摘要：通過場(chǎng)地遮陽與降溫設(shè)計(jì)可以改善現(xiàn)代城市高密度人流開放空間的環(huán)境舒適度。本文以世博會(huì)場(chǎng)地這一典型的高密度人流開放空間為例，基于人體舒適度模型，通過對(duì)影響人體舒適度的四大因子的分析比較，系統(tǒng)研究了世博場(chǎng)地降溫系統(tǒng)與遮陽系統(tǒng)設(shè)計(jì)，達(dá)到高密度人流開放空間的人性化使用。

關(guān)鍵詞：上海世博會(huì)，場(chǎng)地設(shè)計(jì)，高密度，開放空間，降溫，遮陽 

Abstract: The comfort of highly dense people open space can be reduced by sunshade and cooling design. Based on the model of human comfort and the example of EXPO site which is the typical highly dense people open space, we research systematically sunshade and cooling system design by analysis and compare of four factors which can affact human comfort, and achieve the humanized use of highly dense open space.

Key words: Shanghai World Expo  Site design highly dense open space  cooling sunshade

引言：

城市高密度使用開放空間的的環(huán)境舒適度隨著我國城市化進(jìn)程的加速越來越引起人們的重視。這種高密度使用的開放空間大多以大面積硬質(zhì)廣場(chǎng)空間為主，像包括商業(yè)步行街，交通集散廣場(chǎng)，集會(huì)慶典廣場(chǎng)以及舉辦奧運(yùn)會(huì)，世博會(huì)等重大的城市事件。本文對(duì)世博場(chǎng)地的遮陽與降溫設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，對(duì)類似的高密度人流開放空間有借鑒意義。

1．上海世博會(huì)場(chǎng)地典型高密度人流開放空間

上海世博會(huì)場(chǎng)地主要包括園區(qū)內(nèi)240多個(gè)外國國家館、國際組織館展區(qū)外的所有公共空間，涉及廣場(chǎng)、綠地、高架、配套設(shè)施等要素，而其中的廣場(chǎng)系統(tǒng)是核心與重點(diǎn)。

根據(jù)預(yù)測(cè)，整個(gè)世博會(huì)日均客流量為40萬人次，高峰日客流量為60萬人次，極端高峰日客流量為80萬人次。據(jù)測(cè)算展館等建筑能容納10萬人左右，大部分人流將由場(chǎng)地公共空間來消化。取同時(shí)在場(chǎng)系數(shù)0.7，高峰日將有32萬人分布在外部公共空間，人均室外場(chǎng)地為6m2,極端高峰時(shí)公共空間面臨的人流壓力將更巨大［1］，上海世博會(huì)場(chǎng)地將成為典型的高密度使用開放空間。

上海世博會(huì)展會(huì)時(shí)間為2010年5月1號(hào)到10月31號(hào)，將會(huì)遭遇梅雨、臺(tái)風(fēng)、高溫等惡劣天氣的影響。梅雨季節(jié)在6月中旬7月上中旬，通常持續(xù)連綿的陰雨、溫高濕大，7、8、9月為高溫月份。夏季持續(xù)時(shí)間一般140天以上。

因而在世博場(chǎng)地設(shè)計(jì)中，提供合適的遮陽與降溫設(shè)施將成為世博期間漫長(zhǎng)夏季里的最大的挑戰(zhàn)之一。

2．人體舒適度

面對(duì)高密度人流開放空間高溫，高人流密度的雙重挑戰(zhàn)，在場(chǎng)地降溫設(shè)計(jì)中，單純把目標(biāo)放在如何降低溫度上，不是解決問題的關(guān)鍵所在。場(chǎng)地降溫的根本目的在于提高人體舒適度，人體舒適度的影響因子包括氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)和熱輻射。在高密度人流開放空間設(shè)計(jì)中，應(yīng)該從提高人體舒適度的角度出發(fā)，進(jìn)行場(chǎng)地降溫設(shè)計(jì)。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，上海夏季廣場(chǎng)空間的溫度和輻射強(qiáng)度指數(shù)最高，依據(jù)人體舒適度模型［2］：SSDI=1.8T+0.145RH(1.8T-26)+a(T-33) +0.134S+27 ，推算人體舒適度指數(shù)在80～85之間，炎熱不舒。由于世博園內(nèi)多為中小型廣場(chǎng)，熱輻射較其它類型空間大、空氣溫度偏高，提高廣場(chǎng)人群的體感舒適度作為世博場(chǎng)地降溫的重點(diǎn)考慮。

