城市中心3D噪声地图及设计

1980年以来，西方学界开始关注城市微气候与城市空间形态间的关系，认为城市的街道、街区、建筑构成的与自然形态相对的城市空间形态产生了独特的城市微气候，噪声问题是城市快速发展、规模提升背景下的产物，与城市交通结构、街区肌理形态紧密相关。从城市角度出发对噪声环境的研究具有重要的现实意义，包括研究城市形态对城市声环境的作用，以及城市规划设计中对噪声环境的改善优化。

1）城市空间形态指标的相关研究

城市空间形态研究自身是一个较为广泛、内容丰富的学科领域，涉及建筑学、城市规划多学科，同时也包含多个不同的空间尺度，在研究城市空间形态对城市噪声环境的影响作用之前，首先需要了解城市空间形态研究领域中与城市声环境研究相关联的研究内容与成果，包括研究尺度的大小、研究空间对象的范畴、研究关联因子的界定表达等。

城市空间形态研究依据研究对象的尺度大小，可分为宏观、中观、微观等不同研究尺度，包含城市总体层面的大尺度形态研究，中观尺度的街坊片区的形态研究以及微观尺度街区内建筑形体的组合形态研究。在城市物理环境研究中，也存在不同尺度的研究范畴，在气候、环境研究领域中会涉及城市边界层（Urban Boundary Layer）、城市冠层（Urban Canopy Layer）和城市街道层峡（Urban Street Canyon）^[20]，涉及不同的尺度与气候区域，城市声环境是城市活动发展形成的城市物理环境，因此其研究的尺度与范畴与产生城市噪声的街道、城市片区密不可分，城市形态与声环境的互动研究集中于中微观的研究尺度，街坊与建筑物尺度的空间形态研究对于探究声环境与空间形态的影响具有参考价值。

一些学者的研究已证明中微观的城市空间形态与城市声环境之间存在影响作用，并开始研究城市形态与物理环境间的关联性。他们使用数据指标的方式对城市空间形态元素进行量化，是展开空间形态与物理环境关联研究的基础。基于建筑学与城市规划的视角，一些学者针对中微观尺度的空间形态指标及具体的形态模式展开了研究，研究的指标类型可分为两类：一类是常见的地块容量的控制指标，如容积率、建筑密度与建筑高度，如图1-3；另一类是与形体肌理相关的形态指标，包括建筑离散度、天空可视度及建筑尺度等肌理指标。

图1-3　MVRDV研究建筑密度、容积率的街区空间布局

*资料来源：MAAS，Winy；KOEK，Richard（ed.）.FARMAX：excursions on density.010 Publishers，2006.

建筑密度、容积率、建筑高度是城市空间形态度量的基本指标，20世纪60年代以来，学界开始关注城市形态的度量与尺度控制问题^[21]，MVRDV在FARMAX一书中讨论了城市街区建筑密度指标的相关研究，关注了城市空间功能性及经济性对街区建筑密度的影响，研究以数据参数作为出发点，考虑各类对空间的影响因素，并将其运用于街区形态的控制上，提出了一系列街区形态模型与参数设计方法。基于基本空间指标的图示模型研究是指标研究的重要内容，剑桥大学建筑学马丁研究中心创始人莱斯利·马丁（Martin L）和列涅尔·马奇（March L）的相关研究取得国际性影响^[22]。1966年，莱斯利·马丁和列涅尔·马奇就城市街区形态运用数学方法展开研究，总结了以欧洲城市为参照的现代城市街区的几何形态特征，以此为基础得出了城市肌理形态的若干基本原型（图1-4），其基本原型模式对于复杂城市形态的归纳概括与分类作用很大，也成为城市物理环境研究可以参照的空间基本模型。

图1-4　剑桥大学马丁提出的城市肌理形态基本原型

*资料来源：Martin L，March L.Urban Space and Structures［M］.Cambridge：Cambridge University Press，1972.

天空可视度（Sky View Factor，SVF）^[23]形象地表达了城市空间向天空开敞程度的几何空间参数，其数值大小在0～1之间，数值越大，天空可视度越高（图1-5，图1-6）。详细的研究可以参见Oke（1987）、Grimmand（2001）、Unger（2004），运用软件skyhelios和ENVI-met可以模拟连续变化的天空可视度，得出区域的平均天空可视度大小。天空可视度的空间意义是表达了城市空间的封闭程度，较小的天空可视度将意味着城市街区外部空间较为封闭。

图1-5　球面天空可视度算法示意图

*资料来源：改绘自Gal等（2007）

图1-6　天空可视度的测度与模拟示意图(www.xing528.com)

*资料来源：孙欣绘制

2）噪声环境与空间形态的影响作用研究

越来越多的学者注意到城市空间形态与城市物理环境间的作用关系，并尝试将物理环境的研究与城市空间形态研究结合起来。城市噪声环境的影响主要发生在城市街道层峡（Urban Street Canyon）层面（图1-7），这一层面主要体现为城市的街道、广场等外部公共空间，很多学者以街道广场外部空间为研究对象，尝试分析了街区空间形态与噪声环境的关系。

