上海世博會場地公共空間? 降溫設(shè)計的研究

林選泉???劉月琴??發(fā)表于《建筑學(xué)報》2010/07???上海世博會輯

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摘要：上海世博會場地公共空間面臨高密度人流以及極端炎熱的天氣的考驗，降溫的基本目的在于改善人體舒適性。本文以世博會浦東11地塊場地這一典型的高密度開放空間為例，研究基于人體舒適度模型，通過對影響人體舒適度的4個因子的分析，通過選擇合理的降溫技術(shù)，設(shè)計合適的降溫設(shè)施，進行合理的空間布局，通過改善場地使用人群的體感舒適度，實現(xiàn)世博場地的人性化使用。

關(guān)鍵詞：上海世博會? 場地設(shè)計? 高密度? 開放空間? 降溫設(shè)施? 人性化

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Study on Cooling Design of Public Space, Shanghai World Expo

Abstract:?The open space of Shanghai World Expo faces the high-density flow and the test of extreme hot weather. Therefore, the primary aim of site cooling is to improve the human comfort. The sites of 11 blocks Pudong, Shanghai World Expo for example, through the analysis of 4 factors based on human comfort model, the aim of this research is to improve the human comfort and achieve the humanized use of site by choosing a reasonable cooling technology, designing appropriate cooling facilities and reasonable spatial layout.

Key words:?Shanghai World Expo; Site design; high-density; Open space; Cooling facilities; Humanization

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?引言

不論是商業(yè)步行街、交通集散廣場、集會慶典廣場還是舉辦奧運會、世博會等重大城市事件的場地多以高密度人流使用的大面積廣場空間為主。在夏季高溫天氣人們常常會感到極端的不舒適。因而，如何解決場地的降溫問題成為提高環(huán)境舒適度的關(guān)鍵。

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2010年上海世博會浦東場地設(shè)計主要包括園區(qū)內(nèi)246個外國國家館、國際組織館展區(qū)內(nèi)所有的廣場體系、綠地體系、高架體系、配套設(shè)施體系等，而其中的廣場系統(tǒng)是核心與重點，也將是大流量人流集中使用的地方(如圖1)。本文正是以其中具有典型的樣板空間――11個地塊為例，探討如何進行降溫設(shè)計。

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1 上海世博會場地應(yīng)對降溫的要求

1.1高密度人流壓力

根據(jù)預(yù)測，整個世博會日均客流量為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。由于展館和配套設(shè)施等建筑的面積是固定的，據(jù)測算容納的人數(shù)大概在10多萬人左右，那么高峰時候的人流大部分將由場地公共空間來消化。以高峰日客流量為例，取同時在場系數(shù)0.7，將有30多萬人分布在外部公共空間，世博會開放空間用地為197hm²,人均室外場地為6m²,極端高峰時公共空間面臨的人流壓力將更巨大^［1］，所以世博場地公共空間以鋪裝平地為主。

上海世博會展會時間為2010年5月1號到10月31號.梅雨季節(jié)在6月中旬7月上中旬表現(xiàn)為溫高濕大。7、8、9月為高溫月份。夏季持續(xù)時間一般140天以上，以2008年為例：5月20日入夏，10月11日入秋，夏季持續(xù)時間144天^［1］（表1）。

2 基于人體舒適度的世博場地降溫原理

面對世博場地公共空間高溫、高密度人流的雙重挑戰(zhàn)，在場地降溫設(shè)計中，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。場地降溫的根本目的是在于提高人體舒適度。人體舒適度的氣象影響因子包括氣溫、相對濕度、風(fēng)和熱輻射。

根據(jù)夏季上海市的人體“氣象舒適度指數(shù)”模型^［2］：

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SSDI=1.8T+0.145RH(1.8T-26)+a(T-33) +0.134S+27

RH—空氣相對濕度，%；

T—環(huán)境溫度，℃；

V——風(fēng)速，m/s；

S——日照小時數(shù)，取為6.7；

a——夏半年風(fēng)向修正系數(shù)，取為0.1；

上海夏季5～8月中旬，人體舒適度指數(shù)平均在80～85之間，炎熱不舒適。

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基于人體舒適度模型，從溫度、熱輻射、濕度、風(fēng)速四個因子著手，由于世博場地公共空間溫度和輻射強度的指數(shù)最高，所以提高世博場地人群的體感舒適度的主要途徑包括：

