吳玨 許景輝 孫曉文 李立 | 湖北美術(shù)學(xué)院環(huán)境藝術(shù)學(xué)院

地面冷卻塔在地鐵系統(tǒng)的運行中起著至關(guān)重要的作用，它們是用于調(diào)節(jié)地鐵站大廳溫度和保持列車平穩(wěn)運行的冷卻和通風(fēng)系統(tǒng)的重要組成部分。由于列車的高能耗及其運動引起的摩擦，地鐵系統(tǒng)會產(chǎn)生大量熱量，這種熱量會迅速積聚并為乘客創(chuàng)造一個熱壓環(huán)境，導(dǎo)致乘客健康問題。同時冷卻列車運行至關(guān)重要的牽引電機(jī)、電源轉(zhuǎn)換器和其他電氣系統(tǒng)，調(diào)節(jié)這些系統(tǒng)的溫度并防止過熱所導(dǎo)致系統(tǒng)故障和意外的服務(wù)中斷。地面冷卻塔通過從車站大廳帶走熱量并將其散發(fā)到大氣中來幫助調(diào)節(jié)溫度，保障地下空間溫度舒適和電氣設(shè)備的安全運行。但與此同時，冷卻塔的運行又給路邊行人帶來一些不利影響，行人的身體感知直接影響其對環(huán)境認(rèn)知，從而此區(qū)域公共設(shè)施形成不友好的整體印象。最為直接的解決辦法是采用圍護(hù)方式遮擋視線，且保持快速的空氣流通，因此構(gòu)成圍護(hù)的導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)方式尤為重要。

本研究以人文關(guān)懷理念為基礎(chǔ)，將工程與藝術(shù)相結(jié)合，為冷卻塔帶來更加藝術(shù)化的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，提升其整體的視覺形象。從藝術(shù)設(shè)計上，通過設(shè)計冷卻塔的外部圍護(hù)形態(tài)、導(dǎo)流板的幾何形狀和排列方式等，使其更加美觀、流暢、序列化和結(jié)構(gòu)化，形成融入環(huán)境的視覺美感。從功能設(shè)計上，通過優(yōu)化導(dǎo)流板的角度和高度等參數(shù)，減少熱氣流、噪音、氣味對行人的影響，提高冷卻塔的環(huán)境友好性。

一、冷卻塔的基本工作原理及存在的問題

1.地鐵地面冷卻塔的基本工作原理

地面冷卻塔的基本部件包括水槽、填充材料、風(fēng)扇和分配系統(tǒng)。底盆（蓄水池）是一個大容器，用于盛放熱水或其它要冷卻的液體；填充材料是一種結(jié)構(gòu)，可增加水與空氣接觸的表面積，從而實現(xiàn)更大的熱傳遞；風(fēng)扇用于使空氣在填充材料中循環(huán)；分配系統(tǒng)用于將水均勻分布在填充材料上。冷卻塔中的冷卻過程基于熱交換原理，熱量從底盆中的熱水或其他流體傳遞到空氣中，從而冷卻流體。傳熱速率受多種因素影響，包括水和空氣之間的溫差、水的流速和空氣流速等。溫差越大，傳熱越快，流量越大，傳熱速率越大。冷卻塔中的冷卻過程通常包括5步驟：①配水：熱水或其他液體均勻地分布在盆中的填充材料上；②傳熱：當(dāng)水流過填充材料時，熱量從水中傳遞到空氣中，從而使水冷卻；③空氣循環(huán)：風(fēng)扇使空氣通過填充材料循環(huán)，有助于冷卻水；④蒸發(fā)：盆地中的一些水通過蒸發(fā)流失，這有助于進(jìn)一步冷卻水；⑤收集：冷卻后的水收集在水池中，準(zhǔn)備在系統(tǒng)中重復(fù)使用，系統(tǒng)循環(huán)往復(fù)，從而達(dá)到冷卻作用。（圖1）

