基于小氣候人體舒適度的社區公園健身設施場地景觀設計研究

王 慶

李 萌

李相逸*

全民健身是體育事業發展的基礎，是人民幸福指數的重要體現。早在2014年頒布的《國務院關于加快發展體育產業促進體育消費的若干意見》中，就已經將全民健身上升到了國家戰略層面。國務院在2016年頒布的《“健康中國2030”規劃綱要》中就重點強調了全民健身要與全民健康進行深度融合。各地區要不斷根據自身情況統籌建設全民健身配套場地設施，不斷完善社區全民健身公共服務體系。良好的鍛煉場地和舒適的健身環境有利于形成良好的健身社會氛圍，促進人民健身的積極性，加快推進全民健身的步伐，也能更好地滿足人民群眾向往美好生活的需求。中國自改革開放以來，在社區健身建設上取得了很大的進步，但仍與發達國家有著巨大的差距。如社區健身場地和設施質量低、數量少，資源共享較差，居民健身意識較弱，景觀環境質量較差等[1-2]。本文研究深圳市社區公園健身設施場地景觀，提出提高小氣候人體舒適度的景觀設計策略，旨在為提高城市居民戶外健身環境舒適度作出貢獻。

1 研究背景

健身設施場地屬于城市綠色空間，近年來一直受到社會學、心理學、生態學等領域學者的極大關注。研究從綠色空間本身轉向以人為主體的感知和評價，景觀元素如何影響小氣候人體舒適度越來越受到人們的重視和關注[3]。

國外的健身空間真正意義上起源于19世60年代，西方國家非常重視社區公共戶外環境建設，政府直接或間接提出設計意見，指導居住區健身空間的發展。70年代以后，德國、日本、意大利等國也先后開展了國民健身計劃，使得健身活動成為游憩的主要內容，并被放在首位。許多發達國家對社區健身空間建設進行了研究，并出版了一些相關專著，如美國設計師馬庫斯的《人性場所》和揚·蓋爾的《交往與空間》，提供了早期的理論依據和參考。20世紀40年代，德國氣象學家Geiger首次提出微氣候一詞；Landsberg認為小氣候是大氣在遇到不同地形、植被及人造設施后發生的局部區域的變化；Meerow等強調小氣候的特征一致并可以被改善[4]。可見學者一致認為小氣候具有小尺度、變化多樣且能夠被改變的特征，且景觀要素會影響小氣候[5]。

我國對于小氣候最早的實測始于19世紀60年代，其方法大部分借鑒于國外。由于其數據精準和真實可靠的優勢，迄今為止仍在被廣泛應用。有學者運用城市景觀中地形設計、水景形式、綠化種植、道路鋪裝、景觀設施等園林要素，提出改善城市小氣候環境的具體景觀設計手段[6-8]。陳睿智等[9]從游客的角度探討濕熱地區景區中休憩行為與小氣候舒適度的關系，得到游憩活動的小氣候舒適度閾值；劉雅婷[10]、劉宇霆[11]明確了幾何結構參數、小氣候變量與主觀熱感覺指標之間的相關性；劉濱誼[12]、賴寒[13]、于洋[14]分析了小氣候生態因素和景觀要素關系，認為景觀要素的變化對小氣候產生了影響。

當前，針對戶外人居環境小氣候的研究主要有小尺度的地面氣象資料實驗觀測法、中等尺度的仿真模擬和仿真技術，以及大尺度的遙感監控技術[15]。實驗觀測法有氣象實驗觀測法、物理模型、CFD模型和ENVI-met模型[16]。學者針對不同的研究對象，采用不同的研究方法，對城市的街區、居住區、屋頂花園、公共綠地等空間的小氣候變化機理和區域改善策略進行了研究[17-22]。國內外對評價小氣候舒適度也有較多的研究，其指標包括Comfa指標、TSGivoni指標、生理等效溫度指數(Physiological Equivalent Temperature，PET)、熱舒適度評價指數(Universal Thermal Climate Index，UT-CI)、WBGT指標等[23]。在國際上，WBGT指標已被ISO標準體系認證。國外學者Moran[24]，國內董靚[25]、林波榮[26]、張磊[27]等都根據地區氣候差異對WBGT的關聯式做了修改研究，相對其他評價指標而言，更具有針對性。董靚基于濕熱氣候區提出了WBGT指標關聯式計算觀測點的小氣候舒適度值[9]，應用于成都等濕熱地區的小氣候研究，取得了較多的成果。

