庭園空間形態(tài)對熱環(huán)境影響的研究進(jìn)展與啟示

劉爽 方小山 吳任之

城市化和全球氣候變化導(dǎo)致的熱島效應(yīng)對人們的身體健康和幸福生活造成威脅。因此，人們?nèi)找骊P(guān)注城市綠色空間對熱環(huán)境、熱舒適的調(diào)節(jié)效應(yīng)[1]。庭園是在以圍墻限定邊界的基礎(chǔ)上，組織植物、水體、山石、小品等造園要素形成院落空間，將建筑空間與院落空間有機結(jié)合，形成集娛樂、休憩等功能為一體的園林空間形態(tài)。相關(guān)研究已論證了庭園是一種具有良好微氣候調(diào)節(jié)功能的城市綠色空間[2-4]。

當(dāng)前相關(guān)研究多探討布局設(shè)計[5]、單一景觀要素（植物[6-7]、山石[8]、水體[9-10]等）和多種景觀要素搭配組合等方面改善微氣候的理法并分析了各要素對庭園微氣候的影響程度，但從形態(tài)角度展開的研究相對較少。然而庭園景觀要素從屬于建筑，若建筑環(huán)境消失，園景則失去了空間界限和構(gòu)圖依據(jù)。因此，庭園空間形態(tài)的設(shè)計應(yīng)先于景觀要素的配置。同時，不同于植物、水體等景觀要素依靠其降溫增濕的物理特性來調(diào)節(jié)熱環(huán)境，庭園空間形態(tài)設(shè)計可以在空間朝向、邊界界定等方面減少太陽輻射的進(jìn)入和與外部氣體的交換，從整體設(shè)計角度考慮對氣候環(huán)境的適應(yīng)。因此，本研究聚焦于庭園空間形態(tài)和熱環(huán)境的關(guān)聯(lián)性，利用CiteSpace軟件梳理其研究思路和研究方法，有利于完善本土庭園空間的熱環(huán)境效應(yīng)研究體系，探討如何從庭園空間形態(tài)設(shè)計角度實現(xiàn)熱環(huán)境調(diào)節(jié)效應(yīng)的最大化以及庭園在不同空間形態(tài)情境下的熱環(huán)境狀況，為中國城市庭園的綠色空間建設(shè)提供理論參考。

1 庭園空間形態(tài)對熱環(huán)境影響的研究概況

CiteSpace是目前科學(xué)計量學(xué)中的一款主流工具，可通過量化分析與解讀文獻(xiàn)內(nèi)容，以知識圖譜的形式直觀表達(dá)研究領(lǐng)域的發(fā)展過程與結(jié)構(gòu)關(guān)系[11]。本研究以1985—2020年為時間區(qū)間，在Web of Science核心合集中以TS =（courtyard * AND thermal environment *）or（courtyard form * AND microclimate*）為檢索詞，得到英文文獻(xiàn)586篇，選擇研究性論文、綜述和會議論文3種類型的文獻(xiàn)為數(shù)據(jù)來源，最終獲取有效數(shù)據(jù)樣本557篇。在中國知網(wǎng)中以“庭園”“院落空間形態(tài)”“微氣候”“小氣候”“熱環(huán)境”為檢索詞收集中文文獻(xiàn)100篇?；贑iteSpace 5.8R3軟件，得到該研究領(lǐng)域的關(guān)鍵詞聚類視圖與時間線視圖，梳理分析后對該研究領(lǐng)域形成初步認(rèn)知。

1.1 研究歷程分析

國內(nèi)外研究的文獻(xiàn)數(shù)量分別自2013年和2006年開始呈穩(wěn)步增長趨勢；從論文增長率看，自1985年起，國內(nèi)外年均增長率分別為7%和11%，表明該領(lǐng)域的研究規(guī)模和影響力均有所提升（圖1）。值得注意的是，Web of Science中研究庭園空間高寬比的論文占16%，但未在中國知網(wǎng)的研究群組中出現(xiàn)，可見中國對庭園空間比例與熱環(huán)境關(guān)系方面的研究較少。