圖1 設(shè)計手稿1 冷卻塔工作原理（作者繪）

2.地面冷卻塔存在的4個問題

地面地鐵冷卻塔的功能原理圍繞著為地鐵系統(tǒng)提供高效的冷卻。冷卻塔的工作原理是利用蒸發(fā)從冷卻過程中使用的水中去除熱量，水再循環(huán)回冷卻系統(tǒng)，繼續(xù)吸收熱量并被冷卻。當(dāng)冷卻塔靠近人流量大的步行區(qū)時，散發(fā)出的大量熱量給行人帶來許多挑戰(zhàn)和負(fù)面影響。靠近街道的地鐵冷卻塔對行人的影響存在四個關(guān)鍵問題：混亂的視線、氣流影響、城市噪音和不適的氣味。

①視線雜亂。冷卻塔的外觀較為笨重，一套機(jī)組由多個組件構(gòu)成且管線連接復(fù)雜暴露在外，視線混亂對視覺景觀產(chǎn)生負(fù)面影響，會降低行人出行質(zhì)量，損害周圍環(huán)境的整體美感。

②氣流影響。由于地面冷卻塔通常需要排放大量的熱氣，這會導(dǎo)致周圍空氣的溫度升高，形成熱氣流，導(dǎo)致局部氣流模式發(fā)生較大變化，從而對過路行人產(chǎn)生負(fù)面影響。

③城市噪音。冷卻塔運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的噪音和振動，對周圍環(huán)境和行人通過造成干擾。譬如，過路行人難以聽到同行者的聲音并無法集中精力，影響該地區(qū)的自然音景，使其變得不寧靜而更加混亂。

④異味散發(fā)。冷卻塔蓄水池有積水，這會為細(xì)菌和其他微生物繁殖提供溫床，積聚的污垢、灰塵和其他碎屑會產(chǎn)生強(qiáng)烈、難聞的氣味，令行人不悅，使路過行人對冷卻塔設(shè)施產(chǎn)生負(fù)面印象。

以人文關(guān)懷的方式解決冷卻塔熱氣流、視線、噪音、氣味的問題是最為有效的途徑。需要設(shè)計師、工程師、環(huán)境學(xué)者等多個領(lǐng)域的專家共同合作，采用技術(shù)、藝術(shù)、環(huán)境意識等多種手段，以達(dá)到工程與美學(xué)、環(huán)境與人文關(guān)懷的完美結(jié)合。

二、人文關(guān)懷型地鐵冷卻塔外部圍護(hù)藝術(shù)設(shè)計

1.以人文關(guān)懷理念應(yīng)對冷卻塔設(shè)施的藝術(shù)設(shè)計

人文關(guān)懷理念是一種以接受關(guān)懷的個人的需求和福祉為中心的關(guān)懷。人文關(guān)懷型設(shè)計優(yōu)先考慮個人的身體、情感、社會和精神需求，并力求創(chuàng)造一個支持和共情、積極和關(guān)懷的環(huán)境，以提高環(huán)境生活質(zhì)量。鐘旭東也提到人性化設(shè)計應(yīng)該包括物理、心理、社會層面的關(guān)懷以及對人群細(xì)分的關(guān)懷。對設(shè)計的醞釀、策劃、營造、設(shè)計、使用、維護(hù)和改造都應(yīng)以人為本，從而達(dá)到最大限度地實現(xiàn)對人性化的關(guān)注[1]。人文關(guān)懷的建立是從感知體驗的確認(rèn)，再到受到關(guān)懷意識確認(rèn)的過程。首先，人文關(guān)懷型冷卻塔設(shè)施的藝術(shù)設(shè)計有助于創(chuàng)造一個視覺上吸引人和改善情緒的環(huán)境，對使用這些設(shè)施的人的心理健康和福祉產(chǎn)生積極影響。美學(xué)設(shè)計有助于減輕壓力、促進(jìn)平靜感并提升整體用戶體驗。其次，藝術(shù)設(shè)計也有助于培養(yǎng)社區(qū)感和歸屬感，這在公共設(shè)施中尤為重要。通過融入視覺上引人入勝的元素，使個人更有可能感受到與空間的聯(lián)系。再次，通過對冷卻塔外圍護(hù)導(dǎo)流板的藝術(shù)設(shè)計處理，優(yōu)化冷熱氣流流動狀態(tài)，減少對周邊行人影響，構(gòu)建人文關(guān)懷型的高質(zhì)量、精細(xì)化的公共設(shè)施?？偟貋碚f，人文關(guān)懷型冷卻塔設(shè)施的藝術(shù)設(shè)計是促進(jìn)福祉、培養(yǎng)街道公共意識和激發(fā)環(huán)境責(zé)任的重要方法。本課題將人文關(guān)懷、審美情趣和環(huán)境可持續(xù)性的元素融入設(shè)施的設(shè)計，創(chuàng)造具有功能性和視覺吸引力的公共空間設(shè)施，構(gòu)建堅持人文關(guān)懷的發(fā)展理念的地鐵地面冷卻塔的藝術(shù)設(shè)計思維。