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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。

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2)減弱熱輻射

這種熱輻射包括太陽輻射以及地表輻射。總而言之，隨著輻射強度的增加，使人感覺舒適的溫度可以相應(yīng)降低。例如關(guān)于太陽輻射與人體舒適性的研究表明：當(dāng)相對濕度為 70%，太陽輻射強度為 0w/m2 時，舒適溫度的最低值為20℃；若濕度不變，太陽輻射強度加大到300 w/m2，舒適溫度的最低值為17℃^［3］。

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3)減少空氣濕度

在高溫天氣下，空氣濕度的增加會加強人體的不適感，所以在進行世博場地降溫設(shè)計時，當(dāng)室外空氣溫度很高時進行降溫設(shè)計應(yīng)盡可能不增加濕度。

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4)適當(dāng)增加風(fēng)速

當(dāng)氣溫低于皮膚溫度時,風(fēng)能使機體散熱加快。有研究表明，風(fēng)速每增加1m/s，會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。即使溫度有點偏高，但由于風(fēng)的存在增加了皮膚的蒸發(fā)，所以也會使人感覺舒適^［3］。

3世博場地公共空間降溫系統(tǒng)設(shè)計

在世博場地開放空間中，降溫系統(tǒng)的布局直接關(guān)系到場地的降溫效果，主要有綠地，廣場和高架系統(tǒng)三部分降溫系統(tǒng)來組成（如圖2）。

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3.1 綠地本身的降溫功能

場地中的綠地分為楔形綠地和廣場綠地。根據(jù)相關(guān)研究表明^［4］表明，在上海城區(qū)夏季，林地和廊道具有明顯的遮蔭，降溫和增濕的作用，對小氣候的調(diào)節(jié)作用最佳。并且表明其灌木蓋度越大，空氣溫度越高，喬木冠層越高，空氣溫度越低。

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其中在世博場地規(guī)劃之初，就在沿東西方向延伸的各個地塊，設(shè)計了垂直于黃浦江的南北向的楔形綠地，其作用在于起到引風(fēng)廊的作用。為了強化這種效果，在本次設(shè)計中采用上層喬木呈規(guī)則陣列式，下層草坪的做法，除了達到比一般喬灌草三層種植形式溫度低，同時還滿足人的短時停留和人流引導(dǎo)功能。但在實際中，綠地在場地中所占的比例較低，占11地塊總面積中的7.6%，且均為臨時綠地，種植周期短，綠地主體的楔形綠地?zé)o法在世博期間形成大的上層遮蔭冠，還常常需要為空間不足的配套設(shè)施所侵占。廣場空間綠化主要采用可移動式的盆栽，只能起到點綴環(huán)境，烘托氛圍的作用，在場地降溫中起不到主要作用，所以場地降溫中主要采用人工降溫技術(shù)來實現(xiàn)。

3.2 結(jié)合降溫設(shè)施的廣場系統(tǒng)降溫

在僅考慮溫濕條件下的人體舒適度的研究也表明^［4］：廣場為裸露地，在夏季吸收的太陽輻射和溫度都很高。人處在廣場上較為不舒適。廣場的空氣溫度與廣場面積和平均風(fēng)速呈顯著負相關(guān)：廣場越小，空氣溫度越高；風(fēng)速越高，空氣溫度越低。

世博會場地外部公共空間中，無論是五大洲主題廣場還是大小不一的展會廣場，它們都是由展館圍合而成的中小型廣場，廣場大多以硬質(zhì)鋪裝為主，也不能設(shè)置水體（尤其在一些個熱門館區(qū)域）。廣場的太陽熱輻射較其它類型空間大、空氣溫度明顯偏高。在夏季持續(xù)的高溫天氣下，提高廣場人群的體感舒適度是本次世博場地降溫設(shè)計的重點。

3.2.1 基于人體舒適度改善的降溫技術(shù)選擇

目前世界上成熟的降溫技術(shù)主要有兩種：1）高壓噴霧技術(shù)，2）低壓兩相流噴霧技術(shù)。通過兩者的技術(shù)比較（如表2），結(jié)合以上對影響人體舒適度的四大因子的比較進行綜合考慮，在世博浦東11地塊場地設(shè)計中，主要選擇采用低壓兩相流噴霧降溫技術(shù)對廣場系統(tǒng)環(huán)境空間進行降溫。

