东北严寒地区村庄物理环境土木工程优化设计研究

来源: www.sblunwen.com 作者:lgg 发布时间:2017-12-06 论文字数:38956字
论文编号: sb2017120115201218228 论文语言:中文 论文类型:硕士毕业论文
本文是土木工程论文,本文重点研究的是严寒地区村庄物理环境优化,主要是通过有效的技术手段和措施,对村庄原有物理环境加以改善与提升,考虑到村庄建设的实际情况与东北严寒地区村庄
第1章 绪 论
 
1.1 课题背景及来源
我国住房城乡建设部于 2013 年提出美丽宜居村庄的相关概念,并指出美丽宜居村庄的核心是“宜居宜业”,适宜、舒适的室外物理环境是评判宜居村庄的重要标准之一。东北村庄发展同样以此为目标,因此适宜的物理环境也是村庄建设发展的重要内容[1],调查显示:较村庄光环境与村庄声环境而言,村庄热环境对村庄村民生活舒适程度的影响更大一些,在春、夏、秋三季热环境相对适宜,通风状况良好,但主要问题集中在冬季,冬季凛冽的寒风和极低的室外气温构成了极为严酷、舒适性极差的冬季室外热环境,而村庄中较低的建筑密度和低矮的建筑构筑物对冬季寒风的遮挡与导向作用微弱,甚至在一定程度上增加了不适感,极大的降低了村民冬季的出行与交往意愿,而交往作为维系村庄发展的核心问题,也正是村庄发展“秩序与活力”的基础和前提,因此,以物理环境改善为目标促进村民交往是极为必要的。人居理念下规划先导成为村庄科学发展的必要 国务院办公厅发布的关于改善农村人居环境的指导意见(2014.25 号)[2]中明确指出了我国农村建设规划先行,分类指导农村人居环境治理的思想,强调了统筹规划对村庄发展的重要性和基础作用,具体内容包括:① 推进村庄规划的编制。根据村庄的发展情况与人体构成情况,对不同行政级别的村镇进行合理规划,对市政基础设施及公共服务设施进行合理建设与设立,完善村庄、村镇的规划体系。② 提高村庄规划的适用性。推行的村庄规划应符合当地经济、政治的实际情况,满足村庄居民的实际需求,展现村镇的特点与风采,这就要求村镇规划应顺应着村庄自身的发展趋势,充分结合农业发展、产业发展的需求,避免强拆强建。
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1.2 课题研究的目的与意义
 
1.2.1 课题研究目的
随着我国社会经济的急剧增加和城市化进程的快速推进,在物质层面满足的情况下宜居理念已然成为新农村建设的核心议题。目前,国家针对农村建设也在不断出台相应的指导意见和政策,这其中的主要内容就是对村庄宜居概念的贯彻和落实。村庄的快速发展使得村民也逐渐开始注重生活环境的品质,环境宜居的相关问题也随之变得日益突出,究其原因主要有两个方面:(1)产业结构调整下村庄人口构成比例的转变造成村庄发展建设迟缓和滞后,新需求与旧村庄之间产生了供需不均衡问题。(2)散落的旧有规划格局和落后的基础设施造成了居住物理环境的进一步恶化,尤其是严寒地区大量自然村庄没有得到科学全面的规划控制和设计引导,自由发展的弊端也逐渐显现,优化改造的难度随之提升。因此本文研究严寒地区村庄的目的就是通过对现状问题和村民需求的梳理,综合协调物理环境各项因子,提出有效改善村庄物理环境优化设计方法。同时,通过多学科和多角度的交叉研究,扩充严寒地区村庄物理环境理论体系。运用生态学、建筑学、景观学、社会学、心理学等理论,结合统计资料、调查问卷、现场实测等方式,全面收集严寒地区村庄物理环境的相关数据,系统探讨严寒地区村庄声、光、热环境之间内在联系与相关性,并依据国家有关标准和国内外相关经验,结合计算机仿真模拟进行比对分析,在此基础上确定严寒地区村庄物理环境优化方案,提出物理环境优化设计方法与策略,旨在为严寒地区村庄居住舒适度的提升与物理环境的改善提供理论依据与技术支持,同时也是对村庄研究理论体系的补充。
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第2章 东北严寒地区村庄现状调查现状
 
调查是了解与掌握村庄物理环境现状的有效方法,为了全面掌握东北严寒地区村庄居民的基本生活状况,了解该区域村庄建设基本情况,探寻该区域村庄物理环境的优劣程度,获得东北严寒地区村庄的第一手资料,剖析村庄建设、发展、环境等方面的现存弊端,“十二五”课题组,对东北严寒地区黑、吉、辽三个省进行问卷调查。首先,基于东北严寒地区的区域概况,进行问卷设计;其次,采用系统抽样与随机抽样相结合的方法,选择调研村庄与院落进行实地调查走访,获得相应调研数据;然后,通过对调研所得数据的整理、归纳分析,了解并掌握被访村庄、院落、村民基本特征,以及村民对物理环境的主观评价,以此作为后续研究的数据基础,本次调研共涉及 10 个乡(镇)33个村庄,最终获得有效问卷 896 份。
 