2.國內(nèi)外人文關(guān)懷型冷卻塔研究現(xiàn)狀

近年來，隨著軌道交通建設(shè)的發(fā)展，冷卻塔作為地鐵建設(shè)中重要的組成部分，人文關(guān)懷的地鐵冷卻塔周邊藝術(shù)設(shè)計已成為國內(nèi)外日益關(guān)注和研究的課題。主要為兩方面研究，一是對冷卻塔機(jī)械性能的提升，比如無填料冷卻塔最初由美國Baltimore Aircoil公司研制，利用水流噴射作用改變塔內(nèi)外壓力差，發(fā)生濕熱交換的過程，減少對外部環(huán)境和人體感受的影響。于此相似還包括干濕式冷卻塔、水力通風(fēng)冷卻塔、逆流濕式冷卻塔、橫流式冷卻塔等，都是采用不同機(jī)械方式提高機(jī)械冷卻性能，從而達(dá)到對人的關(guān)懷效果。二是外部形象提升，比如將冷卻塔外圍整體設(shè)計與車站的整體設(shè)計融為一體，以綠植、壁畫、公共藝術(shù)裝置等融入當(dāng)?shù)匚幕睾退囆g(shù)表現(xiàn)形式，反映周邊地區(qū)文化歷史特征的元素，或是融入了吉祥圖案，既體現(xiàn)了城市的歷史文化底蘊，又提升了地鐵站的整體美感。目前研究的兩個方面在一定程度上能達(dá)到人文關(guān)懷的效果，但二者結(jié)合的緊密度不充分，工程機(jī)械原理的優(yōu)化提升和藝術(shù)設(shè)計共同作用效果不明顯，有待進(jìn)一步研究。

國內(nèi)外地鐵冷卻塔外部圍護(hù)設(shè)施的藝術(shù)設(shè)計是一個從粗放開始，隨著時間的推移逐漸細(xì)化的過程。圍繞地鐵冷卻塔的藝術(shù)設(shè)計發(fā)展可分為3個階段：①二十世紀(jì)初至二十世紀(jì)六十年代是基本功能階段：關(guān)注點重點是冷卻塔設(shè)計的功能方面，外圍設(shè)施只是為了達(dá)到其基本功能目的，而對美學(xué)的考慮最少。②二十世紀(jì)六十年代至二十一世紀(jì)初是藝術(shù)意識介入階段：開始認(rèn)識到將藝術(shù)設(shè)計融入冷卻塔圍護(hù)設(shè)計的重要性。目的是創(chuàng)造美觀的設(shè)計，同時仍確保冷卻塔的功能效率。③二十一世紀(jì)初至今是環(huán)境整合階段：注重藝術(shù)設(shè)計與功能設(shè)計相結(jié)合，創(chuàng)造出和諧的設(shè)計。冷卻塔圍護(hù)的設(shè)計不僅要達(dá)到其目的，還要提升周邊地區(qū)的整體美感。

三、人文關(guān)懷的地鐵冷卻塔外圍藝術(shù)設(shè)計實踐

冷卻塔的外圍藝術(shù)設(shè)計的出發(fā)點是關(guān)注人經(jīng)過冷卻塔的狀態(tài)，從視覺、熱氣流、噪音、廢氣四個方面給人的體感，通過優(yōu)化導(dǎo)流板進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計，形成外圍藝術(shù)效果，建立人文關(guān)懷型設(shè)施的整體印象，從身體感知到建立人文關(guān)懷意識。

