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1、. . .城市住区物理环境优化设计研究摘要：本文从热环境、光环境、声环境三个方面分析了城市物理环境的概况,并对如何规划设计良好的人居物理环境进行了阐述,以创造出良好的人居物理环境。依靠现代测试技术和计算机技术,结合城市气象参数和噪声调研分析城市住区热环境、声环境、日照及光环境现状,提出合理的优化措施。对城市新区开发的物理环境现状进行分析，研究我国城市新区开发物理环境发展中存在的问题。指出改善居住区下垫面,改变居住区绿化,居住区建筑组合方式改变是住宅热环境优化的主要手段。住宅声环境方面:分析了建筑单体、绿化、建筑布局对声环境的影响,提出了住宅住区声环境的优化措施。住区日照方面,利用计算机模拟对住
2、区日照现状存在问题进行分析,并提出相应的改进措施。室外照明部分针对现有基本的均匀度和照度要求,防止眩光以及照明系统安全性各个方面提出具体改进方法。关键词:城市物理环境；城市新区；住区；优化措施1 城市物理环境研究的目的、意义与内容 21 世纪的今天，相关于人类生存环境科学的研究已经到了不可忽视的程度。而作为当前人类主要聚居地的城市，随着城市化的发展，城市环境状况也愈加为人所重视，已经成为当前人类生存科学更为重要的研究目标之一。 1.1 研究目的本文的目的是通过对典型的住区的进行热环境、声环境、光环境等相关物理环境模拟方法及手段进行资料收集并进行分析,在低成本的前提下提出住区的生态化物理环境方面
3、优化设计策略,通过本项研究,实现减少居住住区物理环境能耗,改善住区小气候,缓解城市现有能源消耗的压力,促进城市可持续发展的最终目标。1.2 研究意义先如今许多开发商打着所谓的“生态住区”的口号,但实际许多缺乏实际的理论研究。典型现象是在生态小区设计方面,缺乏小区物理环境系统分析,仅依靠以往经验和感觉,缺乏理论依据。所以本问的研究意义如下:首先,居民对环境品质追求的需要,现代的居民在购买住房过程中越来越注重小区环境品质。物理环境是人工构筑室内外空间环境的重要组成部分。依据绿色建筑理念,做好与城市规划相协调的物理环境设计,是时代赋予规划师的责任。本文通过实理论分析手段,对住区存在的问题加以量化,并
4、进行分析总结,最终得出优化设计策略。最后,经济性与操作性的结合的需要。现代生态住区的物理环境设计往往是以增加投资为前提,因此在建设中往往缺乏可操作性。本文提出的设计策略是以被动式手法为基础,通过设计手法的改变力求达到经济性与实效性的双赢。1.3 研究内容中国地理跨度较大,物理环境设计手法应因地制宜，不同国家地区由于社会条件、气象条件、人文条件、经济发展水平的差异,其设计过程中应用的手法也有所不同。结合现有条件本文将研究内容定为以下几个方面:1. 分析国内外居住区物理环境研究现状,对国内外成功经验进行总结。2.对城市新区开发的物理环境现状进行分析，研究我国城市新区开发物理环境发展中存在的问题，通
5、过资料对比分析以及理论研究,提出住区热环境、声环境、光环境利用计算机模拟的发法,理论分析等手段提出了可行性优化建议。3.探讨新住区物理环境持续发展的机制创新和监督管理政策以及新区物理环境持续健康发展的建议和措施2国内外住区物理环境状况2.1 国内外住区热环境发展研究状况近年来,热环境研究重点己从城市热环境转为局部的微热环境,具体即小区的热环境的研究,且研究方法有了较大的改变。关于居住区热环境的数值模拟己有较多的研究成果,主要包括风环境、温度场和居住区整体热环境的模拟。利用FLUENT模拟风环境同时也可以直接利用CFD模拟居住区热环境,为小区物理环境提供包括日照、风、温度、湿度等各个因素的充分的
