Mục tiêu phát triển bền vững như liều thuốc giải độc thách thức đô thị

Mối liên hệ giữa biến đổi khí hậu (BĐKH), các thách thức liên quan đến nhiệt đô thị và các Mục tiêu Phát triển Bền vững (SDGs) — được xác định vào năm 2015 trong Chương trình nghị sự 2030 của Liên Hợp Quốc¹²—là nhiều. Trên thực tế, Chương trình nghị sự đặt mục tiêu, đến năm 2030 và hơn thế nữa, tạo ra một thế giới bền vững, ưu tiên nhu cầu của con người và môi trường¹³. Để hỗ trợ mục tiêu đầy tham vọng này, nghiên cứu được trình bày trong đóng góp này đã xem xét các thách thức liên quan đến nhiệt đô thị – bao gồm quá nóng đô thị, tác động sức khỏe liên quan đến nhiệt, hệ thống giám sát và dự báo không đầy đủ, sự cần thiết của các chiến lược thích ứng và giảm thiểu hiệu quả, mô hình tiêu thụ năng lượng khác biệt, giảm chất lượng không khí, suy thoái cơ sở hạ tầng, dễ bị tổn thương xã hội và thách thức kinh tế^{5,6,7,8,9,10,11}—, cùng với các giải pháp được đề xuất và mối liên hệ của chúng với các SDG có liên quan (Hình. 1).

Bằng cách kiểm tra Hình. 1, rõ ràng là SDGs có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc giải quyết những thách thức này. Ví dụ, “Sưởi ấm đô thị” có thể phải đối mặt bằng cách thực hiện các giải pháp như cơ sở hạ tầng xanh, chiến dịch nâng cao nhận thức cộng đồng và hệ thống cảnh báo sớm, phù hợp với SDG 11 (Thành phố và Cộng đồng bền vững) và 3 (Sức khỏe tốt và Hạnh phúc). Tương tự, “Đảo nhiệt đô thị” có thể được giải quyết bằng cách áp dụng các giải pháp như mái nhà xanh, vỉa hè mát mẻ và chiến lược quy hoạch đô thị ưu tiên không gian công cộng, được liên kết với SDG 11 và 7 (Năng lượng sạch và giá cả phải chăng). Thách thức thứ ba, “Ô nhiễm không khí”, có thể được giải quyết bằng cách thực hiện các giải pháp như nguồn năng lượng tái tạo, giao thông hiệu quả năng lượng và hệ thống quản lý chất thải, có liên quan đến SDG 7, 9 (Công nghiệp, Đổi mới và Cơ sở hạ tầng) và 11. Bằng cách tận dụng SDGs, một cách tiếp cận toàn diện có thể được phát triển để giải quyết những thách thức phức tạp do nhiệt đô thị gây ra và tạo ra môi trường đô thị bền vững, kiên cường và lành mạnh.
Tuy nhiên, trong khi SDGs có khả năng đại diện cho một liều thuốc giải độc mạnh mẽ cho những thách thức đô thị đan xen, BĐKH ảnh hưởng đến tiến bộ đối với hầu hết chúng, đặc biệt là những thách thức liên quan đến nghèo đói, y tế, nước, thành phố và hành động khí hậu¹⁴. Các tác động như thời tiết khắc nghiệt và mực nước biển dâng có khả năng ngăn chặn hoặc đảo ngược lợi ích phát triển. Thay vào đó, các biện pháp giảm thiểu và thích ứng với BĐKH có thể giúp đạt được nhiều SDG cùng một lúc thông qua các hành động như chuyển đổi sang năng lượng tái tạo hoặc cải thiện cơ sở hạ tầng chống chịu với khí hậu¹⁴, nhưng các giải pháp phối hợp – thúc đẩy khả năng chống chịu với khí hậu đồng thời hỗ trợ phát triển bền vững, công bằng – là cần thiết, đặc biệt là trong môi trường đô thị.

Biến đổi khí hậu và UHI: các chiến lược quan trọng và giảm thiểu

Báo cáo mới nhất của IPCC cho thấy bằng chứng rõ ràng rằng sự nóng lên toàn cầu đang tiếp tục và tăng cường: với mỗi 0,5 ° C tăng nhiệt độ toàn cầu, có sự gia tăng rõ rệt về nhiệt độ nóng cực đoan, bao gồm các đợt nắng nóng thường xuyên và dữ dội hơn¹⁵. Morevoer, IPCC tuyên bố rằng việc tiếp tục phát thải khí nhà kính (GHG) ở tốc độ hiện tại hoặc cao hơn sẽ gây ra sự nóng lên hơn nữa và những thay đổi liên quan¹⁶. Những phát hiện này nhấn mạnh nhu cầu cấp thiết để hạn chế sự nóng lên toàn cầu bằng cách giảm phát thải khí nhà kính, đồng thời nhấn mạnh sự cần thiết của các biện pháp thích ứng khí hậu chống lại nhiệt độ cực cao, đặc biệt là ở các thành phố.
Hình 2 cho thấy mức độ dự kiến của BĐKH tại các thành phố lớn trên thế giới vào năm 2050. Trên thực tế, CC có tác động lớn hơn đến các thành phố, nơi – do các bề mặt hấp thụ nhiệt như bê tông và nhựa đường – nhiệt độ tăng và các đảo nhiệt được dự đoán sẽ tăng khi CC tăng tốc¹⁷.

Con số này cho thấy mức độ BĐKH tại các thành phố lớn trên thế giới vào năm 2050. (a, b) mức độ thay đổi điều kiện khí hậu. Các thành phố được dự đoán có khí hậu mà không có thành phố lớn nào trải qua trước đây có màu đỏ (chủ yếu là ở vùng nhiệt đới). Các thành phố có điều kiện khí hậu trong tương lai phản ánh điều kiện hiện tại ở các thành phố lớn khác trên thế giới được thể hiện bằng màu xanh lá cây. Kích thước của các chấm thể hiện mức độ thay đổi giữa điều kiện khí hậu hiện tại và tương lai. Nền của các bản đồ là một raster kết hợp có sẵn trong phạm vi công cộng, tức là chỉ cứu trợ bóng mờ USGS và hydro cached. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0217592.g002¹⁸.
Các nghiên cứu khác nhau đã đánh giá cường độ của UHI và mong đợi sự nóng lên đáng kể trong tương lai ở các thành phố: trong các đợt nắng nóng, London được tìm thấy ấm hơn gần 5 ° C so với các khu vực nông thôn lân cận¹⁹; mô hình hóa các tác động khí hậu đối với các thành phố như New York dự đoán UHI sẽ tăng 1-3 °C vào những năm 2050²⁰ trên thực tế, các sự kiện nắng nóng khắc nghiệt liên quan đến sự gia tăng BĐKH ở các khu vực đô thị do hiệu ứng UHI, ảnh hưởng không tương xứng đến sức khỏe cộng đồng²¹. Hình 3 cho thấy nhiều hơn về tổng thể ảnh hưởng của UHI trong việc tăng nhiệt độ ở trung tâm đô thị so với các vùng ngoại ô xung quanh. Nhiệt độ thay đổi giữa − 3,3 °C (khu vực nông thôn bên ngoài) và + 4,3 °C (khu vực đông dân cư) đối với chỉ báo cường độ UHI ban ngày trong suốt mùa hè, trong khi nhiệt độ thay đổi giữa + 0,7 °C và + 4,1 °C cho tháng Bảy²².