图1-7　城市街道层峡示意图

*资料来源：作者自绘

较多的学者将目光转向了城市街道空间声环境的研究，城市交通噪声产生于街道空间，也在街道空间内传播，康健对具有反射性界面围蔽的城市街道空间的声场特性展开了研究，讨论了单条主要街道与十字街道单元构成的围蔽街道空间，以120 m长度的理想单元模型，在不同位置布置声源进行模拟，得出了街道空间内噪声分布与传播衰减的部分规律，并测试了改变街道宽度与街道布局位置的情况下产生的影响。在进一步的研究中，学者研究比较了英国和中国香港两条典型但布局类型不同的街道空间，对围蔽高度、街道宽度、建筑物种类等空间因素进行比较，并通过模拟计算比较了两类街道空间声环境分布的规律。此外还有学者对城市广场空间的声环境展开研究，Yang对古代典型的城市广场空间展开研究^[24]，从文艺复兴时期居民的生活方式角度分析了三个典型城市广场的声景观特性，用简化模型的手法分析了封闭型空间、延续型空间与对比型空间的声场分布特点。

还有很多学者对城市街区的声环境展开研究，分析街区空间形态与噪声环境的影响关系，周志宇^[25]从城市规划的角度入手，对城市声环境进行定量研究。研究选取了哈尔滨道外某街区围合地段作为研究区域，在保持周边交通条件不变的情况下，在研究区域内布置底层高密度院落、多层行列式等多种建筑布局模式，通过参数设置与软件模拟，分析了不同建筑布局模式下噪声声压级的空间分布，总结了不同空间布局模式形态对声环境的影响作用。这位学者在另一项研究中还探讨了街区空间形态元素对内部声环境的影响^[26]，研究从沿街建筑形态对声环境的影响入手，选取了建筑高度、开口宽度及后退红线距离等街区空间形态要素为研究指标，选取实际街区案例，运用控制变量的方法模拟不同因子变化时街区内部声环境分布的数据变化，分析了每类空间形态元素对街区声环境的影响作用。

3）城市规划调控噪声的研究实践

由于噪声研究学者与城市规划师学科上的差异性，目前将城市噪声分析与实际城市规划结合的应用案例并不多，这也导致了目前规划难以从统合的角度对噪声的控制提出措施。然而通过一些共有的平台和概念的结合，可以从一些点入手，将噪声研究引入城市规划之中。噪声与规划结合的一个方面就是噪声区划控制研究。

噪声功能区划分是基于城市噪声类型分布的规划调控手段，由于工业区等大型噪声源在短时间内无法解决其噪音污染问题，通过噪声分区的划定，可以通过调整布局的方式有效地控制这类大型片区的影响范围，从而达到减少噪音影响，保证居民正常生活的效果。噪声区划划定以城市规划为指导，结合用地规划的主导功能来确定，将用地规划与噪声分区有机结合了起来。在九江市“十一五”城市噪声控制规划^[27]中，提出了结合总体规划来进行噪声区划划分的做法，以九江市城市总体规划、城市的行政区划和城市的自然地貌为区划的主要依据，将九江市建成区划分为四类区域，将72%的人口划分在60 dB以下的地区，保证大部分市民处于良好的声环境中，并针对各类噪声源的特点，提出了相应的规划限制措施。

在宏观的层面，城市规划可以通过区划调控来控制噪声，在微观的城市设计中，也可以通过建筑形体、组群格局的空间设计来达到降噪的效果。这类防噪的规划设计多用于小尺度的城市设计，且主要针对道路交通噪声来研究。基于基本的区段噪声声源分析了解基地声环境的分布情况，然后针对噪声污染严重地区进行设计改善，引领或调整区段空间设计。

在国外的城市设计与建筑设计项目中设计者们对空间的防噪设计进行了多种尝试，常见的一种设计方法是对道路交通噪声采取“堵”的处理手法。沿街建筑具有足够的高度与长度，利用这一点沿道路设置板式高层建筑，利用建筑物本身作为防噪的声屏障，典型案例为建筑师拉尔夫·厄斯金（Ralph Erskine）设计的英国拜克居住区（图1-8）。在环境设计中，为了避免区域北面与东面城市主干路带来的噪声影响，在沿街设计了连续的周边式布局的住宅，这座被称为拜克墙的建筑有效地阻挡了外部的交通噪声，成为了优化街区内部声环境的屏障。张靓^[28]等学者以合肥沿街住宅为例，进行了建筑声环境以及防噪策略的研究，研究了不同建筑形体对交通噪声的声场反射效应，提出周边式沿街建筑、高围合度的建筑布局模式，依据基地的噪声环境对建筑的形体布局做出了调整，有效地减小了设计区域中噪声对居民生活的影响。

图1-8　英国拜克居住区的沿街噪声防护建筑

*资料来源：作者整理