基于小气候人体舒适度的社区公园健身设施场地景观设计研究

王 庆

李 萌

李相逸*

全民健身是体育事业发展的基础，是人民幸福指数的重要体现。早在2014年颁布的《国务院关于加快发展体育产业促进体育消费的若干意见》中，就已经将全民健身上升到了国家战略层面。国务院在2016年颁布的《“健康中国2030”规划纲要》中就重点强调了全民健身要与全民健康进行深度融合。各地区要不断根据自身情况统筹建设全民健身配套场地设施，不断完善社区全民健身公共服务体系。良好的锻炼场地和舒适的健身环境有利于形成良好的健身社会氛围，促进人民健身的积极性，加快推进全民健身的步伐，也能更好地满足人民群众向往美好生活的需求。中国自改革开放以来，在社区健身建设上取得了很大的进步，但仍与发达国家有着巨大的差距。如社区健身场地和设施质量低、数量少，资源共享较差，居民健身意识较弱，景观环境质量较差等[1-2]。本文研究深圳市社区公园健身设施场地景观，提出提高小气候人体舒适度的景观设计策略，旨在为提高城市居民户外健身环境舒适度作出贡献。

1 研究背景

健身设施场地属于城市绿色空间，近年来一直受到社会学、心理学、生态学等领域学者的极大关注。研究从绿色空间本身转向以人为主体的感知和评价，景观元素如何影响小气候人体舒适度越来越受到人们的重视和关注[3]。

国外的健身空间真正意义上起源于19世60年代，西方国家非常重视社区公共户外环境建设，政府直接或间接提出设计意见，指导居住区健身空间的发展。70年代以后，德国、日本、意大利等国也先后开展了国民健身计划，使得健身活动成为游憩的主要内容，并被放在首位。许多发达国家对社区健身空间建设进行了研究，并出版了一些相关专著，如美国设计师马库斯的《人性场所》和扬·盖尔的《交往与空间》，提供了早期的理论依据和参考。20世纪40年代，德国气象学家Geiger首次提出微气候一词；Landsberg认为小气候是大气在遇到不同地形、植被及人造设施后发生的局部区域的变化；Meerow等强调小气候的特征一致并可以被改善[4]。可见学者一致认为小气候具有小尺度、变化多样且能够被改变的特征，且景观要素会影响小气候[5]。

我国对于小气候最早的实测始于19世纪60年代，其方法大部分借鉴于国外。由于其数据精准和真实可靠的优势，迄今为止仍在被广泛应用。有学者运用城市景观中地形设计、水景形式、绿化种植、道路铺装、景观设施等园林要素，提出改善城市小气候环境的具体景观设计手段[6-8]。陈睿智等[9]从游客的角度探讨湿热地区景区中休憩行为与小气候舒适度的关系，得到游憩活动的小气候舒适度阈值；刘雅婷[10]、刘宇霆[11]明确了几何结构参数、小气候变量与主观热感觉指标之间的相关性；刘滨谊[12]、赖寒[13]、于洋[14]分析了小气候生态因素和景观要素关系，认为景观要素的变化对小气候产生了影响。

当前，针对户外人居环境小气候的研究主要有小尺度的地面气象资料实验观测法、中等尺度的仿真模拟和仿真技术，以及大尺度的遥感监控技术[15]。实验观测法有气象实验观测法、物理模型、CFD模型和ENVI-met模型[16]。学者针对不同的研究对象，采用不同的研究方法，对城市的街区、居住区、屋顶花园、公共绿地等空间的小气候变化机理和区域改善策略进行了研究[17-22]。国内外对评价小气候舒适度也有较多的研究，其指标包括Comfa指标、TSGivoni指标、生理等效温度指数(Physiological Equivalent Temperature，PET)、热舒适度评价指数(Universal Thermal Climate Index，UT-CI)、WBGT指标等[23]。在国际上，WBGT指标已被ISO标准体系认证。国外学者Moran[24]，国内董靓[25]、林波荣[26]、张磊[27]等都根据地区气候差异对WBGT的关联式做了修改研究，相对其他评价指标而言，更具有针对性。董靓基于湿热气候区提出了WBGT指标关联式计算观测点的小气候舒适度值[9]，应用于成都等湿热地区的小气候研究，取得了较多的成果。

国内外研究现状表明，当前国内外学者对于小气候舒适度的研究逐渐趋于数据化和精确化，但对于如何量化景观设计指标、更好地指导设计、营造更为舒适的环境方面的研究，仍然非常欠缺。当前我国对于健身场所的关注度尚且不足，因此，本文将从小气候人体舒适度着手，探究社区公园健身设施场地景观设计优化策略。