3．基于人體舒適度改善的遮陽降溫途徑

基于人體舒適度模型，從溫度，熱輻射，濕度，風(fēng)速四個(gè)因子著手，研究遮陽降溫，提高世博場(chǎng)地人群的體感舒適度的主要包括四大途徑：

3.1降低環(huán)境溫度

   降低空氣溫度是最直接有效的改善人們體感舒適度的方式，在夏季的世博場(chǎng)地，若能使局部空間的環(huán)境溫度降低3－5度，可以極大改善參觀游客的體感舒 適度。

3.2減弱地表熱輻射

太陽輻射強(qiáng)度與舒適度之間的具有直接關(guān)系。隨著太陽輻射強(qiáng)度的增加，使人感覺舒適的溫度可以相應(yīng)降低。例如：當(dāng)相對(duì)濕度為70%，太陽輻射強(qiáng)度為0w/m2時(shí)，舒適溫度的最低值為20℃；若濕度不變，太陽輻射強(qiáng)度加大到300w/m2，舒適溫度的最低值為17℃；若太陽輻射強(qiáng)度為800w/m2，則舒適溫度的最低值可降低到11℃，比沒有太陽輻射時(shí)下降9℃左右［3］。

3.3減少空氣濕度

在高溫天氣下，空氣濕度的增加會(huì)加強(qiáng)人體的不適感，所以在進(jìn)行場(chǎng)地降溫設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)控制局部環(huán)境的空氣濕度，盡可能不增加濕度。

3.4適當(dāng)增加風(fēng)速

當(dāng)氣溫低于皮膚溫度時(shí),風(fēng)能使機(jī)體散熱加快。風(fēng)速每增加1m/s，會(huì)使人感到氣溫下降了2—3℃，風(fēng)越大散熱越快。溫度越高、濕度越大，通風(fēng)就越重要。即使風(fēng)的溫度有點(diǎn)偏高，但由于它增加了皮膚的蒸發(fā)，所以也會(huì)使人感覺舒適。

4．世博場(chǎng)地改善人體舒適度措施

通過以上對(duì)基于人體舒適度因子的降溫四大途徑的分析，在高密度人流開放空間中，通過以上對(duì)改善人體舒適度因子的途徑的分析，在高密度人流開放空間中，改善人體舒適度要必須具備影響人體舒適度的四大因子。通過系統(tǒng)比較論證，在上海世博會(huì)場(chǎng)地公共空間中設(shè)計(jì)了低壓霧噴降溫系統(tǒng)和遮陽系統(tǒng)，以改善人體舒適度，從其中一個(gè)視角實(shí)現(xiàn)世博場(chǎng)地設(shè)計(jì)的人性化表達(dá)

5.世博場(chǎng)地降溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

霧噴降溫設(shè)備根據(jù)水霧蒸發(fā)吸熱的原理，以水為原料，利用設(shè)備壓力，使水通過微孔撞擊霧化，形成自然水霧，以達(dá)到降低局部空間的環(huán)境溫度的效果。

5.1方法選擇

現(xiàn)在世界上成熟的降溫技術(shù)主要有兩種：高壓霧噴技術(shù)和低壓兩相流霧噴技術(shù)。通過分析比較，兩者的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比如表1所示：