鑒于中國的相關(guān)研究在1998年之前多為對嶺南地區(qū)庭園建造經(jīng)驗的歸納總結(jié)，研究代表性有限，因此，本研究將檢索到的1998年以后的數(shù)據(jù)樣本導(dǎo)入軟件后，輸出關(guān)鍵詞聚類視圖和時間線視圖展開進(jìn)一步分析（圖2、3）。關(guān)鍵詞聚類視圖以模塊值（Q值）和輪廓值（S值）分別衡量聚合關(guān)系的結(jié)構(gòu)性是否顯著，聚類是否具備同質(zhì)性（Q值＞0.30時，結(jié)構(gòu)性為顯著，S值＞0.50且接近0.70時，同一聚類內(nèi)部研究主題明確，聚合結(jié)果令人信服[12]）。本研究中9個聚類的Q值為0.73，S值為0.63，表明該領(lǐng)域可以清楚劃分得到具體類別，研究分支較少?！?2 courtyard design庭園設(shè)計”連接了“#0 ceiling geometry 頂棚幾何”“#1 regression analysis回歸分析”和“#7 thermal benefits熱效益”；“#5 phoenics 模擬軟件”和“#4 courtyard 庭園”連接了“#3 courtyard microclimate庭園微氣候”“#8 aspect ratio 高寬比”和“#6 heat mitigation熱緩解”，表明庭園設(shè)計和phoenics 模擬軟件的研究主題在當(dāng)前領(lǐng)域中的內(nèi)容覆蓋面較廣，應(yīng)用計算機模擬軟件探索庭園設(shè)計方法是該領(lǐng)域的核心研究內(nèi)容，這也為后續(xù)研究提供了理論支持和方向指引（圖2）。時間線視圖將關(guān)鍵詞出現(xiàn)的年份在其所屬的聚類中鋪展開來，可以展現(xiàn)研究主題的轉(zhuǎn)變及聚類間的關(guān)系。時間水平線及各關(guān)鍵詞節(jié)點連線的色彩與其所屬的聚類色彩保持一致，節(jié)點連線的粗細(xì)疏密代表兩節(jié)點共現(xiàn)關(guān)系的強弱。從時間線視圖看，在研究領(lǐng)域的發(fā)展階段，對庭園空間設(shè)計與熱解策略的探討逐漸增多，體現(xiàn)了當(dāng)前從理論研究意識向?qū)嵺`應(yīng)用意識的轉(zhuǎn)向。值得關(guān)注的是，雖然聚類8的研究起始時間較新，但與其他研究主題產(chǎn)生了多條連線，從側(cè)面反映出對于庭園空間形態(tài)尺度與熱環(huán)境相關(guān)的研究是當(dāng)下的研究前沿（圖3）。

2 庭園空間形態(tài)對熱環(huán)境影響研究的關(guān)鍵詞聚類視圖（1998—2020年）Keyword clustering view of the researches on the influence of courtyard spatial form on thermal environment(1998-2020)

3 庭園空間形態(tài)對熱環(huán)境影響研究的時間線視圖（1998—2020年）The timeline view of the researches on the influences of courtyard spatial form on thermal environment (1998-2020)

1.2 研究主題分類

基于關(guān)鍵詞聚類視圖導(dǎo)出中心性排名前10位的關(guān)鍵詞（表1），將其歸納為2個研究主題。一是由“空間幾何”（space geometry）、“熱緩解策略”（heat mitigation strategy）、“設(shè)計”（design）等關(guān)鍵詞統(tǒng)領(lǐng)的適應(yīng)氣候的庭園空間形態(tài)特征歸納，其內(nèi)容覆蓋面廣，既是研究重點，也可以關(guān)聯(lián)和輻射其他關(guān)鍵詞，所以其中心性和頻次均最高。二是以“影響”（impact）、“熱性能”（thermal performance）、“模擬”（simulation）等關(guān)鍵詞為代表的研究主題，其聚焦于庭園空間形態(tài)指標(biāo)對熱環(huán)境的影響機理分析。據(jù)此，對2個研究主題下的研究對象、研究內(nèi)容、研究方法和氣候區(qū)進(jìn)行具體分類（圖4），本研究中所有的氣候區(qū)均使用柯本氣候分類法[13]。

