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居住区楼间绿化对建筑采光条件影响的数字模拟研究

刘芳妮 尹豪 周旭

刘芳妮, 尹豪, 周旭. 居住区楼间绿化对建筑采光条件影响的数字模拟研究[J]. 北京林业大学学报, 2020, 42(12): 101-114. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200039
引用本文: 刘芳妮, 尹豪, 周旭. 居住区楼间绿化对建筑采光条件影响的数字模拟研究[J]. 北京林业大学学报, 2020, 42(12): 101-114. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200039
Liu Fangni, Yin Hao, Zhou Xu. Numerical simulation study on the influence of greening between buildings on sunlight conditions of building in residential area[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2020, 42(12): 101-114. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200039
Citation: Liu Fangni, Yin Hao, Zhou Xu. Numerical simulation study on the influence of greening between buildings on sunlight conditions of building in residential area[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2020, 42(12): 101-114. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200039

居住区楼间绿化对建筑采光条件影响的数字模拟研究

doi: 10.12171/j.1000-1522.20200039
基金项目: 北京市共建项目(2020GJ-03),国家重点研发计划项目“乡村生态景观营造关键技术研究”(2019YFD1100400)
详细信息
    作者简介:

    刘芳妮。主要研究方向:风景园林规划设计。Email:liufangni@bjfu.edu.cn 地址:100083北京市海淀区清华东路35号北京林业大学园林学院

    通讯作者:

    尹豪,博士,教授。主要研究方向:现代园林设计理论、植物景观营造、生态规划设计理论与方法。Email:yinhaonet@163.com 地址:同上

  • 中图分类号: S731.5;TU985

Numerical simulation study on the influence of greening between buildings on sunlight conditions of building in residential area

  • 摘要:   目的  良好的建筑采光条件是保证居室卫生、改善小气候、提高居住环境舒适度的重要因素。研究楼间绿化对建筑采光条件的影响,分析其影响程度和具体影响因素,可以为北京市居住小区楼间绿地植物群落的优化构建、绿地环境与景观的改善提供科学依据。  方法  以北京地区居住小区多层住宅楼间绿地为对象,运用Photoshop、Image-Pro Plus及Rhino软件计算植物树冠疏透度并建立植物及建筑模型;使用Ecotect Analysis软件模拟北京市光照情况,通过分析样本大寒日楼间绿地北侧建筑受光面的日照情况,探究影响建筑采光的多种因素。  结果  (1)研究样本居住区绿化常用木本植物50种,植物组成结构中乔木比例高且生长量均处于较高水平。(2)建筑朝向对采光条件的影响表现为:正南正北朝向的建筑采光条件最佳;当建筑偏斜角度相同时,受北京地区经纬度影响,朝向偏东的建筑采光条件优于偏西的建筑。建筑受光面日照时数随建筑间距的减小、建筑长度的增加而降低。(3)调研样本普遍表现(85%)为绿化严重影响建筑采光,样本建筑受光面普遍受到较大面积的影响,日照时数显著减少,影响范围主要集中在1 ~ 4层;对建筑采光影响明显的楼间绿化,其主要特征表现为常绿树过多、植物体量过大、植物与建筑距离过近等;乔木与建筑的距离小于5 m时对建筑采光有较大影响,大于5 m时依然对建筑低层采光产生影响。  结论  (1)楼间绿化的基本特征表现为乔木种类较多,常绿树较少,而少量常绿树种的高频度应用是造成建筑采光条件受到不良影响的主要原因。(2)建筑布局本身存在影响建筑低层采光的情况。(3)楼间绿化显著影响建筑采光,主要影响因素为植物体量,其次是植物与建筑的距离以及植物树冠疏透度。
  • 图  1  植物运算模型总览

    Figure  1.  Overview of plant operational models

    图  2  Ecotect软件光环境对比分析方法

    Figure  2.  Comparative analysis method of sunlight conditions with Ecotect Software

    图  3  各样本中大树所占数量比例

    Figure  3.  Quantity proportion of big trees in each sample

    图  4  建筑受光面影响区域面积比较

    Figure  4.  Comparison of the area affected by sunlight of buildings

    图  5  建筑受光面影响范围比较

    Figure  5.  Comparison of influencing range of light surface in buildings

    图  6  日照时数影响程度比较

    Figure  6.  Comparison in influencing degree of sunshine hours

    图  7  不同植物类型楼间建筑受光情况对比

    1. 雪松 Cedrus deodara;2. 圆柏 Sabina chinensis; 4. 油松 Pinus tabuliformis; 7. 国槐 Styphnolobium japonicum;8. 白蜡 Fraxinus chinensis;10. 旱柳 Salix matsudana;11. 馒头柳 Salix matsudana f. umbraculifera;12. 龙爪槐 Styphnolobium japonicum ‘Pendula’;14. 元宝枫 Acer truncatum;15. 玉兰 Magnolia denudata;17. 山桃 Prunus davidiana;18. 山楂 Crataegus pinnatifida;20. 西府海棠 Malus × micromalus;22. 梅 Prunus mume;25. 金银木 Lonicera maackii;28. 黄刺玫 Rosa xanthina;29. 月季 Rosa chinensis;30. 丁香 Syringa oblata. 括号内数字是该树种的株数。下同。The number in bracket is the tree number of this tree species. The same below.