國內外研究現狀表明，當前國內外學者對于小氣候舒適度的研究逐漸趨于數據化和精確化，但對于如何量化景觀設計指標、更好地指導設計、營造更為舒適的環境方面的研究，仍然非常欠缺。當前我國對于健身場所的關注度尚且不足，因此，本文將從小氣候人體舒適度著手，探究社區公園健身設施場地景觀設計優化策略。

2 研究對象和方法

2.1 研究范圍

以深圳市南山區和寶安區部分社區公園健身設施場地為研究對象。這2個區位于深圳市西部，屬于亞熱帶海洋性氣候，夏長冬短，日照充足，雨量豐沛，年平均氣溫22.5℃，從每年的4月中旬─11月都是炎熱天氣，夏季時間長達191d，春秋冬三季氣候溫和。東北部氣溫較低，特區內和西部氣溫較高，盛行風向為東南偏東，濕熱多雨，年平均相對濕度為77%，平均風速2.7m/s，靜風和低風速發生頻率較高[28]。

通過現場調研，選擇南山區和寶安區有較完整健身設施場地的社區公園30個(圖1)。本研究的健身設施場地指擺放有健身設施的相對獨立的區域，不包括兒童游樂設施場地和球類設施用地。所選場地均無周邊建筑的投影，且都位于社區公園內部，所以忽略社區公園周邊建筑環境對場地的影響。場地范圍包括與場地相接的樹池、草地、花壇等，不包括道路和周邊建筑(圖2)。現狀的健身設施是由政府統一配備，其種類、個數都基本相同，主要有太極推手器、太空漫步機、上肢牽引器、立式旋轉器和蹬力器等(圖3)。

圖1 健身設施場地測點分布圖

圖2 研究場地范圍示意圖

圖3 健身設施器材示意圖(平山社區公園)

2.2 研究方法

2.2.1 實地調研

試驗時間設置在夏季溫度較高的6月中旬─9月底，選擇晴朗且氣候較為穩定的日子，對30個社區公園健身設施場地進行實地調研及測量。測量并計算每個場地內綠地面積、植物綠量、灌木圍合度、灌木高度、喬木平均冠幅等數據，記錄場地內植物群落結構。每個公園測量2次，計算所測數據的平均值。

2.2.2 問卷調查

在對健身設施場地進行實地調研和實驗操作的同時，對場地中的活動人群進行舒適度問卷調查，填寫即時的熱感覺、熱忍受度、風感覺、濕潤感、總舒適度等內容。前4項是引導受訪人群樹立正確的舒適感，以提高最后一項總舒適度的準確性。總舒適度選項分為很不舒適、不舒適、較舒適、舒適、很舒適5項。其結果與同時刻和同測點一一對應的通過儀器實測并計算所得的小氣候舒適度WBGT值進行對比分析，找到現場使用人群的問卷舒適度值與實測計算的小氣候舒適度WBGT值之間的對應關系，從而得到夏季健身設施場地舒適度閾值。調查問卷涵蓋全年齡段人群，共獲得882份有效問卷。

