【PD】攀枝花市民商务办公区城市设计的气候适应性探讨

Original 2017-03-15 李和平章征涛等 规划师杂志

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导语

作者重庆大学建筑城规学院教授、博士生导师、副院长，并任职于山地城镇建设与新技术教育部重点实验室李和平，广东省珠海市规划设计研究院章征涛，重庆大学建筑城规学院博士研究生杨宁在《规划师》2017年第1期撰文，文章将气候适应性理论引入城市设计中，提出山地城市设计应突出地方特点和环境特征，不仅要考虑气候因素的影响，还要厘清山地地形与气候因素之间的相互关系。通过攀枝花市民商务办公区的实践，文章从城市选址、城市空间布局、街道和开敞空间营造以及建筑设计、材料处理和色彩选择四个方面详细阐述了干热气候与山地地形两个要素相互作用下的城市设计策略。

[ 关键词 ]气候适应性；干热地区；山地城市；攀枝花

[ 文章编号]1006-0022(2017)01-0099-06

[ 中图分类号]TU984

[ 文献标识码]B

[ 引文格式 ]李和平，章征涛，杨宁．攀枝花市民商务办公区城市设计的气候适应性探讨 [J]．规划师，2017(1)：99-104．

一 干热地区气候特征及其城市设计策略

（一）气候特征

干热地区具有湿度低、夏季高温、太阳辐射强烈和昼夜温差大的特点。在地理区位上，主要分布于亚洲中部、西部和中东部，非洲北部，南美洲以及澳大利亚中部和西北部。我国的新疆吐鲁番盆地地区、川西攀枝花地区、川东长江谷地、云南元江谷地及海南岛西部的部分地区都属于这一气候区。相比其他气候区域(湿热、寒冷和冬冷夏热地区)，干热地区夏季的气候严峻，冬季的气候相对舒适，因此在进行城市设计时，应以夏季室内温度最小化和舒适度最大化为目标。如此一来，如何处理夏季高热、干燥对城市舒适度的影响，成为干热地区城市规划和建筑设计的关键。

（二）城市设计策略

城市的形态与轮廓，建筑群的形状、高度和体量，街道与建筑的朝向以及城市开敞空间都会对城市气候产生一定的影响。在一定程度上，人工环境都会影响并改变其周围的气候环境。由于人工环境可以通过规划设计进行调整，因此设计可通过对空间要素的把控来改善城市或局部区域微气候，从而提升居民室内和室外的舒适感，降低建筑在应对不同气候地区影响时的能耗。

在以往对干热地区城市布局和地域性民居的总结与提炼过程中，已经形成了较完善的干热地区城市设计策略，涵盖了宏观、中观和微观三个层面，包括城市选址，城市空间布局，街道和开敞空间营造，建筑设计、材料处理和色彩选择四个方面。

城市选址

干热地区的城市或居住区在选址时，应该寻找夏季气温较低，且通风情况(特别是夜间通风情况)较好的位置。一方面，城市空间布局可以结合水体，形成风廊，提高空气湿度，降低环境温度。另一方面，在一定范围内，不同区域的温度和风力环境存在较大差异，当城市或居住区选址在较高的海拔和山体迎风面时，相较选址在其他区域能获取更好的通风效果。

城市空间布局

干热地区的城市建成区密度越高，反而有利于提升室外和室内的舒适度。因此，在空间布局方面可以采用高密集型、紧凑式的结构形态，虽然建筑之间和建筑周边的开敞空间会缩小，但是建筑之间的相互遮阳效果得到了加强。如此一来，可在保证通风的同时，通过强化阴影空间来弱化热辐射对城市和公共空间的影响。

为了强化空间布局的紧凑性，一些重点区域及建筑采用地下和半地下的建设方式，而不是向高层建筑发展，这也是干热地区传统城市布局的一个典型特征。例如，在人口稠密的城市中心区，建设地下和半地下的商业建筑，以及与之相配套的活动空间，利用地下廊道和院落，营造出网络状、多节点的步行系统和公共空间。

