传统聚落中利于通风的街巷空间组合探究：基于主效应与交互效应协同增强的视角

《Sustainable Cities and Society》：Exploring Street–Alley Spatial Combinations for Favourable Ventilation in Traditional Settlements: A Perspective of Synergistic Enhancement from Main and Interaction Effects

　　【摘要要点】• 主街朝向作为关键主效应发挥作用。• 它与建筑高度及小巷数量存在显著交互作用。• 斜向布局存在一个最优区间，可通过交互效应最大化通风效果。• 多因素协同可提升通风性能，并能补偿不利朝向。• 可提炼适应夏季引风与冬季挡风需求的典型空间模式。**引言**全球变暖导致极端热浪更为频繁，严重危害人体健康并抑制城市可持续发展（A. Wang 等，2025）。根据IPCC第六次评估报告，全球平均地表温度比工业化前水平高约1.1°C（IPCC，2023）。极端高温增加超额死亡率，同时增加建筑制冷需求。IEA（2023）数据显示，建筑约占全球总能耗的30%，以及全球碳排放的25%以上。空调能耗逐年上升，形成"高温—高能耗—高排放"的反馈循环。自然通风被动降温可缓解城市热岛效应、改善室外热舒适并降低建筑能耗（Zhong 等，2023；Osman & Sevinc，2019）。气候适应型传统聚落为被动气候响应设计提供了宝贵启示，各地域传统建筑形成了差异化的解决方案（Osman & Sevinc，2019；J. Liu 等，2011；Z. Wu 等，2026）。例如，塞浦路斯传统住宅利用夜间交叉通风实现被动降温（Michael 等，2017）。相比之下，伊朗亚兹德古城的民居将风塔与中央庭院相结合，以强化自然通风与热调节（Rahaei 等，2026）。这些案例凸显了空间形态与微气候之间的联系，这也是气候适应设计关注的核心问题（Nasiri & Rahbar，2026；Pan 等，2024；Philokyprou 等，2017；Monika & Meenatchi Sundaram，2023）。聚落通风取决于多种形态特征（Nie 等，2025；Saadatjoo 等，2025），其中街道朝向被广泛认为是影响最大的因素（Abdollahzadeh & Biloria，2021；Azad & Karimimoshaver，2025）。Abdollahzadeh 与 Biloria（2021）基于ENVI-met模拟表明，街道朝向对平均风速的影响远大于高宽比或建筑布局。Ng（2009）进一步提出，街道纵轴与主导风向夹角为0°–30°时，通风性能最佳。街道几何形态（包括高宽比和街道长度）会影响峡谷式街道的通风。以往研究通过现场测量、数值模拟和风洞试验考察这些影响，但对几何参数对通风性能的非线性效应仍有待深入研究，也很少针对不同气候条件识别最优设计区间。Hang 与 Chen（2022）表明窄街道峡谷会削弱对流通风。Ramponi 等（2015）通过对简化城市模型的CFD模拟，证明宽窄街道的组合可改善城市通风。建筑高度多样性也显著影响通风性能（Y. He 等，2022；Hu & Yoshie，2013；Yuan & Ng，2012）。沿主导风向的建筑高度变化可增强街巷系统中的气流（Shareef & Abu-Hijleh，2020）。此外，街道长度影响气流衰减特性。Mishra 等（2025）表明通风效率随街道长度增加而下降。除街道朝向和峡谷几何外，其他空间要素也影响通风，但多数研究聚焦单一参数，较少关注交互作用。关于主街与小巷关系的研究表明，主街通风性能通常优于小巷，更大的街道宽度可改善通风条件（Deng & Wong，2020）。Wang 等（2025）进一步表明小巷对主街通风的影响取决于主街宽度。街道界面与建筑的透风性也被证明能提升通风性能（Arup & Kong，n.d.; Blocken & Carmeliet，2004；Yuan 等，2014）。这种改善可通过建筑布局、开口和穿孔实现（An 等，2019；Yuan & Ng，2012）。仍存在三个知识缺口。第一，以往研究多聚焦单条街道峡谷（Mishra 等，2025），对由主街和小巷组成的街巷系统关注不足。在真实聚落中，主街与小巷并不独立运作。当它们与主导风向形成不同角度时，尚不清楚哪个要素在决定系统整体通风性能中占主导作用。