2.1 严寒地区村庄的特殊性
我国东北严寒地区村庄的特殊性主要体现所处区域的地理条件、气候条件,以及受严寒地区特定地理条件和特殊气候条件影响而产生的特殊村庄规划布局与村庄住宅建筑设计模式。人在环境中生存,村庄作为村民赖以生活的载体受环境的影响也是十分巨大的,特定的地理条件制约了村庄的规模、形态的发展与演变,特殊的气候条件又对村庄抵御外环境不利影响的能力提出更高的要求,也正是由于地理、气候、人文条件的不同(图 2-1),各个区域的村庄呈现出该区域的独特的、明显区别与其他区域村庄的典型特征,而严寒地区的村庄长期受冬季极寒气候条件的影响,但受经济技术水平的影响,该区域内村庄物理环境并没有得到较好的提升,村庄物理环境无法满足现代村民的需求,因此本文以此为切入点,着重研究严寒地区村庄物理环境的优化,期望通过有效的技术手段,提升村庄的物理环境舒适度。东北三省的土地类型以平原、山地、丘陵为主。黑龙江位于中国最东北部,土地类型由山地、台地、平原与水面构成,以平原与丘陵为主,平原占全省总面积的 37.0%(海拔在 50~200m 之间),海拔高度在 300m 以上的丘陵地带在全省土地面积中约占 35.8%,山地约占全省的 24.7%。吉林省位于中国东北中部,土地类型由山地、台地、丘陵、平原与水面构成,土地地貌以中部大黑山为界,可分为东部山地和中西部平原两大地貌区,吉林省地势由东南向西北倾斜,呈明显的东南高、西北低的特征。辽宁省位于中国东北南部,土地类型由山地、台地、丘陵、平原与水面构成,地势由东西侧向中部倾斜,山地丘陵分列东西两侧,中部为平原地区。
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2.2 问卷设计
为更好的掌握东北严寒地区村庄建设基本情况、物理环境基本情况以及村民对物理环境的满意度,对村民进行问卷调查,在调研工作开展之前需进行问卷设计。调研的内容不仅局限于对村庄整体环境的宏观调查,还包括中观层面的村庄公共活动场所现状与使用情况的调查与微观层面的村庄院落布置情况客观调查、室外物理环境舒适度的主观调查、院落内住宅建设使用情况等,关系到影响村庄物理环境各个环节的内容,具体内容如下:李克特量表是总加量表的一种特定形式,是社会调查问卷中最常用的一种量表形式,是一个心理反应量表。李克特量表是由一组对某事物、某状态的陈述组成,被访者对这些问题的回答被分为 5 个等级,如“非常不舒适、不舒适、一般、舒适、非常舒适”与“非常安静、安静、一般、吵闹、非常吵闹”等,分别记做 1-5 分,每个被访者的态度强弱,以及对测试问题在态度上的差别,可通过对所有被测题目所得分数的总和来反映出来。李克特量表所具有的优势在于量表设计容易、使用范围广泛、问卷的信度较高,且五种答案的形式能够方便被访者快速明确自身的感受,其劣势在于,具有相同态度得分的被访者其态度结构存在差异,但无法准确描述出来,因此基于李克特量表,根据研究假设尚需制定其他量表来进一步掌握被访者的真实态度与想法,包括环境量表(表 2-3)与基本信息量表(表 2-4)等。
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第 3 章 东北严寒地区村庄物理环境实测分析......68
3.1 测试概况 ............ 68
3.1.1 测试地点及时间 .......... 68
3.1.2 测试方法及内容 .......... 71
3.1.3 测点设置及说明 .......... 72
3.1.4 测试仪器及精度 .......... 74
3.2 热环境测试结果分析 ............ 75
3.3 声环境测试结果分析 ............ 88
3.4 光环境测试结果分析 ............ 943
3.5 本章小结 ............ 97
第 4 章 东北严寒地区村庄物理环境因子系统分析 .......99
4.1 物理环境构成因子分析......... 99
4.2 物理环境影响因子分析....... 108
4.3 影响因子与构成因子相关性 .........116
4.4 本章小结 .......... 121
第 5 章 基于正交试验法的村庄物理环境优化分析 .....122
5.1 试验方法优选 ............ 122
5.2 热环境优化分析 ........ 129
5.3 声环境优化分析 ........ 140
5.4 物理环境最优方案 ..... 149
5.5 本章小结 .......... 156
 