    Figure  7.  Contrast of lighting conditions of buildings with different plant types

    图  8  单株植物体量过大对建筑采光条件的影响

    2. 圆柏 Sabina chinensis;3. 侧柏 Platycladus orientalis;7. 国槐 Styphnolobium japonicum;8. 白蜡 Fraxinus chinensis;9. 栾树 Koelreuteria paniculata;10. 旱柳 Salix matsudana;12. 龙爪槐 Styphnolobium japonicum ‘Pendula’; 15. 玉兰 Magnolia denudata;19. 紫叶李 Prunus cerasifera f. atropurpurea;20. 西府海棠 Malus × micromalus;21. 榆叶梅 Prunus triloba;25. 金银木 Lonicera maackii;32. 黄刺玫 Rosa xanthina;33. 黄杨 Buxus sinica

    Figure  8.  Effects of excessive individual plant volume on sunlight conditions of buildings

    图  9  植物组团体量过大对建筑采光条件的影响

    2. 圆柏Sabina chinensis; 5. 香椿Toona sinensis;7. 国槐Styphnolobium japonicum;8. 白蜡Fraxinus chinensis;13. 毛泡桐Paulownia tomentosa;14. 元宝枫Acer truncatum;15. 玉兰Magnolia denudata;21. 榆叶梅Prunus triloba;23. 樱花Prunus serrulata;25. 金银木Lonicera maackii;26. 紫荆Cercis chinensis;27. 花椒Zanthoxylum bungeanum;29. 月季Rosa chinensis;34. 大叶黄杨Euonymus japonicus;35. 小檗Berberis thunbergii

    Figure  9.  Effects of excessive amount of botanical groups on sunlight conditions of buildings

    图  10  植物与建筑距离过近对建筑采光条件的影响

    1. 雪松Cedrus deodara;2. 圆柏Sabina chinensis;6. 臭椿Ailanthus altissim; 7. 国槐Styphnolobium japonicum;9. 栾树Koelreuteria paniculata;13. 毛泡桐Paulownia tomentosa;15. 玉兰Magnolia denudata;16. 柿树Diospyros kaki;23. 樱花Prunus serrulata;24. 木槿Hibiscus syriacus;25. 金银木Lonicera maackii;26. 紫荆Cercis chinensis;31. 迎春Jasminum nudiflorum;34. 大叶黄杨Euonymus japonicus

    Figure  10.  Effects of close distance between plants and buildings on sunlight conditions of buildings

    表  1  调查居住小区楼间绿地样地基本情况

    Table  1.   Data of inter-building green space samples of residential areas

    建设年代
    Construction time
    样地编号
    Sample plot No.
    小区名称
    Community name
    区域
    Region
    样地面积
    Sample plot area/m2
    树木投影面积
    Projected
    area of tree/m2
    绿地布局形式
    Green space layout
    20世纪
    70年代
    1970s
    1 科育小区
    Keyu Community
    海淀区
    Haidian District
    1 638.0 512.5 绿地−道路−绿地
    Green space-road-green space
    2 科育小区
    Keyu Community
    海淀区
    Haidian District
    1 156.5 376.0 绿地−道路−停车位−绿地
    Green space-road-parking space-green space
    20世纪
    80年代
    1980s
    3 知春里小区
    Zhichunli Community
    海淀区
    Haidian District
    1 872.0 476.5 道路−停车位−场地+绿地
    Road-parking space-square and green space
    4 知春里小区
    Zhichunli Community
    海淀区
    Haidian District
    1 872.0 471.2 道路−停车位−场地+绿地
    Road-parking space-square and green space
    5 双榆树北里
    Shuangyushu North Community
    海淀区
    Haidian District
    1 182.5 351.8 道路−停车位−绿地
    Road-parking space- green space
    6 双榆树北里
    Shuangyushu North Community
    海淀区
    Haidian District
    1 400.0 672.7 道路−场地−绿地
    Road-square-green space
    7 双榆树东里
    Shuangyushu East Community
    海淀区
    Haidian District
    1 431.0 435.1 道路−停车位−场地+绿地
    Road-parking space-square and green space
    8 双榆树东里
    Shuangyushu East Community
    海淀区
    Haidian District
    1 512.0 321.2 道路−停车场−绿地
    Road-parking lot-green space
    9 展春园小区
    Zhanchunyuan Community
    海淀区
    Haidian District
    1 218.0 410.6 道路−停车位−绿地
    Road-parking space-green space
    10 南沙滩幸福小区
    Nanshatan Xingfu Community
    朝阳区
    Chaoyang District
    1 720.0 84.9 道路−场地+绿地
    Road-square and green space
    11 南沙滩幸福小区
    Nanshatan Xingfu Community
    朝阳区
    Chaoyang District
    2 120.0 418.3 道路−停车位−场地+绿地
    Road-parking space-square and green space
    12 马甸南村
    Madian South Community
    西城区
    Xicheng District
    1 320.0 400.4 道路−场地+绿地
    Road-square and green space
    13 马甸南村
    Madian South Community
    西城区
    Xicheng District
    1 248.0 342.6 道路−停车位−场地+绿地
    Road-parking space-square and green space
    20世纪
    90年代
    1990s
    14 蓟门里北区
    Jimenli North Community
    海淀区
    Haidian District
    1 404.0 511.1 道路−场地+种植池
    Road-square with planting pool
    15 蓟门里北区
    Jimenli North Community
    海淀区
    Haidian District
    1 210.0 378.4 道路−场地−绿地
    Road-square-green space
    16 蓟门里南区
    Jimenli South Community
    海淀区
    Haidian District
    1 296.0 382.5 道路−停车位−绿地
    Road-parking space-green space
    17 二里庄北里
    Erlizhuang North Community
    海淀区
    Haidian District
    1 334.2 149.1 绿地−道路−绿地
    Green space-road-green space
    18 二里庄北里
    Erlizhuang North Community
    海淀区
    Haidian District
    796.7 191.8 道路−绿地
    Road-green space
    19 科学园南里四区
    Kexueyuan South Community IV
    朝阳区
    Chaoyang District
    1 667.8 143.6 绿地−道路−停车位−绿地
    Green space-road-parking space-green space
    20 科学园南里四区
    Kexueyuan South Community IV
    朝阳区
    Chaoyang District
    1 100.0 62.8 道路−场地+绿地
    Road-square and green space
    21世纪
    21st century
    21 中科院中关村东南小区
    CAS Zhongguancun Southeast Community
    海淀区
    Haidian District
    1 802.0 594.9 绿地−道路−绿地
    Green space-road-green space
    22 中科院中关村东南小区
    CAS Zhongguancun Southeast Community
    海淀区
    Haidian District
    1 367.4 437.4 绿地−道路
    Green space-road
    23 塔院晴冬园
    Tayuan Qingdongyuan Community
    海淀区
    Haidian District
    1 276.0 308.0 道路−场地+绿地
    Road-square and green space
    24 塔院迎春园
    Tayuan Yingchunyuan Community
    海淀区
    Haidian District
    1 260.0 431.6 道路−停车位−场地+绿地
    Road-parking space-square and green space
    25 安翔北里
    Anxiang North Community
    朝阳区
    Chaoyang District
    987.0 536.9 道路−绿地
    Road-green space
    26 安翔北里
    Anxiang North Community
    朝阳区
    Chaoyang District
    1 335.6 448.5 道路−场地−绿地
    Road-square-green space
    注:树木投影面积指场地内所有木本植物(乔木、灌木)的树冠垂直投影面积。Note: the projected area of trees refers to the vertical projection area of the crown of all woody plants (arbors and shrubs) in the site.
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    表  2  居住区绿地植物树冠疏透度分组

