生物气候学在居住区园林设计中的应用初探
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摘 要：气候是与人们生产生活有着最为密切关系的自然条件之一。随着人们对可持续性的重视，生物气候学理论被逐步引入到园林设计中，尤其是对舒适度要求特别高的居住区园林设计，通过合理的空间布局和景观元素组合，可以营造舒适健康的生活环境。本文总结生物气候学理论在居住区园林设计的应用历史、重要性和设计策略，并做出展望。
关键词：生物气候学；居住区园林；生态设计；气候设计
可持续发展是我国的基本国策之一，其主要内涵包括经济的持续增长、资源的循环利用及传统文化的延续。人们对可持续性的重视，促进了建筑和园林设计回应地域气候能量和关注人体生物舒适感。19世纪20年代，随着建筑理性主义思潮兴起，生物气候学理论逐渐应用于建筑设计，其研究集中于建筑形态、地域气候与人体生物舒适感三者之间的关系，直接和间接地补充和促进了生物气候学在居住区园林设计中的研究和应用。另外，城市气候学理论也提供了居住区园林的生物气候设计的部分理论和方法。而生物气候学在园林设计中的应用和研究尚处于初步阶段，迫切需要整合生物气候学在建筑设计中的研究成果和城市气候设计的部分理论和方法，形成园林的生物气候设计理论和方法体系。本文以居住区园林设计为例，总结生物气候学理论在居住区园林设计的应用历史、重要性和设计策略，并作出展望。
1 生物气候学相关概念
1.1 生物气候学
生物气候学（Phenology， Bioclimatology）是研究气候条件对生物影响的一门应用生态学学科[1]。生物气候学在环境设计中的应用发展，源于人们对生态环境的关注和保护能量及环境资源的需求，基于对阳光辐射、风力和温湿度等各种形式周边能量的分析，在建筑物的内部与周围、园林空间创造出受人们欢迎的微气候条件，从而显著地增加舒适性并减少建筑物的能耗[3]。
1.2 居住区园林空间的“气候界面层”
在城市活动空间生物气候设计研究中，可以将围合形成城市活动空间的各类物质形态要素（例如建筑界面、绿化、街廓设施等），定义为城市活动空间的“气候界面层”。
一个符合生态气候学的居住区园林空间“气候界面层”，能够有效抵御恶劣气候因素，防止和阻隔极端气候条件对活动人群舒适感的不利影响，并能有助于引导室外人体舒适性气候要素“便捷”地进入居住区园林空间，实现在空间、时间2个维度的合理分布。
2 重要性
基于生物气候学理论的居住区园林设计，有利于创造气候舒适活动空间、低能耗的环境控制系统和保护地域特征，从生态效益、使用功能和美学观点上看，都体现其重要性。通过对区域气候的利用和局部改善，充分利用气候能量，从而降低传统能耗，结合建筑的生物气候设计，创造低能耗的环境控制系统[4]。生物气候设计关注地域气候对生物活动的影响，研究分析地域气候，并借以作为设计的限制条件和设计灵感，对地域气候做出反响，形成有独特地域视觉特征的景观。
3 设计策略
生物气候设计属于被动式低能源设计方法，在建筑和园林的营造、使用到消亡的过程中，建立被动式系统优先配合主动利用系统的共同作用，结合气候创造舒适的建筑园林，在表现上形成独具地域个性的景观，从而有利于提高景观多样性。生物气候学理论在居住区园林设计中的应用，主要有场地的微气候分析与评价，以及通过园林空间布局和景观元素组合改善场地微气候两方面。
3.1 分析与评价
依靠一定的分析方法、观测方法和计算机模拟技术，如生物气候分析图、遮阳分析图、热湿指数分析等，对收集到的居住区气象数据进行定性或定量分析，明确其与人体生物舒适感标准之间的差异，使设计者对居住区园林设计场地有一个初步的认识和评价，并找出气候舒适区、气候“敏感区”（如通风不畅区、不利风易发区、热岛高强区等）[5]以及由于设计场地周边建筑空间布局不当而形成的各种影响舒适感的气候问题。
3.1.1 风场。居住区风场的分布状况与邻近建筑形态作用关系密切，最有效的分析方法是借助风洞模拟、CFD模拟等计算机技术，也可以通过现场的实际测量进行研究。另外，可以按照城市空间中风的分布规律，对居住区风场作定性分析。风场分布状况的分析主要目的是找出夏季舒适通风区和通风不畅区、冬季避风区和寒风区和涡流、乱流等不利风易发区。
