新加坡打造“凉都”规划经验及对海南环新英湾自贸港新城的启示

【编者按】《新加坡打造“凉都”规划经验及对海南环新英湾自贸港新城的启示》一文是林光明教授“第四代城市”概念中“向自然回归”的延伸文章。十分感谢新加坡DP Architect团队和新加坡ETH中心、SMART、TUM CREATE 和 NUS 的“Cooling Singapore”研究团队提供的相关案例及分析。摘要城市化带来城市热岛效应；全球暖化加剧了这个挑战。对地处热带的城市，炎热气候影响了城市的宜居水平和吸引力，是城市规划需应对的挑战之一。作为热带岛国的新加坡，以气候响应型城市规划设计为手段，通过不同规划设计等策略：（1）大量兴建城市有盖空间，减少太阳辐射影响；（2）利用不同形式的植被，增加城市凉爽点；（3）采用科学的建筑形态和街区布局等，改善城市户外热舒适度，成为东南亚的“绿洲”和“凉都”。这些打造“清凉新加坡”的规划设计经验值得海南环新英湾自贸港新城借鉴。关键词新加坡 海南环新英湾 室外热舒适度 气候响应型 城市规划 城市设计

一问题的提出

伴随快速城市化，水泥、玻璃和钢筋被越来越多的使用，现代城市正在变成一个巨大的散热器。对于新加坡和海南环新英湾而言，热带的气候条件既是她们建设宜居城市的出发点和禀赋，也是约束条件。在没有外部干预的情况下，炎热气候影响了所在城市的宜居水平和吸引力。因此，在城市规划指引下建立起的人居环境，应充分尊重和利用好当地气候，打造出独特的城市建成环境。同时，要通过规划技术手段，趋利避害，系统规避不利气候给城市居民造成的负面影响。在炎热潮湿的新加坡和海南环新英湾，如何通过气候响应型规划设计，改善室外热舒适度 (outdoor thermal comfort)，打造城市怡人微气候，是规划中一个重要课题。本文希望通过梳理新加坡打造清凉城市（“凉都”）的经验，为海南环新英湾的规划设计提供参考。

新加坡的热带气候

Fig 1: 新加坡月平均温差(ºC) (1981-2010)新加坡地处热带，位于马来亚半岛南端（1°18′52.79“ N 和 103°50’43.47” E），长年受赤道低压带控制，为赤道多雨气候，长夏无冬，年平均温度在24摄氏度至34摄氏度之间。

Fig 2: 新加坡平均日照时间由于靠近赤道，新加坡常年日照时间相对稳定。从12月到翌年3月东北季候风季节（雨季），平均日照时间为4至5小时，而在6月到9月西南季候风季节，平均日照时间为8至9小时。

Fig 3: 新加坡年度降雨量 (1980-2019)

Fig 4: 新加坡月度每小时相对湿度变化值(1981-2010)新加坡常年多雨，年均降雨量在2,300毫米左右(Fig 3)；加上日照充足，常年潮湿，年均相对湿度约为83.9%左右。在下雨的午后，湿度甚至会接近100%(Fig 4)，在开敞户外空间体感舒适度比较差。

Fig 5: 新加坡月平均地面风速(m/s)新加坡的地面风速总体较小，一般在2.5米每秒（除了东北季风时节的部分时段，风速可达到或超过10米每秒）。

新加坡的城市热岛效应

Fig 6: 新加坡历年平均温度变化（1948-2019）(source:)经过近半个世纪城市化，新加坡城市建成区面积不断扩大，导致城市热岛效应不断增加；大部分地区的热岛效应带来平均升温约为 4°C，在一天中的某些时候可能超过 7°C。这种变暖会降低室外热舒适度，增加使用空调带来的热量排放，阻止人们外出步行或骑行。随着经济持续发展，若不采取缓解措施，新加坡的城市热岛效应只会越来越强。

李光耀先生“怕热”新加坡建国总理李光耀先生比较怕热。他曾表示，空调是20世纪最伟大的发明之一。在新加坡“花园城市”建设过程中，他强调要选择遮荫效果好的树种（最后选定了雨树），减少太阳辐射对人体的影响。甚至，他还大胆畅想，未来整个新加坡岛是否有可能“加盖”--建立一个巨大人工伞，以减少湿热气候对人的不利影响。

“冷却新加坡” "Cooling Singapore"