    Table  2.   Grouping of crown permeability of green land plants in residential areas

    树冠疏透度
    Crown permeability
    物种数量
    Species number
    树种名称
    Name of tree species
    0.15 5 青杄Picea wilsonii、白皮松Pinus bungeana、圆柏Sabina chinensis、侧柏Platycladus orientalis、雪松Cedrus deodara
    0.45 2 白蜡Fraxinus chinensis、馒头柳Salix matsudana f. umbraculifera
    0.65 19 油松Pinus tabuliformis、西府海棠Malus × micromalus、紫叶李Prunus cerasifera f. atropurpurea、木槿Hibiscus syriacus、旱柳Salix matsudana、国槐Styphnolobium japonicum、刺槐Robinia pseudoacacia、元宝枫Acer truncatum、紫荆Cercis chinensis、石榴Punica granatum、花椒Zanthoxylum bungeanum、迎春Jasminum nudiflorum、连翘Forsythia suspensa、毛白杨Populus tomentosa、银杏Ginkgo biloba、山桃Prunus davidiana、毛泡桐Paulownia tomentosa、栾树Koelreuteria paniculata、臭椿Ailanthus altissima
    0.75 11 龙爪槐Styphnolobium japonicum ‘Pendula’、碧桃Prunus persica ‘Duplex’、玉兰Magnolia denudata、梧桐Firmiana simplex、鹅掌楸Liriodendron chinense、蜡梅Chimonanthus praecox、金银木Lonicera maackii、君迁子Diospyros lotus、柿树Diospyros kaki、香椿Toona sinensis、红瑞木Cornus alba
    0.85 7 樱花Prunus serrulata、日本晚樱Prunus lannesiana、梅Prunus mume、榆叶梅Prunus triloba、树状月季Rosa chinensis、丁香Syringa oblata、紫薇Lagerstroemia indica
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    [20] 周繇, 吴淑芳, 李云开, 张仁军, 林娅, 周海宾, 张运春, 张秀新, 王超, 张玉兰, 邢韶华, 赵铁珍, 闫德千, 任云卯, 李春义, 孙阁, 崔丽娟, 林勇明, 刘杏娥, 尹增芳, 陈圆, 王蕾, 李昌晓, 谭健晖, 王春梅, 张颖, 梁善庆, 金莹杉, 王戈, 江泽慧, 张桥英, 刘艳红, 刘青林, 王莲英, 于俊林, 杨远芬, 刘国经, 洪滔, 王以红, 赵勃, 余养伦, 罗建举, 张明, 马钦彦, 钟章成, 杨培岭, 黄华国, 吴普特, 翟明普, 张曼胤, 周荣伍, 张志强, 马履一, 徐秋芳, 温亚利, 江泽慧, 樊汝汶, 高岚, 王玉涛, 周国逸, 费本华, 何春光, 张本刚, 王希群, 崔国发, 王小青, 于文吉, 吴承祯, 杨海军, 张晓丽, 田英杰, 刘俊昌, 柯水发, 殷际松, 冯浩, 邵彬, 安玉涛, 陈学政, 罗鹏, 周国模, 汪晓峰, 马润国, 任树梅, 赵景刚, 徐昕, 魏晓华, 何松云, 刘爱青, 李敏, 蔡玲, 徐克学, 洪伟, 高贤明, 邬奇峰, 费本华, 康峰峰, 温亚利, 王九中, 骆有庆, 安树杰, 郑万建, 吴家森, 吴宁, 林斌, 赵焕勋, 赵弟行, 任海青, 朱高浦, 田平, 胡喜生, 卢俊峰, 李永祥, 宋萍, 范海兰, .  北京西山风景林景观空间分布格局研究 . 北京林业大学学报, 2007, 29(3): 74-80.
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-02-10
  • 修回日期:  2020-05-28
  • 网络出版日期:  2020-12-12
  • 刊出日期:  2021-01-07

居住区楼间绿化对建筑采光条件影响的数字模拟研究

doi: 10.12171/j.1000-1522.20200039
    基金项目:  北京市共建项目(2020GJ-03),国家重点研发计划项目“乡村生态景观营造关键技术研究”(2019YFD1100400)
    作者简介:

    刘芳妮。主要研究方向:风景园林规划设计。Email:liufangni@bjfu.edu.cn 地址:100083北京市海淀区清华东路35号北京林业大学园林学院

    通讯作者: 尹豪,博士,教授。主要研究方向:现代园林设计理论、植物景观营造、生态规划设计理论与方法。Email:yinhaonet@163.com 地址:同上
  • 中图分类号: S731.5;TU985

摘要:   目的  良好的建筑采光条件是保证居室卫生、改善小气候、提高居住环境舒适度的重要因素。研究楼间绿化对建筑采光条件的影响,分析其影响程度和具体影响因素,可以为北京市居住小区楼间绿地植物群落的优化构建、绿地环境与景观的改善提供科学依据。  方法  以北京地区居住小区多层住宅楼间绿地为对象,运用Photoshop、Image-Pro Plus及Rhino软件计算植物树冠疏透度并建立植物及建筑模型;使用Ecotect Analysis软件模拟北京市光照情况,通过分析样本大寒日楼间绿地北侧建筑受光面的日照情况,探究影响建筑采光的多种因素。  结果  (1)研究样本居住区绿化常用木本植物50种,植物组成结构中乔木比例高且生长量均处于较高水平。(2)建筑朝向对采光条件的影响表现为:正南正北朝向的建筑采光条件最佳;当建筑偏斜角度相同时,受北京地区经纬度影响,朝向偏东的建筑采光条件优于偏西的建筑。建筑受光面日照时数随建筑间距的减小、建筑长度的增加而降低。(3)调研样本普遍表现(85%)为绿化严重影响建筑采光,样本建筑受光面普遍受到较大面积的影响,日照时数显著减少,影响范围主要集中在1 ~ 4层;对建筑采光影响明显的楼间绿化,其主要特征表现为常绿树过多、植物体量过大、植物与建筑距离过近等;乔木与建筑的距离小于5 m时对建筑采光有较大影响,大于5 m时依然对建筑低层采光产生影响。  结论  (1)楼间绿化的基本特征表现为乔木种类较多,常绿树较少,而少量常绿树种的高频度应用是造成建筑采光条件受到不良影响的主要原因。(2)建筑布局本身存在影响建筑低层采光的情况。(3)楼间绿化显著影响建筑采光,主要影响因素为植物体量,其次是植物与建筑的距离以及植物树冠疏透度。

English Abstract

刘芳妮, 尹豪, 周旭. 居住区楼间绿化对建筑采光条件影响的数字模拟研究[J]. 北京林业大学学报, 2020, 42(12): 101-114. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200039
引用本文: 刘芳妮, 尹豪, 周旭. 居住区楼间绿化对建筑采光条件影响的数字模拟研究[J]. 北京林业大学学报, 2020, 42(12): 101-114. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200039
Liu Fangni, Yin Hao, Zhou Xu. Numerical simulation study on the influence of greening between buildings on sunlight conditions of building in residential area[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2020, 42(12): 101-114. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200039
Citation: Liu Fangni, Yin Hao, Zhou Xu. Numerical simulation study on the influence of greening between buildings on sunlight conditions of building in residential area[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2020, 42(12): 101-114. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200039
  • 阳光是保障人类生存和保护人体健康的基本要素之一,建筑采光条件与居民生活息息相关。室内环境日照充足是保证居民身心健康的重要条件[1-2],也是保证居室卫生、改善小气候、提高居住环境舒适度的重要因素[3-4]。如今居住建筑采光条件的质量越来越受到重视,改善建筑采光条件成为了每个城市居民的生活需要。

    影响居住建筑采光条件的因素是多方面,除了来自城市及居住区周围的环境外,居住区内的建筑朝向与布局、建筑高度与形态、楼间绿化形式(包括树种构成、栽植位置和配植方式)等都会对光环境有不同程度的影响。目前阶段居住区设计中,实际针对建筑采光的考虑往往只计算日照间距[5-6];而楼间绿化设计偏重建筑对植物生长的影响和植物配置的景观美化效果[7],未深入探讨植物对建筑室内空间的影响。张淑琴、赵建平等的研究表明[8-10],连排式多层住宅楼间绿地中,植物往往是对建筑采光条件造成不良影响的最重要原因,尤其是当绿化面积较大且乔木较多时,对建筑造成了严重遮挡,为周边的低楼层住户带来困扰,对居民的采光权造成侵犯。

    但是针对建筑采光的情况的研究多以实地测量的方式进行,尽管近年来天然光光环境模拟软件广泛应用于遮挡和日影分析、光环境模拟仿真等领域,而对于楼间绿化影响建筑采光的问题仍缺乏使用数字模拟分析的相关研究,对其影响程度和具体影响因素缺乏深入探讨。因此本研究通过软件数字模拟的方式,探究居住区楼间绿化对建筑采光条件的影响,分析其影响程度和具体影响因素,从而指导楼间绿化设计,为居住区绿地植物群落的优化构建、绿地环境与景观的改善提供科学依据。

    • 一个典型的楼间样本包括两栋多层住宅楼以及之间的绿地区域,楼间样本的选择兼顾建筑不同朝向、不同布局方式、不同尺寸等方面的多样性;楼间绿地中有一定数量且类型丰富多样的植物,植物生长状况普遍正常。为便于在探究楼间绿化对建筑采光条件的影响时进行对比分析,研究将外部条件进行一定程度的理想化,不考虑复杂周边环境的影响。因此调研过程中在设定楼间范围时,不包括楼侧绿化。由于北京市人口密度较大且地价较高,21世纪新建的居住小区多为高层建筑,经过调查发现,北京市多层住宅建筑多建设于20世纪80—90年代。研究对象限定为多层住宅建筑,根据住宅建筑高度定义,多层建筑的层数一般为4 ~ 6层;所选样本建筑层数均为6层。