2 研究对象和方法

2.1 研究范围

以深圳市南山区和宝安区部分社区公园健身设施场地为研究对象。这2个区位于深圳市西部，属于亚热带海洋性气候，夏长冬短，日照充足，雨量丰沛，年平均气温22.5℃，从每年的4月中旬─11月都是炎热天气，夏季时间长达191d，春秋冬三季气候温和。东北部气温较低，特区内和西部气温较高，盛行风向为东南偏东，湿热多雨，年平均相对湿度为77%，平均风速2.7m/s，静风和低风速发生频率较高[28]。

通过现场调研，选择南山区和宝安区有较完整健身设施场地的社区公园30个(图1)。本研究的健身设施场地指摆放有健身设施的相对独立的区域，不包括儿童游乐设施场地和球类设施用地。所选场地均无周边建筑的投影，且都位于社区公园内部，所以忽略社区公园周边建筑环境对场地的影响。场地范围包括与场地相接的树池、草地、花坛等，不包括道路和周边建筑(图2)。现状的健身设施是由政府统一配备，其种类、个数都基本相同，主要有太极推手器、太空漫步机、上肢牵引器、立式旋转器和蹬力器等(图3)。

图1 健身设施场地测点分布图

图2 研究场地范围示意图

图3 健身设施器材示意图(平山社区公园)

2.2 研究方法

2.2.1 实地调研

试验时间设置在夏季温度较高的6月中旬─9月底，选择晴朗且气候较为稳定的日子，对30个社区公园健身设施场地进行实地调研及测量。测量并计算每个场地内绿地面积、植物绿量、灌木围合度、灌木高度、乔木平均冠幅等数据，记录场地内植物群落结构。每个公园测量2次，计算所测数据的平均值。

2.2.2 问卷调查

在对健身设施场地进行实地调研和实验操作的同时，对场地中的活动人群进行舒适度问卷调查，填写即时的热感觉、热忍受度、风感觉、湿润感、总舒适度等内容。前4项是引导受访人群树立正确的舒适感，以提高最后一项总舒适度的准确性。总舒适度选项分为很不舒适、不舒适、较舒适、舒适、很舒适5项。其结果与同时刻和同测点一一对应的通过仪器实测并计算所得的小气候舒适度WBGT值进行对比分析，找到现场使用人群的问卷舒适度值与实测计算的小气候舒适度WBGT值之间的对应关系，从而得到夏季健身设施场地舒适度阈值。调查问卷涵盖全年龄段人群，共获得882份有效问卷。

2.2.3 仪器测量

试验采用美国精准气象站测量仪器──WatchDog 2900ET自动气象站。它可以实时监测多种气象环境因素，测量结果精确科学，广泛应用于气象、农业、林业、水利、园艺等各个领域的科学研究。用该仪器测量健身设施场地内包括空气温度、空气相对湿度、风速、太阳辐射等，并根据测量参数自动计算露点。与调研和问卷同步进行，选择气象预报均显示为晴朗天气，平均气温均在28.8℃左右的日子。实际测量过程中遇到少量降雨。将仪器放置于健身场地中心位置，感应探头离地面1.5m高处，自动测量并记录空气温度、空气相对湿度、风速和太阳辐射等。测量时间为每个测量单位日的8：00─20：00，将实验人员分为4组，每组2人对30个社区公园进行为期2d的测量，计算每个测点所测数据的平均值。本研究共获得自动气象站测得的1 226组气象数据。

2.2.4 指数评价

深圳市夏季高温高湿，属于典型的湿热地区，故本研究采用董靓基于湿热气候区提出的WBGT指标关联式计算公式。

式中，Ta为空气干球温度，℃；RH为相对湿度；SR为总太阳辐射照度；Tmr为环境平均辐射温度，℃；V为风速，w/s；WBGT值的单位采用国际标准单位℃[29]，关联式针对适应气候着衣的人群。Buonanno等的实验研究表明，以Ta替代Tmr，WBGT值的平均相对误差为4.471%，绝对值增大0.45%，环境辐射温度对WBGT值的误差影响可忽略不计。因此，本文在计算WBGT值时，以Ta替代Tmr。将气象站测得的各个数据代入公式(1)中，可得30个健身设施场地8：00─20：00每隔15min的WBGT值。

根据测量数据计算每个健身设施场地的绿化率、绿量[30]、植物群落结构、灌木围合度、灌木高度[31]、乔木平均冠幅[32]等景观特征因素指标。每个健身设施场地的景观特征计算方法为：绿化率＝绿化面积/场地面积；绿量＝场地总绿量/场地面积；灌木围合度＝灌木围合总长度/场地周长。对植物群落的复杂程度进行排序并赋值，即：1-灌木、2-乔木、3-乔草、4-乔灌、5-乔灌草。

