氣候舒適視角下竹林小鎮景觀形態設計
——以四川省邛崍市平樂鎮區為例

范璐璐 陳其兵 張 帆

(四川農業大學 成都 611130)

2018 年2 月習近平總書記來川視察時指出，要因地制宜發展竹產業， 讓竹林成為四川美麗鄉村的一道風景線。 為貫徹落實習近平總書記的重要講話精神， 四川省委、 省政府印發了?關于推進竹產業高質量發展建設美麗鄉村竹林風景線的意見?， 提出到2022 年建成竹林小鎮30 個。 2021年邛崍市平樂鎮獲評四川第2 批省級竹林小鎮。平樂鎮位于四川省成都市西南的邛崍市境內， 距成都市93 km、 邛崍市18 km， 其城鎮發展區域主要是包括平樂古鎮、 天臺山國家4A 級旅游景區在內的883.8 km 范圍， 為平樂城鎮規劃區， 即平樂鎮區。

因國情和文化的不同， 西方的形態類型學在中國面臨著本土化的問題。 眾多學者在學習和借鑒的基礎上， 開始探討適合中國實際的城鎮形態分析理論與研究框架[1]。 通過梳理相關文獻發現，國內對氣候舒適形態設計的研究分為2 個層面:宏觀上體現在氣候適應性城鎮形態設計方面， 以風環境、 日照、 熱島效應等角度對城鎮設計問題進行探討； 微觀上圍繞氣候適應性城鎮空間形態設計展開研究， 其中面狀空間形態主要涉及建筑群形態、 街區形態、 城市中心區空間形態、 濱河區域空間形態及居住區空間形態等， 線狀空間形態主要有道路形態、 街道界面形態、 街道層峽形態等， 探討城鎮微氣候與這些形態空間的關系。另外， 關于景觀形態設計的研究還夠不成熟， 多從美學角度進行景觀設計的分析， 或純粹從幾何學角度進行空間形態分類及量化分析， 對景觀形態認識不夠深刻， 沒有把中國傳統自然哲學和以人為本思想具體應用到設計中去。

景觀形態設計是一個具有物質形體， 以景觀要素為設計對象， 以人為核心評價標準的相互協調的復合系統， 不僅要滿足人的生理需要， 同時還應滿足人的心理需求[2]。 雖然在相關學科中，對于“城市形態” “建筑形態” 的研究較多， 但在景觀方面可借鑒的內容并不多見[3]。 如何將景觀形態系統設計方法具體應用到現代城市發展規劃中去， 是目前學術界需要研究的問題。 本文以氣候舒適為設計標準， 通過對平樂鎮區小氣候環境的多次調研和測量， 在統計分析該區域2017—2021 年通用熱氣候指數UTCI 日值數據基礎上，探討竹林小鎮景觀形態設計的方法及策略。

1 理論基礎與框架

1.1 理論基礎

1) 氣候舒適理論。 “氣候舒適” 是以舒適的人居環境為最終設計目的的城市設計理念。 它不是一種簡單的以量化來評估的生態設計方法， 而是遠遠超越單純節能的層次， 是在宏觀時空背景下利用當地氣候條件進行生態調節和優化， 以便提高城市空間環境的綜合質量， 適應居民的生理和心理特征， 滿足其對環境舒適性的要求， 從而創造出健康舒適的城鎮建筑環境[2]。 氣候舒適評價的一個重要指標是熱舒適， 熱舒適是人體對周圍環境在主觀心理上的一個感知過程， 這個過程會受到很多因素的影響， 這些因素分為熱環境參數(氣溫、 濕度等) 和人體參數(能量代謝率、服裝熱阻等)[4]， 這些參數通過數學模型以熱舒適指標的形式計量人體熱平衡在物理、 生理和心理上的反應， 如生理等效溫度 (Physiological Equivalent Temperature， PET)、 通用熱氣候指數UTCI(Universal Thermal Climate Index) 等[5]。

