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基于性能驱动的气候适应性城市开放空间优化设计

来源：花匠小妙招时间：2024-11-01 08:20

基于性能驱动的气候适应性城市开放空间优化设计

【摘要】： 20世纪以来,随着全球性城市化进程的不断推进,城市业已成为人类生存与发展的重要外部环境。在此过程中,环境恶化、能源紧缺和气候变暖等生态环境问题也逐渐显露出来,人、城市与自然的矛盾日益尖锐。在此背景下,可持续发展理念及相应的绿色城市设计理论开始成为城市设计领域广泛关注的前沿课题。气候适应性城市设计是绿色城市设计领域的重要研究内容,有助于创造良好的微气候环境,节约资源,减少能耗,一定程度上缓减城市与自然的矛盾与对立,为人类营造一个诗意栖居的生活环境。针对气候适应性城市设计策略展开理论探索与研究具有积极的理论意义和应用价值。目前,国内外相关气候适应性城市设计的研究主要集中在宏观尺度(如城市热岛、城市风廊等)与微观尺度(如单一街道、建筑单体等)层面,将中尺度的城市街区作为研究对象的相关探讨还不足,特别是在与日益成为主流的性能驱动设计相结合的研究成果和实践案例尚不多见。基于此,论文以夏季和冬季室外舒适度均较为严峻的夏热冬冷地区的作为研究地区。首先针对地区气候特征进行介绍,并根据气候适应性设计原理归纳总结了该地区基本的城市设计策略。论文以城市开放空间作为研究的切入点,梳理了开放空间形态对微气候影响的基础理论,进一步凝练出与微气候相关的宏观、中观和微观层面的开放空间形态因子,为之后的研究展开理论铺垫。在技术手段上,论文引入目前参数化设计前沿领域中的性能模拟优化技术,该方法以性能为导向,使设计与评价一体化进行,通过计算机自动优化开放空间对环境响应的过程,以探究其对微气候的影响机制。在剖析了各软件平台的优劣势及技术特点后,论文将Rhino Grasshopper作为参数化建模手段及各软件集成平台,选取其插件Ladybug系列进行性能模拟,并对该款目前较为先进的分析软件进行了详细介绍。论文使用Grasshopper自带的Galapagos遗传算法作为优化手段,同时为基于气候适应性的开放空间优化设计制定了流程框架。基于上述技术策略,研究以南京为例,设置了250mx250m的街区作为实验对象,设定了冬夏两季、两种基础气候条件和优化方式,总计6组开放空间设计评价一体的优化实验,均取得了较顺利的结果。通过对各实验中开放空间优化过程、演变趋势及最优解进行解析,揭示了城市开放空间垂直布局、水平布局及其各形态因子对微气候的影响机制,并利用多元线性回归的分析方法得到各因子对微气候影响的量化数值。论文比对了不同季节及气候条件下影响的异同,总结出适应夏热冬冷地区的开放空间设计策略,并将其抽象形成一套基本模式语言。通过对建筑组合、街区和整体规划三个层级的案例验证,初步证实了其通用性和可靠性。同时,该研究也为气候适应性城市设计提供了一整套全新实用的方案生成方法和优化策略,总结其优势和局限性,并对未来发展做出了进一步展望。

【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018

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