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表2：兩種降溫設(shè)施技術(shù)比較

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通過試驗表明，低壓噴霧點周邊降溫效果能達到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（如圖3）。

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3.2.2降溫設(shè)施布局

降溫設(shè)施的布局直接關(guān)系到場地的降溫效果，實驗表明，遮陽設(shè)施下的場地降溫效果明顯好于太陽直射下的場地降溫效果（如圖4）。尤其是針對場地大流量的步行人群，在動態(tài)條件下、較短距離內(nèi)體表溫度的感知對人的熱感影響最大，所以提高廣場步行人群的體感舒適度，減低環(huán)境溫度和減弱熱輻射兩個方面影響最大。依據(jù)人體舒適度模型，為了減弱熱輻射對舒適度的影響，以達到良好地降溫效果，噴霧降溫設(shè)備宜結(jié)合遮陽設(shè)施布置。世博場地設(shè)計中，降溫設(shè)施布局方式主要有以下幾種：

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1）結(jié)合廣場休息區(qū)設(shè)置

在廣場核心區(qū)旁，結(jié)合集中成片的“固定遮陽傘”和“移動樹陣”構(gòu)成廣場“遮陽休憩空間”，結(jié)合低壓噴霧設(shè)備進行降溫。其噴霧設(shè)備對于于上述兩種空間模式，分別采用“懸掛式”和“立柱式”（如圖5）兩種。

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其中懸掛型終端結(jié)合附著物主要應(yīng)用廣場帶遮陽棚的休憩空間（如圖6）。立柱型終端主要應(yīng)用于帶移動樹陣的休憩空間和演藝空間中的觀演區(qū)。由于場地中的廣場空間可以分為一般的展會廣場和五大洲主題廣場，其中的5大洲主題廣場同時承擔(dān)了對五大洲主題演繹的要求，為了實現(xiàn)噴霧終端與遮陽棚的鋼結(jié)構(gòu)立柱理想銜接，注重遮陽設(shè)施主題的形體設(shè)計（如圖7），如：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，在傳達大洲文化印象同時，考慮低壓噴霧終端的懸掛，實現(xiàn)技術(shù)與藝術(shù)的融合。

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在該人群駐留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。降溫終端可以擺動運動，其擺動范圍為0~350°，旋轉(zhuǎn)擺動速度為0-90°/s，擺動范圍和速度可隨時調(diào)整（如圖8）。送風(fēng)口風(fēng)速限定在8-10m/s。懸掛式噴霧終端降溫范圍3-4m，立柱式噴霧終端降溫范圍6-8m。

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2）結(jié)合廣場通過性空間設(shè)計

采用低壓可移動式噴霧降溫設(shè)備，當(dāng)行走的成年人群以0.9-1.4m/s 的平均步速行進，可以感受到步行引導(dǎo)區(qū)內(nèi)1～8m/s的人工風(fēng)速，水霧蒸發(fā)吸熱降低局部環(huán)境溫度3-5°，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)，沒有增加濕度，不會產(chǎn)生不適感。

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考慮在廣場上人群行走方向的不確定性，降溫設(shè)備的布置也無法確定，只能選擇在人流較為密集的廣場通過性空間結(jié)合移動式遮陽設(shè)施布置噴霧終端設(shè)備(如圖5)，使其成為噴霧降溫覆蓋的降溫通道。移動式噴霧降溫設(shè)備布置方式：單排（6m寬）遮陽傘形成的線性通道，沿長度每隔10～12m單側(cè)布置一臺降溫設(shè)備；雙排遮陽傘形成的線性通道，也是每隔10~12米兩側(cè)交錯各布置一臺降溫設(shè)備。

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同時應(yīng)對特殊情況下的人流高峰，在世博場地后期運營管理中可根據(jù)人流集中情況、場地狀況、氣象條件變化等靈活布設(shè)和增減移動式噴霧終端，作為補充和應(yīng)急，最大限度實現(xiàn)人性化管理。