表1 關(guān)鍵詞中心性排序Tab. 1 Keyword centrality ranking

4 國內(nèi)外庭園空間形態(tài)對熱環(huán)境影響研究的發(fā)展（1998—2020年）The development of the researches on the influence of courtyard spatial form on thermal environment at home and abroad (1998-2020)

1.2.1 適應(yīng)氣候的庭園空間形態(tài)特征歸納

該研究主題關(guān)注庭園對熱環(huán)境的調(diào)節(jié)作用及適應(yīng)氣候的庭園空間形態(tài)特征總結(jié)。1980年，《熱帶住宅和建筑手冊》（Manual of Tropical Housing and Building）中首次提出了庭園在炎熱干旱氣候區(qū)的微氣候調(diào)節(jié)價值，引發(fā)了人們對庭園氣候適應(yīng)性設(shè)計的關(guān)注[14]。陸續(xù)有學(xué)者利用實測[15]、風(fēng)洞試驗[16-17]和計算機模擬[18]的方法從定性與定量角度歸納了庭園適應(yīng)熱環(huán)境的空間形態(tài)特征，以期為當(dāng)代庭園設(shè)計提供參考。相較于國外，中國的定量研究起步較晚，2010年之前，鄧其生[4]、湯國華[19]等依據(jù)其實踐經(jīng)驗總結(jié)了庭園在遮陽、通風(fēng)方面的空間布局、構(gòu)筑物形式、植物配置等造景理法。2015年之后有學(xué)者開始通過實測與計算機模擬結(jié)合的方法梳理了嶺南[10]、江南[7]、西南[20]地區(qū)庭園的熱環(huán)境適應(yīng)性空間形態(tài)特征。

1.2.2 庭園空間形態(tài)指標(biāo)對熱環(huán)境的影響機理分析

該研究主題聚焦于探索庭園空間形態(tài)指標(biāo)對熱環(huán)境的作用機理。Muhaisen[21]提出了夏冬兩季以熱舒適為目標(biāo)的庭園最佳空間配置比例。在分析庭園空間形態(tài)特征的基礎(chǔ)上，空間特征與氣候要素、人體熱舒適的關(guān)聯(lián)性成為近年來的研究熱點。相關(guān)學(xué)者立足于其所處地區(qū)的氣候特點，借助實測和計算機模擬技術(shù)，分析庭園空間的整體比例、圍合度對遮陽、通風(fēng)和熱舒適的影響，并評價不同指標(biāo)對熱環(huán)境的影響程度[22-23]。

2 庭園空間形態(tài)對熱環(huán)境影響的研究熱點分析與評述

庭園空間形態(tài)指標(biāo)的選取和定量化是探討其熱環(huán)境效應(yīng)的前提。庭園空間整體特征、空間圍合特征及空間遮蔽特征均會對熱環(huán)境產(chǎn)生一定影響（圖5）。當(dāng)前研究的熱點主要是從這3個方面提出具體的指標(biāo)并通過實測和計算機模擬探討了庭園空間形態(tài)影響熱環(huán)境的機理。

5 影響熱環(huán)境的庭園空間形態(tài)特征及其剖面圖Features of courtyard spatial form affecting the thermal environment and their sectional views

2.1 空間整體特征對熱環(huán)境的影響

空間整體特征即由空間長（L）、寬（W）、高（H）3個維度的數(shù)值變化而形成面積不同、形狀各異的平面形態(tài)和不同大小的立面比例等特征。當(dāng)前衡量空間整體特征的指標(biāo)有平面、立面形態(tài)指標(biāo)2類，其中較為常用并對熱環(huán)境有顯著影響的指標(biāo)為高寬比（H/W）、高度周長比（H/P）、寬長比（W/L）。