2.2.3 儀器測量

試驗采用美國精準氣象站測量儀器──WatchDog 2900ET自動氣象站。它可以實時監測多種氣象環境因素，測量結果精確科學，廣泛應用于氣象、農業、林業、水利、園藝等各個領域的科學研究。用該儀器測量健身設施場地內包括空氣溫度、空氣相對濕度、風速、太陽輻射等，并根據測量參數自動計算露點。與調研和問卷同步進行，選擇氣象預報均顯示為晴朗天氣，平均氣溫均在28.8℃左右的日子。實際測量過程中遇到少量降雨。將儀器放置于健身場地中心位置，感應探頭離地面1.5m高處，自動測量并記錄空氣溫度、空氣相對濕度、風速和太陽輻射等。測量時間為每個測量單位日的8：00─20：00，將實驗人員分為4組，每組2人對30個社區公園進行為期2d的測量，計算每個測點所測數據的平均值。本研究共獲得自動氣象站測得的1 226組氣象數據。

2.2.4 指數評價

深圳市夏季高溫高濕，屬于典型的濕熱地區，故本研究采用董靚基于濕熱氣候區提出的WBGT指標關聯式計算公式。

式中，Ta為空氣干球溫度，℃；RH為相對濕度；SR為總太陽輻射照度；Tmr為環境平均輻射溫度，℃；V為風速，w/s；WBGT值的單位采用國際標準單位℃[29]，關聯式針對適應氣候著衣的人群。Buonanno等的實驗研究表明，以Ta替代Tmr，WBGT值的平均相對誤差為4.471%，絕對值增大0.45%，環境輻射溫度對WBGT值的誤差影響可忽略不計。因此，本文在計算WBGT值時，以Ta替代Tmr。將氣象站測得的各個數據代入公式(1)中，可得30個健身設施場地8：00─20：00每隔15min的WBGT值。

根據測量數據計算每個健身設施場地的綠化率、綠量[30]、植物群落結構、灌木圍合度、灌木高度[31]、喬木平均冠幅[32]等景觀特征因素指標。每個健身設施場地的景觀特征計算方法為：綠化率＝綠化面積/場地面積；綠量＝場地總綠量/場地面積；灌木圍合度＝灌木圍合總長度/場地周長。對植物群落的復雜程度進行排序并賦值，即：1-灌木、2-喬木、3-喬草、4-喬灌、5-喬灌草。

2.2.5 軟件分析法

利用SPSS數據分析軟件對儀器測得數據、問卷調查所得數據和計算所得評價指數進行相關性分析，探索健身設施場地景觀環境因素與小氣候舒適度之間的關系，找到適用于深圳社區公園健身設施場地的環境景觀設計模型。

3 結果分析

3.1 健身設施場地的舒適度閾值

將30個測點每隔15min的空氣溫度、相對濕度、風速及太陽輻射的氣象數值代入公式(1)，計算出每個時間點的WBGT值，與一一對應時間點和測點的問卷調查得到的舒適度結果進行比對分析。

問卷中得到的總舒適度值數據是使用場地人群的主觀感受，用于與場地儀器測量計算得到的舒適度值，即客觀數據進行對比分析。通過統計分析得出最接近人真實感受的小氣候人體舒適度狀況，并得出深圳夏季小氣候舒適度閾值。

將人體舒適度WBGT值以1℃為單位，分成11個區間，統計每個區間問卷調查的舒適度各個選項的人數，并計算出其占全部受訪人數的百分比(圖4)。可以看出，當WBGT值在32℃時，認為“舒適、較舒適和很舒適”的被訪者比例最高；WBGT值高于32℃時，選擇舒適選項的人群比例很小，且呈現斷崖式縮小；WBGT值低于32℃時，選擇舒適選項的人群比例逐漸降低，但趨勢較緩，且選擇舒適及以上選項的人群比例仍然較高。由此可見，WBGT值32℃是一個臨界值，即深圳市社區公園健身設施場地人體舒適度的臨界值是為舒適度閾值。在深圳夏季，低于這個閾值的WBGT值都是舒適的。