表1 低壓兩相流噴霧降溫與高壓噴霧降溫技術(shù)比較

根據(jù)以上對(duì)影響人體舒適度的四大因子的比較，綜合考慮，在世博場(chǎng)地設(shè)計(jì)中，選擇采用低壓兩相流噴霧降溫技術(shù)對(duì)廣場(chǎng)局部環(huán)境空間進(jìn)行降溫較為適合，通過試驗(yàn)表明，霧噴點(diǎn)周邊降溫效果能達(dá)到5－6℃，其水、電能耗都在可控范圍之內(nèi)。水霧粒徑控制在40～80微米，可部分沉降到地表和人皮膚上，減少熱輻射，同時(shí)可在降溫覆蓋區(qū)域內(nèi)人工送風(fēng)（風(fēng)速范圍1-8m/s），使游人的體感舒適度增加，減少或避免中暑的發(fā)生（圖1）。

圖1 低壓噴霧降溫終端——中心點(diǎn)立面人體舒適度趨勢(shì)圖

5.2 降溫使用人群的行為狀態(tài)

在高密度使用開放空間中，人的行為狀態(tài)主要兩種：運(yùn)動(dòng)中和靜止休息。對(duì)于靜止休息的人群，降溫設(shè)備可結(jié)合場(chǎng)地的休息區(qū)統(tǒng)一布置，水電配套完善，形成固定的降溫休息區(qū)域。而對(duì)于運(yùn)動(dòng)中的人群，通常無固定行進(jìn)路線，因而無法使用固定的降溫設(shè)備，需要采用可移動(dòng)降溫設(shè)備，在人流量較為集中的場(chǎng)地通過性空間中布置，提高行走人群的體感舒適度。

5.3固定式與移動(dòng)式噴霧降溫

在高密度人流開放空間中，場(chǎng)地降溫方式應(yīng)分為固定降溫和行走降溫兩種（圖2）：

圖2 固定式噴霧降溫與移動(dòng)式噴霧降溫

(a) 固定懸掛式噴霧降溫    (b) 固定立桿式噴霧降溫  (c) 移動(dòng)式噴霧降溫

5.3.1固定式霧噴降溫

根據(jù)世博場(chǎng)地功能要求布設(shè)在廣場(chǎng)核心區(qū)旁，集中成片的“固定遮陽傘”和“移動(dòng)樹陣”構(gòu)成廣場(chǎng)“遮蔭休憩空間”，在該休閑空間布置固定式噴霧降溫終端，方便集中供水、供電，水泵和管路可以隱藏，只留噴霧終端在地表。

固定式霧噴終端設(shè)備針對(duì)廣場(chǎng)不同類型空間采用懸掛型和立柱型終端兩種，分別運(yùn)用于遮陽棚休憩空間和樹陣休憩空間

5.3.2移動(dòng)式霧噴降溫

應(yīng)對(duì)特殊情況下的人流高峰，在世博場(chǎng)地后期運(yùn)營(yíng)管理中可根據(jù)人流集中情況、場(chǎng)地狀況、氣象條件變化等靈活布設(shè)和增減移動(dòng)式霧噴終端，作為補(bǔ)充和應(yīng)急，最大限度實(shí)現(xiàn)人性化管理。

移動(dòng)式霧噴降溫為低壓兩相流噴霧技術(shù)所獨(dú)有，采用蓄電池供電，供電、供水系統(tǒng)與噴霧終端一體化集成在同一設(shè)備中，可靈活布置。

實(shí)驗(yàn)研究表明，采用低壓可移動(dòng)式霧噴降溫設(shè)備，當(dāng)行走人群以0.9-1.4m/s 的步速行進(jìn)，可以感受到步行引導(dǎo)區(qū)內(nèi)1～8m/s的風(fēng)速，裸露皮膚的平均液體沉降<5ml/min，100米引導(dǎo)區(qū)行走獲得的液體量<6ml,并迅速蒸發(fā)，不會(huì)產(chǎn)生不適感。