Một hình sơ đồ cho thấy cấu trúc phức tạp của UHI trong gigacity, trong đó trong một UHI lớn, nhiều mô hình lưu thông UHI riêng lẻ được hình thành giữa các khu vực đô thị mật độ thấp hơn và cao hơn với việc thiếu khu vực nông thôn. Trong gigacity, lưu thông UHI không mang lại không khí mát hơn và sạch hơn từ các vùng nông thôn mà thu hút không khí vốn đã nóng²³.
Để giảm phát thải khí nhà kính đồng thời giảm nhiệt độ đô thị địa phương, cần có quy hoạch và thiết kế đô thị tốt hơn, bao gồm các chiến lược như cơ sở hạ tầng xanh và vật liệu phản chiếu, quan trọng để thích ứng với các thành phố với nhiệt độ cao hơn^20,21.
Trên thực tế, UHI có thể được giảm thiểu bằng cách tăng độ che phủ của thảm thực vật, thêm cơ sở hạ tầng xanh, sử dụng mái nhà mát mẻ, vỉa hè và lớp phủ, cải thiện hiệu quả năng lượng của tòa nhà và thực hiện các nguyên tắc tăng trưởng thông minh. Thêm không gian xanh và cây xanh giúp làm mát thoát hơi nước trong khi mái nhà và vỉa hè phản chiếu làm giảm sự hấp thụ năng lượng mặt trời²⁴. Sự phát triển nhỏ gọn, sử dụng hỗn hợp hạn chế các bề mặt giữ nhiệt trải dài²⁵. Vỉa hè mát mẻ, cấu trúc bóng râm và các tính năng nước cũng giúp giảm nhiệt độ thông qua sự bốc hơi và đối lưu¹⁷. Những chiến lược này, chủ yếu đề cập đến không gian công cộng đô thị, có thể làm việc cùng nhau để giảm UHI và tạo ra các thành phố mát mẻ hơn, đáng sống hơn.
Ông và cộng sự.⁴ đã kiểm tra bối cảnh nghiên cứu về các chiến lược giảm thiểu và thích ứng nhiệt đô thị, tìm thấy sự tăng trưởng đáng kể được thúc đẩy bởi các tác động của BĐKH và đô thị hóa như UHI và sóng nhiệt, nhưng cũng có những khoảng trống quan trọng bao gồm: thiếu sự tích hợp liên ngành trên các lĩnh vực khác nhau; nhấn mạnh quá mức vào các giải pháp kỹ thuật hơn là các khía cạnh chính sách / quản trị; Một sự xem xét hạn chế về các vấn đề công bằng môi trường xung quanh tính dễ bị tổn thương nhiệt không cân xứng mà các nhóm dân cư bị thiệt thòi phải đối mặt. Nghiên cứu của anh ấy²⁶ nhấn mạnh sự cần thiết phải thực hiện công bằng các can thiệp thiết kế đô thị để giảm thiểu UHI ở các cộng đồng khó khăn phải đối mặt với việc tiếp xúc với nhiệt không cân xứng do các yếu tố như bề mặt không thấm nước quá mức và thiếu không gian xanh. Các chiến lược được đề xuất bao gồm tăng cơ sở hạ tầng xanh để che bóng / làm mát, sử dụng vỉa hè / mái nhà mát mẻ, cải thiện hành lang thông gió và có khả năng sửa đổi hình học đô thị. Các biện pháp này tập trung vào việc giảm các nguồn nhiệt và cung cấp làm mát nên được ưu tiên ở các khu vực thu nhập thấp, dễ bị tổn thương do nhiệt như một phần của kế hoạch hành động nhiệt để giải quyết bất công môi trường liên quan đến nguyên nhân.

Nhà nước của nghệ thuật: điều tra các chiến lược giảm thiểu hiệu ứng UHI trong không gian mở đô thị

Trong giai đoạn sơ bộ của nghiên cứu này, một phân tích chuyên sâu về 25 tài liệu nghiên cứu điều tra hiệu ứng UHI đã được tiến hành và lập bản đồ như thể hiện trong Hình. 4^{22,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49}. Các nghiên cứu này sử dụng các khung phân tích khác nhau, kiểm tra các nghiên cứu điển hình trên các vùng khí hậu khác nhau và đề xuất một loạt các chiến lược giảm thiểu và thiết kế để giải quyết hiện tượng UHI. Công cụ mô phỏng Envi-met là phương pháp được sử dụng nhiều nhất, được sử dụng trong 38% các nghiên cứu. ArcGIS, một phần mềm hệ thống thông tin địa lý, đã được sử dụng trong 8% các trường hợp. Các công cụ mô phỏng khác, chẳng hạn như InVEST, MODIS EVI và PSU / NCAR, chiếm 27% các nghiên cứu. Cuối cùng, 27% các nghiên cứu dựa vào các công cụ phân tích số cho khung phân tích của họ như thể hiện trong Hình. 5.
Bản đồ cung cấp tổng quan toàn cầu về các nghiên cứu khác nhau về các chiến lược giảm thiểu nhiệt đô thị được áp dụng trên khắp các quốc gia và thành phố. (Công phu của tác giả).
Biểu đồ này cung cấp tổng quan về các kỹ thuật tính toán phổ biến và các công cụ mô hình hóa được áp dụng trong các nghiên cứu về quy hoạch đô thị bền vững và các biện pháp thích ứng với khí hậu để giải quyết các hiệu ứng đảo nhiệt đô thị. (Công phu của tác giả).
Sau khi phân tích các chiến lược giảm thiểu và thiết kế được đề xuất trong 25 nghiên cứu, một loạt các phương pháp tiếp cận đã xuất hiện. Chiến lược phổ biến nhất, được 46% các nghiên cứu áp dụng, liên quan đến việc thực hiện cây xanh và thảm thực vật, chẳng hạn như công viên, rừng đô thị, mái nhà xanh và các khu vực thực vật khác. Cách tiếp cận dựa trên thiên nhiên này được công nhận rộng rãi vì lợi ích nhiều mặt của nó, bao gồm giảm thiểu tác động của đảo nhiệt đô thị, cải thiện chất lượng không khí, thúc đẩy đa dạng sinh học và tăng cường khả năng sống tổng thể.
Các phương pháp xử lý mái nhà, bao gồm mái nhà xanh và mái nhà mát mẻ, đã được đề xuất trong 22% nghiên cứu, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc giải quyết tác động của môi trường xây dựng đối với vi khí hậu đô thị và hiệu quả năng lượng. Ngoài ra, 8% các nghiên cứu khuyến nghị kết hợp không gian nước và các cơ thể màu xanh, nhận ra tiềm năng của chúng để làm mát và tăng cường cảnh quan đô thị tổng thể. Các đặc tính vật liệu, chẳng hạn như vật liệu cách nhiệt và suất phản chiếu, đã được nghiên cứu trong 14% các nghiên cứu, cho thấy sự tập trung vào việc tối ưu hóa vật liệu xây dựng và tính chất nhiệt của chúng. Hơn nữa, 5% các nghiên cứu đã khám phá ảnh hưởng của các hình học khác nhau, chẳng hạn như chiều cao và tỷ lệ xây dựng, đối với vi khí hậu đô thị và hiệu suất môi trường.
Các nghiên cứu điển hình bao gồm một loạt các vùng khí hậu, bao gồm nhiệt đới, khô cằn / bán khô cằn, Địa Trung Hải, cận nhiệt đới, lục địa ẩm và ôn đới. Các vùng nhiệt đới với nhiệt độ và lượng mưa cao được thể hiện tốt, cũng như khí hậu sa mạc nóng và lạnh với lượng mưa thấp. Một số lượng đáng kể tập trung vào Địa Trung Hải và cận nhiệt đới với mùa đông ôn hòa, ẩm ướt và mùa hè nóng, khô. Khí hậu lục địa ẩm ướt với các mùa rõ rệt và vùng ôn đới cũng được kiểm tra. Sự đa dạng khí hậu này cho phép hiểu biết toàn diện về các chiến lược giảm thiểu đô thị phù hợp với các bối cảnh môi trường khác nhau.