2.2.5 软件分析法

利用SPSS数据分析软件对仪器测得数据、问卷调查所得数据和计算所得评价指数进行相关性分析，探索健身设施场地景观环境因素与小气候舒适度之间的关系，找到适用于深圳社区公园健身设施场地的环境景观设计模型。

3 结果分析

3.1 健身设施场地的舒适度阈值

将30个测点每隔15min的空气温度、相对湿度、风速及太阳辐射的气象数值代入公式(1)，计算出每个时间点的WBGT值，与一一对应时间点和测点的问卷调查得到的舒适度结果进行比对分析。

问卷中得到的总舒适度值数据是使用场地人群的主观感受，用于与场地仪器测量计算得到的舒适度值，即客观数据进行对比分析。通过统计分析得出最接近人真实感受的小气候人体舒适度状况，并得出深圳夏季小气候舒适度阈值。

将人体舒适度WBGT值以1℃为单位，分成11个区间，统计每个区间问卷调查的舒适度各个选项的人数，并计算出其占全部受访人数的百分比(图4)。可以看出，当WBGT值在32℃时，认为“舒适、较舒适和很舒适”的被访者比例最高；WBGT值高于32℃时，选择舒适选项的人群比例很小，且呈现断崖式缩小；WBGT值低于32℃时，选择舒适选项的人群比例逐渐降低，但趋势较缓，且选择舒适及以上选项的人群比例仍然较高。由此可见，WBGT值32℃是一个临界值，即深圳市社区公园健身设施场地人体舒适度的临界值是为舒适度阈值。在深圳夏季，低于这个阈值的WBGT值都是舒适的。

图4 WBGT值各区间各舒适度选项人数百分比

3.2 影响健身场地舒适度的景观特征因素

将30个场地的景观特征因素数据与该场地的WBGT平均值进行多元回归分析，结果见表1。舒适度与以下景观特征因素呈显著相关的关系(P值都为0.000)，说明这些景观要素对健身场地的舒适度都有影响。由标准化系数的绝对值可以看出，景观特征因素影响WBGT值的排序为：植物群落结构＞乔木平均冠幅＞绿量＞灌木围合度＞灌木高度＞绿化率。所以在进行健身设施场地景观设计时，应优先考虑排序在前的景观特征因素，特别是植物群落结构和乔木平均冠幅。

表1 景观特征与WBGT值的多元回归分析

通过对各个景观特征因素之间的相关性进行分析，确定这些景观特征因素对场地舒适度值影响的相对独立性，为探索合适的景观特征因素指标范围提供支持。同时找出这些景观特征因素之间的联动关系，为调整景观特征因素指标的设计策略提供理论支撑。从表2中可以看出，绿量与乔木平均冠幅正相关、植物群落结构与绿化率和灌木围合度相关，其他的景观特征因素相互之间并无显著相关性。绿量随着乔木平均冠幅的增大而增大，绿化率和灌木围合度均随着植物群落结构复杂程度的增大而增大。因此，在设计建议时，可通过选择适当冠幅的乔木树种、改变植物群落结构及设置适当围合度的灌木植被来改变场地中的植物绿量和绿化率等景观特征因素，从而提高场地环境的小气候人体舒适度。

表2 景观特征因素间相关性分析

3.3 健身场地景观特征因素的取值

将以上景观特征因素数据分别与各个场地的WBGT值进行曲线回归分析(图5)。根据3.1节的研究可知，深圳社区公园健身设施场地WBGT的阈值为32℃，故在各模拟曲线中取WBGT值为32℃，计算出对应的X值，即得到景观特征因素指标的最佳取值范围(图5，表3)。

图5 景观特征因素与人体舒适度曲线拟合结果

表3 各景观特征因素与WBGT值回归曲线图像解析

群落结构复杂度呈现值越高舒适度越高的规律，说明植物层次越丰富、结构越复杂会提高舒适度。其他景观特征因素均需在一定取值范围内才能达到最佳舒适度。一味增加绿量不一定能增加舒适度，因为绿量增加到一定程度会降低太阳辐射，使温度过低，从而降低舒适度。绿化率并不是越高越好，太高造成荫蔽度太大会降低舒适度。结合表1可以看出，灌木围合度和灌木高度对风速影响较大，它们反映了植物对场地的围合度，围合过度导致场地风速下降，降低舒适度；过度开敞会导致灌木层缺失，降低植物结构复杂性，从而会降低场地的舒适度。乔木平均冠幅说明增加大量大冠幅乔木的种植并不能改善小气候，太低或太高都会降低舒适度。这些因素互相制约影响着健身设施场地的舒适度。