5.4．降溫系統(tǒng)布局

                   圖3 世博廣場(chǎng)遮陽設(shè)施與霧噴降溫結(jié)合形成休憩區(qū)

在高密度人流開放空間中，降溫設(shè)備的布局直接關(guān)系到場(chǎng)地的降溫效果，依據(jù)人體舒適度模型，為了減弱熱輻射對(duì)舒適度的影響，以達(dá)到良好的降溫效果，霧噴降溫設(shè)備宜結(jié)合遮陽設(shè)施布置，形成蔭涼的休息區(qū)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，遮陽設(shè)施下的場(chǎng)地降溫效果明顯好于太陽直射下的場(chǎng)地降溫效果。在世博場(chǎng)地設(shè)計(jì)中，降溫布局方式主要有以下幾種：

5.4.1結(jié)合綠地休息空間設(shè)計(jì)

霧與綠的融合性不但能營(yíng)造出不同層次的景觀效果，同時(shí)霧的控濕和降溫可使特定綠化區(qū)域內(nèi)的植物帶來最佳的生長(zhǎng)環(huán)境。因而在世博場(chǎng)地的綠地休息空間中，可適當(dāng)布置霧噴終端設(shè)備，可隱藏于植物群落之中，制造霧化景觀效果，并能服務(wù)綠地中的休息人群。

5.4.2結(jié)合廣場(chǎng)休息區(qū)設(shè)計(jì)

5.4.3結(jié)合廣場(chǎng)通過性空間設(shè)計(jì)

結(jié)合場(chǎng)地通過性空間中可拆卸遮陽篷，布置可移動(dòng)霧噴降溫設(shè)備，使其成為噴霧降溫覆蓋區(qū)域，作為廣場(chǎng)的景觀和降溫通道，可為廣場(chǎng)上的行走人群帶來降溫的感受。

5.4.4結(jié)合高架步道設(shè)計(jì)

高架步道是世博場(chǎng)地人行交通干道，高架下的空間遮陽效果好，除了交通功能外，也適于作為休息空間。霧噴設(shè)備可結(jié)合高架，在步行通道頂棚，增加噴霧點(diǎn)，并適當(dāng)利用加風(fēng)裝置，在高架底層形成蔭涼的遮陽降溫通道。

6. 世博場(chǎng)地遮陽系統(tǒng)設(shè)計(jì)

世博會(huì)遮陽設(shè)計(jì)能降低環(huán)境溫度和減弱地表輻射，其系統(tǒng)的空間布局、數(shù)量規(guī)模等屬性受到場(chǎng)地功能、建造條件與人流密度等諸多因素的影響。

6.1遮陽設(shè)計(jì)定位

上海世博會(huì)場(chǎng)地公共空間將容納巨大人流，遮陽避雨設(shè)施需求量大；場(chǎng)地空間的復(fù)雜性、配套設(shè)施多且邊界條件不斷變化，需要統(tǒng)籌布局遮陽設(shè)施，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化；在滿足遮陽基本功能的前提下實(shí)現(xiàn)技術(shù)與藝術(shù)的融合。

6.2遮陽總體布局

遮陽設(shè)施需依據(jù)不同場(chǎng)地特征、氣候條件、游客流量等因素進(jìn)行設(shè)計(jì)。世博園中，其遮陽設(shè)施布局綜合考慮游客總體分布情況及交通流線特征，并結(jié)合各類型建筑設(shè)施日照陰影與場(chǎng)地輻射情況，形成結(jié)構(gòu)分明、重點(diǎn)突出的遮陽分級(jí)系統(tǒng)。

6.2.1與人流分布及交通流線的關(guān)系

園區(qū)內(nèi)游客行進(jìn)、參觀、排隊(duì)等候等一系列活動(dòng)是動(dòng)態(tài)而連續(xù)的。從空間上看，東西向?yàn)橹髂媳毕驗(yàn)檩o的高架步道聯(lián)系各主要片區(qū)及展館，是園區(qū)最主要的步行參觀流線。整體上形成以高架步道為主、南北向各級(jí)通道為輔的魚骨狀步行交通結(jié)構(gòu)。