2) 城市形態理論。 城市形態可以理解為由城市物質實體的形狀(幾何形狀)、 空間結構(形狀間的位置、 層級等關系) 和審美上的整體氛圍(人們體驗和感知到的城市) 所組成的一個空間系統[1]。 從尺度上可分為宏觀尺度、 中觀尺度和微觀尺度3 個層次。 城市形態是人們生產、 建設活動在時間、 空間上不斷積累的產物， 它包含了一個城市的發展史、 經濟文化、 政治軍事因素，同時也體現該城市人們處理自然與自身關系的無窮智慧[6]。 城市空間形態設計對于城市氣候的微妙響應是基于對氣候、 舒適性、 能源要求、 環境影響等與設計之間的相互關系的清醒認識和理解[7]。 一個具有“氣候舒適度” 的城鎮形態應當如同一棟精心設計、 融于環境的建筑， 既能夠充分利用地域氣候的有利優勢， 又能抵御不利氣候要素對人們生產生活的影響， 即在其空間內部創造出適宜人活動和生活的小氣候環境。 因此， 城鎮形態氣候的“舒適性”， 實質就是指城鎮形態與地域氣候的契合， 從而形成具有“氣候舒適性” 的城鎮景觀形態(圖1)， 是城鎮規劃設計的基本目標之一。

圖1 氣候舒適性景觀形態設計內容Fig.1 Contents of climatic comfort landscape form design

3) 景觀形態理論。 景觀形態是社會過程的產物， 是對社會的政治、 經濟、 文化過程做出的系列反應。 景觀形態與城市形態是不可分的， 有時作為其中的構成部分存在， 有時又與城市形態以完整統一的面貌而呈現出來[8]。 景觀設計如同建筑設計一樣， 本質上是一種造型活動， 即一種形態建構活動， 對環境、 社會、 技術、 文化等諸多問題的考慮最終要體現為具體的形態和空間關系。

氣候舒適性景觀形態設計是對城鎮空間發展問題的宏觀把握， 以自然與人和諧共生為基本設計原則， 以城鎮氣候科學為理論支撐， 以城鎮空間發展的規律性、 合理性為前提， 滿足景觀設計的功能要求和主旨創意， 從而建構植物景觀功能特征、 延續歷史文化發展脈絡， 達到集理想城鎮、生存環境、 地方特色和優美景觀為一體的設計目標。

1.2 理論框架

生態學是研究生物與環境關系的學科， 而形態學是研究生物的形式與結構、 環境之間關系的科學， 形態在環境幾何空間上限定生物生存條件，在生物學領域形態學與生態學密切聯系[9-10]。 城市形態學研究的基本問題是城市的形式與結構及其自然環境之間的關系， 重視環境對于形態結構生成的作用， 而氣候作為城市“實體” 存在的自然環境的重要組成要素， 對于城市景觀形態的生成具有“塑造” 作用[6]。 氣候舒適視角下景觀形態設計研究的是人與自然環境的關系， 它包括3個子系統， 即氣候系統、 環境系統和人的系統(圖2)。 氣候系統代表自然系統里的“天”， 反映一個地區長期的氣象條件； 環境系統代表“地”，即人生活的物質實體環境； 而人的系統， 即人的感知系統， 是綜合評價“天” “地” 自然系統的標準。 這也是中國幾千年來對自然崇拜的生態倫理觀念的體現及農耕文化衍生出的對自然山水形態追求的反應[11]。

圖2 氣候舒適性景觀形態設計中人與自然的關系Fig.2 Relationship between human and nature in climatic comfort landscape form design

2 研究尺度與影響氣候的因素

2.1 研究尺度

由于下墊面各種物理因素的不同及地形的變化， 會在局部地區形成小范圍的氣候特點， 城鎮小氣候受其周圍環境及內部空間環境的影響。 小氣候受城鎮空間構成、 下墊面材料和景觀植被的影響， 除城鎮規劃的硬性指標外， 景觀植被可用來調整城鎮小氣候。 小氣候分為局地氣候(1～10 km) 和微氣候(小于1 km)[12-13]， 局地氣候為城鎮尺度范圍， 在1～10 km 范圍內可清晰呈現街區及組團詳細特征及其氣候特點。 微氣候即建筑尺度范圍， 可在衛星圖上分析建筑空間排列組合及其周圍綠化竹木對小氣候的影響。