2.1.1 平面形態(tài)指標(biāo)對熱環(huán)境的影響

不同的平面形態(tài)影響太陽對庭園室外空間的直射范圍，形成各異的庭園熱環(huán)境。平面形態(tài)的變化主要體現(xiàn)在矩形庭園寬長比（W/L）和非矩形庭園的形狀變化。

1）寬長比（W/L）。已有研究將庭園簡化為立方體，模擬不同氣候區(qū)下庭園的W/L變化對遮陽效果的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在冬季，干熱與溫和氣候區(qū)的日照面積與矩形庭園的W/L呈 正 相 關(guān)[21]。Manio?lu等[24]的 研究證實了這一結(jié)論，并通過能耗模擬軟件EnergyPlus總結(jié)矩形庭園對夏季熱環(huán)境性能的影響高于冬季。隨著計算機模擬方法的快速發(fā) 展，Lobaccaro等[25]和Tabadkani等[26]基 于Grasshopper、Ladybug tools等工具分析歸納了干旱氣候區(qū)不同中尺度氣候①下庭園寬度與長度的關(guān)系式（表2）。Lobaccaro等[25]的研究首次把參數(shù)化設(shè)計平臺應(yīng)用于庭園，提出了貫穿設(shè)計全程的模擬與評價工作流程，可以啟發(fā)更多的庭園參數(shù)化研究。

表2 干旱氣候區(qū)不同中尺度氣候下庭園寬度與長度的關(guān)系式[25-26]Tab. 2 Correlation between courtyard width and length in different mesoclimate in arid climate region[25-26]

2）形狀變化。庭園平面形狀變化豐富，不只有簡單的矩形。Muhaisen等[27]比較了五、六、七、八邊形庭園的墻面日曬與墻面陰影面積，得出形狀變化對夏季的庭園墻面陰影面積有顯著影響，對冬季日曬面積影響較小。五邊形庭園可以形成最大的墻面陰影面積，七邊形庭園的墻面陰影面積則最小。該研究首次關(guān)注到庭園多邊形形態(tài)與熱環(huán)境的關(guān)聯(lián)性，并嘗試提出一種在不同季節(jié)測算多邊形庭園日曬面積的計算方法，但實踐中鮮有此類規(guī)則庭園，因此，其結(jié)果的指導(dǎo)性有限。

2.1.2 立面形態(tài)指標(biāo)對熱環(huán)境的影響

立面形態(tài)指標(biāo)主要通過影響太陽輻射過程和氣流分布來調(diào)節(jié)熱環(huán)境。現(xiàn)有研究多以高寬比（H/W）、高度周長比（H/P）衡量三維空間形態(tài)對熱環(huán)境的影響。

1）高寬比（H/W）。已有研究表明H/W是影響干旱氣候區(qū)庭園日間遮陽、夜間保溫效果的主要因素[28]。Nazanin等[29]對伊朗設(shè)拉子（Shiraz）庭園的模擬研究發(fā)現(xiàn)H/W每增加1，日間平均空氣溫度降低約1.5℃。Yang等[30]模擬分析了北京不同H/W庭園的日間太陽輻射，發(fā)現(xiàn)H/W為0.5的庭園日間太陽輻射值為550 W/m2，比H/W為1和2的庭園日間太陽輻射值分別大120 W/m2和300 W/m2。

實測和計算機模擬研究均表明風(fēng)場受到H/W的強烈影響[31-33]。Hall等[15]利用風(fēng)洞試驗并結(jié)合空間內(nèi)污染物的流動情況，分析了3個長寬相等、高度不同的封閉庭園內(nèi)空氣流動特征。Rojas等[34]在其基礎(chǔ)上利用計算機進(jìn)行模擬的結(jié)果表明：當(dāng)H/W＜0.3時，園內(nèi)外形成穩(wěn)定的空氣循環(huán)；當(dāng)0.3≤H/W≤1時，園中形成了不同于外界環(huán)境的小氣候，也產(chǎn)生了一個與外界空間氣流交換的過渡區(qū)域；當(dāng)H/W＞1時，庭園內(nèi)部上方易形成渦流，不利于自然通風(fēng)?？傮w來說，H/W與空氣溫度、太陽輻射量呈負(fù)相關(guān)，但當(dāng)H/W增加到一定程度時可能會造成熱空氣滯留在庭園內(nèi)部而使溫度不降反增的結(jié)果。