遮陽設(shè)施布局形式需考慮游客分布及行進(jìn)方式總體上形成線性網(wǎng)狀的遮蔭體系。30多米寬的高架平底層遮蔭蔽雨效果較好，形成東西向主廊道，沿南北向增設(shè)遮陽設(shè)施形成次廊道，以引導(dǎo)人流快速到達(dá)參觀目的地，并結(jié)合途中各類廣場(chǎng)需求，在廣場(chǎng)核心區(qū)周邊設(shè)置集中成片狀的遮陽休憩區(qū)，這樣從縱、橫方向形成多層次的網(wǎng)絡(luò)狀的園區(qū)遮陽系統(tǒng)，呼應(yīng)人流分布的與交通流線。

出入口、樓梯口等場(chǎng)地交通節(jié)點(diǎn)避免布置遮陽設(shè)施造成人流擁堵，交通主流線區(qū)域外遮陽設(shè)施可結(jié)合座椅為游客提供休憩空間。

6.2.2與日照陰影及地面輻射的關(guān)系

針對(duì)世博場(chǎng)館建筑布局與高度等基礎(chǔ)資料，借助ECOTECT、TSUN軟件對(duì)場(chǎng)地日照及太陽輻射綜合分析，得出2010年夏至日（日照最長(zhǎng)日）日照多點(diǎn)分布及夏季（6～8月）日平均累計(jì)輻射分布情況。

   6.2.3遮陽設(shè)施數(shù)量—遮蔭率

遮陽設(shè)施的數(shù)量體現(xiàn)為場(chǎng)地的遮蔭率指標(biāo)，即室外場(chǎng)地中遮陽設(shè)施投影面積與廣場(chǎng)面積的比值。國內(nèi)相關(guān)研究表明場(chǎng)地中綠化、遮陽設(shè)施累計(jì)的夏至日正午投影面積不宜低于廣場(chǎng)總面積的25%［4］［5］。

世博園區(qū)內(nèi)遮蔭率指標(biāo)結(jié)合上海氣候條件下的廣場(chǎng)熱環(huán)境，在綜合分析場(chǎng)地展館設(shè)施布局、綠地規(guī)模、高架步道及消防通道走向等諸多因素的前提下，依據(jù)集散廣場(chǎng)、綜合性廣場(chǎng)、展會(huì)廣場(chǎng)不同等級(jí)進(jìn)行遮陽設(shè)計(jì)，其遮蔭率分別以25%、20%、15%為宜［6］。

   6.2.4功能要求與對(duì)應(yīng)措施

6.2.4.1導(dǎo)向性

世博場(chǎng)地廣場(chǎng)空間布局采用“方正、秩序” 的格局，除了網(wǎng)絡(luò)化的鋪裝使其具有方向感與秩序性外，結(jié)合人流設(shè)計(jì)的遮陽體系對(duì)人流的引導(dǎo)也有著積極作用：將遮陽傘線性連續(xù)排列，指明主要展館展區(qū)方向并與廣場(chǎng)的“交通性空間”積極呼應(yīng)，實(shí)現(xiàn)空間引導(dǎo)的輔助作用。

6.2.4.2使用率

為提高遮陽設(shè)施利用率并實(shí)現(xiàn)較好遮蔭效果，基于游客庇護(hù)心理分析,主要采用雙排遮陽傘并行布置的模式.