1.人文關(guān)懷的重點是關(guān)注人的身體感知到體感意識

體感是指個體對自身周圍環(huán)境的客觀感知，通常指的是人的感官感知能力，包括視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺和平衡感。理查德?馬祖赫，羅娜?斯蒂芬指出感官是我們評估環(huán)境的工具。通過理解感官的真實維度和局限性，設(shè)計一個響應(yīng)人們需求的環(huán)境，體現(xiàn)出其從醫(yī)療體系下衍生出來的景觀設(shè)計依據(jù)[2]。這些感官感知的信息通過神經(jīng)系統(tǒng)傳遞到大腦，形成個體的身體感覺。體感到意識的過程涉及身體與大腦的交互。當(dāng)我們的身體經(jīng)歷一些外界的刺激（如觸覺、聽覺、嗅覺、味覺、視覺等）時，會生成對應(yīng)的神經(jīng)信號，這些信號在腦內(nèi)進(jìn)行處理，從而形成意識。這個過程經(jīng)歷了多重的過渡性階段，包括感覺信息的接收、識別、評估、處理、記憶和應(yīng)用等。在這個過程中，大腦不斷地把外界的信息與已有知識和經(jīng)驗結(jié)合起來，從而形成對世界的意識。西蒙茲在景觀設(shè)計方法論中提出景觀設(shè)計中生物尺度的衡量應(yīng)滿足人的視覺、味覺、聽覺、嗅覺和觸覺的檢驗以及“理解人，尊重人，規(guī)劃人的體驗”，也包含了人性關(guān)懷的思想內(nèi)涵[3]。因此，從體感到意識是一個復(fù)雜的過程，需要多個生理和心理過程的協(xié)同。體感到意識的過程是一個演變的過程，它是由一系列心理學(xué)機(jī)制的相互作用產(chǎn)生的。通過感覺器官接收到外部刺激，并通過大腦的處理和整合，將其轉(zhuǎn)化為意識的形式。因此，體感意識可以被定義為我們對身體和外部環(huán)境的直接體驗和感知，以及我們對這些體驗的意識。它是一個涵蓋了體感和意識的綜合概念，是我們對自己和周圍環(huán)境的經(jīng)驗和感知的總和。

2.外部圍護(hù)導(dǎo)流板的藝術(shù)設(shè)計解決冷卻塔的4個問題

導(dǎo)流板的有序排列構(gòu)成了圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其形態(tài)美感和導(dǎo)流功能是緊密相關(guān)的。導(dǎo)流板的主要功能是對冷熱氣流進(jìn)行引導(dǎo)，使得冷卻塔的散熱效果更好，同時也能夠避免熱氣流直噴朝向過路的行人，保證行人的舒適度和安全性。冷卻塔導(dǎo)流板的設(shè)計需要進(jìn)行多次氣流模擬測試和優(yōu)化，得出最佳的導(dǎo)流板形態(tài)和角度。精細(xì)化的設(shè)計能夠最大限度地提升冷卻塔的外觀和體驗效果，為城市環(huán)境和人民生活的質(zhì)量提供良好保障。

（1）導(dǎo)流板重塑外部圍護(hù)的視覺形態(tài)

當(dāng)導(dǎo)流板形態(tài)與人們內(nèi)在的審美觀念相契合時，會產(chǎn)生更好的視覺效果和更強(qiáng)的美感體驗。因此在導(dǎo)流板設(shè)計中，以菱形為基本元素，并通過形態(tài)對比探討菱形角度大小的視覺效果（圖2）。菱形通常被認(rèn)為是一種穩(wěn)定、和諧、優(yōu)美、動感的形狀。銳角和鈍角的變化可以提供一些視覺上的變化和對比，增加視覺上的趣味性。通過對比實驗選出銳角30度和鈍角150度的較優(yōu)結(jié)果，符合視覺審美需求。設(shè)計中導(dǎo)流板單元件材料為304型不銹鋼，面層為啞光金屬氟碳漆，顏色采用了深灰色，增加了其穩(wěn)重感和紋理感。尺度和角度的配合在視覺上有一定的動感和流暢感，形狀和比例可以引起人們的共鳴和認(rèn)同，材質(zhì)和色彩更容易與周圍環(huán)境相融合，這些元素可以被視作是“視覺”的單元符號。導(dǎo)流板的菱形形狀、顏色、材料的設(shè)計和選用使其表面呈現(xiàn)出一定的光澤和反射，增強(qiáng)了其視覺的立體感和深度感。人性化與美相輔相成，人性化的設(shè)計可以在材質(zhì)上更多的體現(xiàn)出對他人的關(guān)愛[4]。

