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从“边开放角封闭”到“边封闭角开放”
——基于风环境视角下的城市广场设计理念

2020-09-28黄绮琳孟庆林

绿色环保建材 2020年9期
关键词:涡旋气流尺度

黄绮琳 孟庆林

华南理工大学建筑学院

1 引言

广场是城市外部空间组成部分极其重要的一环,这种源自西方的建设模式强调通过建筑物的布局和围合来构成空间。形式丰富的广场,其营造手法同样随着日新月异的理念而推陈出新。广场的空间属性在满足城市外部空间构图需要的同时,更应当支撑起市民活动场所的职能。空间品质和人类活动二者缺一不可,共同组成广场的存在意义。随着城市化进程不断加快和人们物质精神生活不断发展,更多市民选择走向户外,在各处外部空间进行社交、休闲活动。在广场建设热潮下,大量新兴广场出现在各个城市之中,这些空间一方面是市民丰富生活的舞台,另一方面也是展露城市风貌的平台。更好地组织和利用外部空间使其成为城市需要的可持续性、积极地空间,才能提高城市居民的归属感,才能适应不断发展的城市需求。

2 城市广场空间设计出现的问题

由于规划理念的水平高低参差不齐及具体的施工建设管理水平存在客观差异,各空间设计成果也良莠不齐,没有达到预期目的的广场也逐渐在实际运营中暴露出不足。这其中最为典型的两点分别为尺度问题和围合问题。

2.1 尺度问题

广场最直接的职能是为市民提供开敞的活动空间,身为外部空间的一种存在形式,广场应当一定明确的边界,但是在具体尺度的把握上往往容易超出控制。理想情况中,广场最小尺度应等于其周边主要建筑的高度,最大尺度为主要建筑高度的两倍[1],但在实际中这一标准往往不尽相同。

介于广场最主要的功能是为人的日常活动服务,人的尺度在城市设计中得到越来越多的提倡,芦原义信以人为本引入了D/H的概念,其中H代表界面的高度,D代表人与界面的距离,当D/H>1 时,会产生远离之感,超过2 时产生宽阔之感;当D/H<1时,会产生接近之感;当D/H=1时,存在一种匀称之感[2]。《城市广场规划设计指导》中提出的城市中心广场适宜尺度为:视距与楼高的比值在1.5~2.5之间,视距与楼高构成的视角为18°~27°[3]。

如果在前期规划设计阶段没有做到科学界定广场的合理尺度,就容易导致建成广场尺度过大。相关数据显示,中国20个典型广场平均面积达到了将近10 公顷[4],远远超出欧洲同类型广场1.54公顷的平均值[5],尺度失衡带来最直接的影响就是前期各种资源的浪费,在日后投入使用中时,过于空旷的广场必然会给人“空而无物”的感觉,身为城市节点不能吸引人停留、游憩、活动,反而使人感到空洞、乏味、疲惫,这就与广场的职能相违背。

此外,过于开阔的广场同时对日光和通风等环境因素产生不利影响,比如夏季猛烈的太阳辐射,冬季过强的空气对流等,这就引出了与广场设计密切相关的围合问题。

2.2 围合问题

芦原义信将围合空间的形式共分为三种:角柱限定空间,边封闭、角开放空间,以及边开放、角封闭空间。其中角部是决定围合感强弱的关键部位[2]。基于以上观点,芦原义信进一步提出了“阴角空间”(Internal Corner Space)的概念,即连续性外墙上凹进去的空间,也可以叫作凹角空间[6]。“阴角空间”理论最初是应用于建筑围墙之内的“内部空间”,当涉及广场这类处于建筑围墙之外具有公共性质的“外部空间”时,进一步强调重在空间围合。某种程度来说公共阴角空间是城市共享空间的一部分,是建筑和建筑在城市规划中围合出来的部分[7],阴角空间为市民以轻松自然的方式进行交流创造了机会[8]。目前国内的规划建设往往是道路规划现行,这就导致绝大部分广场都是采用道路围合的方式或只在广场的一两侧布置建筑,易使人们在行为和心理上产生不安定的感觉,缩短在广场内停留的时间,降低了广场的内聚力及吸引力[9]。相比开敞的阳角空间,阴角空间往往会形成封闭性较强,亲切又让人感到安全的空间。

3 案例量化分析

3.1 研究方法

在芦原义信等人推崇空间围合的同时,广场的微气候环境获得了更多关注。一般来讲,风的流动对场地的舒适度有着不能忽视的重要影响,在干燥炎热的气候下,风可以对温度形成有效地调节;在阴冷潮湿的气候下,风可以促进场所保持干爽。根据场地围合方式不同,气流的流动也会产生不同影响。相关标准表明,场地内人活动区出现涡旋或无风区的情况应尽可能地减少[10],因此在进行场地规划设计时不能单从形态美学角度出发,也要考虑环境科学及人类活动热舒适情况。本文接下来以风环境为研究对象,重点研究在围合广场的阴角空间对通风的影响,以求在设计场所的时候尽量把风对环境的影响适当化。

