本文是一篇建筑学论文，本文的研究地区仅针对合肥地区，住区空间形态的数据均来自合肥市城区内调研数据，应对城市样本、季节范围进行补充研究。本研究对高层高密度住区的空间形态所提取的种类较多，利用理想模型进行细颗粒物模拟，可能与实际情况有一定差距，应对城市高层高密度住区空间形态进行更为深入的研究。
第一章 绪论
1.1 研究课题背景
1.1.1 中国城市化进程中的城市住区发展迅速
随着城市化发展速度的不断加快，城市规模不断扩大。统计数据显示，2018年底，我国常住人口城镇化率达 59.58%，城市数量达到 668 个，拥有 100-300 万人口的城市数量快速增至 121 个[1]。据预测，2025 年我国城镇化将达到 66%[2]。这意味着平均每年将有 1000 多万人进入城市，中国城市住房建设的数量在未来几年仍然庞大。为了容纳城市新增人口，建设高密度住区已成为城市土地开发的主要形式。享受城市化带来的物质和精神文明生活的城市居民，在体验高生活水平的同时，也承担着住区的环境污染问题，见图 1-1。在城市人口增长、经济繁荣、城市规划建设加速以及城市居民对环境质量要求提高的背景下，住区建筑布局和空间配置合理化，减少因快速发展带来的生态环境问题，给居民创造出绿色、实用、健康的生活环境成为了现代社会发展的重要目标之一[3]。
1.1.2 城市住区细颗粒物污染问题严重
城市中细颗粒物的来源较多，其中机动车尾气排放占城市整体环境的 10-30%左右[4]。住区是城市中使用最频繁、影响最广的环境。细颗粒物浓度是城市住区空气环境的重要部分，空气环境与人们的日常生活息息相关，见图 1-2 ，现阶段城市住区空气环境污染主要包括以下几个问题：
（1） 缺乏城市住区空间空气环境管理规范完善的制度体系；（2） 住区规划设计阶段缺乏强制性的细颗粒物模拟环节；（3） 住区空间对于减少细颗粒物扩散的形态设计要求超出了建筑及规划师的设计能力范畴；（4） 在不同的气象条件下，场地内细颗粒物的存在影响着人们的生活舒适度，危及生命安全。
图 1-1 合肥市滨湖新区
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1.2研究内容和方法
1.2.1 主要内容
本研究首先通过国内外文献综述，对国内外学者在城市住区空间形态、空气环境等方面的研究上进行梳理。其次，对于合肥市高层高密度住区进行调研，总结出 17 种典型空间形态的高层高密度住区模型，并以合肥某高层高密度住区进行细颗粒物浓度实测研究。对照实测结果进行模拟计算，对比结果验证计算机模拟方法的有效性。在分析研究住区细颗粒物浓度分布情况的前提下，进行典型高层高密度住区模型的细颗粒物模拟研究。进而通过分析模拟研究的结果，得出最优空间形态的高层高密度住区空间形态，从而提出优化策略。
本研究从五个部分进行论述：第一部分介绍了研究背景、课题来源、研究意义、目的、方法和技术路线。第二部分，总结了国内外在高密度住区细颗粒物分布相关方向的研究成果和现状，提出本研究的研究方法。第三部分，通过调研的方式，对合肥市高密度住区现状的形态和尺度规模进行了统计梳理，总结了典型高层高密度住区空间特征。第四部分，首先选取一个典型的高层高密度住宅小区进行细颗粒物浓度测试，再根据气候条件对该住区进行模拟计算，结果与实测结果进行对比计算，验证模拟方法的有效性，进而建立本文主要研究的高层高密度住区的简化模型，最后利用 ENVI- met 细颗粒物模拟技术对高层高密度模型进行模拟计算，对模拟结果进行整理和阐述。第五部分，对典型高层高密度住区模型细颗粒物模拟结果进行分析，对比研究不同空间形态下的高层高密度住区对于细颗粒物扩散能力，提出对高层高密度住区空间形态设计的优化策略，为合肥地区后续的住区规划设计工作提供参考。
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第二章 相关概念和研究现状
2.1 相关概念
2.1.1 高层高密度城市住区
2.1.1.1 高层高密度城市住区的定义和范围
住区指具有一定土地利用规模和人口数量的相对独立区域，住区内居住建筑、公共建筑、绿地、道路等工程设施相对完善并集中布置，周围有城市道路或自然景观作为边界。住区是人们生活的主要场所，常被城市规划设计领域引用，住区的设计包括交通规划、空间设计、形态设计[6]。
住区是人居环境的主要类型之一，包括住宅楼、室外活动场所、住区道路、住区绿化、公共服务型建筑、设备用房等。本研究只涉及城市住区。
2.1.1.2 高密度指标范围
1950 年以来，迅速的城市化对于很多城市开发造成了巨大的压力，直接导致了全球范围内的土地资源短缺，而增大城市密度逐渐成为一个减少城市化压力的主要手段。