圖2 菱形導(dǎo)流板形態(tài)對比圖（作者繪）

將菱形單元件按特定序列關(guān)系進(jìn)行疊加組合，如“魚鱗片”一般，形成整體的冷卻塔外部圍合結(jié)構(gòu)。通過有序疊加，在立面中形成上部下部的交界線，由于光線變化區(qū)域形成如山巒起伏的抽象形態(tài)，既滿足冷卻塔和風(fēng)亭的空氣交換功能，又賦予了建筑內(nèi)涵和有序美感的特點。導(dǎo)流板“鱗片”的有序排列、疊加構(gòu)成層次感，在光影的映射下，讓人們在不同角度觀察冷卻塔時能夠感受到不同的美感和光影變化，也有助于整個設(shè)施在周圍環(huán)境中融入并產(chǎn)生協(xié)調(diào)感。所形成抽象的山巒形態(tài)，不僅有助于形成冷卻塔和風(fēng)亭的空氣交換功能，還能夠增加整個設(shè)施的視覺趣味和內(nèi)涵美。導(dǎo)流板“鱗片”的形態(tài)的疊加能夠為冷卻塔增加一定的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。通過合理的疊加方式和角度設(shè)計，能夠讓鱗片之間形成穩(wěn)定的連接關(guān)系，還能夠增加整個設(shè)施的抗風(fēng)能力和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，保證其在惡劣氣候條件下的安全性能。

外部圍護(hù)導(dǎo)流板精細(xì)化的幾何形狀和角度設(shè)計、顏色搭配以及與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)，導(dǎo)流板成功地打造出了一種既實用又美觀的外觀效果，形成具有視覺化的人文關(guān)懷型冷卻塔外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)。藝術(shù)要素的運用，如基本幾何形狀、顏色、構(gòu)造元素等，能在視覺上產(chǎn)生美感的效果，從而創(chuàng)造更加愉悅的通行體驗。導(dǎo)流板設(shè)計在滿足實際要求的同時，能夠呈現(xiàn)出卓越的美學(xué)價值，是藝術(shù)和工程的完美結(jié)合。通過導(dǎo)流板的形態(tài)和排列方式的精細(xì)化設(shè)計，從色度、序列、質(zhì)感、通透4個方面，使冷卻塔的外觀不僅在視覺上達(dá)到了更優(yōu)美、更協(xié)調(diào)的效果，同時在實現(xiàn)導(dǎo)流功能的同時，使熱氣流動更加順暢，從而避免了熱氣流的直噴，為行人提供更好的保護(hù)和遮擋，也為行人創(chuàng)造了更為舒適的視覺體驗。

（2）以虛擬仿真測試實證優(yōu)化具有人文關(guān)懷的導(dǎo)流板設(shè)計

導(dǎo)流板的設(shè)計不僅要考慮其外觀的美學(xué)效果和視覺沖擊力，還要滿足對冷卻塔的熱氣流的引導(dǎo)和散熱功能的要求。外部圍護(hù)設(shè)置優(yōu)化角度的導(dǎo)風(fēng)板有效應(yīng)用冷熱空氣循環(huán)工作原理，可以幫助優(yōu)化冷熱空氣循環(huán)，并提高循環(huán)效率。這種循環(huán)系統(tǒng)通過水冷方式，把熱量從水中散發(fā)到空氣中，以空氣冷熱循環(huán)空氣系統(tǒng)控制環(huán)境溫度和空氣濕度。通過合理設(shè)置導(dǎo)流板角度，對空氣的流動進(jìn)行優(yōu)化，有效地將冷空氣和熱空氣分開，以最大限度地提高冷熱空氣的換氣效率，實現(xiàn)快速的熱交換。外圍導(dǎo)流板的形態(tài)、面積和角度等都需要經(jīng)過科學(xué)的計算和試驗，以確保冷卻效果最優(yōu)。