Thiết kế bền vững cho không gian công cộng mở đô thị

Hầu hết các chiến lược thích ứng nhiệt đô thị sẽ được thực hiện trong các không gian công cộng mở đô thị. Theo nghĩa này, thiết kế bền vững có thể đồng thời cải thiện sự thoải mái về môi trường và đảm bảo một không gian công cộng an toàn và hấp dẫn. Bao vây không gian hiệu quả và vị trí chiến lược của chỗ ngồi, ánh sáng và thảm thực vật thúc đẩy cuộc sống công cộng sống động⁵⁰. Từ những năm 1970, nhiều khái niệm đã tập trung vào mối quan hệ giữa hành vi của con người và môi trường, sử dụng và định hình không gian công cộng. Bằng cách kết nối bối cảnh đô thị của thành phố, không gian công cộng đã phát triển tính dễ đọc. Họ xác định bản sắc của thành phố bằng cách đưa người dân địa phương lại với nhau cho các loại hoạt động khác nhau bằng cách áp dụng các mục tiêu bao gồm chất lượng, sự đa dạng, khả năng thích ứng⁵¹.
Như thể hiện trong Bảng 2, SDGs, cụ thể là SDG 11 về các thành phố và cộng đồng bền vững, kết nối chặt chẽ với các nguyên tắc thiết kế đô thị tinh thần bao gồm hình thức thành phố dễ đọc của Kevin Lynch⁵², cảnh quan đường phố sống động của Allan Jacobs⁵³, những con phố đáng sống của Donald Appleyard⁵⁴và cách tiếp cận lấy con người làm trung tâm của các cơ quan Vương quốc Anh như DETR và CABE⁵⁵. Nghiên cứu gần đây tiếp tục cho thấy những ý tưởng nền tảng về khả năng đi bộ, thiết kế quy mô con người, sự sống động xã hội và bản sắc cộng đồng giúp thúc đẩy tiến bộ về các thành phố toàn diện, an toàn, kiên cường và bền vững phù hợp với SDGs¹².
Table 2 This table shows the relation between SDGs and urban design principles (Authors’ elaboration). (nature.com)

Phương pháp luận

Nghiên cứu cho thấy các không gian mở đô thị thành công đặt nhu cầu của con người lên hàng đầu, sử dụng các nguyên tắc thiết kế tạo ra không gian hòa nhập để kết nối, sáng tạo và nâng cao chất lượng cuộc sống. Các yếu tố như khối nhỏ, khả năng tiếp cận người đi bộ, phủ xanh và sử dụng cộng đồng linh hoạt có thể biến không gian mở thành những nơi chào đón phản ánh bản sắc địa phương. Cách tiếp cận lấy con người làm trung tâm cũng áp dụng các nguyên tắc an toàn để thúc đẩy các tương tác tích cực và giảm tội phạm. Bằng cách tổng hợp các lý thuyết thiết kế đô thị đa dạng, khung Không gian Cộng đồng Mở được đề xuất của chúng tôi nhằm mục đích tạo ra các lĩnh vực công cộng bền vững về mặt xã hội, thúc đẩy sức khỏe, công bằng và khả năng sống cho tất cả mọi người, phù hợp với các Mục tiêu Phát triển Bền vững như Thành phố và Cộng đồng Bền vững, Hành động Khí hậu, Hòa bình và Công lý. Nghiên cứu này nhấn mạnh sự cần thiết của các không gian mở đô thị để nuôi dưỡng vốn xã hội và đáp ứng nhu cầu quy mô con người nếu họ thực sự phục vụ cộng đồng của họ trong khi thúc đẩy tầm nhìn của SDGs về các thành phố bao trùm, an toàn, kiên cường và bền vững.
Phương pháp được hiển thị trong Hình. 6 cho thấy quá trình liên kết SDGs với các nguyên tắc thiết kế đô thị đã được thiết lập từ các nguồn như Kevin Lynch, Allan Jacobs, Donald Appleyard và hướng dẫn DETRE/CABE. Những nguyên tắc này được ánh xạ đến các đặc điểm đô thị mong muốn như thiết kế quy mô con người, kết nối, phủ xanh, tiếp cận toàn diện, ý thức đặc biệt về địa điểm, sử dụng cộng đồng linh hoạt và an toàn lấy con người làm trung tâm.
Figure 6 Biểu đồ thể hiện khung khái niệm của nghiên cứu, liên kết các nguyên tắc thiết kế đô thị với SDGs thông qua quá trình đánh giá để tạo ra một đề xuất thiết kế (Xây dựng của tác giả).

Các hành động thiết kế cụ thể (các phần tử được mã hóa a-g) sau đó được đề xuất để đạt được các đặc điểm này. Một đề xuất ban đầu kết hợp các hành động này trải qua xác nhận tác động môi trường, ở giai đoạn này, một danh sách kiểm tra thiết kế đã được đề xuất dựa trên các hành động thiết kế được cung cấp để đánh giá các lựa chọn thay thế thiết kế khác nhau.
Một dự án nghiên cứu điển hình tập trung vào một không gian đô thị tại Viale Carlo Felice Gardens đã được thực hiện để kiểm tra các tiêu chí đánh giá được cung cấp. Trường hợp cơ sở đã được phân tích, và một trường hợp cải tạo đã được đề xuất bằng cách áp dụng các hành động thiết kế cụ thể được trích xuất ở giai đoạn trước.
Sau đó, một mô phỏng môi trường sử dụng phần mềm Envi-met đã được tiến hành để đánh giá cả trường hợp cơ sở hiện tại và trường hợp được cải tạo, cho phép hiểu được các hành động thiết kế được đề xuất ảnh hưởng đến hiệu suất môi trường của không gian đô thị như thế nào.
Cuối cùng, Kết quả từ các mô phỏng xác nhận tác động môi trường đã được sử dụng để cung cấp những hiểu biết có giá trị về hiệu suất và hành vi của thiết kế được cải tạo trong các điều kiện khác nhau để đánh giá trường hợp cải tạo dựa trên các tiêu chí được nêu trong danh sách kiểm tra được cung cấp.
Tóm lại, phương pháp này cung cấp một quá trình phân tích lặp đi lặp lại, chuyển các mục tiêu bền vững cấp cao thành các hành động thiết kế đô thị cụ thể, xác nhận tác động môi trường của chúng thông qua mô phỏng, học hỏi từ các nghiên cứu điển hình và xác minh đề xuất cuối cùng dựa trên các tiêu chí đã thiết lập.
Khung của chúng tôi tích hợp các thực tiễn tốt nhất về thiết kế đô thị với SDGs để tạo ra các không gian công cộng mang lại lợi ích cho cả con người và hành tinh.
Nghiên cứu này điều chỉnh khái niệm trước đó, tập trung vào việc thiết kế không gian mở thúc đẩy kết nối xã hội, khả năng đi bộ, khả năng tiếp cận, tính bền vững và cảm giác về địa điểm, theo các nghiên cứu tài liệu, các nguyên tắc chính của khái niệm là:

• Thiết kế quy mô con người: tập trung vào Không gian được thiết kế cho người đi bộ trước tiên, nguyên tắc này liên quan đến SDG 11 (Thành phố và Cộng đồng bền vững) bằng cách tạo ra môi trường đô thị có thể đi bộ, đáng sống.
• Kết nối: Có nhiều lựa chọn tuyến đường để di chuyển qua không gian, với khả năng kết nối cao với các khu vực xung quanh, Pathways thúc đẩy đi bộ và có các tiện nghi để kích hoạt không gian. nguyên tắc này liên quan đến SDG 11 bằng cách thúc đẩy các lựa chọn giao thông an toàn, giá cả phải chăng và bền vững ở các khu vực đô thị.
• Phủ xanh: Cảnh quan, cây cối, người trồng cây và không gian xanh được tích hợp xuyên suốt để cung cấp cây xanh, bóng mát, đa dạng sinh học và lợi ích bền vững Nguyên tắc này liên quan đến SDG 13 (Hành động Khí hậu) và SDG 15 (Cuộc sống trên đất liền) bằng cách tích hợp thiên nhiên và đa dạng sinh học vào cảnh quan thành phố và tăng độ che phủ xanh.
• Truy cập toàn diện: Không gian có thể truy cập cho mọi lứa tuổi và khả năng, với các tiện nghi như khu vực chỗ ngồi, khu vực dành cho trẻ em, các dịch vụ khác nhau và sắc thái để phục vụ các nhu cầu khác nhau. Các tuyến đường có thể tiếp cận kết nối các điểm đến. nguyên tắc này liên quan đến SDG 10 (Giảm bất bình đẳng) bằng cách cung cấp không gian công cộng dễ tiếp cận cho mọi người ở mọi lứa tuổi, giới tính và khả năng và SDG 11 (Thành phố và Cộng đồng Bền vững).
• Ý thức đặc biệt về địa điểm: Văn hóa, lịch sử và các đặc điểm môi trường địa phương được thể hiện thông qua nghệ thuật công cộng, lập trình và chiến lược tạo địa điểm. Không gian kể câu chuyện của cộng đồng. nguyên tắc này liên quan đến SDG 11 bằng cách cung cấp quyền truy cập vào các không gian công cộng và xanh an toàn, toàn diện cho tất cả mọi người.
• Sử dụng cộng đồng linh hoạt: Không gian thích ứng để hỗ trợ các mục đích sử dụng cộng đồng khác nhau như chợ, biểu diễn, lễ hội nghệ thuật, v.v. Bằng cách sử dụng chỗ ngồi và các yếu tố tương tác cho phép linh hoạt. nguyên tắc này liên quan đến SDG 11 bằng cách cung cấp quyền truy cập phổ cập vào các không gian xanh và công cộng an toàn, toàn diện và dễ tiếp cận.
• An toàn lấy con người làm trung tâm: Thiết kế thúc đẩy giám sát tự nhiên và tương tác xã hội tích cực, sử dụng các nguyên tắc Phòng chống tội phạm thông qua thiết kế môi trường (CPTED). Ánh sáng, tầm nhìn và cách sắp xếp ưu tiên sự thoải mái cho người đi bộ. nguyên tắc này liên quan đến SDG 16 (Hòa bình, Công lý và các thể chế mạnh mẽ) bằng cách giảm bạo lực và tội phạm thông qua thiết kế môi trường.

Tất cả các nguyên tắc này được kết nối với tính bền vững của đô thị, đòi hỏi phải giải quyết toàn diện các nhu cầu về môi trường, kinh tế và xã hội một cách tích hợp thông qua quy hoạch, chính sách đô thị và hành động cộng đồng. Vì vậy, theo khái niệm được thông qua, phương pháp luận của nghiên cứu này đã chuyển các nguyên tắc thiết kế chính thành các hành động thiết kế phản ánh các khía cạnh xã hội, môi trường và kinh tế thông qua Hình 7.
Specific design actions (coded elements a-g) are then proposed to achieve these characteristics. An initial proposal incorporating these actions undergoes environmental impact validation, at this stage, a design checklist was proposed based on the provided design actions to evaluate different design alternatives.
A case study project focusing on an urban space at Viale Carlo Felice Gardens was undertaken to examine the provided evaluation criteria. The base case was analyzed, and a renovation case was proposed by applying specific design actions extracted at the previous stage.
Subsequently, an environmental simulation using the Envi-met software was conducted to evaluate both the existing base case and the renovated case, enabling an understanding of how the proposed design actions influenced the environmental performance of the urban space.
Finally, the Results from the environmental impact validation simulations was used to provide valuable insights into the performance and behavior of the renovated design under various conditions to evaluate the renovated case based on the criteria outlined in the provided checklist.
To summarize, the methodology provides an iterative, analytical process that translates high-level sustainability goals into concrete urban design actions, validates their environmental impact through simulations, learns from case studies, and verifies the final proposal against established criteria.
Our framework integrates urban design best practices with the SDGs to create public spaces that benefit both people and the planet.
This research adapts the previous concept, which focuses on designing open spaces that promote social connection, walkability, accessibility, sustainability, and a sense of place, according to the literature studies, the main principles of the concept are:

• Human-Scale Design: focuses on Spaces designed for pedestrians first, this principle relates to SDG 11 (Sustainable Cities and Communities) by creating walkable, livable urban environments.
• Connectivity: There are multiple route options to move through the space, with high connectivity to surrounding areas, Pathways promote walking and there are amenities to activate the space. this principle is related to SDG 11 by promoting safe, affordable, and sustainable transport options in urban areas.
• Greening: Landscaping, trees, planters, and greenspaces are integrated throughout to provide greenery, shade, biodiversity, and sustainability benefits this principle relates to SDG 13 (Climate Action) and SDG 15 (Life on Land) by integrating nature and biodiversity into city landscapes and increasing green cover.
• Inclusive Access: The space is accessible to all ages and abilities, with amenities like seating areas, kids’ areas, different services, and shades to serve different needs. Accessible routes connect destinations. this principle relates to SDG 10 (Reduced Inequalities) by providing accessible public spaces for people of all ages, genders, and abilities and SDG 11 (Sustainable Cities and Communities).
• Distinctive Sense of Place: Local culture, history, and environmental features are shown through public art, programming, and place-making strategies. The space tells the story of the community. this principle relates to SDG 11 by providing access to safe, inclusive green and public spaces for all.
• Flexible Community Uses: The space adapts to support different community uses like markets, performances, art festivals, and more. By using seating and interactive elements that allow flexibility. this principle relates to SDG 11 by providing universal access to safe, inclusive, and accessible green and public spaces.
• Human-Centered Safety: Design promotes natural surveillance and positive social interactions, using principles of Crime Prevention Through Environmental Design (CPTED). Lighting, visibility, and arrangements prioritize pedestrian comfort. this principle relates to SDG 16 (Peace, Justice, and Strong Institutions) by reducing violence and crime through environmental design.

