北方居住型历史街区室外热舒适的人本化评价——以太原东三道巷为例的热适应行为缓冲与三元评估模型

《Sustainability》：Human-Centred Evaluation of Outdoor Thermal Comfort in a Northern Residential Historic District: A Case Study of Dongsandao Alley, Taiyuan, China

　　

本研究以太原东三道巷历史文化街区为案例，构建了“物理条件×居民感知”的2×2论证矩阵。基于冬夏两季的ENVI-met微气候模拟与同步问卷调查，通过偏差检验和嵌套模型比较，揭示了通用热气候指数（UTCI）和生理等效温度（PET）在所选典型气象日条件下的季节性适用性局限，即标准在夏季高估了热感觉、在冬季低估了冷感觉。层级回归分析证实，在控制UTCI和居住时长后，居民的熱适应行为与风环境感知等非物理因素在冬季独立解释了热感觉投票（TSV）12.9%的方差，在夏季解释了6.6%。基于这些实证发现，研究人员提出了“行为缓冲”（behavioural cushion）概念，用以统一解释偏差方向的季节性反转，并构建了一个以人为中心的三元热舒适评价模型，为历史街区的差异化保护与更新提供了初步的概念框架。

一、研究背景与问题提出

历史街区承载着不可替代的城市记忆与日常生活形态。如何在保护建筑风貌的同时提升居民的生活舒适度，一直是遗产保护领域的长期挑战。国际古迹遗址理事会（ICOMOS）《瓦莱塔原则》明确指出，保护必须关注居民的生活质量，而不仅是物理空间的完整性。然而，在当前历史街区的保护与更新实践中，热舒适诊断仍处于初级阶段，普遍缺乏通用工具，导致保护决策依赖主观经验，难以精准识别不同院落间的差异化需求。将《瓦莱塔原则》的宏观愿景转化为热舒适层面的可操作科学方法，是遗产保护中亟待填补的方法论空白。

目前国际上最广泛使用的室外热舒适指标是通用热气候指数（UTCI）和生理等效温度（PET）。UTCI基于Fiala多节点人体体温调节模型，整合气温、平均辐射温度、风速和相对湿度四个环境参数，旨在提供适用于所有气候区和季节的通用热评价标准。PET基于慕尼黑个体能量平衡模型（MEMI），纳入核心温度、皮肤温度和服装隔热等生理参数，在欧洲和亚洲的城市热环境研究中被广泛采用。这两个指标均假设标准化人体持续暴露于稳定环境、穿着标准服装并处于静坐活动状态。这一假设在北方居住型历史街区中的适用性尚未得到充分检验。

越来越多的研究表明，这些指标在不同气候背景和城市形态下的表现差异显著。例如，Nie等在天津的研究发现，UTCI在寒冷地区冬季存在“无效区间”；An等在北京、哈尔滨和西安的比较研究确认，不同城市居民的UTCI中性值存在4至6°C的系统性差异；Li等在香港发现UTCI预测的热应力与居民实际热感觉存在显著偏离。这些发现共同指向一个核心问题：在极端气候区和密集城市形态下，需重新审视为温带开放空间校准的通用热指标的适用性。

在历史街区的特定空间中，热舒适评价面临更复杂的挑战。高密度肌理形成的独特辐射场和风环境，与UTCI和PET算法假定的开放空间边界条件根本不同。Qi等在北京大栅栏历史街区的研究发现，PET与天空视域因子（SVF）正相关、与三维绿量负相关，揭示了历史街区特有空间形态影响热舒适的机制。然而，现有研究大多停留在早期阶段，对冬夏两季偏差的系统性识别仍不充分。