2.2 舒適日數

根據通用熱氣候指數(UTCI) 確定舒適度區間: 32 ℃以上為熱區間， 0 ℃以下為冷區間， 0～32 ℃為舒適區間。 經統計， 2017—2021 年平樂鎮UTCI月平均值在0～32 ℃的日數見表1。 可以看出， 春季(3、 4、 5 月) 舒適日數平均為22 d，夏季(6、 7、 8 月) 為8 d， 秋季 (9、 10、 11月) 為26 d， 冬季(12、 1、 2 月) 為30 d， 說明平樂鎮夏季氣候不舒適。

表1 平樂鎮UTCI 在舒適區的日數Tab.1 Days of UTCI in comfort zone of Pingle Town

2.3 影響氣候的因素

影響氣候的因素主要有氣溫、 濕度、 風速、太陽輻射等， 不同的氣候因素之間相互作用: 太陽輻射是主要熱源， 是決定氣候的主要因素， 城鎮景觀空間中不同的景觀要素對太陽輻射的吸收與散射的程度不同， 會導致環境溫度有所差異，從而形成了不同的小氣候環境[14]。 城鎮降水量、空間內水體的影響、 植物的覆蓋率、 下墊面的透水性等對濕度均有一定程度影響， 氣流的流通和空間結構布局對濕度影響較大， 如建筑、 街道的布局[12]。 通過現場考察及測量小氣候溫度、 濕度及風速， 分析影響平樂鎮夏季氣候舒適性的原因包括以下方面。

1) 空氣相對濕度高， 舒適溫度期望值低。 鎮區空氣濕度高， 在溫暖氣候下人們在濕度較高時比在濕度較低時期望更低的舒適溫度。 因為濕度影響著人排汗的散熱效率， 在濕度高的地區， 人體的皮膚濕潤度較高， 汗液蒸發效率減弱， 散熱能力下降從而使人感覺不舒適， 感覺舒適的中性溫度較低[15]。

2) 小盆地常年靜風， 小氣候環境難改善。 平樂鎮區地處“盆地中的盆地”， 在四川盆地氣候大環境背景下， 西北有大碑山環繞， 東南有騎龍山與之呼應， 鎮區“夾” 在兩山中間， 形似一葉狀盆地。 由于盆地常年靜風， 高溫、 高濕條件下空氣不流通， 冷空氣進不來， 熱空氣出不去， 局部小氣候環境難以改善。 然而， 即便在靜風情況下， 夏季也有少量山谷風吹入， 若能有效利用，對局地微氣候的改善將起很大作用。

3) 云層條件變化大， 太陽直接輻射強烈。 濕熱地區大氣中水汽含量較高， 太陽直接輻射及散射輻射的強度隨著云層條件而變化較大。 鎮區邊緣山、 水及農田分布， 在大多數時間段厚厚的云層聚集在城鎮上空， 太陽散射輻射對人體熱舒適影響不大。 隨著經濟發展， 城鎮區域面積不斷擴大， 鎮區熱島效應突出， 尤其在晴朗無風的高溫天氣， 強烈的太陽輻射大大降低了人體熱舒適，這也是鎮區夏季氣候不舒適的主要原因。 從適應性角度分析， 人們在長期的氣候環境中逐漸學會協調、 忍耐[15]， 進而采取一定的適應性措施， 如建筑出挑、 宅旁綠地來滿足自己的舒適感。 鎮區居民夏季利用遮陽設施或特殊的建筑構造躲避炙熱的太陽光照， 降溫措施有門前灑水、 綠植、 空調設備等， 然而外地游客卻很難適應當地濕熱難耐的氣候特點， 空曠無植被的大街是對游客熱舒適的極大挑戰。

3 基于氣候舒適的平樂鎮區景觀形態設計

3.1 影響氣候舒適的物理因素

影響平樂鎮區氣候舒適的物理因素有建筑密度、 開放空間和遮蔭竹林3 個方面。

3.1.1 建筑密度

由于鎮區建筑物密度、 高度以及下墊面粗糙程度的不同， 形成了不同的梯度風， 在通常情況下， 越接近地面風速越低。 風速衰減的幅度和范圍因下墊面的不同而變化， 鎮區邊緣、 街道開放空間內的風速衰減較小， 建筑物密度高的街區風速明顯降低， 并且隨著密度的增加， 風速遞減的趨勢越發明顯。 在建筑高度相似的街道密集區，風幾乎全部掠過屋頂很少到達地面， 形成“頂棚效應”[16]， 熱量無法及時排出而給人帶來不適。