All these principles are connected to urban sustainability which requires holistically addressing environmental, economic, and social needs in an integrated way through urban planning, policy, and community action. So according to the adopted concept, the methodology of this research has translated the main design principles into design actions that reflect the social, environmental, and economic aspects through Figure 7.

This diagram represents how the key design concepts were transformed into design actions that reflected the social, environmental, and economic aspects (Authors’ elaboration). Sơ đồ này thể hiện cách các khái niệm thiết kế chính được chuyển đổi thành các hành động thiết kế phản ánh các khía cạnh xã hội, môi trường và kinh tế (Xây dựng của tác giả).

Những thách thức về nhiệt đô thị, SDGs và không gian công cộng

The methodology of this research is structured through the following steps displayed in the schematic diagram of Figure 6 to achieve the main objective of the study. The strategy adopted is to show how urban heat islands (UHI) influence thermal comfort in an urban open space in Rome, Italy, and how urban design can be used to mitigate these effects. For this reason, a redesign of the urban open space is proposed which incorporates the principles of bioclimatic design to mitigate the effects of UHI to improve thermal comfort to achieve a good level of thermal comfort in the area being tested (Case study of Viale Carlo Felice gardens in Rome). The selected site represents a typical public open green space in an urban environment. It was selected based on its importance, historical context, as it incorporates important heritage architecture, and effect on the urban form of the city, as well as for some criticalities like the fact that it is currently prone to pluvial flooding in case of heavy rains. The project will extend irrigation across the green area, reinforce eroding slopes, replace part of the drainage system, and consider adding an underground water recycling tank and fountain to prevent flooding while improving irrigation and planning for future additions according to the request of the local community⁵⁷.
The methodological framework set out in this contribution is based on the most recent scientific literature^58,59 and on international documents and reports on input modeling-simulation-output simulation design simulation systems, constituting a reference framework for the identification of the environmental technological systems being analyzed scientific (input modelling), the definition of possible intervention scenarios with the selection of the most suitable alternative solutions based on the simulation results obtained (simulation), finally the definition of an intervention model adaptable to different contexts (output modelling).

Thách thức nhiệt đô thị

Các khu vực đô thị trên toàn cầu đang phải đối mặt với những thách thức leo thang bắt nguồn từ nắng nóng đô thị, một hiện tượng được khuếch đại bởi hiệu ứng UHI và tần suất ngày càng tăng của các đợt nắng nóng³. Những thách thức nhiệt đô thị này đặt ra mối đe dọa đối với sự thịnh vượng, khả năng sống và tính bền vững của các thành phố. Phát triển sự hiểu biết toàn diện về bản chất nhiều mặt của nhiệt đô thị là rất quan trọng để đưa ra các chiến lược hiệu quả để giảm thiểu tác động bất lợi của nó.
Bảng 1 cung cấp một cái nhìn tổng quan chi tiết về các khía cạnh chính của các thách thức nhiệt đô thị. Nó nhấn mạnh cách quá nóng đô thị có thể phá vỡ các hệ thống đô thị thiết yếu, chẳng hạn như các cơ sở điều hòa không khí, mô hình hoạt động ngoài trời và sự sẵn có của nơi trú ẩn. Các tác động liên quan đến sức khỏe của việc tiếp xúc với nhiệt cũng nổi lên như một mối quan tâm lớn, nhấn mạnh sự cần thiết phải cải thiện kiến thức và nhận thức của người dân đô thị⁴.
 
The research, was developed through:

• The collection of climate data and the analysis of the main environmental factors;
• The identification of focal points in the context, representative of bioclimatic behavior;
• The definition of the environmental profiles of the context (surface materials, vegetation and heights of the urban context) using direct observation in site visits and the tools of Google Earth and Google Street View;
• The modeling of the microclimate of the study areas ex ante, through the ENVI-met software (version 5.1.5) to evaluate how different development models, including variable quantities of pavement and vegetation, influence localized temperatures;
• The development of parameters that highlight the individual’s psychophysical well-being condition in relation to the environment in which he finds himself, such as the Predicted Mean Vote (PMV) and the Predicted Percentage of Dissatisfied (PPD);
• The processing of environmental parameters such as Physiological Equivalent Temperature (PET) (°C);
• The design of the park, as a listed historical park, the redevelopment was carefully designed to avoid major changes that could compromise the heritage value and historical features of the site.
• The evaluation and discussion of the outcomes of the parameters examined with the dynamic simulations and bioclimatic-environmental evaluation of the pre- and post-operation state in summer conditions at 9.00 and 15.00.

It is necessary to specify how the input environmental data within the predictive environmental simulation software ENVI-met 5.1.5 were analyzed by consulting thermal and energy simulation programs such as, among others, Energy Plus and the data study climate data in the historical series of the last 25 years granted by the Department of Italian Civil Protection and the Meteorological Service of the Italian Air Force (Figure 8). The model created has a real size of 150 × 90 m (50 × 30 m in the model created, with grid cell dimensions 3 × 3 × 3 m) and a rotation, with respect to the North, of 335°. The same was achieved by placing the area subject to intervention as the center of gravity and the consolidated residential context as the margin. The model was equipped with a nesting area of 10 cells, equal to 30 m, to improve the quality of the simulation. The objective of the simulation, in summer conditions, is to demonstrate the effectiveness of technological-environmental solutions within the project area, capable of reducing overall, compared to the actual state, the environmental comfort indices perceived by users such as be the PMV, the PPD and the PET.

Input environmental data and digitized model set in predictive environmental simulation software ENVI-met v.5.1.5. (Authors’ elaboration). Nhập dữ liệu môi trường và bộ mô hình số hóa trong phần mềm mô phỏng môi trường dự đoán ENVI-met v.5.1.5. (Công phu của tác giả).

Case-study of Viale Carlo Felice gardens

This study utilizes ENVI-met software to simulate different urban design interventions in a case study neighborhood and evaluate their potential to mitigate UHI effects. ENVI-met allows the modeling of microclimate dynamics in urban areas with a high spatial and temporal resolution.
The Research area is in Rome, Municipio I, Esquilino, its street park called Viale Carlo Felice Gardens (41.8867° N, 12.5107° E), is a significant site located between the Lateran Basilica and the Basilica of S. Croce, within the Aurelian Walls’ ring. This area has been open since the Middle Ages.
On the other side of the Aurelian Walls, the southern portion of Viale Castrense runs parallel just outside the Aurelian Walls, which delineate Rome’s historic city center. Viale Castrense is a long, straight urban arterial road located southeast of Rome’s city center. It stretches approximately 2 km from the Aurelian Walls to the intersection of Via Tuscolana, the buildings lining Viale Castrense are simpler and smaller in scale here compared to the taller residential blocks further north. Their modest 3–4 story heights are sympathetic to the adjacent historic walls.
The Aurelian Walls are ancient fortification walls built in the third century AD to defend the city of Rome, the Aurelian Walls have had a significant impact on Rome’s microclimate and UHI effect. Their imposing brick and concrete materials absorb heat during the daytime and slowly release it at night, helping regulate temperatures. The walls also act as a windbreak and reduce the air flow.
As shown in Fig. 9, the Esquilino Area is 3.09 km² with a population Density of 10 685,11 ab./km², The population density decreases as the distance from the center increases, indicating the metropolitan system’s primarily monocentric character. Except for the eastern quadrant, which has generally been the most urbanized, the outer urban regions are usually characterized by very low-density indices.