从以上分析可以看出，对于健身设施场地的植物景观设计应以适度为宜，各项植物景观特征因素不能一味追求高指标和高标准，而应增加植物的丰富度，将其指标控制在一定的范围内，以达到最佳舒适度。

4 对策和建议

4.1 丰富植物群落结构

研究结果表明，植物群落结构越复杂，对健身设施场地的舒适度调节效果越好。因此，在进行场地景观环境植物群落配置时，采用乔灌草多层次的群落结构可以更有效地提高场地舒适度。但是由于健身场地的特殊性，需要足够的硬质铺装面积来满足健身设施的摆放，所以应尽量在场地边缘或中心花坛处进行处理。例如，女娲滨海公园场地四周和内部均分布有乔木，植物郁闭度过高，不利于空气流动，且乔木在场地内部容易对锻炼人群产生干扰，可以移除场地内花坛的部分乔木，增加灌木，以丰富植物层次。白芒社区公园虽然灌木丰富，但乔木冠幅较小，场地内部植物遮盖度不足，可增植大冠幅乔木来丰富植物层次。

4.2 合理梳理植被

深圳作为典型的夏长冬短型城市，夏季午后受太阳辐射影响的区域较大，对小气候人体舒适度的影响非常大。在夏季，植物主要通过遮阴降低太阳辐射来改善场地内部的小气候舒适度，但植物覆盖空间除了能改善热环境外，对风环境也有显著的影响。场地植物覆盖程度过高，会导致内部通风效果减弱、湿度增大，从而降低舒适度。因此，将各项景观特征因素值控制在一定范围内，可以最大效度地提升小气候舒适度。本研究表明，在深圳等湿热地区，将绿量控制在1.40～7.87m3、绿化率22%～50%、灌木围合度34%～51%、灌木高度0.60～1.24m时，乔木平均冠幅的取值在1.83～4.67m，场地的小气候环境舒适度最佳。以南油社区公园健身设施场地提升改造为案例，该场地的绿量值居于舒适范围，而绿量值以外的指标(包括植物群落结构、乔木平均冠幅、灌木围合度、灌木高度、绿化率)均在舒适指标范围区间之外。现场调研发现，场地植物总体较少、品种单一，缺乏草本层。首先，针对植物群落，在围合场地的花坛内增加沿阶草、地毯草等地被。当前乔木平均冠幅为6.60m，高于舒适度范围。应考虑适当将榕树和樟树等常绿乔木局部替换成有观赏价值且冠幅较小的落叶乔木，如鸡蛋花、幌伞枫等。这样既能保证场地内有足够的植物遮盖，又不会影响场地内的通风和光照。当前场地的灌木围合度略高于舒适度指标值，而灌木高度低于舒适度指标值。在原来的基础上，减少灌木围合程度，扩大开敞面，同时，考虑将原来的灌木替换为如红背桂、蒲葵、勒杜鹃、鹅掌柴和朱蕉等高度较高的灌木树种，配合乔木和地被植物进行层次化种植，有利于健身设施场地内的通风。提升改造后的平面和指标如图6和表4所示。

图6 南油公园健身设施场地提升改造前(6-1)后(6-2)平面图

表4 南油公园健身设施场地提升改造前后指标对比

4.3 预留通风廊道

舒适度与气象因素相关，而风又是影响小气候人体舒适度的重要指标。深圳属于季风性海洋气候，充分利用自然风资源能够更好地调节小气候，可以通过营造植物景观来改善风环境。灌木层的高度与人体高度最接近，所以灌木围合度和高度对风的影响最为直接。深圳夏季盛行风向为东南风，因此，在场地的东部和东南部方向尽量避免使用封闭型灌木。考虑到夏季热风、冬季寒风的影响，在健身设施场地的北侧种植常绿树种抵挡寒风，南侧种植阔叶树种并形成通风廊道。同时，可以考虑在风向入口边缘设置小型水体，夏季热风在经过水体时可以带走一部分热量，形成凉风，降低场地内的空气温度，从而提高小气候人体舒适度(图7)。

图7 通风廊道示意图

5 结语

本文从小气候人体舒适度出发，研究了社区公园健身设施场地的植物景观特征，找出景观特征要素与舒适度的相关性规律，就健身设施场地的植物景观设计进行了探讨，并提出了提升改造的策略和建议。健身设施场地中除了植物景观外，地形和水体也是影响小气候的重要因素。由于研究场地内没有明显水体，且地形均为平地、少有起伏，因此没有对这2个因素展开研究。希望本研究给改善健身设施场地景观环境提供参考建议，以期为提高健身场地使用率、促进全民健身运动作出贡献。

注：文中图片均由李萌绘制或拍摄。