高密度是一个主观性话题，取决于不同的社会背景。在英国，高密度住区的定义为每公顷超过 60 套住宅；纽约区划法规定容积率在 4.0-10.0 区间，建筑密度达到 70%至 100%，开放空间面积占 1.0-11.9 百分比住宅区为高密度住宅区[2]；新加坡高密度住区需要满足高密度住宅占全部住宅的 80%以上，高密度住宅的容积率最小为 2.8，建筑密度最小为 40%[7]；以色列每公顷所建住宅超过 290 栋的地区被称为高密度住区。我国香港市 2003 年 9 月版的香港规划规定，高密度住区的容积率应达到 6.5-10，每公顷超过 60 户。上海市《城市规划管理技术》的条例中，内环路内多层建筑的建筑密度最高为 30%，容积率最高为 2.0，高层建筑的建筑密度最高为 25%，容积率最高为 4.0[2]；《苏州工业园区城市规划技术管理》中规定高密度住区为容积率 1.8-2.5，建筑密度不超过 20%，绿化率不低于 45%，建筑层数在 18-33 层之间，如表 2-1 所示。
表 2-1 各地区高密度住区指标界定标准表
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2.2 城市环境下的细颗粒物的形成机理
2.2.1 城市细颗粒物的来源
细颗粒物具有比表面积大、粒径小、悬浮时间长、易呼吸入肺且易吸附有毒有害物质的特征[11]。例如 0.111μm 的颗粒的生命周期可以达到 1-2 周，对健康和环境质量产生严重影响。城市细颗粒物的来源包括三个方面：第一方面是来自于自然，花粉、扬尘、森林灾害挥发的颗粒物质，第二方面来自于系统排放的固定来源，例如燃料燃烧、交通污染，工业污染；第三方面来自于化学视角，空气释放物质发生反应也会极大地促进细颗粒物形成[12]。
2.2.2 细颗粒物对人的危害
根据世界卫生组织公布数据显示，空气污染成为了人类生活健康所面对的最大环境问题，包括但不限于损坏建筑材料、降低城市能见度等。Liu Kankan 等（2019）研究表明空气中存在的铬和铅对不同年龄段的居民均具有不同程度的潜在致癌风险[13]。Bernatsky Sasha 等（2011）研究发现高浓度细颗粒物会影响人体免疫系统，对患有免疫系统疾病患者影响更为严重[14]。
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第三章 高密度城市住区典型模型构建........................... 24
3.1 研究区域和对象........................................... 24
3.1.1 合肥地区概况................................. 24
3.1.2 高层高密度住区范围界定............................ 24
第四章 高层高密度城市住区颗粒物的模拟研究................... 42
4.1 模拟研究有效性验证.............................. 42
4.1.1 现场实测............................................ 42
4.1.2 ENVI-met 模拟................................... 43
第五章 典型高层高密度住区模块的模拟结果分析................... 81
5.1 典型模块模拟结果概述............................. 81
5.2 单一形态高层布局对细颗粒物扩散的影响................. 81
5.3 混合形态布局对细颗粒物扩散的影响............................ 82
第五章 典型高层高密度住区模块的模拟结果分析
5.1 典型模块模拟结果概述
前面章节对典型住区模块进行了细颗粒物浓度场的模拟。行列式与围合式的布局形式之间细颗粒物浓度分布差异较大。行列式住区中细颗粒物扩散的速度大于围合式住区，细颗粒物扩散的速度与内部的建筑空间形态有直接联系。对于单一形态高层住区来说，混合形态高层住区形态更加丰富，其内部的细颗粒物扩散情况也更加复杂，住区的平面布局、建筑高度、高层建筑比例对细颗粒物的扩散影响显著。综上所述，本章决定从前面章节中基于合肥高层高密度住区现状所总结的不同形态的住区简化理想模型出发，针对住区中的建筑空间形态对各典型住区模块与细颗粒物扩散的关联性进行研究。
纯高层住区作为非混合住区，平面布局分为行列式、斜列式、山墙错列式三种形式。根据模拟结果可得，行列式与斜列式高层住区的细颗粒物浓度分布差异性较小，细颗粒物在斜列式高层布局中更容易进入小区内部，但总体影响不大，在 1.8m 以上空间细颗粒物扩散情况基本一致。山墙错列式相比较与行列式、斜列式布局，除了细颗粒物更容易进入住区内部外，在山墙错列式建筑围合的空间中，易造成细颗粒物的堆积：9m 高度堆积在东北角高层建筑之间；25m、45m 高度细颗粒物