    • 为了更加科学客观地研究楼间绿化对建筑采光条件的影响,在选择调查小区时考虑小区所在区域、建成年代、规模、建筑类型等各因素的均质分布,共选择北京市海淀区、朝阳区和西城区15个居住小区作为调查统计研究地点(表1)。其中,建设于20世纪70年代的有1个,80年代6个,90年代4个,21世纪4个。

      表 1  调查居住小区楼间绿地样地基本情况

      Table 1.  Data of inter-building green space samples of residential areas

      建设年代
      Construction time
      样地编号
      Sample plot No.
      小区名称
      Community name
      区域
      Region
      样地面积
      Sample plot area/m2
      树木投影面积
      Projected
      area of tree/m2
      绿地布局形式
      Green space layout
      20世纪
      70年代
      1970s
      1 科育小区
      Keyu Community
      海淀区
      Haidian District
      1 638.0 512.5 绿地−道路−绿地
      Green space-road-green space
      2 科育小区
      Keyu Community
      海淀区
      Haidian District
      1 156.5 376.0 绿地−道路−停车位−绿地
      Green space-road-parking space-green space
      20世纪
      80年代
      1980s
      3 知春里小区
      Zhichunli Community
      海淀区
      Haidian District
      1 872.0 476.5 道路−停车位−场地+绿地
      Road-parking space-square and green space
      4 知春里小区
      Zhichunli Community
      海淀区
      Haidian District
      1 872.0 471.2 道路−停车位−场地+绿地
      Road-parking space-square and green space
      5 双榆树北里
      Shuangyushu North Community
      海淀区
      Haidian District
      1 182.5 351.8 道路−停车位−绿地
      Road-parking space- green space
      6 双榆树北里
      Shuangyushu North Community
      海淀区
      Haidian District
      1 400.0 672.7 道路−场地−绿地
      Road-square-green space
      7 双榆树东里
      Shuangyushu East Community
      海淀区
      Haidian District
      1 431.0 435.1 道路−停车位−场地+绿地
      Road-parking space-square and green space
      8 双榆树东里
      Shuangyushu East Community
      海淀区
      Haidian District
      1 512.0 321.2 道路−停车场−绿地
      Road-parking lot-green space
      9 展春园小区
      Zhanchunyuan Community
      海淀区
      Haidian District
      1 218.0 410.6 道路−停车位−绿地
      Road-parking space-green space
      10 南沙滩幸福小区
      Nanshatan Xingfu Community
      朝阳区
      Chaoyang District
      1 720.0 84.9 道路−场地+绿地
      Road-square and green space
      11 南沙滩幸福小区
      Nanshatan Xingfu Community
      朝阳区
      Chaoyang District
      2 120.0 418.3 道路−停车位−场地+绿地
      Road-parking space-square and green space
      12 马甸南村
      Madian South Community
      西城区
      Xicheng District
      1 320.0 400.4 道路−场地+绿地
      Road-square and green space
      13 马甸南村
      Madian South Community
      西城区
      Xicheng District
      1 248.0 342.6 道路−停车位−场地+绿地
      Road-parking space-square and green space
      20世纪
      90年代
      1990s
      14 蓟门里北区
      Jimenli North Community
      海淀区
      Haidian District
      1 404.0 511.1 道路−场地+种植池
      Road-square with planting pool
      15 蓟门里北区
      Jimenli North Community
      海淀区
      Haidian District
      1 210.0 378.4 道路−场地−绿地
      Road-square-green space
      16 蓟门里南区
      Jimenli South Community
      海淀区
      Haidian District
      1 296.0 382.5 道路−停车位−绿地
      Road-parking space-green space
      17 二里庄北里
      Erlizhuang North Community
      海淀区
      Haidian District
      1 334.2 149.1 绿地−道路−绿地
      Green space-road-green space
      18 二里庄北里
      Erlizhuang North Community
      海淀区
      Haidian District
      796.7 191.8 道路−绿地
      Road-green space
      19 科学园南里四区
      Kexueyuan South Community IV
      朝阳区
      Chaoyang District
      1 667.8 143.6 绿地−道路−停车位−绿地
      Green space-road-parking space-green space
      20 科学园南里四区
      Kexueyuan South Community IV
      朝阳区
      Chaoyang District
      1 100.0 62.8 道路−场地+绿地
      Road-square and green space
      21世纪
      21st century
      21 中科院中关村东南小区
      CAS Zhongguancun Southeast Community
      海淀区
      Haidian District
      1 802.0 594.9 绿地−道路−绿地
      Green space-road-green space
      22 中科院中关村东南小区
      CAS Zhongguancun Southeast Community
      海淀区
      Haidian District
      1 367.4 437.4 绿地−道路
      Green space-road
      23 塔院晴冬园
      Tayuan Qingdongyuan Community
      海淀区
      Haidian District
      1 276.0 308.0 道路−场地+绿地
      Road-square and green space
      24 塔院迎春园
      Tayuan Yingchunyuan Community
      海淀区
      Haidian District
      1 260.0 431.6 道路−停车位−场地+绿地
      Road-parking space-square and green space
      25 安翔北里
      Anxiang North Community
      朝阳区
      Chaoyang District
      987.0 536.9 道路−绿地
      Road-green space
      26 安翔北里
      Anxiang North Community
      朝阳区
      Chaoyang District
      1 335.6 448.5 道路−场地−绿地
      Road-square-green space
      注:树木投影面积指场地内所有木本植物(乔木、灌木)的树冠垂直投影面积。Note: the projected area of trees refers to the vertical projection area of the crown of all woody plants (arbors and shrubs) in the site.
    • 从15个多层住宅小区中选取具有代表性的26个不同楼间绿地作为研究样本,采用相机与实测相结合的方法进行实地调查,记录样地内植物(木本)的种名、株高、冠幅、胸径、疏透度、株数等数据,测量建筑尺寸、楼间距、植物种植点位置等。用计算机Auto CAD软件绘制选取的26个样地平面图,整理统计植物名录。分析北京市居住区绿地常用树种,总结居住区绿地植物配置模式并进行初步比较。

