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全球看武汉|香港反思SARS:高密度城市如何提升通风环境

2021-07-22 21:36

如何应对新型冠状病毒导致的肺炎疫情,17年前在SARS中留下的经验值得记取。本文由一览众山小团队编译,介绍了SARS侵袭香港后的一份反思成果。当时,香港淘大花园发生多人感染并致死的严重情况,香港政府检讨认为,这与建筑物密集有关。如果一个高密度城市中建筑物彼此紧贴、互相争夺高层空间、水岸和绿地前排满了景观高层建筑,那么不可避免地,空气流通会被阻碍,城市热岛效应加重,不仅温度会上升,病毒、细菌也被困在街道上,影响人们的健康。
武汉爆发的新型冠状病毒与SARS在传播途径上有相同之处,在人流密集处有更高的传播可能性。借由香港对SARS的反思,一览众山小团队提醒人们在疫情中要时刻注意通风;在疫情后要及时改善城市环境的通风品质,提升城市卫生状况和舒适度。
摘要
2003年,香港遭受SARS侵袭,许多市民染病去世。随后,香港政府成立全城清洁策划小组(Team Clean)委员会,来研究可行的城市设计政策。该小组任命特别行政区规划署来完成该任务。2003年,全城清洁策划小组发布了《关于实施空气流通系统的可行性研究》。进行相关重点研究后,空气流通评估 (AVA)系统的技术方法和准则建立了起来。AVA是专门针对拥挤城市设计的关于弱风的准测。香港政府2006年正式发布了这套空气流通评估系统,并要求公共资金投资的发展项目贯彻实施。本文介绍了AVA系统的科学和实施过程。
简介
香港是世界上人口密度最高的城市之一。(图一)高密度的居住环境有利于高效利用土地、公共交通和基础设施,日常设施的临近也带来许多便利。但其“沉没成本”却是更难以在都市设计与自然环境中取得平衡 —— 例如对自然光照和自然空气/通风的取舍。好的城市规划和建筑设计就显得尤为重要。

全球看武汉|香港反思SARS:高密度城市如何提升通风环境

图一 全球最高密度城市香港
在香港,有人认为,在人口高密度的城市实现通风,总体是很难的。在街道和城市空间,空气流动通常呈现缓慢或停滞的状态。要改善这种情况,最重要的是迈出第一步来采取措施。
利用好设计和评估工具,能协助政府、规划师、工程师、建筑师、设计师和各行业相关人士共同实现空气流通最优化。2003年香港遭遇SARS的严重袭击后,市民大众呼吁,采取措施改善市区的生活环境。全城清洁策划小组最终报告中提出的一项建议是:研究在所有主要发展或重建及未来规划中,将空气流通评估 (AVA) 列为考虑因素的可行性。全城清洁策划小组要求香港规划署在政府各部门之间讨论、以及向相关专业机构和相关人士咨询其空气流通评估系统的标准、范围和应用机制。规划署发布了一份题为《关于实施空气流通评估 (AVA) 系统的可行性研究》的相关研究。2003年,政府将科研合同委托给香港中文大学建筑系的学者。
这项研究的一个基本精神是,开发更多基于科学的城市干预措施,以提高香港在高密度城市环境下的长期生活质量。 这些干预措施被形象地成为“城市针灸”。研究着眼于一个基本任务:如何合理地设计和规划城市肌理,使得其有利于自然空气流通。
研究目标
这项研究的主要目标是探究建立相关协定的可行性。这些协定以评估主要规划及发展建议对外部空气流动的影响为手段,来达到一个可接受的宏观风环境。
健康、舒适和对SARS的反思
该研究由全城清洁策划小组报告发布,重点在于以SARS为警钟,探索城镇规划对于建立空气流通评估(AVA)的可行性可产生的影响。在规划方面,期望达到改善城市整体居住环境、质量和可持续性的目标。
健康和舒适是互相关联的。心理和生理的热舒适(thermal comfort) 有利于健康。世界卫生组织(WHO)在1948年将健康定义为“一种完全的身体、精神和社会健康的状态,而不仅仅是没有疾病或虚弱”。虽然健康 (环境对人类福祉的直接影响) 是一个考虑因素,但这项研究不应忽视城市居民的长期福祉,因为他们在生理和心理上都更需要舒适。
研究方法和主要任务
“找对问题,否则我们可能解决错误的问题。”这是在研究早期阶段应邀成为专家评审员的Mat Santamouris教授的开场白。研究方法和主要任务总结如下:
A 对现有的世界各地的相关工作和研究实例进行文本研究 —— 包括科学调查,以及政策措施。
B 回顾明确香港现在的城市状况,并发现问题。
C 考虑发展对风环境的影响,探索设定执行标准的可能性。
D 明确首要问题并探索进行有效的成本效益评估的可行性。
E 检测有效的实施机制的可行性,并建立方法论。
F 为人才和专家的利用建立准则和良好的实施规范。
本研究的主要政策成果包括:
(1) 为分析香港城市肌理的架构与规划范畴提供意见;
(2) 在规划中找出影响空气流通的主要因素;
(3) 在考虑现行规划环境的情况下,确定需要进行空气流通评估的主要考虑因素;
(4) 提出实施办法和相应的实施机制。
文献综述
研究小组进行了一个简要的相关文献研究。关于风环境和建模的科学研究有很多;但研究小组很快发现:很多国家都有关于阵风和强风问题的法规和建设指南,但很少有谈到城市空气停滞和通风问题的。
值得注意的例外是一些关于空气污染和扩散的研究,例如伯明翰大学Chris Baker教授的研究组。日本东京都政府制作了环境地图,明确了特定地区和其应采取的措施,用以指导城市更新项目(图二)。德国的法律要求,开发项目不得导致该区域气候的恶化,并制作了城市气候地图,用来指导规划和开发决策(图三);在卡塞尔(Kassel),气候地图已成为规划评估地图,进一步为规划师拟定措施提供依据 —— 气候地图考虑了城市风环境的动态特征,消除了城市热岛效应的负面影响;规划师可基于这份地图,来决策一个开发项目是否阻挡了城市风流、项目建议是否应该获得许可,或者是否需要进行更多测试以证明其合理性。文献研究过程中发现,香港应对极端高密度条件下的风环境展开了专项研究,但是弱风研究仍然很少。