3.1.2 日照。日照状况会影响到园林环境的温度和湿度水平，并关系到太阳辐射增温、遮蔽降温、局地微风创造等生物气候设计策略的实现。居住区园林空间的日照状况与临近建筑形态和空间中绿化情况密切相关，要充分分析日照阴影的时间性，利于通过园林活动空间布置使阳光和阴影“恰当地”出现在需求的位置上。
3.2 改善
基于场地微气候的分析与评价，尽量把园林活动空间布置在气候舒适区，并明确设计场地所处的气候类型（例如湿热气候区、干热气候区、温和气候区等）和需要解决的气候问题，对照人体舒适度标准，确定场地生物气候设计的具体任务和原则，有针对性地提出相应的设计策略，通过对居住区园林空间的某些“气候界面层”的设计（例如绿化、水体、廊架等）。这部分工作要求设计人员对不同生物气候控制策略的原理和效果有一定程度的掌握，必要时可以通过一些概念式的分析图来辅助思考。
3.2.1 地形的利用。利用地形的起伏，形成类似于坡地的日照和避风效果[7]，有助于遮蔽降温、防冷风避寒、太阳辐射热的控制等生物气候设计策略的实现。在居住区园林设计中，可以采用下沉广场、人工草坡、地下室和地下廊道等做法。对地形的设计，还要注意温度的“局地倒置”现象，避免在冬季的早晨形成“冷湖”。对于这种现象的一般解决方法是降低空间的“围合”程度，利用使围合建筑底层局部架空、设置开口等设计手段。
3.2.2 绿化的作用。绿化除了具有调节温湿度的作用外，还可以通过形态设计实现对风的阻挡、蒸腾降温、产生林地风和遮阳遮雨等生物气候设计策略。在居住区园林设计中，绿化布置要与具体的生物气候设计策略相对应，通过选择并利用植物的种类、高度、枝叶的疏密程度、季节和变化规律以及种植、组合方式等，来有计划地“配置”空间中的日照与风的分布状况，充分发挥其调节、优化小气候环境的作用。同时绿化的布置也要与园林活动场地、休息座位设计结合在一起考虑，以便更有效发挥其遮阳遮雨作用。
3.2.3 水体的作用。水体不仅是园林设计中重要的景观要素，同时由于具有特殊的气候调节特性[9]，使其成为一些生物气候设计策略实现的重要手段。水体的气候调节作用除了增加环境的湿度外，最主要的就是通过水分蒸发，降低周围环境的温度，形成温度差，进而形成小的空气环流，产生局地微风[7]。在居住区园林设计中，水体的具置、水体的形式、水体的表面积等都将影响其气候调节作用的发挥，应注意几点：对于气候调节作用，水体的蒸发表面积比水体容积更重要；水体尽量布置在阳光下；流动的水体形式（如喷泉、瀑布等），其降温增湿效果比静止的水体形式要好；在对靠近建筑或人休憩区域的水池进行设计时，应用植物来阻挡水面的热反射。
4 总结
园林设计致力于营造生态健康、舒适的生活环境，生物气候学理论的引入是园林设计对其本质的一次重要回顾，有利于创造气候舒适活动空间、低能耗的环境控制系统和保护地域特征。生物气候学理论在居住区园林设计中的应用主要有场地的微气候分析与评价，以及通过园林空间布局和景观元素组合改善场地微气候两方面，但多限于以人体生物舒适感和低能耗为目的的小尺度场所营造上，而借用其理论，通过完善区域尺度的气候能量流动的生态过程，实现大尺度生态景观的合理规划则有待进一步研究。
参考文献
[1]邓绶林，刘文彰.地学辞典[M].河北教育出版社，1992年10月
[2]柏春.城市气候设计：城市空间形态气候合理性实现的途径[M].北京市：中国建筑工业出版社， 2009.03：20-28，120-122，180-242
[3]唐纳德·沃森，[美]迈克尔·J·克罗斯比，[美]约翰·汉考克·卡伦德编著.建筑设计数据手册[M]原著第7版.北京市：中国建筑工业出版社，2007：43-52
[4]刘云胜.高技术生态建筑发展历程：从高技派建筑到高技生态的演进[D].北京市：中国建筑工业出版社，2008（09）：189-200
[5]陈飞.建筑风环境：夏热冬冷气候区风环境研究与建筑节能设计[M].北京市：中国建筑工业出版社，2009（02）：63
[6]甘源.居住区热环境规划与微气候设计研究[D].重庆大学，2011（03）
[7]沃特森，[美]布拉特斯，[美]谢卜利编；刘海龙等译. 城市设计手册[M].北京市：中国建筑工业出版社，2006：393-406