    • 对调研结果进行统计分析,根据植物平均冠幅、株高、枝下高、树冠宽高比,将形态数据相近的树种归为一类,所有树种共归纳为23种形态类型。用计算机Photoshop软件处理植物照片,用Image-Pro Plus软件计算植物树冠疏透度(0为不透光,1为全透光)[11]。计算结果主要集中于0.15、0.45、0.65、0.75、0.85 以上5个数据,因此根据疏透度高低对其进行归纳分组,共分为5类(表2)。根据树种形态数据使用Rhino软件建立基础植物模型,设置模型材质透光率以模拟树种疏透度(图1)。用计算机Rhino软件建立建筑模型。按照绿地平面图及植物名录表调整基础植物模型尺寸并进行组合,建立楼间绿地模型。

      图  1  植物运算模型总览

      Figure 1.  Overview of plant operational models

      表 2  居住区绿地植物树冠疏透度分组

      Table 2.  Grouping of crown permeability of green land plants in residential areas

      树冠疏透度
      Crown permeability
      物种数量
      Species number
      树种名称
      Name of tree species
      0.15 5 青杄Picea wilsonii、白皮松Pinus bungeana、圆柏Sabina chinensis、侧柏Platycladus orientalis、雪松Cedrus deodara
      0.45 2 白蜡Fraxinus chinensis、馒头柳Salix matsudana f. umbraculifera
      0.65 19 油松Pinus tabuliformis、西府海棠Malus × micromalus、紫叶李Prunus cerasifera f. atropurpurea、木槿Hibiscus syriacus、旱柳Salix matsudana、国槐Styphnolobium japonicum、刺槐Robinia pseudoacacia、元宝枫Acer truncatum、紫荆Cercis chinensis、石榴Punica granatum、花椒Zanthoxylum bungeanum、迎春Jasminum nudiflorum、连翘Forsythia suspensa、毛白杨Populus tomentosa、银杏Ginkgo biloba、山桃Prunus davidiana、毛泡桐Paulownia tomentosa、栾树Koelreuteria paniculata、臭椿Ailanthus altissima
      0.75 11 龙爪槐Styphnolobium japonicum ‘Pendula’、碧桃Prunus persica ‘Duplex’、玉兰Magnolia denudata、梧桐Firmiana simplex、鹅掌楸Liriodendron chinense、蜡梅Chimonanthus praecox、金银木Lonicera maackii、君迁子Diospyros lotus、柿树Diospyros kaki、香椿Toona sinensis、红瑞木Cornus alba
      0.85 7 樱花Prunus serrulata、日本晚樱Prunus lannesiana、梅Prunus mume、榆叶梅Prunus triloba、树状月季Rosa chinensis、丁香Syringa oblata、紫薇Lagerstroemia indica
    • 近年来天然光光环境模拟软件的数量和质量都有了很大提升,而不同的软件有其自身的特点和适用范围。李德富、杨钢等综合评价与比较的结果[12-15]表明,Ecotect Analysis软件功能较为全面,计算速度快,常用于建筑设计初期进行环境性能评价和合理规划布局[16-17],且精度可以满足本研究要求[18]

      在Ecotect软件中设置北京地区气象数据参数,以准确模拟居住区样地光照情况。《城市居住区规划设计标准GB 50180—2018》[19]规定:北京市作为第Ⅱ气候区的大城市,以大寒日为日照标准日,以底层窗台面(距离室内地坪0.9 m高的外墙位置)为日照时间计算起点,有效日照时间带为08:00—16:00,日照标准不低于2 h。依据此标准,将日照模拟计算时间段设置为2019年1月20日(大寒日)08:00—16:00。从26个楼间中选择20个较为典型的样本模型导入Ecotect软件进行光环境分析。本研究采用建筑立面各楼层平均投照面积(不考虑建筑开窗方式、护栏或纱窗等干扰因素),对样本绿地北侧建筑受光面的日照情况进行模拟,并建立无绿化的相同楼间样本模型作为对照,对比探究影响建筑采光条件的多种因素(图2)。

      图  2  Ecotect软件光环境对比分析方法

      Figure 2.  Comparative analysis method of sunlight conditions with Ecotect Software

    • (1)植物种类。调研范围内共统计北京市居住区绿化常用木本植物50种(含变种、变型和品种),隶属22科37属。

      (2)组成结构。乔木比例高,乔木与灌木植物种类比为1.5∶1。使用频度较高的树种包括圆柏、白蜡、金银木、国槐、玉兰、雪松、旱柳、臭椿、月季等。常绿树比重不大,常绿与落叶植物种类比为1∶5.25;常绿乔木主要有圆柏、雪松、油松、青杄、侧柏、白皮松。

      (3)投影面积比。样本中灌木占比小,灌木与乔木的投影面积比主要分布于0.02 ~ 0.36,平均值为0.15。常绿树与落叶树投影面积比主要分布于0.05 ~ 0.45,平均值为0.19。

      (4)生长量。由于一般情况下乔木的生长量与胸径呈正相关,对样本中乔木的胸径进行统计分组的结果(图3)表明,调研样本楼间绿化中大树(胸径 ≥ 20 cm)数量比例均处于较高水平。调研范围内的楼间样本中树木生长量与居住小区建设年代无明显联系。

      图  3  各样本中大树所占数量比例

      Figure 3.  Quantity proportion of big trees in each sample

    • 根据群落中树种的结构层次及类型,将调研的26个楼间绿地样本进行分类。样地中植物群落结构以乔木 + 灌木 + 地被为主,占73.1%;其次为乔木 + 地被(或铺装)的结构,占15.4%;部分绿地突出常绿树种,占7.7%;灌木 + 地被结构最少,仅占3.8%。