6、数据,从而获得居住区总的热环境参数。2.1.1 国外住区热环境发展研究状况国外对热环境的研究历史已有170多年的历史。这一时期的热环境研究是以城市为目的,以观察方法对城市内有代表性的几个点进行测试,比较城市内外的变化,并不能从建筑的角度进行建筑气候的研究。第二阶段的热环境研究结束于20世纪50年代末期,这一阶段热环境主要特点是观测方法的变迁。研究人员由原来的静态观测逐步变成动态观测。住区热环境研究是在热环境研究的的第三个阶段开始出现的。同时热环境研究的第三个阶段开始注重影响城市热环境的多个因素,如风场,城市下垫面等。这一阶段中建筑气候研究得到了迅速发展。研究人员同时也开始注重城市微气候的研究与
7、评价。该阶段最大的突破就是模拟试验,通过计算机模拟和数学模拟,使得城市化对热环境的影响得以具体的量化。2.1.2 国内住区热环境发展研究状况 在新中国经济发展十分迅速的大环境下，中国热环境研究发展也在与时俱进。同时国外普遍采用的新技术、新方法和计算机模拟在我国也得到了较好的应用。近年来对住区热环境相关发展尤为关注。研究员近些年的大量的分析研究表明,影响住区热环境主要因素包括小区太阳辐射量、相关下垫面以及相应的风环境。通过改善下垫面、改善建筑布局的方法对改善住区热环境效果显著,但由于各个地区气候条件不同,各地区采取的措施受地理因素影响较大。2.2 国内外住区声环境发展研究状况2.2.1 国外住区
8、声环境发展研究状况 1929年美国的密执安州庞蒂亚克城就制定了相关的控制噪声法令,1930年美国的纽约市进行了首次城市相关噪声调查。1935年德国定制了汽车噪声标准。二战以后,随着现代工业、交通运输发展和城市规模与社会的发展噪声污染逐步严重,美苏等国在60年代到70年代的十年中,大城市噪声提高了10分贝。日本噪声问题相对较为严重,在1966年到1974年全国的公害诉讼事件相关统计,噪声每年均居首位占相关事件的30%以上。因此日本在1967年制定和颁布了国家和地方各项法规、标准,以后又做了相应的修改以及完善。对于交通干线引发的噪声,日本规定了具体的噪声限值受行车道数目而有不同标准。 世界卫生组织
9、于1993年公布了避免噪声干扰的相关标准。标准为了避免大多数人白天受噪声严重干扰,规定生活区户外的噪声等级不得超过55dB;为了避免人们受到中等程度噪声干扰,规定噪声等级不得超过50dB。夜间的户外噪声级不能超过45dB。1996年欧洲共同体发表了未来噪声政策绿皮书,其中显示欧盟中约20%的人群生活在环境噪声大于65dB的严重干扰区域,而有42%的人口生活在环境噪声在5562dB之间的中等干扰区域。居住在环境噪声在55dB以下的区域中的人口仅占欧盟人口的38%。几乎所有的国家,道路交通噪声的影响范围都是最广的。因此,在诸多噪声控制措施中,道路交通的噪声控制往往最为重视。各个国家和地区都针对新建
10、居住区交通噪声制定相关法规。国家对噪声的昼间评价虽大体上有差别,但总体控制在55dB左右。夜间噪声总体控制在40一45dB,各个国家对合理容许值的确定,必然受到现实可能性和资金的限制。2.2.2 国内住区声环境发展研究状况中国对声环境的认识与研究相对于国外起步较晚。新中国成立初期,中国提出了过渡时期总路线要求在一个相当长的时期内逐步实现国家的社会主义工业化。直到60年代中期,人们才逐步认识到噪声的危害。70年代中期随着环境保护工作提上了政府工作日程,城市噪声问题才逐步被大家关注。进入80年来以来,随着中国决速发展的城市化进程,日益增多的人群集聚在城市中仅有的空间里从事各项经济活动。噪声问题已经
11、成为城市四大环境污染之一。近年来随着社会发展,各项生产活动的噪声源明显增加,人们对噪声的认识逐步加强。2002年度,我国对多个城市进行了区域环境噪声监测,统计结果显示区域声环境属严重污染、中度污染、轻度污染分别占3.4%、44.2%、48.6%。为了从宏观上控制现有噪声的污染进而创造身心健康、适宜工作的声环境,国家先后发布了中华人民共和国环境保护法中华人民共和国噪声污染防治条例以及中华人民共和国噪声污染防治条例。在住区建设微观方面我国也颁布了城市区域环境噪声标准(GB3O96一93)其中规定了居住区昼间噪声最高值为55dB,夜间噪声最高限值为45dB。高档别墅区即零类区域,白天不超过50dB,
