微气候适应性的传统村落山水格局设计策略研究

摘要：以天津市西井峪村为例，在前期微气候实地观测和数值模拟的研究基础上，系统研究以山水格局特征与微气候舒适度之间的耦合关系及适应性设计机理为基础的参数因子指标，进一步结合舒适度评价和选取控制性形态参数因子，与参数化的形态生成算法耦合，利用Grasshopper和R语言编程设计工具来编写交互推演的山水格局逻辑建构过程，通过设定传统村落山水格局目标环境优化值，迭代计算输出符合要求的形态关系组合图谱，通过Rhino建模平台进行图谱表达，并初步构建交互平台，提出参数化辅助优化设计流程，为传统村落保护改造和城市中的山水理想格局设计提供优化辅助设计策略与技术指导。

 

基金项目：国家青年自然科学基金项目“基于微气候适应性设计的京津冀传统村落山水格局研究”(编号51608012)、国家自然科学基金面上项目“城市场地不透水面形态的水文生态效应及其更新设计研究”(编号52078006)、北京市社会科学基金项目(重点项目)“建筑信息模型技术在北京核心区公共设施设计中的协同优化研究”(编号19YTB050)和北京工业大学国际合作引智培育项目(编号2021C10)共同资助

 

1研究背景

 

伴随着城镇化进程的推进，乡村人居环境整治工作愈发重要;坚实遵循乡村发展规律是推进美丽宜居乡村建设的根基。乡村振兴战略明确提出，建设好生态宜居的美丽乡村，关系到广大人民的切身福社。但是近一个时期以来，理想的山水格局遭到破坏的状况日益严峻，加强传统村落保护迫在眉睫。

 

同时在乡村扶贫、易地扶贫搬迁等工作攻坚克难之际，乡村规划需求十分迫切，在观念、资金、人才等因素作用下，乡村规划专业性欠缺，现有规划中重视功能布局一一“物”强于“人”的主观感受，规划工作过多依赖经验，缺少科学规划体系。随着数字技术在设计领域的逐渐普及，本文以京津冀传统村落山水格局与微气候的藕合机理为研究核心，对已经经过时间验证的理想山水格局与主观感受进行定量化验证，探寻传统村落人居环境的规划经验，构建设计逻辑，推演一种全新的山水格局参数化模拟辅助设计流程。

 

传统村落中天人合一的山水格局凝聚着中国先民“借自然，重人文”的生态智慧，其基本策略为选址和传统山水格局的形成。而目前对于传统村落保护与开发的研究主要集中在定性的评价体系、村落空间形态与布局以及以建筑单体为研究对象的定性定量结合的研究[1-2]；在微气候与舒适度的研究方面，主要以大尺度的城市空间形态、城市绿地系统和建筑单体、建筑群为研究对象，研究热点内容主要涵盖气候适应性、人体舒适度、城市规划布局、空气环境质量、植物种植等[3-16]。



其中，刘滨谊等以上海地区滨水带绿地为例，采用主客观结合的方式评价人体舒适度，研究适宜绿地形式以求提升夏季人体舒适度；以城市街道为研究对象，从街道空间对微气候要素的影响、舒适感受评价、街道空间与舒适感受的相互作用3个方面进行研究，并提出建立整合空间要素、小气候要素、人的感受具有风景园林专业特色的舒适性评价体系[8-10]。

傅凡等从改善城市热环境角度出发，围绕城市绿地对降减空气中细颗粒物质量浓度的间接作用开展了相关研究[8-11]，并提出了北京城市绿地系统优化方案。戴菲等基于形态学空间格局分析对武汉市开展了绿地内部空间结构对热环境的影响以及其规划设计实施的可操作性研究[12]。冯娴慧探讨了广州市不同植物群落类型、不同绿色空间布局与微气候效应的相关性，以期为优化场地微气候设计策略、植物群落微气候营造设计提供依据[13-14]。

 

金荷仙等基于小气候效应对杭州街道、公园绿地等进行了适应性设计策略研究[15-16]。同时，目前也有学者侧重于对南方地区风景旅游区、古镇以及传统聚落的微气候特征进行研究[17-18]，将传统村落中独特风水模式形成的山水格局与微气候相结合的研究相对较少。

 

2研究内容

 

以京津冀传统村落山水格局与微气候的耦合机理为研究核心，对已经过时间验证的理想山水格局与主观感受进行定量化验证。针对京津冀传统村落的整体研究内容分为3个层次：

 

1)对4批、169个京津冀传统村落进行山水空间布局类型、山水要素结构方式及参数变化的分类整合，构建传统村落图文数据库(图1)；

 

2)对北京房山区水峪村、天津蓟州区西井峪村、河北井陉县吕家村3个重点典型案例村落进行微气候方面的调研，构建实地观测数据库，主要包含微气候环境指标数据及全景照片指标测度数据(表1)；

 

3)对3个典型村落进行数字化模型构建，通过R语言等编程软件搭建人体舒适度与山水格局特征的耦合数学模型，提出基于气候适应性的传统村落舒适度评价图谱表达的参数化逻辑。

 

由于篇幅所限，本文重点阐述天津市西井峪村研究内容。

 

3研究范围与方法

 

3.1研究范围

 

本文以西井峪村全部山、水的宏观组合空间作为主要研究对象，将山水格局“形”与微气候“数”之间的耦合关系量化构建模型[19]，并尝试提出基于微气候适应性的参数化模拟辅助设计流程(前期对西井峪村实地观测布点、实验方法、春季和夏季数据采集和春季、夏季、冬季数值模拟的初步研究成果总结和讨论参见作者已发表论文[20-21])。

 

3.2数据来源

 

数据来源主要有三部分：

 

1)调研实测数据：主要为前期研究针对西井峪村典型山水格局特征点位的风、热环境真实数据值；

 

2)模拟数据：来源于前期研究中针对传统村落典型案例进行的微气候风、热环境模拟；

3)参数化地形数据库：主要以西井峪村CAD等高线为基础，利用Grasshopper等编程软件通过Rhino平台表达的数字化模型，此模型将宏观展现西井峪村的宏观山水空间组合。

 

3.3形态参数群数据库构建

 

3.3.1数：微气候参数因子

 

1)温度、湿度、风速、辐射——实测数据库。

 

将西井峪村各典型点位数据作为输入端，构建以实测数据为基础的不同山水格局类型与微气候环境相对应的参数链①。

 

 

2)风、热环境——模拟数据库。

 

将数据较为完备的西井峪村等高线数据输入风、热环境模拟软件进行热环境模拟，作为对实测数据难以覆盖全年、全时段问题的补充，使结果分析更具科学性、全面性②。

 

3.3.2形：山水格局参数化地形

 

本文利用Rhino建模软件生成对应的mesh地形，构建有关“形”的参数群数据库。