    • 对无绿化样本模型进行研究,分析建筑布局对建筑采光条件的影响。

    • 在调研的15个居住小区中,多数建筑为正南正北朝向;少数建筑略微向西侧偏斜,偏斜角度较小,一般为16° ~ 18°不等。模拟分析结果表明,在其他环境条件一致的情况下,正南正北朝向的楼间受建筑遮挡影响相对较小,日照采光条件最佳。对于朝向偏斜的建筑,边户型的采光条件更好。当建筑偏斜角度相同时,受北京地区经纬度影响,朝向偏东的建筑采光条件优于偏西的建筑。

    • 建筑立面总日照时数随着楼间距宽度的减小而显著降低,楼间距增大后,建筑相互之间的遮挡减弱,低楼层得到的光照强度增大、日照时数增加。在建筑长度相同(58 m)且建筑均为正南正北朝向的情况下,楼间距为32 m、28 m、21 m的建筑,其建筑受光面影响面积分别为40.8%、56.7%、66.7%。

    • 建筑长度增加后,相互之间的遮挡覆盖范围面积随之增加,低楼层日照时数不达标的住户数量增多。在楼间距相同(26 m)且建筑均为正南正北朝向的情况下,长度为42 m、54 m、66 m的建筑,其建筑受光面影响面积分别为57.1%、60.3%、66.7%。

    • 将有绿化条件下的楼间样本日照分析结果与无绿化条件下的分析结果进行对比,通过比较日照时数的变化面积,计算得出建筑受光面影响区域面积比例。结果表明:调研样本的建筑受光面普遍受到较大面积的绿化遮光影响(图4);所有调研样本均从建筑底层开始受到绿化遮挡影响,影响范围主要集中在1 ~ 4层(图5)。

      图  4  建筑受光面影响区域面积比较

      Figure 4.  Comparison of the area affected by sunlight of buildings

      图  5  建筑受光面影响范围比较

      Figure 5.  Comparison of influencing range of light surface in buildings

    • 对比有绿化与无绿化条件下的楼间样本立面单位面积平均日照时数,结果表明:绿化导致建筑受光面日照时数显著减少;所有调研样本中,无绿化与有绿化条件下的建筑单位面积日照时数差值分布在0.025 ~ 1.505 h,平均值为0.604 h(图6)。逐层分析发现,建筑1 ~ 4层日照时数受绿化影响最严重,其中2、3层尤其显著,达到0.86 h;1、4层次之,平均为0.63 h;5、6层则影响稍轻,分别为0.35 h和0.22 h。

      图  6  日照时数影响程度比较

      Figure 6.  Comparison in influencing degree of sunshine hours

    • 调研小区楼间绿化种植类型主要采用组团式种植和行列式种植两种模式,较少孤植,搭配篱植、廊架式绿化和小型花坛。组团式种植和行列式种植对建筑采光条件影响较大,组团式种植的阴影遮挡范围在建筑立面上呈现为部分区域的影响;而行列式种植形成了条带状的阴影区,造成了覆盖面较广的遮挡,使较大范围内的住户采光普遍受到影响。

      研究主要针对建筑采光条件受植物影响较大的楼间样本,通过将现状建筑立面的日照时数与无绿化情况下建筑立面的日照时数进行对比,分析其具体影响因素。

    • 一般情况下常绿树较多的楼间样本,其建筑立面光照较弱(图7)。北京地区冬季除松科(Pinaceae)、柏科(Cupressaceae)等常绿植物外,落叶植物普遍仅存枝干。常绿树的树冠疏透度一般为0.15(油松为0.65);其余落叶树的树冠疏透度均分布在0.45 ~ 0.85范围内,显著高于常绿植物(表2)。树冠枝叶疏透度决定了透光率,随着树冠疏透度的降低,对光线的阻挡增强,因此常绿植物对建筑采光条件的影响远大于落叶植物。调研样本中共有常绿乔木6种、常绿灌木2种,常绿植物∶落叶植物 = 1∶5.25。而在采光条件受绿化影响最严重楼间样本中,其常绿植物与落叶植物投影面积比达到了6.6∶1,可见少量常绿树种的高频度应用(如圆柏)是造成建筑采光条件受到不良影响的重要原因。

      图  7  不同植物类型楼间建筑受光情况对比

      Figure 7.  Contrast of lighting conditions of buildings with different plant types

      对于楼间绿地中常用的落叶大乔木,包括白蜡、国槐、旱柳、毛泡桐、毛白杨、栾树等。其中,白蜡树冠疏透度相较于其他树种更低(0.45),也会和常绿树一样对建筑采光条件产生严重不良影响。

    • 研究发现,建筑采光受影响较严重的楼间样本,其楼间绿化的植物体量一般较大,主要呈现2个特征。

      (1)单株植物体量过大。体量过大的单株植物多为冠大荫浓的落叶乔木(图8),主要有白蜡、国槐、旱柳、栾树、毛白杨、毛泡桐6种。在研究样本中,体量高大的植物有着普遍的应用。对楼间绿化基本特征的调研结果表明:样本中乔木占比大,且由于乔木体量普遍大于灌木,因此乔木对建筑采光条件的影响远大于灌木。在其他条件大致相同的情况下,乔木与灌木的投影面积比偏大的楼间,其建筑采光更差。

      图  8  单株植物体量过大对建筑采光条件的影响

      Figure 8.  Effects of excessive individual plant volume on sunlight conditions of buildings

      (2)植物组团体量过大。植物组团是由不同种类、不同高度、不同色彩等植物经过合理配置所构成的植物群组。植物组团体量较大是指组团中的植物不仅本身体量较大,且数量较多、较密集。体量过大的植物组团相较于体量过大的单株植物,会对建筑采光条件造成更为严重的影响(图9)。