設(shè)計冷卻塔的外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)下半部分作為一個向內(nèi)的傾斜角度，主要是通過導(dǎo)板向內(nèi)傾斜來導(dǎo)引冷空氣進(jìn)入冷卻塔內(nèi)部。而上半部分作為一個向外的傾斜角度，通過導(dǎo)板向外傾斜來排出熱空氣。在選取最優(yōu)傾斜角度時，先采用小樣模型模擬大致的區(qū)間范圍（圖3），保持空氣流動的最優(yōu)及視線感覺的最優(yōu)，是以視覺經(jīng)驗為前提的初步判斷和界定范圍，再通過專業(yè)的空氣流動仿真軟件SOLIDWORKS①對區(qū)間范圍內(nèi)設(shè)定的三種不同導(dǎo)板角度進(jìn)行了測試。

圖3 打樣模型對比傾斜角度的變化產(chǎn)生的視覺效果，初步判斷中間圖片角度較優(yōu)（作者拍攝照片）

預(yù)設(shè)的3種不同的角度分別是：小角度為向上開口導(dǎo)流板角度為10°，向下開口導(dǎo)流板角度為20°（10°/20°）；中角度為向上開口導(dǎo)流板角度為20°，向下開口導(dǎo)流板角度為30°（20°/30°）；大角度為向上開口導(dǎo)流板角度為30°，向下開口導(dǎo)流板角度為40°（30°/40°）。為更好地研究冷卻塔的運行效果，在軟件中模擬空氣的流動特性，預(yù)測空氣循環(huán)的效果，從而對設(shè)計的冷卻塔外圍導(dǎo)板角度進(jìn)行優(yōu)選，更科學(xué)評估冷卻塔外圍導(dǎo)流板的設(shè)計角度的合理性。通過仿真軟件SOLIDWORKS對3種角度的空氣流動做測試，對在地鐵冷卻塔外部圍護(hù)進(jìn)行溫度、空氣流速、噪音、密度、靜壓對周邊的環(huán)境與人影響較大的因素進(jìn)行有限元分析②，致力于在保障地鐵冷卻塔良好運行環(huán)境下，削減其對周邊環(huán)境以及行人影響，選取冷卻塔外墻導(dǎo)流板角度的最優(yōu)設(shè)計方案?，F(xiàn)選取其中臨近路邊的墻C進(jìn)行對比分析（表1）（表2）（表3）。

表1 冷卻塔C墻3種角度模擬仿真對比圖（作者繪）

表2 冷卻塔C墻3種角度仿真實驗效果對比說明（作者繪）③

表3 冷卻塔C墻3種角度仿真實驗數(shù)據(jù)對比（作者繪）

1）預(yù)設(shè)條件

①本次實驗方針工況設(shè)置為總體工況，并不排除內(nèi)部空間和不具備流動條件的腔體。

②流體設(shè)置為空氣（包含氮氣、氯氣、氧氣、二氧化碳等）。

③實驗地點為武漢，默認(rèn)溫度環(huán)境值設(shè)定為華中地區(qū)常年平均溫度20攝氏度，且壓強(qiáng)設(shè)定為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓101325帕。

④冷卻塔內(nèi)部空氣流動出口速度邊界條件設(shè)定值設(shè)定為1m/s，設(shè)置實驗熱源為冷卻塔，散熱功率為11000W（數(shù)據(jù)來源元亨冷卻塔制造商官網(wǎng)數(shù)據(jù)，YHA－225型橫流式冷卻塔）。

2）試驗情況說明

①實驗結(jié)果表格數(shù)據(jù)分為6項，分別為密度、溫度、速度、靜壓、表面熱通量以及聲學(xué)能量等級，其中密度、溫度、速度以及靜壓為實驗對象周邊的流體的變化值；表面熱通量為景觀外墻的材料與空氣接觸的各表面的換熱量總和；聲學(xué)能量等級量化為分貝，即實驗對象發(fā)出的聲音大小數(shù)值。