3.2.3降溫設(shè)備終端單體設(shè)計

?? 噴霧降溫終端設(shè)計以“圓融”為理念，采用簡潔的球體和柱體來演繹。出風(fēng)口裝飾紋樣采用距今四千多年前仰韶文化馬廠遺址中的陶器上的“回字體紋樣”：立桿式降溫終端采用“傳統(tǒng)四連回紋樣”，懸掛式降溫終端采用“傳統(tǒng)圓形回紋窗紋樣”。降溫終端色彩主體上采用白色，僅在出風(fēng)口的紋樣部位飾以“中國紅”，與中國館形成呼應(yīng)。通過符號、色彩、形體的對比整體上達到“傳統(tǒng)與現(xiàn)代的統(tǒng)一”。（如圖9）

另外，移動式噴霧降溫設(shè)備采用“大象噴水”這一仿生設(shè)計做到“技術(shù)與藝術(shù)的統(tǒng)一”。

該降溫設(shè)備終端設(shè)計也成為此次開放空間降溫設(shè)計中的亮點。

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3.3高架步道下空間結(jié)合高壓噴霧降溫

貫穿于世博場地主要東西向的高架步道是世博場地人行交通二層干道，平均寬度為30多米，高度為5米，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。結(jié)合高架下的步行通道頂棚，東西向每2米一個，南北向每1米一個高壓噴霧點，并適當(dāng)利用加風(fēng)裝置，在高架底下形成蔭涼的通道。

4 世博場地降溫數(shù)據(jù)統(tǒng)計

在世博場地降溫設(shè)計中，通過布置噴霧降溫設(shè)備，在室外場地形成了一定面積的降溫區(qū)域，同時盡量結(jié)合通過降低熱輻射而改善人體舒適度的遮陽設(shè)施來達到降溫效果（如圖10），世博場地11 地塊中各類降溫面積指標(biāo)所示（如表3）：?

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表3 世博場地11地塊各類降溫面積統(tǒng)計表 （單位：平方米）

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圖10：浦東場地公共空間中的噴霧降溫設(shè)備與遮陽系統(tǒng)結(jié)合

5．運營反饋

上海世博會場地降溫系統(tǒng)需要 “彈性設(shè)計”，建設(shè)期間根據(jù)人流預(yù)測和場地空間特征，預(yù)先設(shè)計布局好主要的降溫系統(tǒng)，剩下部份需要在運營期間根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行調(diào)整補充。通過4月份世博的試運營與近2個月的正式運營，噴霧降溫確實起到了作用，并且受到人們的歡迎（如圖11）。同時根據(jù)現(xiàn)場的人流特征與實際情況，世博場地遮陽降溫設(shè)施也在動態(tài)調(diào)整，目前增設(shè)了2000把3M×3M的可移動遮陽傘，在相對比較熱門的沙特、德國、英國、法國等33個外國國家館的排隊等候區(qū)內(nèi)增設(shè)帶降溫設(shè)備的固定遮陽棚。??

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致謝

文中有關(guān)噴霧實驗數(shù)據(jù)是與鎮(zhèn)江同盛環(huán)保設(shè)備王堅偉和江蘇大學(xué)王軍鋒博士合作完成，實景照片由林選泉拍攝。感謝團隊成員在降溫專項中的貢獻。

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項目支撐：上海世博會（浦東園區(qū)）場地設(shè)計（國際競標(biāo)第一名中選方案）

????????? 上海世博會浦東臨時展館及配套設(shè)施項目景觀設(shè)計（第一名中標(biāo)）

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參考文獻：

［1］劉月琴，林選泉.中國2010年上海世博會場地公共空間設(shè)計策略[J].中國園林，2010：29-33.

［2］劉梅，于波.人體舒適度研究現(xiàn)狀及其開發(fā)應(yīng)用前景[J].氣象科技，2002(2)：11－14.

［3］Paul Gut,Dieter Ackerknecht. Climate Responsive Buildings:appropriate building construction in tropical and subtropical regions [M].SKAT，Switzerland，1993：42.

［4］曹丹，周立晨等.上海城市公共開放空間夏季小氣候及舒適度[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2008（19）： 1797-1802.

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作者介紹：

劉月琴/女/1978年/同濟大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院博士研究生/研究方向生態(tài)規(guī)劃與景觀設(shè)計理論與實踐

(上海 200092 liuyueqin999@163.com)

林選泉/男/1978年出生/上海浦東建筑設(shè)計研究院有限公司景觀規(guī)劃設(shè)計研究室主任/天津大學(xué)建筑學(xué)院碩士研究生/研究方向景觀規(guī)劃設(shè)計與城市設(shè)計

（上海 201204??linxuanquan@163.com）

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