街道和开敞空间营造

相对于车行交通而言，街道更加注重人行公共空间，同时也更容易受到干热地区的热辐射影响。因此，对街道遮阳的设计成为整个城市设计的关键。基于此，设计宜采用狭窄的街道、稠密的路网，并缩短街道两侧建筑物的间距，增加阴影面积，以实现街道遮阳。例如，喀什、突尼斯城等传统干热城市通常会采用密集的街巷格局—道路狭窄，蜿蜒曲折，路网错综复杂，除贯通的主要街道外，大部分为尽端式或“丁”字形，同时运用独特的建设细部设计(骑楼和遮阳篷等)，或是种植树木，为街道遮阳。此外，街道的朝向也是影响遮阳的重要因素，从太阳光角度看，呈对角线朝向的街道格局，如东北—西南和西北—东南朝向的街道，具有夏凉冬暖的优点。

开敞空间作为人流量大、便于活动的区域，主要承载了城市商业、休闲等功能。因此，在开敞空间的营造上，应避免过大的空间开放，构建对外封闭、对内开敞的空间形式，形成“有阴影的室外或半室外空间”，以适应干热地区的气候。例如，西班牙阿尔罕布拉宫的设计采用了围合、有遮阳的庭院和喷水池，一方面解决了开敞空间的遮阳问题，另一方面结合水体形成湿润环境，提升了室外环境的舒适度。

此外，地下和半地下空间也可作为干热地区的公共空间，设计可结合地形条件，在公共建筑和商业建筑中布置这两类空间，既可以营造商业氛围，也可以使行人获得更多停留空间。

建筑设计、材料处理和色彩选择

为了便于街道和公共空间的遮阳，干热地区的建筑设计常常采用挑出的屋顶，或是由底层沿道路边缘退线的形式。在建筑自身的遮阳降温方面，可以借鉴柯里亚提出的“管式住宅”和新疆传统民居“阿以旺”等建筑形式，在外墙减少开窗，通过内院或部分屋顶架空的形式达到减少太阳辐射面积、加快通风的目的。例如，在喀什传统街区中，由于建筑高度相当，街道狭窄、密集，通风主要依赖于屋顶，室内外风压不同，建筑内院和架空层成为重要的“拔”风口，这对改善建成环境的微气候效果明显。这种建筑设计的遮阳和通风方式也同样适合街道与公共空间的营造。

在材料的处理上，由于干热地区夏天的日照强度高，建造厚重的外墙是干热地区有效的隔热措施和节能手段。例如，中东、地中海等地区传统民居的外墙厚度多为 0.5 ～ 0.7m，我国的攀西民居则采用“多实少虚”的墙体和开窗设计。

在色彩的选择上，设计主要针对干热地区的气候特征，多采用浅色色调，如黄色、浅黄色和砂土色等，能明显减少建筑对太阳辐射的吸收，使建筑的温度低于周边环境。

二 山地地形对干热气候城市设计的影响

干热地区的山地城市不仅需要注重气候维度的规划设计和建筑特色的引导，还需要考虑地形因素，以及气候与地形之间的互动关系。地形的构造及海拔高程对用地的日照、温度、湿度、风向、噪声和污染物质在大气中的传播影响以及城市周围的地方性环境卫生状况有决定性作用。

山地地形与干热地区城市气候的关系主要表现在以下三个方面：①山地地形与太阳辐射有直接关系，即城市或局部区域的选址是否恰当与建筑获得的太阳辐射的多少紧密相关。山地地理方位、坡度、标高与太阳直接辐射存在很强的相关性，地面各处的太阳辐射量呈现出明显的差异。当城市选址在山地阳坡时，相较于选址在背坡，建筑受到的热辐射量更高。②山地地形与风环境有直接关系，即地形要素可以影响通风效果。起伏变化的地形能够明显改变大气总循环的方向，从而影响城市风环境，形成局部地形风。在山体与河流之间，由于冷热空气的循环流动，易形成昼夜反向的河谷风。而在干热地区，城市空间布局的高度关系、廊道预留都会对风环境产生影响。③山地地形与遮阳效果有直接关系。山地地形与平地环境不同，一方面山地易于通过坡向关系形成背光面，达到遮阳效果；另一方面山地在空间布局与建筑设计上容易形成地下和半地下空间，在干热地区有利于达到遮阳和空间紧凑的目的，从而调节微气候。