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图二 东京环境地图:热环境分区和特定区域(热岛效应消解区或城市更新优先区)

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图三 规划评估地图,Prof Lutz Katzschner,卡塞尔大学

香港城市问题综述
为缩短研究时间,研究小组基于专家的定量评估来分析香港现状,得到以下几个主要结论:
1 通风廊道
对高密度城市地区来说,街道通风越强越好。地面层的城市通透性必须加强,这是为了保证盛行风(注:该地区的常年风向)能沿着通风廊道和主要道路深入整个地区,可以通过适当连接公共空间、在道路交叉口营造开放广场、在主要通风廊道沿线确保低层建筑和拓宽次要道路与主要道路的交叉口等手段来实现。另外,还需要避免阻挡海风;沿海地区的任何局部风问题都应就地处理,避免影响城市总体通风情况。
2 建筑覆盖
比起建筑高度,建筑布局(尤其是建筑覆盖)对行人高度风环境的影响更大;在建筑行列中逐层升高一定的建筑高度会在高层区域营造良好的风环境。从行人风环境的角度说,香港建筑覆盖大多并不理想。地面的高度覆盖率不仅阻挡了大部分吹向行人的风(影响步行舒适度和空气质量),还减少了行人高度的风量(影响空气质量)。
3 建筑排布
采用合适的建筑朝向和布局,并在建筑间留有合适的间距。错开前后排建筑可以使后排建筑获得从前排建筑间隙中穿过的风。如果是新城,建筑轴线应与盛行风向保持平行,以避免阻挡海风。高层建筑应该紧靠临主要步行空间或街道的那侧裙房边界,充分利用下沉气流,最大化到达行人高度的风量。
4 建筑高度
在盛行风向上逐渐降低建筑高度(即上风向低、下风向高);如果无法实现,错落的建筑高度比相近的高度更好。在极端高密度的城市肌理和狭窄的街道的条件下,一种改善通风环境的策略是改变建筑高度,以将风转移至低层空间;然而,由于香港常见的城市峡谷情况,这类潜在可行策略的实际效用仍需进一步评估和量化。
5 建筑穿透率
提高行人高度的穿透/间隙水平远比在高层空间重要。尝试在地面高度创造建筑间的空隙以改善行人风环境,这不仅能够改善地面高度的空气流通情况(从而改善步行舒适度),还将有助于消除地面高度产生的污染物和热量;建筑空隙形成的通道效应还将有助于改善低层住宅单元的通风。另外,建筑开口和翼墙可以共同作用(前者提高穿透率,后者形成多样的建筑立面),促使空气在建筑开口间流通;其中,翼墙需要根据相关标准进行设计。对于那些极深的城市峡谷和极高的高层建筑,就需要提高中层高度的穿透率,以提高位于该高度区域的建筑空间的通风水平。
6 优化通风的规划
专家普遍达成的共识是,与世界上大多数城市不同,阵风(尤指短时间的狂风)对香港来说并不是个问题,而静风和风道堵塞才是主要问题。而且对香港的热带气候来说,夏季的风很受欢迎,人们一直认为夏季的风应该多多益善,这也应成为规划的指导思想——也就是说,设计和开发应该聚焦于避免建筑对风的阻挡作用和最小化行人高度的无风区。
风环境舒适度
均衡空气温度、风速、湿度、太阳辐射等环境因素和室外活动、穿着等人为因素,可以建立舒适的室外热环境。设计师可以巧妙地通过环境设计最大程度地提高风速并减少太阳辐射,从而为香港在炎热的夏季营造一个舒适的室外环境。一般来说,建立一个舒适的行人户外环境关键在于平衡气温、太阳辐射和风速这三个要素。比如,如果行人在户外仅被部分遮挡,则可能需要较高的风速来营造舒适的室外环境。同样,如果户外气温较低,则可能需要较低的风速。
Givoni选取了两个具有巨大差异的地区 —— 日本和以色列,进行了户外舒适度的研究。与香港相似,这两个地方的夏季炎热潮湿。根据这个研究,他建立了一个公式用来预测户外人的热觉与气温,太阳辐射和风速之间的关系。两项研究结果显示相对湿度(RH)对户外环境舒适度没有在统计学意义上的影响。图四为香港市区室外温度舒适度图表,是根据Givoni的公式和香港气象数据制定的。图表的x轴是室外空气温度,y轴是太阳辐射水平。阴影区域是中性舒适区域,代表了气温,太阳辐射和风速的一系列适当组合。该图为香港建立舒适的风环境提供了指南。例如,在香港的夏季气温为28摄氏度的情况下,站在树荫下的人在风速为1.0至1.5 m / s的微风下会感到舒适。