②實驗圖片分為兩種，分別為流動跡線圖以及切面圖。流動跡線圖反映實驗過程中，整體三維的實驗數(shù)據(jù)分布以及走向，更加直觀立體的觀察到實驗過程中數(shù)值變化的位置以及情況。切面圖則展示的是在實驗過程中，設(shè)定的截面上的平面數(shù)據(jù)分布狀態(tài)，更加全面直觀的分析到同一位置區(qū)間內(nèi)的數(shù)據(jù)平面分布，具有方向指向性。

③實驗具體分為四個情況分別是無外墻組；墻A組；墻B組；墻C組；墻D組；其中每個組分為三個角度方案情況即10°/20°、20°/30°、30°/40°。

人文關(guān)懷型地鐵冷卻塔導(dǎo)流圍護(hù)藝術(shù)設(shè)計研究的語境下，保證冷卻塔的基本功能正常運行，減弱對周邊環(huán)境、行人的影響，從上述數(shù)據(jù)中挑選出能直觀的三項數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，分別為溫度，流動速度以及噪音，三項數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析④（表4）。

表4 冷卻塔C墻3種角度仿真實驗量化對比（作者繪）

經(jīng)過測試并量化分析，得出結(jié)論：小角度（10°/20°）導(dǎo)流板的視線干擾最小，但風(fēng)力阻力大，空氣流動不夠通暢；大角度（30°/40°）導(dǎo)流板的空氣流動最為通暢性，但是冷卻塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)暴露在視線范圍內(nèi)，影響了視覺效果；中角度（20°/30°）導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)是最好的選擇。空氣流動阻力較小能使空氣交換通暢性，并有效引導(dǎo)和控制氣流的流動方向和速度，避免熱氣流直接噴向過路的行人，最大限度的弱化噪音、氣味造成行人不適感。同時遮蔽冷卻塔內(nèi)部無序雜亂管線，形成有序、靈動的山巒起伏的外部整體形象，以充分考慮人的身體感知，形成具有人文關(guān)懷的城市冷卻塔設(shè)施。

綜上所述，通過對冷卻塔外圍藝術(shù)設(shè)計的精細(xì)化和創(chuàng)新性改進(jìn)，對導(dǎo)流板進(jìn)行優(yōu)化對，其形態(tài)、角度、層疊方式、序列、色度、質(zhì)感等方面來解決冷卻塔運行時造成的4個問題。設(shè)計導(dǎo)流板的布局和高低錯落，形成了山巒起伏的抽象形態(tài)，既滿足了冷卻塔和風(fēng)亭的空氣交換功能，又賦予內(nèi)涵、有序美觀?？梢宰尷鋮s塔在不僅具備高效散熱功能的同時，還能夠讓人們感受到一種更加人性化和美學(xué)化的體驗。結(jié)合導(dǎo)流板精細(xì)化設(shè)計、空氣流動優(yōu)化、噪音控制、廢氣處理等方面的考慮，從視覺、熱氣流、噪音、廢氣四個方面給人以良好的體感，達(dá)到人文關(guān)懷型設(shè)施的整體印象。這種設(shè)計既考慮了冷卻塔的實際功能需求，又注重人們的感受和審美，從而建立了一個與環(huán)境協(xié)調(diào)、富有人文情懷的城市空間（圖4）。

圖4 選用20°/30°導(dǎo)流板建成外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)實景達(dá)到預(yù)期效果（作者攝）

五、結(jié)論

本研究總結(jié)基于人文關(guān)懷型地鐵冷卻塔外部圍護(hù)藝術(shù)設(shè)計的目標(biāo)引導(dǎo)下，為解決當(dāng)前問題給出了具體的設(shè)計方法和實施路徑。首先，從身體感知到體感意識，建立人文關(guān)懷型冷卻塔外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)。設(shè)計在理念和實踐上加強(qiáng)了人文因素的考慮，由人的身體感知到人的認(rèn)知意識建立，通過感知的關(guān)照使人體驗到具有人文關(guān)懷的公共設(shè)施。其次，以精細(xì)化、藝術(shù)化的巧妙解決冷卻塔對行人、環(huán)境的影響。在對結(jié)構(gòu)的優(yōu)化處理基礎(chǔ)上，通過調(diào)整導(dǎo)流板的角度和方向達(dá)到藝術(shù)化效果，特定角度的導(dǎo)流板能夠在達(dá)到壓降和風(fēng)速控制上，實現(xiàn)更好的聲學(xué)性能和更佳的風(fēng)能控制效果。最后，采用實體模型、虛擬仿真互為實證的方式來論證藝術(shù)形態(tài)的最優(yōu)解。通過仿真模擬方式來試驗論證不同角度產(chǎn)生的不同結(jié)果，以形態(tài)對比的最優(yōu)結(jié)合測試結(jié)果進(jìn)行綜合考量，得出最優(yōu)方案將是今后解決藝術(shù)設(shè)計過程難點的有效途徑。通過藝術(shù)形態(tài)和定量測試的設(shè)計方法，冷卻塔外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)不單是作為單純的機(jī)械設(shè)備，而是結(jié)合了一定的藝術(shù)性和兼具人性化設(shè)計的公共設(shè)施。