换言之，基于干热气候与山地地形两个要素相互作用而形成的城市设计策略，能最大程度地降低干热气候对城市的影响。

三 攀枝花市民商务办公区城市设计案例

攀枝花位于四川省西南角川滇交界处，位于东经101°08′～102°15′，北纬26°05′～27°21′，为南亚热带半干旱气候(干热河谷气候)，四季不明显而干湿季分明；自然植被保存情况较差，大部分为干热河谷的次生植被类型。该地区太阳辐射强烈，高温持久，年降雨量小且蒸发快而强，昼夜温差悬殊，常受热风侵袭。同时，攀枝花沿金沙江两岸分布，具有典型的高山峡谷地形特征，金沙江两岸地势狭窄，地形起伏较大，沟谷纵横的地形条件构成了攀枝花的自然特色。

规划区位于攀枝花花城新区核心区域，是由炳仁路、阳光大道和花城大道穿越、围合所形成的区域，总面积为 106hm²。该区域作为攀枝花花城新区的城市中心和高新产业配套服务区，上位规划将其定位为花城新区的门户形象空间，以公共服务为主要功能，打造集高品质行政文教、商务办公、休闲娱乐、居住及配套于一体的城市复合片区 ( 图 1)。

规划区内的地形高差起伏较大，最高高程和最低高程都位于场地西南部，分别为1292m和1120m，最大高程差为172m。其中场地中部为低洼地区，是两山交汇处的雨水冲沟区域，高程为1162m( 图 2)。基于上述分析，本次设计主要围绕气候适应性和山地城市两个要素，形成了干热地区的山地城市设计策略。

（一）优化山地空间布局，营造良好气候环境

结合地形调控微气候

设计以环境工程学为指导，在空间立体化设计上，通过滨水区的开发，诱导形成河谷风，以缓解城市热岛效应，从整体上建立起城市的自然调控系统，改善城市微气候状况。但就中、微观层面的城市设计而言，对中小地形的处理包含在大地形的架构当中会对城市或者区域的微环境产生影响，如局部滨水空间的营造，或者垂直于河岸、掠过坡面的梯道处理都会对微观层面的气候环境产生影响。因此，设计基于攀枝花的气候特征，充分利用地形，制造小地形，以达到调控微气候、降温和遮阳的目的。

此外，干热地区的水资源可提供有益的水汽蒸发，有效提高空气湿度，降低环境温度，对调控城市气候具有重要作用。因此，设计深入研究了场地内的汇水情况，结合用地布局，充分利用场地中两山交汇处雨水冲沟所形成的低洼区域，调整现有场地内的水系，并与场地内其他汇水合并，在场地中心形成较大的人工景观水体，解决了低洼用地开发与场地汇水之间的矛盾(图3)。同时，人工景观水体在片区中不仅能调节宏观气候，形成风廊、增加湿度、降低温度，还能发挥其作为片区生态斑块的生态作用，对改善区域整体景观、丰富居民生活有重要意义。

顺应山势强化城市风环境

山地地形对气流的影响要远比平原地形对气流的影响大，地形对主导风向与风速的影响往往是山地城市设计需重点考虑的问题。干热地区的城市设计通常强调选址和空间布局与城市主导风向的关系，以获取良好的通风效果。而在山地地形的影响下，干热地区的城市设计应积极寻求干热气候适应性，充分利用地形、顺应地势进行空间布局，以达到强化城市风廊、减少高温影响的目的。

设计在满足城市功能需求的前提下，在空间布局上着重于营造和强化局部风环境。由于山地地形能够改变大气总循环中近地气层方向，并且可叠合坡态温差变化形成基于地形的风循环，最终形成局部地形风。因此，在空间布局方面，设计主要从剖面和平面两个方向展开布局。在商业片区(剖面)的布局上，建筑顺应山势进行布局，高度依次增高，并结合中部景观水体，营造垂直于河岸、掠过坡面、昼夜方向相反的河谷风环境；在平面布局上，建筑按照风向，进行由疏至密的布局，建筑体量由大到小，以引导河谷风。此外，在垂直等高线方向，设计沿山体自上而下预留出多个绿色通道或步行空间，根据风压特点，形成多个垂直于等高线的风廊，对整个片区进行调温加湿 ( 图 4)。