3.1.2 開放空間

從鎮區通風角度來說， 城鎮綠地、 水體開放空間與街道規則開放空間本質上沒有太大區別，都提高了鎮區的通風能力[2]。 但從綠地降溫效果來看， 在高密度的街區空間， 地表大部分被建筑物和道路占用， 綠地對氣溫的影響相對會小些，但在鎮區邊緣靠近山坡處大片的土地可用于種植，從而大大增加了綠地面積， 該區域植物對氣候的影響相對比較明顯。 此外， 不同的綠色植物對鎮區下墊面的溫度調節效果明顯不同， 在街區公共空間設計時應多栽植高大、 遮蔭效果佳的竹種[2]。

3.1.3 遮蔭竹林

竹林對游客最明顯的影響形式是直接遮擋陽光， 降低太陽輻射。 林冠還能夠減少天空中擴散的短波輻射和長波輻射。 林冠的陰影投射到地面和墻壁上， 也減少了地面和墻壁反射的太陽輻射和釋放出來的長波輻射， 在炎熱夏季大大減少了人體吸收的熱量。 雖然高密度遮蔭林冠的竹葉和竹稈在竹叢下維持一個低于周邊氣溫的地表溫度，但在一定程度上也阻礙了氣流的流通， 風能夠幫助身體通過通風和汗液蒸發而散熱[13]。

3.2 景觀形態設計思路

對于“城市形態”， 到目前為止還沒有一個統一的能被普遍接受的定義[1]。 康澤恩在其重要著作?城鎮平面格局分析: 諾森伯蘭郡安尼克案例研究? 中完整地定義了城市形態學的研究框架和相關術語， 主要內容包括形態單元、 形態周期、形態區域、 形態框架、 地塊變化周期和邊緣帶?？凳闲螒B學認為， 應該從城鎮的平面格局、 建筑形態和土地利用性質3 個層面來分析城鎮景觀。其中， 平面格局是研究城鎮形態最為重要的一個層面， 它包含了3 種要素， 即街道系統、 地塊劃分和建筑布局[17]。

3.2.1 山水格局和建設用地

首先保證沿河景觀主軸上的綠地空間。 建設用地外綠地走向順應山水空間， 建設用地內綠化用地走向盡量垂直于毗鄰的開放空間邊界， 確保小范圍空氣交換[12]。 新建區嚴格控制建設用地面積， 強調建設用地間的綠化連接， 促進開放空間與建設用地間的空氣流通， 景觀形態空間布局應在很大程度上滿足區域空氣交換要求。

3.2.2 組團邊界和交通組織

由于粗糙度極低、 輻射吸收與續存性能極強，道路可作為空氣引導通道。 組團道路連接大型開放空間， 形成氣團交換通道； 組團道路走向順應冷空氣流動方向， 且道路界面完整， 以便傳導開放空間中的補償氣團[18]； 利用竹木的遮陰庇護與蒸騰作用， 實行行道樹“竹木結合” 種植方式，避免道路輻射引發的空氣升溫， 垂直氣流方向道路不宜成排種植行道樹。 因河流廊道開放空間的冷空氣運輸作用， 濱河道路(距離水面<100 m)不宜種植高大竹木， 以免阻礙從河流方向吹來的冷空氣， 且應留有一定種植間距。

3.2.3 建筑形態及其開放空間

開放空間是最重要的冷空氣運動承載區域。由于建筑密度過大， 居住區組團(150 m × 150 m)內設置核心開放空間(30 m × 30 m)， 預留一定空氣交換區域， 順應通風要求， 確保小范圍區域空氣流通。 同時普及屋頂綠化與立面綠化， 設置新建的公共與私人綠化， 提升綠化設施的降溫與導風效率， 科學組織綠化網絡， 實現冷空氣運動距離與降溫效率最大化。