Nghiên cứu điển hình về vườn Viale Carlo Felice

Nghiên cứu này sử dụng phần mềm ENVI-met để mô phỏng các can thiệp thiết kế đô thị khác nhau trong một khu vực nghiên cứu điển hình và đánh giá tiềm năng của chúng để giảm thiểu tác động của UHI. ENVI-met cho phép mô hình hóa động lực vi khí hậu ở các khu vực đô thị với độ phân giải không gian và thời gian cao.
Khu vực nghiên cứu nằm ở Rome, Municipio I, Esquilino, công viên đường phố của nó được gọi là Viale Carlo Felice Gardens (41,8867 ° N, 12,5107 ° E), là một địa điểm quan trọng nằm giữa Vương cung thánh đường Lateran và Vương cung thánh đường S. Croce, trong vòng tròn của Bức tường Aurelian. Khu vực này đã mở cửa từ thời Trung cổ.
Ở phía bên kia của Bức tường Aurelian, phần phía nam của Viale Castrense chạy song song ngay bên ngoài Bức tường Aurelian, nơi phân định trung tâm thành phố lịch sử của Rome. Viale Castrense là một con đường huyết mạch đô thị dài, thẳng nằm ở phía đông nam trung tâm thành phố Rome. Nó trải dài khoảng 2 km từ Bức tường Aurelian đến giao lộ của Via Tuscolana, các tòa nhà dọc theo Viale Castrense đơn giản hơn và quy mô nhỏ hơn ở đây so với các khối dân cư cao hơn ở phía bắc. Chiều cao khiêm tốn 3-4 tầng của họ có cảm tình với các bức tường lịch sử liền kề.
Bức tường Aurelian là những bức tường pháo đài cổ được xây dựng vào thế kỷ thứ ba sau Công nguyên để bảo vệ thành phố Rome, Bức tường Aurelian đã có tác động đáng kể đến vi khí hậu và hiệu ứng UHI của Rome. Vật liệu gạch và bê tông hùng vĩ của chúng hấp thụ nhiệt vào ban ngày và từ từ giải phóng nó vào ban đêm, giúp điều chỉnh nhiệt độ. Các bức tường cũng hoạt động như một tấm chắn gió và giảm lưu lượng không khí.
Như thể hiện trong Hình. 9, Khu vực Esquilino là 3,09 km² với mật độ dân số là 10 685,11 ab./km², Mật độ dân số giảm khi khoảng cách từ trung tâm tăng lên, cho thấy đặc tính đơn tâm chủ yếu của hệ thống đô thị. Ngoại trừ góc phần tư phía đông, thường được đô thị hóa nhiều nhất, các khu vực đô thị bên ngoài thường được đặc trưng bởi các chỉ số mật độ rất thấp.

Map of Municipio I, Esquilino area, The background raster imagery used in this map was obtained from the following public source, “File:Roma Municipio I locator map.svg—Wikipedia.” Accessed: Nov. 24, 2023. (Online). Available: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Roma_Municipio_I_locator_map.svg (distributed under CC BY-SA 4.0 license; https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/)⁶⁰. Bản đồ Municipio I, khu vực Esquilino, Hình ảnh raster nền được sử dụng trong bản đồ này được lấy từ nguồn công khai sau, “Tập tin:Roma Municipio I locator map.svg—Wikipedia.” Truy cập: Ngày 24 tháng 11 năm 2023. [Trực tuyến]. Có sẵn: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Roma_Municipio_I_locator_map.svg (được phân phối theo giấy phép CC BY-SA 4.0; https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/)⁶⁰.

The high population density in urban areas can strengthen infrastructure, boost economic productivity, and enable social connections, but density also presents challenges like providing thermally comfortable public spaces; improving microclimate conditions could encourage more outdoor time, benefiting health, well-being, and social life, so cities must balance density’s benefits while enhancing public space microclimates to maximize quality of life.

Climate & environmental analysis

Temperatures vary between − 3.3 °C (rural areas outside) and + 4.3 °C (densely populated areas) for the daily UHII intensity indicator throughout the summer season, whereas temperatures vary between + 0.7 °C and + 4.1 °C for July. The phenomena of the UHI may be seen in both scenarios, but with varying intensities, in most of the municipalities I, II, IV, and V, and more limitedly in the XIII as shown in Fig. 10.
Mật độ dân số cao ở các khu vực đô thị có thể củng cố cơ sở hạ tầng, tăng năng suất kinh tế và cho phép kết nối xã hội, nhưng mật độ cũng đặt ra những thách thức như cung cấp không gian công cộng thoải mái về nhiệt; Cải thiện điều kiện vi khí hậu có thể khuyến khích nhiều thời gian ngoài trời hơn, mang lại lợi ích cho sức khỏe, hạnh phúc và đời sống xã hội, vì vậy các thành phố phải cân bằng lợi ích của mật độ trong khi tăng cường vi khí hậu không gian công cộng để tối đa hóa chất lượng cuộc sống.

Phân tích khí hậu & môi trường

Nhiệt độ thay đổi giữa − 3,3 °C (khu vực nông thôn bên ngoài) và + 4,3 °C (khu vực đông dân cư) cho chỉ số cường độ UHII hàng ngày trong suốt mùa hè, trong khi nhiệt độ thay đổi giữa + 0,7 °C và + 4,1 °C cho tháng Bảy. Các hiện tượng của UHI có thể được nhìn thấy trong cả hai kịch bản, nhưng với cường độ khác nhau, ở hầu hết các đô thị I, II, IV và V, và hạn chế hơn trong XIII như thể hiện trong Hình. 10.

Maps that show the phenomena of urban heat island effect and intensity in Rome, Italy (distributed under CC BY-SA 4.0 license; https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/)⁶¹. Bản đồ thể hiện hiện tượng hiệu ứng và cường độ đảo nhiệt đô thị ở Rome, Ý (phân phối theo giấy phép CC BY-SA 4.0; https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/)⁶¹.

Urban structure

The site is well-served by many transportation options. There are strong bus and tram connections, Metro line A has two stations in the area. Active transportation options in the form of walking, and to a lesser degree cycling, exist in the project area, but the consistency of any strong bike network is fragmented.
The bus routes are concentrated along the major arterial roads. Having clear, safe, and well-lit sidewalk access from within the neighborhoods to the bus stops on the arterial roads is critical to making these facilities functional and attractive to residents, and well-used all year round, The local community destinations residents visit regularly—like parks, schools, community centers, libraries, museums, places of worship, clubs, shops, and transit—are located at a walkable distance as shown in Fig. 11; improving access to and experience at these neighborhood places can positively impact residents’ feelings, enjoyment, sense of belonging and pride.