更为关键的是，现有研究隐含着一个方法论预设：物理空间形态与居民热舒适呈线性关系。这忽视了历史街区的两个重要现实维度：其一，物理空间历经数十年演变，传统肌理与现代加建共存，形成高度异质的空间格局；其二，居民通过长期生活实践形成了独特的热适应行为模式，这些行为和心理策略构成了完全被国际标准忽视的非物理调节机制。尽管Nikolopoulou和Steemers早在2003年就指出室外热舒适不仅取决于物理环境，还深受心理适应、行为调节和文化期望的影响，但在历史街区中，非物理因素是否以及在多大程度上调节居民的热舒适评价，仍缺乏系统的定量检验。

综上所述，现有研究存在三大局限：多数聚焦单季节评价或假定夏季UTCI表现可接受，缺乏对冬夏两季偏差的系统识别；隐含假设物理空间形态与居民热舒适呈线性关系，忽略了历史街区中建筑风貌完整与居民不适并存、加建严重与居民舒适并存的不匹配现象；遗产保护研究主要关注物理空间保存，对室外热环境的科学诊断关注不足。为此，本研究以太原东三道巷历史文化街区为实证案例，聚焦三个递进式问题：（1）UTCI和PET在冬季和夏季分别呈现何种失效模式及幅度？（2）是否存在物理条件与居民感知不匹配的院落，其揭示了哪些超出物理指标的关键因素？（3）居民的自发行为适应策略和对历史场所的情感依恋等非物理因素，是否在物理指标之外发挥独立且可量化的关联作用？

二、主要技术方法

研究人员采用了混合研究方法。首先，基于ENVI-met 5.9.0软件进行微气候模拟，网格分辨率设为2米，模拟时长24小时，选取2025年7月23日（夏季）和2026年1月20日（冬季）作为典型气象日，提取各院落中心点1.5米高度处的模拟值。其次，在测量日同步开展热感觉问卷调研，共收集有效问卷310份（夏季167份、冬季143份），受访者中50岁以上占61%、居住超过10年的长期居民占61.9%。同时进行了半结构化深度访谈，共访谈30位居民。在数据分析层面，采用偏差检验（bias tests）、嵌套模型比较（nested model comparisons）和分级标准检验（graded-standard tests）三种互补方法系统诊断UTCI和PET的适用性；通过定性编码提炼核心主题，经交叉验证筛选有效因子，再运用层级回归分析（hierarchical regression）检验非物理因素的独立解释力，并以广义估计方程（GEE）进行补充分析，以院落为聚类单元使用稳健标准误。

三、研究结果

3.1 典型院落的选取

对29个有效院落按物理条件和居民感知进行二维分类。结果显示，物理条件差且热不适的院落最多（n=11，38%），物理条件好且舒适的次之（n=9，31%），两者合计占69%，构成街区的主导模式。物理条件差但感知舒适的院落（n=5，17%）和物理条件好但感知不适的院落（n=4，14%）比例较小，表明物理条件与居民感知的关系并非严格线性。从四类中各选出一个典型院落：永兴路20号院（正向一致基线）、永兴路7号宅（负向一致基线）、永兴路34号宅（正向错配）和永兴路15号宅（负向错配）。统计检验验证了这四个典型院落对全街区的代表性。

3.2 冬夏模拟微气候基本特征

四个典型院落的模拟数据显示，永兴路20号院夏季生理等效温度（PET）为38.22°C、冬季PET为7.41°C，是冬季最暖的院落。永兴路7号宅夏季PET达46.26°C、冬季PET为4.12°C，是夏季最热、冬季最冷的院落。值得关注的是错配院落的数据特征：永兴路15号宅尽管物理条件差，夏季PET仅为37.80°C，是四个院落中最低的；永兴路34号宅尽管物理条件好，夏季通风极差（平均风速仅0.17 m·s^-1），PET高达40.80°C。