      图  9  植物组团体量过大对建筑采光条件的影响

      Figure 9.  Effects of excessive amount of botanical groups on sunlight conditions of buildings

    • 研究发现,植物与建筑距离过近也是导致建筑采光条件受到严重影响的重要因素。随着种植点位置与建筑之间距离的减小,植物对建筑采光条件的影响更为显著(图10),植物投射在建筑立面上的阴影范围更大,且遮挡阻碍光照的程度更高;在建筑立面的日照时数图上表现为日照减少区域的面积增大,且局部日照减少量增加。北京市《居住区绿地设计规范DB 11/T 214—2016》规定[20]:落叶乔木栽植位置应距离住宅建筑有窗立面5.0 m以外,满足住宅建筑对通风、采光的要求。研究表明:当乔木与建筑的距离小于5 m时,对建筑采光造成显著影响,其影响主要集中于3 ~ 4层;大于5 m时依然对建筑低层采光产生影响。调研样本中,当植物与建筑距离为8 m时,主要影响建筑3层以下的采光。

      图  10  植物与建筑距离过近对建筑采光条件的影响

      Figure 10.  Effects of close distance between plants and buildings on sunlight conditions of buildings

    • (1)楼间绿化的基本特征。乔木较多,常绿树较少,而少量常绿树种的高频度应用是造成建筑采光条件受到不良影响的重要原因。楼间绿地植物配置模式主要可分为4类:乔木 + 灌木 + 地被;乔木 + 地被(或铺装);灌木 + 地被;常绿树种为主。其中乔木 + 灌木 + 地被的模式最为普遍,占73.1%。

      (2)建筑布局本身存在影响建筑低层采光的情况。在其他条件相同的情况下,正南正北朝向的建筑受遮挡影响较小,采光条件最佳。当建筑偏斜角度相同时,受北京地区经纬度影响,朝向偏东的建筑采光条件优于偏西的建筑。楼间距对光照强度的影响最为直接和显著,建筑日照时数随着楼间距的减小而减少。20个调研样本的楼间距分布在21 ~ 32 m之间,其中16个(80%)由于楼间距过近,导致1 ~ 2层出现不同程度的日照不达标情况,这些居住小区多建设于20世纪80至90年代。

      (3)楼间绿化显著影响建筑采光。调研居住小区楼间样本(85%)普遍表现为绿化严重影响建筑采光。样本建筑受光面普遍受到较大面积的影响,日照时数显著减少,影响范围主要集中在1 ~ 4层。

      (4)楼间绿化影响建筑采光的主要因素为植物体量,其次是植物与建筑的距离,以及植物树冠疏透度。对建筑采光影响明显的楼间绿化,其主要特征表现为常绿树过多、植物体量过大(包括单株植物体量过大及植物组团体量较大)、植物与建筑距离过近等。当乔木与建筑的距离小于北京市最小种植距离规定的5 m时,对建筑采光有较大影响;大于5 m时依然对建筑低层采光产生影响。

    • 建筑和绿化对人居环境的共同作用,以及二者相互作用产生的影响为客观存在[21-22],关键在于如何实现二者的和谐,将居住区绿化中植物对居住环境基本条件(光照)的影响作为景观设计考虑的重要因素。本研究通过数字模拟的方式深入探究了居住区楼间绿化对建筑采光条件的影响,弥补了前人研究中对其影响程度和具体影响因素分析上的不足。由于实验以计算机软件模拟分析的方式进行,结果则有待实测验证。

      基于分析研究结果,对居住区楼间绿化的植物景观营造提供以下建议:

      (1)控制植物与建筑的距离。植物与建筑距离的计算近似于建筑日照间距的计算,在进行植物配置的前期,应当根据预估的树木成熟期的冠幅株高等数据,计算种植点与建筑之间的最小距离,避免植物与建筑过近对光环境造成严重的影响。仅遵照相关规范对最小种植距离的要求(北京市规定为5 m),不足以保障建筑采光的要求。

      (2)重视乔木对建筑采光的影响,控制乔木率。楼间绿地中乔木是影响建筑采光的重要因素,特别是速生树种。植物的快速生长能在短时间内营造出较好的景观效果,但过大的乔木体量对建筑采光的影响需引起高度重视,尤其应避免使用速生树种如毛白杨等进行行列式种植。由于乔木生长过程中的体量变化难以实时准确预估,因此在后期对楼间绿地进行养护管理时,应不断采用整形修剪的方式控制乔木高度。由于城市发展的需要,在居住区建设中经常通过缩减楼间距的方式获得最大建筑密度,因此楼间距往往直接根据日照间距设置。当楼间距接近于日照间距时,建议主要在楼间种植灌木类植物,推荐使用的植物种类包括樱花、碧桃、榆叶梅、丁香、紫荆、红瑞木等。而当楼间距稍大于日照间距时,则可根据其实际情况适当种植体量稍小、树冠疏透度较高的乔木类植物,以获得更加高低有致、层次分明的群落景观效果,提升组团整体观赏价值,例如玉兰、柿树、香椿、元宝枫等。

      (3)控制植物组团大小。楼间绿化与居住环境的关系紧密,园林绿化中美观的植物组团并不一定适用于楼间绿地。景观效果较好的植物组团需要具备植物种类多样、层次丰富、疏密有致等特征。但如果植物组团体量较大,且数量较多、较密集,往往会对建筑采光条件造成严重影响。

      (4)加强常绿植物资源的开发与利用。研究结果显示虽然常绿树比重不大,但少量常绿树的频繁使用,依然对建筑的采光环境产生了明显的影响。但是北方地区园林绿化中常绿树种大多为乔木,居住区绿化中常绿灌木资源的开发和利用亟待引起重视。

参考文献 (22)

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