2017年，新加坡ETH中心、SMART、TUM CREATE 和 NUS 的研究团队与政府代表一道建立了“UHI（城市热岛效应） 工作组”提出“冷却新加坡”计划, 提出植被、城市形态、水域与水景、城市地表材质、遮荫、交通、能源七大类措施研究，助力新加坡减少热岛效应和改善室外热舒适度。[1]

二新加坡规划设计应对策略

兴建有盖公共空间

植被

多种植被措施在城市降温中的应用示意图

屋顶绿化

这一措施在新加坡有着特殊的应用意义，原因有二：其一，新加坡一年中的太阳位置较高，在屋顶等平面上产生强烈的垂直辐射，导致过热；其二，新加坡潮湿的热带气候环境有助于植被的生长。部分学者表明，相较于传统的或非绿色的屋顶，单个绿色屋顶的表面温度可以降低约15ºC。此外，附近的空气温度也可以减少2-5ºC。能源消耗的减少可以接近10%（Refahi和Talkhabi，2015），根据建筑类型有的甚至可以达到80%（Peng和Jim，2013）。此外，如果在城市中广泛使用绿色屋顶，地面层的空气温度可以降低0.5-1.7ºC（Peng和Jim，2013）。垂直绿化

应根据建筑结构、所需的维护和安全性等方面，选择合适的绿化系统。它们可以以较低的成本应用于公共建筑和私人建筑中。受环境气候、植被种类等因素的影响，垂直绿化的性能会有很大的不同（Pérez等，2014）。在新加坡的研究表明，较厚的绿化对于建筑遮阳的效果更为有效，垂直绿化可以减少10-31%的建筑制冷能源消耗（Wong等，2009）。绿墙

众多研究已经证实了绿墙的效益。Pan和Xiao(2014)指出，有绿墙后建筑的能源消耗减少了6.2%，而且，在热带气候的环境条件下这一数字可能会翻倍。当室外温度过高时，使用这种措施可以使室内温度降低3-5ºC，从而改善室内热舒适度。Pan和Xiao（2014）还估计，靠近绿墙的室外温度可以降低0.5-4ºC。可以说，绿墙在降温、热隔离、减少能源消耗、缓解热岛效应和改善热舒适度等方面的益处存在相关性。建筑周围绿化

在建筑物周围种植大量的植被可以为行人、建筑物和地面提供阴凉的环境。Gillner等（2015）估计，有树木遮阴的街道其环境温度可降低0.9-2.6ºC。树木遮阴的最大好处是改善白天局部的热舒适度（Shashua-Bar等，2012），特别是在热带和亚热带地区。交通绿廊

在交通廊道沿线设置植物可为基础设施表面提供遮荫。荫蔽效果会因植被密度、宽度和种类出现差异。但整体考虑减少太阳辐射与提高通风廊道也很关键。植被可以吸收太阳辐射，从而减少城市材料中的热量积累。同时，能提供遮荫（如果是乔木）。因此，考虑到当地行人热舒适度，增加树荫的数量是有道理的。然而，交通廊道通常是开放空间，可作为通风廊道，将新鲜空气引到市区或帮助消除热量的积累。因此，这些交通廊道应针对热岛效应和热舒适度进行仔细设计。从规划角度，沿交通廊道布置植物时，应仔细考虑暴露于直接太阳辐射和风力增强的情况。不同角度和位置的的植物组合可以使交通走廊内保持适当的流动，从而为这种缓解措施带来更大的效益。沿通风廊道种植的乔木不应形成密集的防风林。重要的是要意识到良好的通风会对温度和空气质量产生积极影响（Ng and Ren 2015）。宏观尺度绿化

宏观尺度的城市绿化涉及大规模增加城市地区植被，其重点是大型城市公园、森林和自然水库。它们也被称为“冷岛”，可布局在城市的边缘或中心区域，对当地气候有不同的影响。森林和绿化带等区域不仅保证了其内部更好的热感知，而且还能为附近的城市地区提供凉爽的空气与局部降温，从而帮助调节整个城市地区的热量蓄积程度。大型城市绿地可带来的相关益处已有较成熟的研究(Rosenzweig et al. 2006)，建成区与公园地区的温差一般在1.5ºC -4ºC之间(Jonsson 2004)。

城市形态

紧凑型城市形态中的考量因素示意图

研究表明，在户外环境中，太阳辐射是影响人体热舒适度的最大因素；寻找阴凉处（如树荫或遮蔽物）是大多数人在户外炎热环境中的首选。为提升户外热舒适度，在热带气候条件下，城市规划应该提倡紧凑的城市形态和更深的城市街谷。[2] 为此，要研究建筑布局、城市要素的区位、建筑高度与空间形态等影响市区热性能的变量。可以通过结合区域气候特征的城市规划、适当的城市街谷、结合建筑形态的城市设计来增强城市遮阴面积及促进建筑物之间的空气流动，从而扩大城市凉爽点及其网络。