第6章 基于物理环境优化的村庄设计研究
 
村庄物理环境优化是综合概念,包含声光热三个层面,在优化设计中不能以某单一环境层面的优化为主要研究内容,而忽略其他层面的影响,必须考虑其综合性能的最优。对于东北严寒地区村庄来说,由于村庄整体和院落空间都能获得较为充足的阳光,因此在进行物理环境优化设计时将采光作为设计的基础条件,在此基础上探讨基于热环境与声环境最优的村庄设计方法与策略,以综合提升村庄物理环境性能,改善人居环境,为东北严寒地区村庄的发展、建设与改善提供支持。
 
6.1 物理环境优化设计目标与原则
村庄物理环境优化设计面临着重重困难与挑战,改善村庄物理环境必然受到多方面的阻力,同时在改善与提升物理环境时,改善声光热环境的“投入”与“产出”比也是不尽相同的,应根据实际情况,以尽可能最少的投入获得最大的环境优化效果,这就需要确定明确的优化目标以及物理环境优化设计的具体原则。在前文的概念界定中已经对本文所做的物理环境优化设计相关研究进行了概念界定,即通过科学研究方法,剖析村庄室外物理环境优化设计与改善的矛盾点,如:村庄室外声、光、热环境之间的矛盾点、村民意愿与经济投入之间的矛盾点、国家政策导向与村庄实际情况的矛盾点,并基于这些矛盾点,提出适宜的村庄物理环境优化设计,使村庄室外声、光、热环境达到最优平衡状态。我国东北严寒地区地形地貌复杂、高低错落,受太阳辐射、环流等因素的影响,形成较为特殊的气候条件,而在这种气候条件的影响下,该区域也逐渐形成了独具严寒地区特色的传统村庄规划模式、传统房屋院落建造特点,以及适宜的施工营造技术等,但由于这种顺应气候的传统建造方式是村民在村庄长期发展演变过程中通过不断的积累相关经验而形成的,故而更注重房屋本身受气候的影响,而对室外环境的适候性设计考虑并不周全。对于严寒地区而言,冬季恶劣的气候条件是影响制约村庄发展,限制村民出行的核心因素,可见,通过村庄的适候性设计,提高村庄抵御冬季不利气候条件的影响,提升室外环境水平较为重要。
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结 论
 
物理环境是影响人体健康和舒适度的主要因素,村庄物理环境的好与坏不仅影响到农民的居住环境,同时也对建筑的性能产生一定的影响。目前有关严寒地区村庄建设方面的研究,大部分集中在村庄建筑方面,而针对村庄物理环境的研究较少。本文以东北严寒地区典型村庄为研究对象,以营造相对舒适的物理为目标,借助建筑学、社会学、物理学、统计学、环境学等多学科交叉的研究方法,研究物理环境构成因子与其影响因素之间的相互作用关系,并针对东北严寒地区的气候特点与村庄特性,研究适宜的物理环境优化设计方法,为进一步改善与提升东北严寒地区村庄物理环境奠定基础,实现建设“美丽宜居村庄”的目的。本文获得的主要研究成果如下:
(1)通过对东北严寒地区村庄居民与相关领域专家的主观问卷调查,运用统计学研究方法,构建了适用于夏季及暖过渡季、冬季及寒过渡季的物理环境构成因子综合评价模型。通过对东北严寒地区村庄居民与相关领域专家的物理环境问卷调查,明确被访者对村庄物理环境各构成因子的主观评价,运用统计学中主成分分析法,对物理环境构成因子进行因子分析,分别构建适合夏季阶段及暖过渡季阶段、冬季阶段及寒过渡季阶段的物理环境综合评价模型,以剖析季节影响下村庄物理环境主观评价的差异性,并确定夏季阶段及暖过渡季阶段、冬季阶段及寒过渡季阶段各指标的权重值,是村庄物理环境优化设计的基础。
(2)通过对物理环境构成因子与其影响因子的相关性分析,揭示了声、光、热物理环境构成因子与其影响因子之间的辩证关系。根据调研与实测,梳理村庄热环境、声环境以及光环境的作用机制和村民的现实需求,提炼整理出对村庄热环境、声环境、光环境影响较大的影响因子,并深入研究其对构成因子的影响程度与作用关系,为后续物理环境优化试验设计提供依据。
(3)基于正交试验法进行村庄物理环境优化模拟分析,进一步揭示村庄设计要素对热环境与声环境的影响规律,提出优化设计方法。以前文研究获得的成果为基础,借助计算机仿真模拟手段,从宏观的村庄空间形态设计与微观的院落内部空间设计两个层面,分别提出协同、适用、经济、安全的有效改善与提升村庄物理环境的东北严寒地区村庄设计策略,旨在为东北严寒地区村庄建设发展以及物理环境改善提供技术支持。
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参考文献(略)

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