2）高度周長比（H/P）。H/P常被用來衡量不規(guī)則平面形狀的庭園整體比例，其對太陽輻射過程的影響與H/W相似。已有研究分析了意大利不同城市4種多邊形庭園的H/P對墻面陰影面積的影響，結(jié)果表明在夏季，H/P與墻面陰影面積呈正相關(guān)；在冬季，H/P與墻面日照面積呈負(fù)相關(guān)，并建議庭園的H/P≥0.2以滿足夏冬兩季的熱舒適[27]。Muhaisen[21]對不同氣候區(qū)庭園H/P對熱環(huán)境影響的模擬分析得到濕熱、溫和氣候區(qū)的H/P與遮陽面積呈正相關(guān)，并建議濕熱地區(qū)庭園H/P宜為0.15～0.35[21]。

2.2 空間圍合特征對熱環(huán)境的影響

空間圍合特征即由庭園空間內(nèi)部圍合界面上存在的大小、形狀、位置各異的開口所形成的封閉、開敞或半封閉的圍合狀態(tài)，其主要通過影響空氣流動改變庭園熱環(huán)境（圖6）。

6 空間圍合特征的開口形態(tài)指標(biāo)示意圖Schematic diagram of the opening shape index of the space enclosure features

開口面積占比（open area ratios, OAR）、多個開口間的相對位置與當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向間的角度直接影響流入庭園內(nèi)的風(fēng)速大小和進(jìn)、出風(fēng)口的位置[35]。當(dāng)主導(dǎo)風(fēng)向與開口位置的軸線平行時，園內(nèi)空氣流動加速，窗墻比（windowto-wall ratios, WWR）與風(fēng)速成正比[36-37]。與WWR對熱環(huán)境影響過程相似，窗戶距地面的高度（sill height, SH）是影響庭園風(fēng)速的主要因素之一[38]。杜宇航[39]在對珠三角院落的模擬研究中，提出窗戶位置不當(dāng)可能會導(dǎo)致院落內(nèi)出現(xiàn)大面積的靜風(fēng)區(qū)、室內(nèi)風(fēng)速過大等諸多不良影響，并提出院落的開窗設(shè)計策略。

2.3 空間遮蔽特征對熱環(huán)境的影響

空間遮蔽特征即庭園在構(gòu)筑物細(xì)部構(gòu)件設(shè)計中以遮陽、隔熱為目的形成的諸如屋面挑檐、門窗飄檐、斜坡屋頂?shù)刃螒B(tài)特征。

空間遮蔽特征通過阻擋太陽輻射輸入或?qū)崃孔韪粼诤诵目臻g之外來影響熱環(huán)境。陸元鼎等[40]、陸琦[41]分析了嶺南庭園將遮陽設(shè)計結(jié)合在建筑自身造型中的設(shè)計手法，包括利用建筑構(gòu)件產(chǎn)生陰影，形成互遮陽和自遮陽的屋檐設(shè)計，在門、窗上設(shè)計向外延伸的遮陽構(gòu)件等細(xì)部處理。曾志輝[37]歸納了嶺南庭園建筑門窗的飄檐一般向外延伸0.2～0.5 m。謝浩[42]分析了嶺南庭園利用窗洞裝飾的出挑寬度、窗梁部位的壁厚達(dá)到遮陽作用的構(gòu)造。張濤[43]實測了中國各氣候區(qū)庭園屋面挑檐及其遮陽性能，發(fā)現(xiàn)南向屋面的出挑寬度變化一般在0.4～1.3 m之間，東西屋面的出挑寬度一般在0～3.0 m之間。在高緯度地區(qū)，出挑寬度越小越能保證庭園采納足夠的陽光以提高冬季熱舒適；在中國夏熱冬暖地區(qū)，增加?xùn)|西向屋面出挑寬度可以有效遮陽。總體而言，中國各地區(qū)傳統(tǒng)庭園建筑的屋面出挑寬度呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。