天景要素 Sky View Factor (SVF)

天景要素(SVF) 是指某一平面从天空接收(或发射)的辐射与整个半球空间发射(或接收)的总辐射的比值，可直观地理解为城市街谷中某点可见天空的比例。SVF 是个无量纲值，范围从 0 到 1。越大表示测点平面所接受的天空辐射被周围建筑遮蔽的比例越小。例如，SVF 为 1 表示天空完全可见，周围没有障碍物。天景要素调节白天地表接收到的辐射量（例如太阳辐射）以及夜间释放的累积城市热量（例如夜间降温）。较低的天景要素可以在白天街道峡谷内提供更多的阴影，从而减缓地表温度的上升。天景要素较低会使夜间热岛效应更差，但由于城市元素提供的阴影，白天使得热舒适度改善。天景要素也与降低地表温度相关，从而降低建筑能耗。从规划角度，应通过制定建筑规范和能源效率指南来帮助实施，以确保减少接收的太阳辐射。研究已经证明了天景要素是调节室外热舒适度效果的重要因素。

街道峡谷纵横比

街道纵横比(H/W) 是街道峡谷最重要的几何特征，定义为峡谷高度 (H) 与峡谷宽度 (W) 的比率。它通常通过将建筑物的平均高度除以街道的宽度来计算。与天景要素 (SVF) 类似，纵横比决定了输入和输出辐射，从而决定了街道峡谷最低层的热通量。纵横比较大的城市街谷可以在白天提供更多的遮荫，从而提高热舒适性并降低建筑能耗。从规划角度，该措施可以与其他措施相结合，例如持久舒适的被动设计技术。重要的是评估街道高宽比的不同方式，以找到提供阴影和增加风流的最佳组合。根据 Mesa 等的研究成果（2011），建筑物高度与建筑物之间的距离最佳比例在2和3之间（纵横比）。由此产生的纵横比也可能影响到达室内空间的自然照明的强度和质量水平。Qaid 和 Ossen (2015) 研究了马来西亚不同的街道纵横比，以改善白天的气候条件并减轻夜间热岛效应。结果表明，在不同纵横比的街道上，通过风捕获和阴影可以实现不同的地表温度，街道之间的温差可达4.7°C。此外，研究表明，合理的城市峡谷的几何形状可以将商业建筑的总能耗降低多达30%，住宅建筑的总能耗降低19%（Gago 等，2013年）。建筑形态

重要的是，城市设计要考虑建筑布局和立面朝向的不同选择。建筑形态应由太阳直射界定，从而遮蔽主要暴露在阳光下的立面。这样既可以达到更高的室内外舒适度，又可以减少室内能源需求。这对于确定建筑的布局和与一天中不同时间室内的阳光照射至关重要。Cheng等(2006)评估了18种不同的建筑形态组合(不同的水平布局和垂直布局，均匀或随机分布)和建筑密度(与容积率和场地覆盖率有关)。最适合的组合结果是水平布局、垂直随机性和较低的场地覆盖率。建筑高度变化

在不同的建筑高度和建筑形态之间变化(例如阶梯建筑或裙房结构)可以改善风力捕获，并有益于热舒适度。风速随高度变化，变化强度呈指数级增长。适当的空气流动可以增强局部的热舒适度。从这个意义上说，由于建筑物之间的空气动力学，低层和高层建筑之间的高度变化使得风速提高。从规划角度，新开发或改建时，应考虑相对于风向按升序高度排布建筑物，使得足量的风吹到后面的大楼。一种选择是错开建筑高度和架空层来增强气流。此外，由建筑几何形状和布局触发的下冲风(将上层风带到地面)可以促进街道通风，并产生流动空气进入建筑内部。Ali-Toudert和Mayer(2007)表明，由于风速的变化，不对称都市街道形状的使用和连廊的使用可对热舒适产生强烈影响。

三对海南环新英湾自贸港新城的启示

气候条件

儋州市环新英湾一年有约5个月属于炎热和闷热天气，在此期间，室外的热不适度感比较强，影响了该地区对游客和投资者的吸引力，也影响了该地区的人气及配套设施建设所需的人口导入。[3]