Cấu trúc đô thị

Trang web được phục vụ tốt bởi nhiều lựa chọn giao thông. Có kết nối xe buýt và xe điện mạnh mẽ, tuyến tàu điện ngầm A có hai ga trong khu vực. Các lựa chọn giao thông chủ động dưới hình thức đi bộ, và ở mức độ thấp hơn là đi xe đạp, tồn tại trong khu vực dự án, nhưng tính nhất quán của bất kỳ mạng lưới xe đạp mạnh mẽ nào đều bị phân mảnh.
Các tuyến xe buýt tập trung dọc theo các tuyến đường huyết mạch chính. Có lối đi vỉa hè thông thoáng, an toàn và đủ ánh sáng từ trong các khu phố đến các trạm xe buýt trên các tuyến đường huyết mạch là rất quan trọng để làm cho các cơ sở này hoạt động và hấp dẫn đối với cư dân và được sử dụng tốt quanh năm, Các điểm đến cộng đồng địa phương mà cư dân ghé thăm thường xuyên — như công viên, trường học, trung tâm cộng đồng, thư viện, bảo tàng, nơi thờ cúng, câu lạc bộ, cửa hàng và phương tiện công cộng — nằm ở khoảng cách có thể đi bộ như trong Hình. 11; Cải thiện khả năng tiếp cận và trải nghiệm tại những địa điểm lân cận này có thể tác động tích cực đến cảm xúc, sự thích thú, cảm giác thân thuộc và tự hào của cư dân.

Roads maps and facilities around the study area, Background map from OpenStreetMap (2023), Retrieved from (https://www.openstreetmap.org) (Authors’ elaboration). Bản đồ đường xá và cơ sở vật chất xung quanh khu vực nghiên cứu, Bản đồ nền từ OpenStreetMap (2023), Lấy từ (https://www.openstreetmap.org) (Xây dựng của tác giả).

Existing and redesign

As shown in Fig. 12, the existing master plan of Carlo Felice Gardens and the Viale Castrense (41.88° N, 12.51° E), its linear urban park along an arterial road, the space is edged by the Aurelian walls, several trees line the perimeter providing partial shade. The garden, fenced off and open to the public during the day, is divided into a succession of planes and longitudinal paths, belvederes and fountains that punctuate the perspectives revealing historical suggestions and new livability. The central path is bordered by a double row of holm oaks divides the expansive open green areas, while the one along the sidewalk, bordered by a row of plane trees, has been reinstated with new specimens, restored, and equipped for resting⁴⁷. The innermost part is organized on different heights, connected by several stairways. Overall, the space lacks diversity, with minimal amenities for recreation, social gathering, or relaxation as shown in Fig. 13.

Hiện có và thiết kế lại

Như thể hiện trong Hình. 12, quy hoạch tổng thể hiện tại của Carlo Felice Gardens và Viale Castrense (41,88 ° N, 12,51 ° E), công viên đô thị tuyến tính của nó dọc theo một con đường huyết mạch, không gian được bao quanh bởi các bức tường Aurelian, một số cây dọc theo chu vi cung cấp một phần bóng mát. Khu vườn, được rào lại và mở cửa cho công chúng vào ban ngày, được chia thành một loạt các mặt phẳng và đường dọc, belvederes và đài phun nước nhấn mạnh các quan điểm tiết lộ các đề xuất lịch sử và khả năng sống mới. Con đường trung tâm được bao quanh bởi một hàng cây sồi holm kép phân chia các khu vực xanh mở rộng, trong khi con đường dọc theo vỉa hè, được bao quanh bởi một hàng cây máy bay, đã được phục hồi với các mẫu vật mới, được phục hồi và trang bị để nghỉ ngơi⁴⁷. Phần trong cùng được tổ chức trên các độ cao khác nhau, được kết nối bởi một số cầu thang. Nhìn chung, không gian thiếu sự đa dạng, với các tiện nghi tối thiểu để giải trí, tụ tập xã hội hoặc thư giãn như thể hiện trong Hình. 13.

Aerial view of Master plan map of the existing case of Viale Carlo Felice Gardens, From Google Maps,” 41° 53′ 12.1″ N 12° 30′ 38.5″ E. Accessed: Nov. 24, 2023⁶². Nhìn từ trên không bản đồ quy hoạch tổng thể của trường hợp hiện tại của Viale Carlo Felice Gardens, Từ Google Maps,” 41 ° 53 ′ 12.1 “N 12 ° 30 ′ 38.5” E. Truy cập: Tháng Mười Một 24, 2023⁶².

Pictures for the existing case of Carlo Felice Gardens and the Viale Castrense (Authors’ elaboration). Hình ảnh cho trường hợp hiện tại của Carlo Felice Gardens và Viale Castrense (Xây dựng của tác giả).

As shown in Fig. 14, the master plan of the Viale Carlo Felice gardens after the redesign that aims to mitigate urban heat island intensity and enhance thermal comfort, the concept of the redesign was to integrate more vegetation, optimized tree placement, better connectivity between sub-spaces, replace paving materials, add water features, and expand shaded areas. Low-water native trees and shrubs have been placed along the main axe and throughout the spaces and gathering places to provide additional evapotranspiration cooling and shading. Trees surrounding pathways were cut and thinned to maintain visibility for safety and surveillance. The tree arrangement was changed to balance access to protection and shade with enough solar penetration to warm the public spaces in cool weather.
Như thể hiện trong Hình. 14, quy hoạch tổng thể của khu vườn Viale Carlo Felice sau khi thiết kế lại nhằm giảm thiểu cường độ đảo nhiệt đô thị và tăng cường sự thoải mái về nhiệt, khái niệm thiết kế lại là tích hợp nhiều thảm thực vật hơn, tối ưu hóa vị trí cây, kết nối tốt hơn giữa các không gian phụ, thay thế vật liệu lát, thêm các tính năng nước và mở rộng các khu vực bóng mờ. Cây bản địa và cây bụi nước thấp đã được đặt dọc theo rìu chính và khắp các không gian và nơi tập trung để cung cấp thêm thoát hơi nước, làm mát và che bóng. Cây cối xung quanh các lối đi đã bị chặt và tỉa thưa để duy trì tầm nhìn an toàn và giám sát. Việc sắp xếp cây đã được thay đổi để cân bằng khả năng tiếp cận bảo vệ và bóng râm với sự thâm nhập đủ năng lượng mặt trời để làm ấm không gian công cộng trong thời tiết mát mẻ.

Master Plan of Viale Carlo Felice Gardens after the redesign with the adopted concept (Authors’ elaboration). Quy hoạch tổng thể của Viale Carlo Felice Gardens sau khi thiết kế lại với khái niệm được thông qua (Xây dựng của tác giả).