2.4 研究評述

從研究方向、空間形態(tài)指標(biāo)選取、研究方法及共識結(jié)論等方面對該領(lǐng)域研究進(jìn)行總結(jié)（表3）。從研究內(nèi)容來看，各空間形態(tài)指標(biāo)在量變模擬時缺少一定的取值規(guī)則，其量變范圍和間隔對實際設(shè)計項目中相應(yīng)指標(biāo)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)考慮不足，使得無法有效地指導(dǎo)實際項目。研究方法經(jīng)歷了從定性到定量的轉(zhuǎn)變，目前主要有實測、風(fēng)洞試驗和計算機模擬等方法?？紤]到實測和風(fēng)洞試驗存在成本消耗高、標(biāo)準(zhǔn)模型制作復(fù)雜的局限性，計算機模擬因其數(shù)據(jù)處理效率高、對復(fù)雜形體可進(jìn)行精確建模的優(yōu)勢而得到廣泛的應(yīng)用，但在進(jìn)行多變量模擬時，其計算量大、耗時較長的問題也不斷暴露出來。

表3 庭園空間形態(tài)對熱環(huán)境影響的研究內(nèi)容總結(jié)[15,21,24,30,33-34,37,39-40,44-48]Tab. 3 Summary of the research contents on the influence of courtyard spatial form on thermal environment[15,21,24,30,33-34,37,39-40,44-48]

研究區(qū)域分布上，各氣候區(qū)的研究結(jié)論較為分散且代表性受限。雖有學(xué)者嘗試在多樣本庭園實測和模擬中提取熱環(huán)境改善策略，但某些措施并不一定具有普適性，甚至?xí)岘h(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響[49-50]。比如，南北向庭園更適合地中海沿岸地區(qū)的氣候[51]，而在中緯度城市阿德萊德（Adelaide），東西向庭園的熱環(huán)境較為舒適[52]。因此，應(yīng)結(jié)合各城市具體的地理特征和季節(jié)特征，因地制宜地提出庭園熱環(huán)境優(yōu)化策略。

3 對當(dāng)前中國相關(guān)研究的啟示

國外該領(lǐng)域研究已開展了約40年，可為中國的相關(guān)研究提供理論經(jīng)驗和研究工具。然而，中國庭園的空間形態(tài)與大多數(shù)西方國家存在顯著差異，因此，需要基于本土的庭園進(jìn)行理論提升及典型案例研究。筆者認(rèn)為中國研究的展開應(yīng)在學(xué)科融合、提升基礎(chǔ)理論的研究基石上，從研究方法的選擇、研究過程的深入分析等方面搭建研究框架（圖7）。

7 未來中國庭園空間形態(tài)對熱環(huán)境影響的研究框架Research framework of the influence of courtyard spatial form on thermal environment in China in the future

3.1 形態(tài)指標(biāo)的適宜性選擇

3.1.1 空間整體形態(tài)指標(biāo)的選擇

基于前文綜述，空間整體特征中針對H/W、W/L指標(biāo)對熱環(huán)境影響的探討更為深入，其研究將庭園視為一個建筑圍合而成的空心立方體以便于模擬和量變分析，為中國相關(guān)研究提供了參考思路。但中國的庭園空間多由建筑及景觀要素組合成豐富各異的整體形態(tài)，使用簡化的模型會忽略中國庭園特有的空間特征。因此，未來中國庭園空間整體形態(tài)指標(biāo)的選擇應(yīng)在分析院落空間和建筑的位置關(guān)系及其分別作為虛、實空間的比例大小、景觀要素的形態(tài)及面積等因素的基礎(chǔ)上做針對性的篩選。如以建筑空間為主的嶺南庭園整體形態(tài)指標(biāo)需納入建筑與院落的平面布局形態(tài)指標(biāo)；以自然景物為主的江南庭園整體形態(tài)指標(biāo)也應(yīng)納入水體面積、喬木郁閉度等指標(biāo)。