12、夜间不超过40dB;即使是居住与商业、工业混杂的二类区域白天也不超过6OdB,夜间不超过50dB。而建设部的生态建筑评估手册中规定住区声环境的专项指标:白天不超过45dB,夜间不超过40dB。城市区域噪声主要有工业生产噪声、城市交通噪声、建筑施工噪声和社区噪声四大方面,但具体到住区方面,由于现有住区在选址方面大多数避开工业区,因此影响住区声环境的主要噪声源为交通噪声、建筑施工噪声和社会噪声。交通噪声约占所有噪声的40%以上.城市道路两侧的噪声级可达(65一75)db。由于我国交通噪声的声级较高,约有80%交通干道的噪声超过标准限值。2.3 国内外住区日照及光环境研究现状光环境是住区物理环境的重
13、要组成部分。城市光环境包括天然光环境和人工光环境。城市的发展对于城市光环境也产生较大的影响。同时又受经济和能源的影响是建筑节能的重要环节。2.3.1 国外住区日照及光环境研究现状国外住区的日照设计起步相对较早,近年来日照设计理论日趋成熟,美国的GZ布朗和马克德凯在阐述了根据建筑群体的布局、形状、朝向的不同合理利用太阳光的综合设计理论。美国的加利福尼亚大学伯克利分校研究人员研制一套日照仪;该仪器可以比较准确而又直观的确定建筑日照与太阳光的关系,为日照的应用提供了新的理论依据。随着计算机技术的进步,光环境的计算机模拟技术软件的使用减少了光环境计算的复杂程序。由英国SquareOne公司开发的Eco
14、tect软件,能全面的从技术性能分析建筑及规划的光环境,为光环境设计提供了一种便捷的交互式分析方法。近年来随着城市夜景照明的兴起,各个国家对城市住区的室外照明也愈发关注。照明设计已经由单纯的功能转向美观;从原先的过分追求亮度转化为注重节能措施。目前,欧洲北美以及日本等地区的照明行业较为发达,原因除了拥有较好的技术以及专业化操作方法,这些国家的照明设计准则均以法律形式确定下来。这为居住区照明提供了强制措施。1991年美国环保署在一项降低空气污染计划中明确了绿色照明的相关标准:提高环保意识,减少环境污染,提高节能效益,降低照明耗电。为推动该计划实施,美国政府在1992年通过了相关法案,要求到200
15、0年美国各部门必须在照明系统减少20%能源消耗,到2005年该数值必须达到30%。在日本为了达到节能减排的目的,2000年国家修改了相关的法律节能法,并于1993年制定了节能、再利用支持法。鼓励节能设计利用照度、光源效率、照明率等因素来进行调控。国外在住区光环境研究上起步较早,并且取得了一定的成果,各国政府也制定了相关法律标准,保证了光环境设计的实施。这为我国进行住区光环境相关研究提供了可借鉴经验。2.3.2 国内住区日照及光环境研究现状在1949年以前,国内由于城市建设有限,在建筑光环境的研究很少。而新中国成立后,中国开始大规模的城市建设。建筑及规划布局考虑了日照,隔声等问题。50年代末期,
16、中国建筑科学研究院成立了建筑物理研究所,从此光环境的研究进入了专业化阶段。1960年中国建研院召开了第一届全国建筑物理学术会议,会议提出了相当数量的光环境方面论文。1962年第二届全国建筑物理会议的召开进一步扩展了光环境方面的研究。这为国内的光环境研究奠定了初步基础。70年代,世界建筑行业普遍重视环境问题,中国建筑光环境研究也结束了闭门造车的年代。80年代是中国光环境研究飞速发展时期。中国各大高校相继开设了建筑物理课程。期间中国召开了第四届和第五届建筑物理年会。1987年国内成中国照明学会,会后加入了国际照明委员会(CIE)。1987年一1988年中国相继召开了多届天然采光的学术会议,促进了国内外之间学术的交流。进入90年代以来中国光环境研究形成了系统理论。1991年高履泰出版了建筑光环境设计一书,详细论述了天然