此外，主街与小巷相交形成的T形和十字形布局可能产生单条街道峡谷无法捕捉的系统级特征。第二，现有研究普遍采用"一次一变量"方法，分别考察街道朝向（Azad & Karimimoshaver，2025）、高宽比（Hang & Chen，2022）或透风性（W. Liu 等，2025）的独立效应，但无法在多种空间因素共同作用时对其重要性进行排序或量化其交互效应。若某一因素的最优区间依赖于另一因素的取值，则所识别的"最优阈值"可能失效。对关键空间因素之间协同与拮抗机制认识不足，常导致优化策略不完整。第三，对传统聚落的研究主要依赖定性分析或针对具体案例的模拟。这些研究为传统环境适应提供了有价值的洞见（Xiong 等，2022），但很少建立量化设计优先级或为规划与保护实践提供可迁移的设计指引。针对上述知识缺口，本研究提出以下关键科学问题：**Q1：** 在传统街巷系统中，主街与小巷通常以近似直角相交，且相对于主导风向呈现不同朝向。街巷朝向在决定通风性能中是否起重要作用？哪种布局的通风性能更优？**Q2：** 在理想条件下，多个因素如何通过交互效应协同发挥作用以最大化通风效果？**Q3：** 在最不利条件下，多种空间因素之间的交互作用如何补偿较差的通风性能？为回答这些研究问题，本研究以中国重庆的传统聚落为对象，将其主街—小巷拓扑抽象为多要素街巷系统。研究结合正交实验、响应面法和CFD模拟，系统考察街道形态如何影响通风性能，并进一步量化系统中多种空间因素的贡献率、交互效应和非线性关系，以确定最优参数区间。随后，在选定的代表性古镇中开展数值模拟与现场测量，评估风环境性能并验证所识别规律的适用性。在此基础上，本研究提炼适应当地风环境的典型空间模式。本研究的创新之处在于将正交实验与响应面法引入传统聚落通风研究，克服了传统单街道峡谷和单变量分析的限制，系统量化了街巷结构、小巷数量、街巷朝向和街道峡谷几何形态等多个因素的贡献和交互效应，揭示了它们共同影响通风性能的机制。基于这些发现，提取了导风与阻风的空间模式，为将传统设计智慧融入现代绿色设计提供了路径，并为低层高密度城市街区的气候适应设计提供了实用参考。**章节摘要****方法**基于上述科学问题，首先识别所有可能与问题相关的空间要素，然后从传统聚落样本中获取其取值范围，构建一系列参数化、标准化的3D简化模型。采用减少因素水平的正交试验设计识别这些空间要素的相对重要性，该设计以有限实验次数捕捉主效应和交互效应。**结果**利用正交实验的ANOVA分析，本研究量化了各空间要素对主街—小巷系统整体通风性能的贡献率及显著性水平。**主街朝向**本研究首先量化了街巷形态特征对通风性能的贡献。这些量化的贡献有助于识别设计实践中应优先考虑哪些空间要素（Guo 等，2025；Lin 等，2026）。就主效应而言，主街朝向是影响行人层平均风速最关键的因素（Ng，2009；Abdollahzadeh & Biloria，2021），远比其他要素重要。**结论**在全球变暖与建筑能耗持续上升的背景下，根植于地方气候的传统聚落为气候适应型城市设计提供了宝贵启示。本研究超越了对传统营造智慧的定性解读，聚焦于夏热冬冷气候特征的重庆传统聚落，并结合正交实验、响应面法与CFD……**未引用参考文献**He 等，2025；He 等，2019；Li 等，2026；Liu 等，2025；Mishra 等，2025；Samruamphianskun 等，2012；Wang 等，2025；Wang 等，2025**CRediT 作者贡献声明****Pengcheng Liu：** 撰写—审阅与编辑，撰写—原稿撰写，可视化，验证，软件，方法论，调研，形式化分析，数据整理，概念构思。**Xu Li：** 撰写—审阅与编辑，监督，资源，项目管理，资金获取，概念构思。**Haoran Gao：** 撰写—审阅与编辑，可视化，监督。**Xinlin Lin：** 撰写—审阅与编辑，监督。**Haitian Lu：** 撰写—审阅与编辑，验证。**Ao Wang：** 撰写—**利益冲突声明**作者声明不存在任何已知可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。**致谢**本研究由中国国家自然科学基金提供资助（项目编号：52578057、52578058、51978092）。Pengcheng Liu | Xu Li | Haoran Gao | Xinlin Lin | Haitian Lu | Ao Wang | Yu Cheng | Mati Ullah