基于中观尺度的城市形态与人居环境空气质量相互作用机制研究

The purpose of this study is to explore the interaction mechanism between urban planning and air quality of Human Settlement in Metropolis at middle-scale level. Based on the influence of urban form on the atmospheric pollutants (PM2.5 and CO, for example) distribution, diffusion, and transmission, the study will investigate the relevance of urban form and air quality through the typical pollutants concentration distribution, static urban form parameters and dynamic space meteorological data collection and analysis of three typical neighbourhoods with different characteristics of urban form in Beijing...According to multi-source data include the pollutants measurement data in typical time of three neighbourhoods, online monitoring date, and the data from Beijing Air Quality Monitoring Stations, the human settlement air quality model of typical neighbourhoods will be established. The related urban form characteristic parameters which affect the sensitivity of air quality will be screened as well. The urban form parameters that significantly affect the air quality of human settlements will be determined. ..Finally, the strategy to reduce the negative influence of urban planning scheme on the air quality of neighbourhoods will be proposed. The result could promote the development of urban environment in a more ecological and livable direction and provide the guidance of urban design and urban planning for future.

本研究旨在探索中观尺度下的城市规划设计与城市人居环境空气质量的相互作用机制。基于城市形态对城市区域大气污染物（以PM2.5与CO为例）分布、扩散、传输的影响，选择具有不同城市形态特征的3个北京市典型城市街区，通过对典型污染物浓度分布、静态城市形态参数、以及动态空间气象参数的收集与分析，考察城市街区空间形态与其空气质量的关联性。基于不同街区典型时段实测、在线监测和北京市空气环境监测站点多源监测数据，建立典型街区人居环境空气质量模型，研究筛选相关城市形态特征参数对空气质量的敏感性影响，确定对人居环境空气质量影响较大的城市形态特征参数，提出减少城市规划方案对街区空气质量负面影响的对策，调控城市规划设计对城市环境的不利影响，推动城市环境向更加生态宜居的方向发展，为今后的城市设计和城市规划的方案制定提供指导性的参考意见。

大气污染已成为影响城市公共健康的重要问题之一。目前有关街区尺度的空间、绿化、非物质等形态特征对大气污染的影响机制尚未得到准确认知。.研究选取北京市中心城区具有代表性的居住与大学校园街区，分别是以中低层集合住宅街区为代表的老旧小区街区，以高层集合住宅街区为代表的回迁房小区街区，以公共集群建筑为代表的大学校园街区。通过对典型污染物PM2.5、CO与气象参数的高分辨率实地监测及CFD全时空数值模拟及多源数据校验，明确了不同气象条件下污染物扩散规律：PM2.5浓度随居住街区建筑高度升高逐渐降低，不同高度和密度的区域差异化明显；随着校园规模与建筑密度的增加，水平风速逐渐降低，污染物在建筑物周围发生累积。.在居住街区研究中，从构建的城市形态特征指标体系中选取十项形态参数，通过相关性分析确定建筑密度、街区围护度、建筑平均体积、建筑平均层数、建筑高度标准差与植被覆盖率为敏感性形态参数。通过回归分析探究两者相互作用机制为1）建筑密度和街区维护度对风速和PM2.5浓度均呈正/余弦曲线影响趋势，在建筑密度为0.10、街区维护度为3时PM2.5浓度最低，建筑密度达0.20、街区维护度达5时PM2.5浓度最高；2）建筑平均层数与风速、PM2.5呈不同的正、负相关关系，建筑平均层数的增加对风速和污染物的扩散有促进作用，但其大于20层后对高层建筑背风侧污染物的扩散产生不利影响；3）植被具有滞尘抑尘作用，滞尘作用主要发生在冠层以下的垂直空间。敏感性参数中建筑平均层数的影响作用最大，建筑平均体积的影响作用较弱。继而构建典型街区优化模型，提出应在保持一定开发强度的前提下“取高度舍密度”、优先采用小街区密路网的开发模式、塑造高低错落的建筑布局、降低临街建筑面宽、适当顺风向增加建筑高度、增加植被种植且布置多种高度植被、在建筑背风侧种植植被以增加对污染物的吸附等基于改善空气质量的城市形态优化策略。.在大学校园街区研究中，探究典型校园街区城市形态演变规律，通过相关性分析确定占地面积、建筑密度、容积率、平面通透率、分散度与体形系数与街区“风-污染物”状况敏感性较强。进而提出应在设计阶段控制建筑体量等基础参数、在校园更新过程中调整建筑布局、通透率与几何形态等大学校园规划与更新建议。.本研究体现了多学科交叉融合的理论与技术特征。研究所提出的基于城市空气质量管控的城市形态优化策略可为今后的城市规划与设计提供参考意见。