圖4 WBGT值各區間各舒適度選項人數百分比

3.2 影響健身場地舒適度的景觀特征因素

將30個場地的景觀特征因素數據與該場地的WBGT平均值進行多元回歸分析，結果見表1。舒適度與以下景觀特征因素呈顯著相關的關系(P值都為0.000)，說明這些景觀要素對健身場地的舒適度都有影響。由標準化系數的絕對值可以看出，景觀特征因素影響WBGT值的排序為：植物群落結構＞喬木平均冠幅＞綠量＞灌木圍合度＞灌木高度＞綠化率。所以在進行健身設施場地景觀設計時，應優先考慮排序在前的景觀特征因素，特別是植物群落結構和喬木平均冠幅。

表1 景觀特征與WBGT值的多元回歸分析

通過對各個景觀特征因素之間的相關性進行分析，確定這些景觀特征因素對場地舒適度值影響的相對獨立性，為探索合適的景觀特征因素指標范圍提供支持。同時找出這些景觀特征因素之間的聯動關系，為調整景觀特征因素指標的設計策略提供理論支撐。從表2中可以看出，綠量與喬木平均冠幅正相關、植物群落結構與綠化率和灌木圍合度相關，其他的景觀特征因素相互之間并無顯著相關性。綠量隨著喬木平均冠幅的增大而增大，綠化率和灌木圍合度均隨著植物群落結構復雜程度的增大而增大。因此，在設計建議時，可通過選擇適當冠幅的喬木樹種、改變植物群落結構及設置適當圍合度的灌木植被來改變場地中的植物綠量和綠化率等景觀特征因素，從而提高場地環境的小氣候人體舒適度。

表2 景觀特征因素間相關性分析

3.3 健身場地景觀特征因素的取值

將以上景觀特征因素數據分別與各個場地的WBGT值進行曲線回歸分析(圖5)。根據3.1節的研究可知，深圳社區公園健身設施場地WBGT的閾值為32℃，故在各模擬曲線中取WBGT值為32℃，計算出對應的X值，即得到景觀特征因素指標的最佳取值范圍(圖5，表3)。

圖5 景觀特征因素與人體舒適度曲線擬合結果

表3 各景觀特征因素與WBGT值回歸曲線圖像解析

群落結構復雜度呈現值越高舒適度越高的規律，說明植物層次越豐富、結構越復雜會提高舒適度。其他景觀特征因素均需在一定取值范圍內才能達到最佳舒適度。一味增加綠量不一定能增加舒適度，因為綠量增加到一定程度會降低太陽輻射，使溫度過低，從而降低舒適度。綠化率并不是越高越好，太高造成蔭蔽度太大會降低舒適度。結合表1可以看出，灌木圍合度和灌木高度對風速影響較大，它們反映了植物對場地的圍合度，圍合過度導致場地風速下降，降低舒適度；過度開敞會導致灌木層缺失，降低植物結構復雜性，從而會降低場地的舒適度。喬木平均冠幅說明增加大量大冠幅喬木的種植并不能改善小氣候，太低或太高都會降低舒適度。這些因素互相制約影響著健身設施場地的舒適度。

從以上分析可以看出，對于健身設施場地的植物景觀設計應以適度為宜，各項植物景觀特征因素不能一味追求高指標和高標準，而應增加植物的豐富度，將其指標控制在一定的范圍內，以達到最佳舒適度。

4 對策和建議

4.1 豐富植物群落結構

研究結果表明，植物群落結構越復雜，對健身設施場地的舒適度調節效果越好。因此，在進行場地景觀環境植物群落配置時，采用喬灌草多層次的群落結構可以更有效地提高場地舒適度。但是由于健身場地的特殊性，需要足夠的硬質鋪裝面積來滿足健身設施的擺放，所以應盡量在場地邊緣或中心花壇處進行處理。例如，女媧濱海公園場地四周和內部均分布有喬木，植物郁閉度過高，不利于空氣流動，且喬木在場地內部容易對鍛煉人群產生干擾，可以移除場地內花壇的部分喬木，增加灌木，以豐富植物層次。白芒社區公園雖然灌木豐富，但喬木冠幅較小，場地內部植物遮蓋度不足，可增植大冠幅喬木來豐富植物層次。