（二）结合山地地形环境，营造舒适公共空间

运用地下和半地下空间增加公共空间

干热地区建筑为适应其气候特征，往往采用小体量、紧密模式进行布局，如喀什老城区的建筑呈现出密集的院落式形态，通过建筑群体关系相互遮挡，形成更多阴影，降低了建筑曝露在阳光下的面积，减弱了太阳辐射导致的升温效应，创造了良好的人工环境。而山地城市的地形优势则有助于降低太阳对建筑的辐射，在土地利用与开发中充分利用地下和半地下空间，创造出低热且具有很好遮阳效果的环境，加之干热地区本身干燥的气候特点，使这些地下空间避免了潮湿和排水问题的困扰。例如，柯里亚便在巴哈莱特·巴哈汶艺术中心的设计中，利用自然地形建造了一系列的平台花园和下沉庭院，形成了温湿度宜人的半地下空间。

设计一方面遵循干热地区传统建筑院落思想与紧密布局的特点，在行政中心片区采用多个套院的布局方式，降低太阳辐射；另一方面结合山地地形，利用高差变化所形成的地下和半地下空间，在商业和商务办公片区内布置相应的功能性空间、公共活动空间及片区间连接性空间，为联系地面的不同功能分区提供了舒适的交通环境，也有利于引导地下空间的凉气来调节地面建筑物的室内热环境。需特别指出的是，在西南片区的设计中，考虑到场地沿花城大道向炳仁路由高至低存在30m的高差，设计在布局时通过建造台阶、步道及下沉庭院等地下和半地下的空间组织，形成了一个自然的微气候调节综合体，为人们提供了阴凉的活动空间。地下空间开口方向与中心水系相连接，通过地上、地下空间的气温差来加速空气流动，结合中心水系产生的空气湿度，形成天然的通风系统，有效解决了遮阳和降温问题(图5)。

紧凑街道布局，提升步行环境

设计遵循土地利用中的分台思路，通过垂直和平行等高线的方式营造具有阴影与围合的步行环境。在东南侧片区的设计中，沿炳仁路至阳光大道由低至高存在50m的高差，设计考虑到该片区的商业功能，结合商业空间的功能性要求，采用平行等高线的模式对商业功能进行布局。在高差处理上，设计通过细化地形分台方式，使建筑形成层层跌落的关系，并沿垂直等高线方向形成多个狭窄的竖向步行梯道，结合平行等高线布局的商业功能形成对外封闭、对内开敞，具有较好遮阳效果的下沉庭院和商业步行街区。此外，在营造步行街区时，设计注意街道朝向对遮阳的影响，多构造东北—西南和西北—东南朝向的街道，从而避免阳光对行人的曝晒 ( 图 6)。

（三）结合山地建筑布局，调节建筑微环境

利用台院元素构造建筑基本骨架

对干热地区的山地城市而言，虽然气候因素对城市设计的影响至深，但是山地建筑在利用地形进行设计时可以与气候适应性相结合，从而降低热辐射的影响，即结合地形采用“占天不占地”的山地建筑布局原则，通过错(前后，上下)、分(化整为零，分层入口)、合(集零为整)等方式，减少建筑的接地面积来适应地形的变化，并在此基础上考虑建筑的遮阳要求。为解决坡度较陡和地形复杂的问题，设计在片区中心和西南侧建筑的处理上采用退台方式。同时，采用台院和下沉庭院方式，结合平台布置屋顶绿化，减少裸露的屋顶面积，以植物遮阳降低屋顶受热。这种由平台绿化和院落形成的层层叠叠布局，既有利于片区微气候的营造，又达到了展示城市形象的目的 ( 图 7)。

运用地域建筑要素，改善建筑微环境

设计基于气候适应性的特征，在建筑设计、材料处理和色彩选择，以及相应构件要素的运用上，都遵循着地域建筑的规律。在具体的建筑布局中，设计采用套院的形式，充分利用风、光、水等自然能源；在建筑色彩的选择方面，主色调采用高明度、低饱和度的中性色，营造稳重坚实、雅致含蓄、庄重典雅的总体气氛；在建筑材料和构件要素的运用方面，建筑材料以石材为主，特别是高层建筑和行政建筑，不推荐使用玻璃幕墙，而倾向于选择石材，并着重考虑遮阳构件要素，如多层、轻质的遮阳隔板外墙(图8)。同时，在建筑布局上采用导风遮阳，通过局部架空、构建空中花园和立体绿化系统等多种手段，最大限度地节约自然资源和能源，降低建设费用和后续运营成本，从多角度实现生态环保，建设低碳建筑。此外，建筑形象也根据其自身的功能和特色进行区分，以体现标志性。