3.3 国际通用指标的失效模式

夏季偏差检验显示，通用热气候指数（UTCI）全样本平均偏差为-1.05（p<0.001），生理等效温度（PET）为-1.38（p<0.001），均为负值，表明国际标准系统性高估了居民的热感觉。冬季偏差检验显示，UTCI全样本平均偏差为+0.19（p<0.05），PET为+1.13（p<0.001），均为正值，表明国际标准系统性低估了居民的冷感觉。嵌套模型比较发现，在夏季和冬季，将风速（Va）和平均辐射温度（T_mrt）加入仅含气温（Ta）的基线模型后，R²增量均不足1个百分点且未达到统计学显著性。分级标准检验显示，夏季四个院落的PET和UTCI值均被标准判定为“不舒适”，但居民实际评价呈现出明确的舒适与不舒适二分；冬季所有院落的UTCI均落入同一标准类别，但居民实际感知呈现出从“凉爽但可接受”到“不舒适”的清晰梯度。这表明国际分类标准在该街区丧失了评价功能。

3.4 非物理因素与热感觉的独立关联

定性主题分析提炼出四个候选主题，其中热适应行为（提及率87%）、风环境独立感知（80%）和历史环境心理依恋（73%）同时满足访谈提及率超60%和问卷应答率超50%的双重阈值，被确认为稳健的非物理因素维度。层级回归分析显示，在控制UTCI和居住时长后，非物理因素在冬季额外解释热感觉投票（TSV）12.9%的方差（Cohen's f²=0.39，大效应），在夏季额外解释6.6%（Cohen's f²=0.23，中效应）。以PET替代UTCI作为基线物理指标时，结果保持稳健（冬季ΔR²=14.9%，夏季ΔR²=8.4%）。地方依恋与冬季TSV的Spearman相关系数为ρ=0.320（p<0.001），与夏季TSV为ρ=0.252（p<0.001），表明情感依恋越深的居民在相同物理条件下对冷热的耐受度越高。广义估计方程（GEE）补充分析进一步验证了上述结论的稳健性。

四、讨论与结论

讨论部分指出，国际通用指标在北方居住型历史街区的失效根源在于评价维度的单一物理取向，而非参数精度不足。研究人员提出“行为缓冲”（behavioural cushion）概念加以统合解释：居民通过主动的热适应行为（夏季寻风、冬季添衣避风）在自身与环境之间构建动态缓冲层，而国际标准对此不敏感，导致夏季高估热不适、冬季低估冷感觉。嵌套模型比较进一步证实，居民并非被动承受Va和T_mrt的物理效应，而是主动选择性地利用或回避它们。在此基础上，研究人员构建了以人为中心的三元热舒适评价模型，将历史街区室外热舒适评价从单一的物理环境维度拓展为物理环境、行为适应和心理依恋三个相互关联的维度。该模型具有可移植的分析语法，可将东三道巷提炼为“高密度、低干预、老龄化”的历史街区原型，在全球范围内具有广泛的对应性。在规划实践层面，2×2论证矩阵可实现院落的精准象限定位，为差异化更新策略提供依据。

研究结论翻译如下：本研究以太原东三道巷历史文化街区为实证案例，通过冬夏两季的微气候模拟和问卷调查，系统检验了通用热气候指数（UTCI）和生理等效温度（PET）在北方居住型历史街区的适用性。研究发现，在所选典型气象日条件下，两种国际通用指标均表现出季节性适用性局限，其原因可能在于评价维度的结构性缺失而非仅仅是参数精度不足。在此基础上，本研究初步构建了一个以人为中心的三元热舒适评价概念框架，将历史街区室外热舒适评价从单一物理监测拓展至物理环境、行为适应和地方依恋三个相互作用维度。该框架的核心贡献在于评价逻辑的维度重构：物理环境监测提供客观基底，行为适应评价构成动态缓冲层，地方依恋与主观热感觉阈值相关联；三者共同连接至居民的实际热体验。这一重构将国际标准不适用的讨论从区域校准延伸到维度重构，指向从物理空间评价向人本化评价的转型路径。在将东三道巷进一步提炼为“高密度、低干预、老龄化”历史街区原型后，该概念框架可为全球类似特征的历史街区提供初步参考，也可为差异化保护更新中尊重和延续居民热适应生态提供初步思路。