干热地区基于热舒适需求的街区空间布局与自动寻优初探

发布时间：2020-03-20 06:49

【摘要】：随着前所未有的快速城市化进程,我国城市规模不断扩张,城市拥挤、能源紧缺和气候变暖等生态环境问题日益凸显,尤其是城市微气候环境不断恶化。我国西北地区干热气候特征显著,高温、干旱、多沙尘暴,有必要借助多学科的最新研究成果,针对性提出缓解城市环境压力、提高城市宜居品质的有效方法。论文以此为出发点,以满足干热地区外部空间人体热舒适需求为具体目标,结合参数化自动寻优技术,尝试建立一套基于热舒适需求的街区空间布局自动生成与寻优的方法路径,以适用于干热地区城市街区尺度的微气候改善问题。论文针对城市街区层级的微气候环境展开研究。首先简要介绍了对城市微气候影响较大的4种气候要素:风、太阳辐射、温度和湿度;按照建筑单体—建筑群—街区—城市的不同层级秩序分析阐释建筑基本型、街道空间形态、容积率、建筑密度、开放空间布局、高层建筑布局等城市空间形态与城市气候要素之间的相互影响与关联。论文以探求干热地区夏季的室外人体热舒适最优为目标,通过基于Rhino与Grasshopper计算机平台的遗传算法来控制城市形态要素的参数,使用Ladybug等插件进行气候模拟,从而生成既定条件下的最优街区布局方案。首先,在容积率、建筑密度可变的条件下,对干热地区的街区布局进行优化。通过分析街区形态指标随UTCI的优化而呈现出的变化趋势,利用数学统计对形态要素对街区的平均室外人体舒适度的影响度进行回归分析,筛选出相关要素并形成定量回归方程。其次,在相同的容积率和建筑密度设定条件下,选择柱式、条式、点式、庭院式4种类型街区形式进行街区布局寻优实验。根据研究展现出的寻优结果,论文对柱式、条式、点式、庭院式4种街区的特点及其干热气候地区的适应程度进行比对分析。第三,依据在理想街区模型条件下得出的结论的基础上,选择喀什市中心某街区进行实际的街区布局寻优研究。通过将点式、条式、柱式3种基本型进行街区尺度的混合布局,得出相对于原基地较优的布局方案,进一步表明遗传算法在实际案例的具体约束条件下可以稳定进化发展,优化出有针对性的较理想的布局方案。最后,针对干热地区基于室外热舒适需求的城市设计策略进行总结,系统提出论文的创新研究成果、有效的技术方法等,同时也指出利用优化算法在干热气候条件下的城市街区布局时存在的局限性,进而提出对未来城市微气候研究的展望与建议。
【图文】：

地域分布,干热气候,干热

2.1.3 干热地区气候特征干热气候（hot-arid climate）是以太阳辐射强、空气温度高湿度低、昼夜温差大为特点的气候。受干热气候影响的地区通常表现为：白天日照强烈，墙体地面反射率高，常出现刺目眩光的现象；空气温上升迅速（最高气温达 60°C 左右），由于空气中水汽较少，空气也异常干燥；再加上整体降水少，地表水蒸发快，地表植被稀疏，土地蓄热能力弱，，导致干热地区早晚、昼夜温差较大，土地干旱、高盐碱化，这也是干热气候沙漠地区较多的原因，在有风的中午和下午，还经常伴有沙尘暴，地域气候特征极为恶劣。2干热地区的冬季局地出现严寒，通常气候条件较为舒适。干热地区的夏季气候条件较为严峻，太阳辐射强、空气温度高湿度低、刺眼的光线、沙尘暴等，这些因素给人们的生活出行带来很大不便。因此，相对于冬季来说，干热地区恶劣的夏季气候为关注重点。满足干热地区夏季人们的热舒适需求，这是干热地区的城市设计主要的研究目标。172.2 气候影响因素组成与城市设计和人的舒适感有关的自然气候因素包括温度、湿度、太阳辐射、风速、降水

尺度,城市形态,气候

出了不同的标准，例如：气象学家巴里（Barry）提出的气候系统分为 4 个层级（见表 2-4）：一般地，全球性的气候成为“全球性风带气候”，地区范围的气候称作“地区性大气候”，中等区域范围的气候称作“局地气候”，街区小范围的气候称作“微气候”（microclimate）。不同的气候尺度对应不同的水平、垂直地域范围以及气候特征持续的时间。系统气候特征的大致尺度时间范围水平范围（km）竖向范围（km）全球性风带气候 2000 3-10 1-6 个月地区性大气候 500-1000 1-10 1-6 个月局地气候 1-10 0.1-1 1-24h微气候 0.1-1 0.1 24h不同的城市尺度对应不同的气候尺度。地区性大气候尺度直径覆盖了几百公里的范围，中观局地气候尺度直径覆盖了几十公里的方位，它们一般对应 104—108的区域—城市尺度；微观尺度，直径覆盖了几百米的范围，一般对应街区—建筑组团的尺度。表 2- 3 巴里的气候尺度分级资料来源：参考文献[53] 作者重绘
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU984.113;TU119

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