6.2.4.3通過性

為保證雙排線性遮陽設(shè)施下人群的快速通過，除了空間沒有任何障礙物外，遮陽設(shè)施采用“單側(cè)居中立桿”而非“雙側(cè)立桿”形式，以達(dá)到線性遮陽空間使用的最大化。

6.2.4.4固定、臨時(shí)遮陽傘結(jié)合

遮陽設(shè)施類型需考慮氣候差異性與場(chǎng)地設(shè)施的集約設(shè)計(jì)等因素，應(yīng)注重臨時(shí)性遮陽，包括可拆卸與可移動(dòng)遮陽傘的靈活運(yùn)用（圖 5）。為做到固定、臨時(shí)遮陽相結(jié)合，避免均衡、突出重點(diǎn)，設(shè)計(jì)結(jié)合各地塊實(shí)際情況將固定式遮陽設(shè)施（包括主題遮陽傘）與臨時(shí)性遮陽的比例控制在3：7。

                       圖5 固定遮陽傘形式

   （a）固定遮陽傘形式一（b）固定遮陽傘形式二（c）固定遮陽傘形式三

針對(duì)運(yùn)營(yíng)期間的極端氣候，做好在合適區(qū)域臨時(shí)搭設(shè)遮陽棚的預(yù)案。

（5）單體形式與特征—

在在滿足遮陽基本功能及安全要求的基礎(chǔ)上，對(duì)遮陽設(shè)施單體的類別、形態(tài)進(jìn)行研究。遍布240多個(gè)外國國家及國際組織館區(qū)的遮陽設(shè)施可以作為一種空間載體對(duì)世界五大洲文化有所詮釋, 這樣可增加世博場(chǎng)地公共空間的特色和可識(shí)別性。五大洲主題廣場(chǎng)中的主題遮陽傘設(shè)計(jì)，用“竹傘”呼應(yīng)亞洲“內(nèi)斂含蓄”的大洲性格以及“河流竹林”的自然環(huán)境特征，用“雨葉”呼應(yīng)美洲“雨林湖泊”的自然環(huán)境特征,用“茅屋”呼應(yīng)非洲文化。（圖6）

在諸如世博園場(chǎng)地這類高密度人流開放空間中，降溫設(shè)計(jì)是改善使用人群體感舒適度重要手段。在場(chǎng)地設(shè)計(jì)中，依據(jù)對(duì)人體舒適度模型的分析，采用低壓霧噴降溫設(shè)備，并結(jié)合場(chǎng)地遮陽設(shè)施進(jìn)行合理的布局和設(shè)計(jì)，可以帶來良好的降溫效果，有效提高場(chǎng)地使用人群體感舒適度，同時(shí)也是一種非視覺的景觀體驗(yàn)。

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感謝上海世博會(huì)事務(wù)協(xié)調(diào)局工程部蘇梅在設(shè)計(jì)中的指導(dǎo)與幫助；鎮(zhèn)江同盛環(huán)保設(shè)備工程有限公司王堅(jiān)偉在低壓霧噴方面合作與幫助；江蘇大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院王軍鋒博士提供的有關(guān)低壓霧噴技術(shù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；上海世博會(huì)浦東臨時(shí)展館及配套設(shè)施項(xiàng)目景觀設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)核心成員劉月琴、陳昌禧等在遮陽降溫設(shè)計(jì)專項(xiàng)中所做的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

［1］劉月琴，林選泉.上海世博會(huì)場(chǎng)地公共空間設(shè)計(jì)研究[C].上海世博會(huì).綠色建筑論文集，2010：131-136.

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［6］上海世博會(huì)事務(wù)協(xié)調(diào)局，中國2010年上海世博會(huì)公共空間設(shè)計(jì)指南及建筑風(fēng)格導(dǎo)引[Z].2007.

作者介紹：

林選泉  

1978年出生  福建人  碩士  高級(jí)工程師

上海建設(shè)工程評(píng)標(biāo)專家   兼職教授

2010年度“上海榜樣人物”（十大海派人物）

上海世博會(huì)公共空間總設(shè)計(jì)師、世博建設(shè)功臣

設(shè)計(jì)與研究方向?yàn)轱L(fēng)景園林與城市家具

主持100余項(xiàng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)，發(fā)表過50多篇論文與作品并得到媒體40多次報(bào)道，作品獲獎(jiǎng)10余次。