积率升至4.63；bonus-2增加10 000 m2绿地，建筑提高至100 m，容积率升至5.79(见图1)。

运用集总参数模型DUTE对工况近地面气温与热岛强度进行计算，运用分布参数模型Fluent对工况日间高温时段的风场和温度场进行计算。计算地点为广州，时间为7月21日。模型内边界条件的设置等参考相关资料[14]。

从模拟结果看，容积率通过影响阴影率和太阳辐射吸收量而影响温升状况(见图2)，还改变建筑物周边风速大小。从图3，表2可以看出，增加建筑高度增大了楼宇间风速，气温也有所降低。同时，增加绿地的蒸腾散热作用也起到降温效果。从行人高度模拟结果看，提高容积率、增加绿地面积确实能够对近地面热环境的改善起一定作用。

表2 各工况模拟结果对比 ℃

4.2 适用条件总结

从热环境控制角度看，容积率奖励机制适用于白天活动量较大的公建用地，尤其是以商业商务办公等城市地段；奖励条件是建设透水地面为主的公众活动场地，尤其推荐绿色容积率较大的绿地场地；奖励措施是通过适当提高建筑高度(而非大幅增加建筑密度)提高地块容积率。另外，奖励的比例和上限需要根据当地实际情况，与人口容量、空间环境等协调。

5 结语

本文在建筑密度、容积率和绿地率三个指标的基础上，提出天空角系数、不透水率、绿化覆盖率作为补充评估指标，接着运用数值模拟方法模拟限定条件下的容积率奖励案例对近地面风场、温度场的影响，直观展示容积率奖励机制在热环境控制方面的价值，为控规编制技术提供新的思路。

[1] Oke T R.Towards better scientific communication in urban climate[J].Theoretical and applied climatology，2006,84(1-3):179-190.

[2] 周银波,黄耀志.以低碳化城乡建设发展为目标的控规指标体系探析[J].现代城市研究,2011(7):77-81.

[3] Mirzaei P A,Haghighat F.Approaches to study urban heat island-abilities and limitations[J].Building and Environment,2010,45(10):2192-2201.

[4] Bottyán Z,Unger J.A multiple linear statistical model for estimating the mean maximum urban heat island[J].Theoretical and applied climatology,2003,75(3):233-243.

[5] Zhao C,Fu G,Liu X,et al.Urban planning indicators,morphology and climate indicators:A case study for a north-south transect of Beijing,China[J].Building and Environment,2011,46(5):1174-1183.

[6] 李 琼.湿热地区组团规划设计对室外微气候的影响[D].广州:华南理工大学,2009.

[7] Kubota T,Miura M,Tominaga Y,et al.Wind tunnel tests on the relationship between building density and pedestrian-level wind velocity:Development of guidelines for realizing acceptable wind environment in residential neighborhoods[J].Building and Environment,2008,43(10):1699-1708.

[8] Hart M A,Sailor D J.Quantifying the influence of land-use and surface characteristics on spatial variability in the urban heat island[J].Theoretical and applied climatology,2009,95(3):397-406.

[9] Wong N H,Jusuf S K,Syafii N I,et al.Evaluation of the impact of the surrounding urban morphology on building energy consumption[J].Solar Energy,2011,85(1):57-71.

[10] Chen L,Ng E,An X,et al.Sky view factor analysis of street canyons and its implications for daytime intra-urban air temperature differentials in high-rise,high-density urban areas of Hong Kong:a GIS-based simulation approach[J].International Journal of Climatology,2012,32(1):121-136.

[11] Shashua-Bar L,Hoffman M E,Tzamir Y.Integrated thermal effects of generic built forms and vegetation on the UCL microclimate[J].Building and Environment,2006,41(3):343-354.

[12] Deb C,Ramachandraiah A.A simple technique to classify urban locations with respect to human thermal comfort:Proposing the HXG scale[J].Building and Environment,2011,46(6):1321-1328.

[13] 张 姣.控制性详细规划编制中容积率奖励机制研究[D].北京:北京工业大学，2009.

[14] 陆 莎.基于集总参数法的室外热环境设计方法研究[D].广州:华南理工大学，2012.

2016-06-13

王 频(1986- )，女，博士，讲师

1009-6825(2016)24-0001-03

TU984

A

★：东莞理工学院博士科研启动基金(项目编号：ZJe20151204)；广东省自然科学基金(项目编号：2016A030313132)