3.1.2 空間圍合形態(tài)指標(biāo)的選擇

建筑圍合面的開口位置、窗戶開口大小指標(biāo)對微氣候環(huán)境影響程度的研究已有一定規(guī)模。但中國江南及嶺南地區(qū)的庭園常以空間滲透性較強的形態(tài)存在，庭園空間常沒有明確的建筑圍合面或圍合面形態(tài)不局限于窗戶。因此，在選擇圍合界面開敞度指標(biāo)時，除窗戶之外，還需考慮諸如嶺南敞口廳的開口面積指標(biāo)及其量化方式。

3.1.3 空間遮蔽形態(tài)指標(biāo)的選擇

空間遮蔽特征作為中國庭園獨有的建筑設(shè)計細(xì)節(jié)呈現(xiàn)，當(dāng)前研究已關(guān)注到屋面挑檐、門窗飄檐的寬度指標(biāo)，但較少提及庭園建筑屋頂遮陽的形態(tài)指標(biāo)，如屋頂高度、屋面坡度對熱環(huán)境的影響。而在嶺南私園中，其作為影響庭園太陽輻射量、適應(yīng)濕熱氣候的重要指標(biāo)需要進(jìn)一步研究。

總體來說，當(dāng)前需構(gòu)建適于中國庭園特征的空間形態(tài)設(shè)計指標(biāo)體系。需要注意的是，各地區(qū)庭園空間建造一般使用尺寸固定的營造尺，并由此衍生出一套固定的尺寸模數(shù)[53]，各指標(biāo)在進(jìn)行計算機模擬的取值間隔即與模數(shù)相對應(yīng)。因此，未來應(yīng)系統(tǒng)地整理各地區(qū)庭園空間整體、圍合、遮蔽特征的具體形態(tài)指標(biāo)數(shù)值，并以當(dāng)?shù)貭I造尺為量變間隔，科學(xué)確定各指標(biāo)的量變?nèi)≈捣秶?/p>

3.2 研究方法的融合創(chuàng)新

熱環(huán)境性能優(yōu)化導(dǎo)向的庭園空間形態(tài)設(shè)計策略應(yīng)在分析形態(tài)指標(biāo)與熱環(huán)境關(guān)聯(lián)性的基礎(chǔ)上有針對性地提出，因此須從量化研究著手。

空間整體形態(tài)及圍合形態(tài)指標(biāo)對熱環(huán)境的研究多采用計算機模擬結(jié)合敏感性分析、回歸分析與結(jié)構(gòu)方程模型等統(tǒng)計分析方法建立形態(tài)指標(biāo)與熱環(huán)境的數(shù)學(xué)關(guān)系模型。目前已有相關(guān)研究提出基于參數(shù)化控制模型聯(lián)合性能模擬工具[35]的方法，通過改變一個或多個指標(biāo)使目標(biāo)形態(tài)變化并最終實現(xiàn)優(yōu)化結(jié)果，該方法表現(xiàn)出數(shù)據(jù)處理效率高、量變模擬速度快、可以實現(xiàn)以性能為目標(biāo)的空間整體形態(tài)設(shè)計方案比對的優(yōu)勢。

空間遮蔽形態(tài)指標(biāo)與熱環(huán)境的相關(guān)性研究目前僅采用了實測和數(shù)理統(tǒng)計方法。未來在分析其影響程度和規(guī)律時也可以基于計算機模擬技術(shù)，在可視化編程技術(shù)平臺（Grasshopper+Ladybug）上，建立ENVI-met與Ladybug的關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)化程序以實現(xiàn)設(shè)計模型和室外微氣候模擬模型的聯(lián)動，繼而利用統(tǒng)計學(xué)和回歸擬合計算進(jìn)行尋優(yōu)。