3.2 模拟案例分析

(1)模拟条件。为考查不同围合形式对城市广场范围内流场的影响,分别给出在相同边界条件时,D/H=2的两种不同围合方式广场1.5m 高水平剖面A 和B,其中A 属于典型四角封闭式广场,B属于典型四角开放式广场,从理想化模型入手利用Phoenics软件进行模拟分析。为使模拟可信度更高,气候条件以《城市居住区热环境设计标准》(JGJ 286—2013)里广州夏季典型气象日气象参数进行设定,广州主导风向东南风,风速2.0m/s[11]。此外根据资料,定义当风速小于1.5m/s时,风速过小[12]。

(2)模拟结果。经过模拟,得出135°风向时角封闭A和角开放广场B在1.5m高水平上的速度分布结果如图1所示。

由图1(a)可看出,对于角封闭围合式,该广场形成两个进风口和两个出风口,来流由上风口进入广场空间后与四个阴角均产生碰撞并使气流方向转变,由于碰撞效应在广场内部形成三个涡旋,其中在右侧广场空间东北角形成一个顺时针的涡旋,东南角形成一个逆时针的涡旋,而左侧广场的逆时针涡旋则占据将近全部的空间。据统计,广场内部风速小于1.5m/s 的区域达到了88.86%的面积。由图1(b)可看出,对于角开放围合式,该广场形成一个进风口和三个出风口,来流从东南角开口进入到场地内部开始减速,然后向场地四周扩散,在与西侧和北侧的建筑发生碰撞后改变流向,其中西侧气流再与南侧建筑发生碰撞,与最初进入场地的气流产生交汇,最终建筑围合空间范围内仅产生一个位于东南角的逆时针涡旋。据统计,广场内部风速小于1.5m/s的区域仅占69.27%。

图1 不同围合类型1.5m高水平面风速图

(3)结果分析。综合以上两种不同模拟结果,可得得出以下初步结论:边封闭角开放式广场可能会形成的涡旋在数量和面积两方面都要远远少于边开放角封闭式广场,且开放角封闭式广场对场地外的气流也产生了较为明显的不利影响,而边封闭角开放式广场则较好地避免了这一情况发生。根据上文所述,在背风涡流区,风力弱、风向不稳,对通风散热十分不利,因此可以推论围合形式为角开放的广场在一定程度上拥有更佳的通风条件。

3.3 实际案例分析

(1)模拟条件。为了进一步验证初步结论的可靠性,本文接下来选取位于广州市区具有代表性的广场建设实例,利用Phoenics软件进行试验推导。研究选址位于广州市天河区兴盛路附近,为某高档住宅小区的中央广场,该广场类型属于角封闭围合式广场,其西北、东北和东南角均构成阴角围合形式,根据前文猜测这种广场通风条件将受到围合形式的影响。

(2)模拟结果。实际模拟,得出135°风向时该广场在1.5m高水平上的速度分布结果如图2所示。

图2

由图2看出,气流从广场南部和东部的开孔进入到广场内部后,形成至少两个巨大涡旋,占据了整个广场将近2/3的面积,难以有效地带走夏季产生的热量、灰霾等不宜居因素。从风向箭头可以看出,场地的主要空气流动集中在从广场南部开口到广州背部开口连接所形成的直线上,也就是形成了所谓的“过堂风”,这种风由几股气流会合,风力大,风速快,容易给处于此处的居民带来较大的不适感。另一方面,由图2分析得出,广场内部风速小于1.5m/s 的区域占72.17%,也就是说从外界吹来的气流被极大地削弱,这对场地内外的气体交换过程也产生了消极作用,不仅如此,夏季的低风环境也对与居民生活起居密切相关的风环境状态构成了不利因素。

(3)结果分析。综合以上对实际案例的模拟分析,可以说进一步验证了边开放角封闭式广场在对风环境要求日益高涨的今天,已经趋于落后的处境。

4 结束语

广场是城市的空间主体,也是促进城市更新、改变群众生活方式和提高市民生活质量的重要载体[13]。在注重一定的围合性时,与居民活动密切相关的热舒适度同样不容忽视,因此在围合式的阴角广场不利于场地内的自然通风的前提下,采用合理的建筑构造有效改善这一问题[14]。

只有明确城市广场空间设计中的不足,并针对这些不足来做出相应的改进措施,城市广场才能在城市建设中发挥更大的作用。

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