綜上所述，人文關(guān)懷的設(shè)計理念為城市公共設(shè)施的提升和改善帶來新的思路和方法，給今后的相關(guān)設(shè)計提供了方向和實踐依據(jù)，具有一定的借鑒價值。從人文關(guān)懷的角度出發(fā)，在充分收集、調(diào)研、歸納人的本質(zhì)需求下進(jìn)行設(shè)計，同時考慮到行人需求、感受、文化、藝術(shù)等各方面因素。由體感到認(rèn)知的過程，既要通過推論進(jìn)行定性分析，也要結(jié)合實驗論證方式進(jìn)行定量分析，兩者結(jié)合才能最終形成集藝術(shù)與科學(xué)共同塑造的公共設(shè)施藝術(shù)作品。這種解決方案符合人的本質(zhì)需求和價值取向，既滿足人們對于公共設(shè)施審美的需求，又保證特殊設(shè)施的功能性。結(jié)合功能性和美感的設(shè)計方法在未來的公共設(shè)施設(shè)計中將會被廣泛運用，為公眾創(chuàng)造一個更加健康、舒適、美好的城市環(huán)境。

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注釋：

① SOLIDWORKS是一個三維CAD（Computer-Aided Design）軟件，主要用于機(jī)械設(shè)計、產(chǎn)品設(shè)計、工業(yè)設(shè)計、工程設(shè)計和模擬領(lǐng)域。SOLIDWORKS的具體作用包括：a可視化設(shè)計：使用者可以在SOLIDWORKS中設(shè)計并以三維形式展示他們的產(chǎn)品；b產(chǎn)品制造：SOLIDWORKS中的制造模擬功能可以幫助用戶預(yù)測制造過程中的問題，以確保最終的產(chǎn)品符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；c模擬和分析：SOLIDWORKS可以對產(chǎn)品的力學(xué)性能、熱學(xué)性能、電學(xué)性能、聲學(xué)性能進(jìn)行模擬和分析，以幫助用戶確保產(chǎn)品的性能。

② 有限元分析法通常運用在三維設(shè)計中，對設(shè)計進(jìn)行驗證，以便找到最佳設(shè)計方案的有限手段。在運用有限元分析軟件分析問題的時候通常需要，首先，對于分析的對象進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的建模還原，并把數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化成有限元模型；其次，對于分析類型進(jìn)行定義，給予分析對象添加材料屬性；最后，對于實驗環(huán)境進(jìn)行設(shè)定施加載荷以及約束條件，再根據(jù)不同情況進(jìn)行求解分析。

③ 由于熱通量參數(shù)對外界影響較小不計算量化分?jǐn)?shù)，不再表中單列

④ 定量分析說明：量化分值分別由距離冷卻塔遠(yuǎn)近能受到影響進(jìn)行分配，總分100分，其中噪音占比40%，溫度與速度兩項需要空氣作為依托傳遞各占比30%。每項的細(xì)分如下：溫度較環(huán)境值，上升下降的絕對值最大范圍不超過3攝氏度，量化為30分，即每0.1攝氏度換算為1分。速度較環(huán)境值而言，最大最小的范圍不超過15m/s，量化為30分，即每1米2分，由于墻外速度為越低越貼合人文關(guān)懷語境，因此速度越高分值越低。噪音環(huán)境而言，噪音總分貝不超過60分貝，總共40分，量化后即為每6分貝4分，噪音越大分值越低。