總體來說，綜合考慮3類空間形態(tài)指標(biāo)對熱環(huán)境影響研究開展過程中應(yīng)用的不同研究方法，中國在推進(jìn)此類研究時采用參數(shù)化模擬研究結(jié)合樣本案例中庭園熱環(huán)境實測數(shù)據(jù)和熱舒適問卷調(diào)查數(shù)據(jù)來校驗結(jié)果準(zhǔn)確性，進(jìn)而利用統(tǒng)計學(xué)方法來探究空間形態(tài)指標(biāo)與熱環(huán)境的耦合機理更具可行性。

3.3 研究成果的應(yīng)用價值提升

相比中國，國外更強調(diào)熱環(huán)境研究對庭園空間形態(tài)設(shè)計的指導(dǎo)意義。未來可以從行業(yè)規(guī)范引導(dǎo)、設(shè)計人員對熱環(huán)境設(shè)計的認(rèn)知更新、學(xué)科交叉合作等方面加強庭園空間的設(shè)計實踐，使空間形態(tài)設(shè)計方案中提高熱舒適的目標(biāo)和措施得以落實。

對設(shè)計人員來說，未來可以從總體設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計2個層級劃分設(shè)計內(nèi)容，形成融合熱舒適設(shè)計的庭園空間形態(tài)方案。在總體設(shè)計階段，從庭園規(guī)模、建筑和景觀要素的布局等方面評估其對熱環(huán)境、熱舒適的影響進(jìn)而調(diào)整優(yōu)化；在詳細(xì)設(shè)計階段，基于開口尺寸、出挑寬度對通風(fēng)、太陽輻射和熱舒適的影響評估，確定可以提高熱舒適的建筑圍合面和構(gòu)筑細(xì)節(jié)，在此基礎(chǔ)上對總體設(shè)計方案進(jìn)行調(diào)整。

總體來說，未來應(yīng)進(jìn)一步探索各空間形態(tài)指標(biāo)的組合形式，解析庭園空間整體、圍合及遮蔽特征中形態(tài)指標(biāo)對熱環(huán)境、熱舒適的交互作用和相對重要性，為構(gòu)建庭園空間熱舒適預(yù)測模型提供數(shù)據(jù)支持。同時建立庭園空間形態(tài)指標(biāo)配置模型來指導(dǎo)以熱舒適為導(dǎo)向的風(fēng)景園林空間設(shè)計。

4 結(jié)語

大量的實地研究驗證了優(yōu)化庭園空間形態(tài)可以營造良好熱舒適的庭園室外環(huán)境，而中國在庭園空間形態(tài)熱環(huán)境效應(yīng)方面的研究起步時間晚，多數(shù)研究集中在數(shù)據(jù)實測和客觀原理總結(jié)上，從空間形態(tài)角度出發(fā)分析傳統(tǒng)庭園的熱環(huán)境效應(yīng)并將其影響機理與設(shè)計實踐有效銜接的研究有限。因此，中國庭園空間形態(tài)對熱環(huán)境影響的研究尚存在深入研究的必要性。在系統(tǒng)思辨國內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，未來可以從建立庭園空間形態(tài)設(shè)計指標(biāo)體系、探索適用于中國庭園空間的模擬方法等方面制定研究框架。同時，伴隨著計算機模擬、數(shù)學(xué)建模等科學(xué)方法的廣泛應(yīng)用，未來也應(yīng)更加重視借助跨學(xué)科理論和方法，將更具定量化的環(huán)境模擬等技術(shù)化手段作為設(shè)計和管理決策的科學(xué)技術(shù)支撐，為中國相關(guān)研究的展開和庭園在當(dāng)代綠色開放空間規(guī)劃中的合理運用提供指導(dǎo)。

（本文獲2020年第一屆LA青年學(xué)者論文獎優(yōu)秀獎）

注釋(Note)：

① 中尺度氣候是指水平尺度幾十千米至幾百千米，時間尺度幾小時到幾十小時的氣候現(xiàn)象。

圖表來源(Sources of Figures and Tables)：

圖1～7由作者繪制；表1由作者繪制；表2由作者根據(jù)參考文獻(xiàn)[25-26]整理繪制；表3由作者根據(jù)參考文獻(xiàn)[15,21, 24, 30, 33-34, 37, 39-40, 44-48]整理繪制。