3.3 景觀形態設計策略

3.3.1 形成景觀形態空間格局， 科學處理農田和建設用地的關系

鎮區現有建設用地沿河分布且主要集中在白沫江南岸至繞場路區域。 從總體規劃來看， 新老城區的形態承接關系主要表現為中部外延型擴展、南北部隔離型擴展[2]。 北岸居住片區新老區域連接處適當予以人工“綠帶” 的空間間隔， 且有倒灌堰的“藍帶” 和道路導風作用， 起到良好的生態斑塊效果。 南北部飛地型擴展模式突破主城區范圍向外擴張， 呈現出分散狀態， 能有效改善原來層層疊加模式下的城鎮建筑環境。 在城鎮發展新區和老鎮區之間留出足夠的農田， 形成“綠楔”， 以利于生態平衡， 同時可將鄉村濕冷空氣通過楔形綠地和開放空間輸入鎮區。

3.3.2 構建有機分散的綠地空間布局， 強化綠地景觀的整體連續性

道路綠化遮陰雖降低了地面溫度， 但周邊氣溫對人體散熱影響也很大， 空氣溫度和濕度不會因為一棵樹的影響而得到較大變化。 大型綠地(150 m × 150 m) 是新鮮空氣與冷空氣生成區域， 不僅能將綠色廊道“粘連” 起來， 還能促進空氣流通。 成片的綠地與臨近建筑物密集區之間因溫度升降速度不一， 可出現速度達1 m/s 的局地風。 但植被的冷卻作用通常只向建筑街區內延伸200～400 m 的距離， 小規模的、均勻分布的開放空間比少量大規模的集中綠地具有更好的冷卻作用[2]。 小型綠地 (50 m ×50 m) 主要分布在綠色廊道的入口、 拐角及重要節點處， 被綠色廊道串聯起來。 它的作用為引導空氣進入建筑物和開放空間， 小型綠地以小公園的形式作為大型綠地的補充， 共同形成具有高連接度的綠地空間布局。

3.3.3 合理優化建筑及其開放空間， 創造綠色網狀開放空間系統

對居住區組團臨路建筑(2～3 層) 進行立面綠化， 形成“綠道”。 將“開放空間” 作為“綠色嵌塊” 分布于各自相應規模的組團中心， 并用“綠道” 將各“嵌塊” 聯系起來， 基本呈現出向心模式。 這種多點分散布局的模式有利于形成“網狀結構”， 在建筑密集區比單獨一個大型開放空間具有更好地降溫通風效果[2]。 適當增加廣場綠化與街頭綠地、 多層建筑庭院空間綠地面積，改善鎮區下墊面熱輻射狀況、 提高綠色開放空間面積， 結合遮陰竹木， 減少周圍環境對人體的反射輻射。 在城鎮新建區域， 一次性預留足夠面積的系統化、 網絡化的開放空間； 而在老城區則采用“漸進疏導， 見縫補綠” 的方針， 不斷提高鎮區“綠質” 和補充鎮區“綠量”[2]。

4 結束語

產鎮不融合嚴重制約小城鎮產業發展的多樣性與人居環境建設的完善性， 是特色小城鎮建設面臨的突出問題[19]。 中國城鎮化率即使達到80%， 仍有3 億左右人生活在農村[20]。 探索竹林小鎮文旅融合綠色發展途徑， 是風景園林學科的重要使命。 平樂鎮具備良好的竹林生長氣候條件和悠久的歷史文化底蘊， 作為“茶馬古道” 的鄉村與城市聚集地， 鎮區人口眾多， 河網密布。 伴隨著城鎮化發展帶來的人居環境的破壞， 原有景觀肌理的喪失， 亟需從人與自然和諧共生的角度解決竹林小鎮綠色發展問題。 本文針對鎮區夏季不舒適氣候因素， 結合城市形態學設計思想， 提出景觀形態設計思路， 形成景觀形態空間格局和景觀形態綠地布局結構體系。 策略上利用“綠帶” 和“藍帶” 科學處理農田與建設用地的關系， 利用大、 小型綠地強化景觀的整體連續性，與居住區組團開放空間共同形成綠色網狀開放空間系統。 通過研究竹林小鎮氣候舒適性景觀形態設計， 不僅解決了鎮區小氣候問題， 改善當地居民居住環境， 提升居民生活品質， 而且還能激活區域文化， 重塑地方特色， 增強旅游競爭力， 為我國城鄉綠色發展背景下的風景營造提供設計思路和對策。