4.2 合理梳理植被

深圳作為典型的夏長冬短型城市，夏季午后受太陽輻射影響的區域較大，對小氣候人體舒適度的影響非常大。在夏季，植物主要通過遮陰降低太陽輻射來改善場地內部的小氣候舒適度，但植物覆蓋空間除了能改善熱環境外，對風環境也有顯著的影響。場地植物覆蓋程度過高，會導致內部通風效果減弱、濕度增大，從而降低舒適度。因此，將各項景觀特征因素值控制在一定范圍內，可以最大效度地提升小氣候舒適度。本研究表明，在深圳等濕熱地區，將綠量控制在1.40～7.87m3、綠化率22%～50%、灌木圍合度34%～51%、灌木高度0.60～1.24m時，喬木平均冠幅的取值在1.83～4.67m，場地的小氣候環境舒適度最佳。以南油社區公園健身設施場地提升改造為案例，該場地的綠量值居于舒適范圍，而綠量值以外的指標(包括植物群落結構、喬木平均冠幅、灌木圍合度、灌木高度、綠化率)均在舒適指標范圍區間之外。現場調研發現，場地植物總體較少、品種單一，缺乏草本層。首先，針對植物群落，在圍合場地的花壇內增加沿階草、地毯草等地被。當前喬木平均冠幅為6.60m，高于舒適度范圍。應考慮適當將榕樹和樟樹等常綠喬木局部替換成有觀賞價值且冠幅較小的落葉喬木，如雞蛋花、幌傘楓等。這樣既能保證場地內有足夠的植物遮蓋，又不會影響場地內的通風和光照。當前場地的灌木圍合度略高于舒適度指標值，而灌木高度低于舒適度指標值。在原來的基礎上，減少灌木圍合程度，擴大開敞面，同時，考慮將原來的灌木替換為如紅背桂、蒲葵、勒杜鵑、鵝掌柴和朱蕉等高度較高的灌木樹種，配合喬木和地被植物進行層次化種植，有利于健身設施場地內的通風。提升改造后的平面和指標如圖6和表4所示。

圖6 南油公園健身設施場地提升改造前(6-1)后(6-2)平面圖

表4 南油公園健身設施場地提升改造前后指標對比

4.3 預留通風廊道

舒適度與氣象因素相關，而風又是影響小氣候人體舒適度的重要指標。深圳屬于季風性海洋氣候，充分利用自然風資源能夠更好地調節小氣候，可以通過營造植物景觀來改善風環境。灌木層的高度與人體高度最接近，所以灌木圍合度和高度對風的影響最為直接。深圳夏季盛行風向為東南風，因此，在場地的東部和東南部方向盡量避免使用封閉型灌木。考慮到夏季熱風、冬季寒風的影響，在健身設施場地的北側種植常綠樹種抵擋寒風，南側種植闊葉樹種并形成通風廊道。同時，可以考慮在風向入口邊緣設置小型水體，夏季熱風在經過水體時可以帶走一部分熱量，形成涼風，降低場地內的空氣溫度，從而提高小氣候人體舒適度(圖7)。

圖7 通風廊道示意圖

5 結語

本文從小氣候人體舒適度出發，研究了社區公園健身設施場地的植物景觀特征，找出景觀特征要素與舒適度的相關性規律，就健身設施場地的植物景觀設計進行了探討，并提出了提升改造的策略和建議。健身設施場地中除了植物景觀外，地形和水體也是影響小氣候的重要因素。由于研究場地內沒有明顯水體，且地形均為平地、少有起伏，因此沒有對這2個因素展開研究。希望本研究給改善健身設施場地景觀環境提供參考建議，以期為提高健身場地使用率、促進全民健身運動作出貢獻。

注：文中圖片均由李萌繪制或拍攝。