气候响应型城市微空间规划与设计因此，通过借鉴新加坡的城市规划及设计理念，以气候响应型规划设计为手段，改善环新英湾的室外热舒适度，打造城市怡人微气候。这包括利用多种形式的植物绿化，在成片开发区域广泛采用现代骑楼模式，系统建设有盖公共空间及优化建筑形态及布局等。充分利用各种形式的植物绿化

洋浦新英湾大道的雨树（来源：张进先生）在环新英湾洋浦经济开发区的部分道路建设中，已经有意识地将气候响应型规划理念植入到道路两侧的绿化。比如新英湾大道种植的雨树，在约7年的时间内已经形成一定的遮荫效果。受此启发和鼓舞，我们在目前的腾洋路中段及东横十三路的提升工程中，选择适合的树种，兼顾遮荫和景观，为开发区及周边居民提供额外的生态廊道。

在成片开发区域，广泛采用“现代骑楼”

当然，除了绿化，建筑是构筑城市凉爽微气候最重要因素。在成片开发区域（居住区或商业区），建议借鉴新加坡经验，通过各种形式（地面层、下沉广场、空中连廊等）的现代骑楼，尽可能地增加遮阳空间和廊道，吸引居民白天愿意从室内空间到户外参加各种商业、休闲娱乐和公共活动等；同时，构建“步行友好”的社区环境，增强城市的“人气”和“烟火气”。

洋浦产城融合安居工程的风雨连廊

洋浦国际商务大道的下沉广场示意图建设有盖公共空间

洋浦德国比勒菲尔德应用科技大学校园“中德之链”效果图

洋浦初级中学校园连廊效果图对于一些相对独立但人流量较大的空间或载体，比如学校、休闲景点、交通站点等，建设有盖空间，为下一步形成与其周边待开发区域的连片连网的“有盖”步行网络打好基础。

洋浦大桥桥下工程“律动之丘”效果图

海花岛欧堡酒店岛内穿梭巴士转换站遮雨棚优化建筑形态及布局

考虑到环新英湾的湿热气候，如何减少太阳辐射的影响，应成为环湾规划和设计中的优先考量因素。在城市规划和建筑布局中，在参考环境模拟结果基础上，首先应提倡紧凑的城市形态和较深的城市街谷；在建筑布局中，应该考虑水平布局、垂直随机性和较低的场地覆盖率等组合形式。其次，在综合考虑通风等条件下，适当保持较低的天景要素和较大的纵横比，从而有利于城市街谷在白天提供更多的遮荫和户外凉爽点，提高热舒适性并降低建筑能耗。第三，新开发或改建时，应考虑相对于风向按升序高度排布建筑物，使得足量的风吹到后面的大楼。

四结论

城市为人而建，应满足人的基本需要，包括步行的需求。受赤道湿热气候影响，新加坡原本并非一个“步行友好”（walkable city）城市。1965年至今，通过应用气候响应型城市规划、城市设计和设计导则等技术手段，系统打造“清凉新加坡”(Cooling Singapore)—这包括大量兴建城市有盖公共空间（风雨连廊、建筑沿街面有盖步行道和有盖城市节点空间等），系统的绿植（建筑内水平和垂直空间绿化、建筑周边绿化、交通绿廊等）和科学的建筑形态和空间布局，大大增加了城市“凉爽点”和提高热舒适度，活化了整个城市的地面层空间，增强城市人气和烟火气；为新加坡成为亚洲领先的宜居城市奠定坚实基础。海南儋州环新英湾自贸港新城拥有与新加坡类似的气候条件、生态条件，通过借鉴新加坡打造清凉城市（或“凉都”）的规划经验，综合利用绿植、城市有盖空间、科学建筑形态和布局等手段，改善户外的热舒适度，形成有别于海南其他地区的怡人微气候，鼓励行人愿意在各种天气都能够舒适、无阻碍地活动，从而成为海南省的“绿洲”和“凉都”。【参考文献】[1] Lea A. Ruefenacht and Juan Angel Acero (2017). Strategies for cooling Singapore.ETH Library, Singapore.[2] Wei Yang, Nyuk Hien Wong, Steve Kardinal Jusuf (2013). Thermal comfort in outdoor urban spaces in Singapore, Building and Environment, Volume 59, January 2013, Pages 426-435.[3] 张明洁,张京红,张亚杰等 (2021). 1966-2019 年海南人居环境气候舒适度时空分布及变化特征[ J] . 气象与环境科学,2021,44( 6) : 78-86.