Pedestrian pathways were redesigned to link seating areas, play spaces, and food kiosk areas for better flow between activity zones. Fountains and splash pads were added to several plazas and nearby food vendors to provide localized evaporative cooling effects. The drainage was designed to recirculate water. Shade structures such as pergolas and canopies have been developed over gathering spaces and playgrounds. The shades were designed and sized to provide complete shade during the hot midday hours while allowing lower winter sunlight to penetrate.
The redesigned master plan aims to improve social connections, boost the local economy through more food and retail options, cut irrigation needs, and enhance thermal comfort through passive microclimate moderation techniques optimized for seasonal use patterns. By following the strategies shown in Table 3 that worked in synergy to reduce urban heat stress and create a vibrant community space after comparing it with the existing design.
Các lối đi dành cho người đi bộ được thiết kế lại để liên kết các khu vực chỗ ngồi, không gian vui chơi và khu vực ki-ốt thực phẩm để lưu thông tốt hơn giữa các khu vực hoạt động. Đài phun nước và miếng đệm giật gân đã được thêm vào một số quảng trường và các nhà cung cấp thực phẩm gần đó để cung cấp các hiệu ứng làm mát bay hơi cục bộ. Hệ thống thoát nước được thiết kế để tuần hoàn nước. Các cấu trúc bóng râm như pergolas và tán cây đã được phát triển trên các không gian tập trung và sân chơi. Các sắc thái được thiết kế và kích thước để cung cấp bóng râm hoàn chỉnh trong những giờ giữa trưa nóng bức trong khi cho phép ánh sáng mặt trời mùa đông thấp hơn xuyên qua.
Kế hoạch tổng thể được thiết kế lại nhằm cải thiện các kết nối xã hội, thúc đẩy nền kinh tế địa phương thông qua nhiều lựa chọn thực phẩm và bán lẻ hơn, cắt giảm nhu cầu tưới tiêu và tăng cường sự thoải mái về nhiệt thông qua các kỹ thuật điều tiết vi khí hậu thụ động được tối ưu hóa cho các mô hình sử dụng theo mùa. Bằng cách làm theo các chiến lược được thể hiện trong Bảng 3 hoạt động trong sức mạnh tổng hợp để giảm căng thẳng nhiệt đô thị và tạo ra một không gian cộng đồng sôi động sau khi so sánh nó với thiết kế hiện có.

Microclimatic simulations for the design verification

The new design will be validated using ENVI-met simulations to quantify anticipated improvements. Using ENVI-met to validate the redesign includes developing microclimate simulations that compare the existing layout to the proposed changes. For a peak summer day in July, key indicators such as air temperature, humidity, wind speed, Physiologically Equivalent Temperature (PET), Predicted Mean Vote (PMV), and Predicted Percentage Dissatisfied (PPD) are quantified across the site. The simulations show how additional vegetation, reflecting materials, water features, and optimized sun access and shading can lead to demonstrable gains.
The metrics of PET, PPD, and PMV were selected due to their widespread acceptance and effectiveness in quantifying outdoor thermal comfort. PET directly translates the complex outdoor conditions into a relatable temperature scale, making it easier to interpret thermal perception. PMV provides a standardized model to predict the mean thermal sensation experienced by people in a given environment. Importantly, PPD allows for evaluating the percentage of occupants or pedestrians who would be dissatisfied with the thermal conditions, enabling the comparison of design alternatives and setting targets for thermal acceptability. Together, these three indices offer a comprehensive assessment of the microclimate’s impact on human thermal comfort.
The simulation results are chosen at 9 AM and 3 PM, 9 AM was likely selected as the analysis time because it represents typical morning conditions in an urban open space as shown in Fig. 15: By 9 am the city has begun warming under the morning sun, but peak heat island intensity has not yet built up. This shows more moderate urban heating. It falls within the range of common morning usage by people commuting or accessing the space before the workday. 3 PM is commonly used for urban microclimate studies in the literature. Using this standard time allows comparison of results to other studies in Rome or similar cities. Performance benchmarking—3 PM represents a high-stress test of the open space’s microclimate and thermal comfort. By mid-afternoon, the urban surfaces have had many hours to absorb solar radiation and re-emit this as thermal radiation, leading to peak air and surface temperatures. the simulation shows performance at a peak demand time of day, and it represents when urban heat island effects are most extreme, allowing the analysis to focus on mitigation strategies.

Mô phỏng vi khí hậu để xác minh thiết kế

Thiết kế mới sẽ được xác nhận bằng cách sử dụng mô phỏng ENVI-met để định lượng các cải tiến dự kiến. Sử dụng ENVI-met để xác nhận thiết kế lại bao gồm phát triển các mô phỏng vi khí hậu so sánh bố cục hiện có với các thay đổi được đề xuất. Đối với một ngày hè cao điểm vào tháng Bảy, các chỉ số chính như nhiệt độ không khí, độ ẩm, tốc độ gió, Nhiệt độ tương đương sinh lý (PET), Phiếu bầu trung bình dự đoán (PMV) và Tỷ lệ phần trăm dự đoán không hài lòng (PPD) được định lượng trên toàn trang web. Các mô phỏng cho thấy thảm thực vật bổ sung, vật liệu phản chiếu, tính năng nước và khả năng tiếp cận và che nắng được tối ưu hóa có thể dẫn đến lợi ích có thể chứng minh được như thế nào.
Các số liệu của PET, PPD và PMV đã được lựa chọn do sự chấp nhận rộng rãi và hiệu quả của chúng trong việc định lượng sự thoải mái nhiệt ngoài trời. PET trực tiếp chuyển các điều kiện ngoài trời phức tạp thành thang đo nhiệt độ liên quan, giúp giải thích nhận thức nhiệt dễ dàng hơn. PMV cung cấp một mô hình tiêu chuẩn để dự đoán cảm giác nhiệt trung bình mà mọi người trải qua trong một môi trường nhất định. Điều quan trọng, PPD cho phép đánh giá tỷ lệ phần trăm người cư ngụ hoặc người đi bộ không hài lòng với điều kiện nhiệt, cho phép so sánh các lựa chọn thay thế thiết kế và đặt mục tiêu cho khả năng chấp nhận nhiệt. Cùng với nhau, ba chỉ số này cung cấp một đánh giá toàn diện về tác động của vi khí hậu đối với sự thoải mái nhiệt của con người.
Kết quả mô phỏng được chọn vào lúc 9 giờ sáng và 3 giờ chiều, 9 giờ sáng có khả năng được chọn làm thời gian phân tích vì nó đại diện cho điều kiện buổi sáng điển hình trong một không gian mở đô thị như thể hiện trong Hình. 15: Đến 9 giờ sáng, thành phố đã bắt đầu ấm lên dưới ánh mặt trời buổi sáng, nhưng cường độ đảo nhiệt cao nhất vẫn chưa tăng lên. Điều này cho thấy sưởi ấm đô thị vừa phải hơn. Nó nằm trong phạm vi sử dụng buổi sáng phổ biến của những người đi làm hoặc truy cập không gian trước ngày làm việc. 3 PM thường được sử dụng cho các nghiên cứu vi khí hậu đô thị trong tài liệu. Sử dụng thời gian chuẩn này cho phép so sánh kết quả với các nghiên cứu khác ở Rome hoặc các thành phố tương tự. Điểm chuẩn hiệu suất — 3 giờ chiều đại diện cho một bài kiểm tra căng thẳng cao về vi khí hậu và sự thoải mái nhiệt của không gian mở. Đến giữa buổi chiều, các bề mặt đô thị đã có nhiều giờ để hấp thụ bức xạ mặt trời và tái phát ra bức xạ nhiệt, dẫn đến nhiệt độ không khí và bề mặt cao nhất. Mô phỏng cho thấy hiệu suất tại thời điểm nhu cầu cao điểm trong ngày và nó đại diện cho khi hiệu ứng đảo nhiệt đô thị là cực đoan nhất, cho phép phân tích tập trung vào các chiến lược giảm thiểu.

A graphical figure that shows the integration of microclimatic simulations in the design process (Author’s elaboration). Một hình đồ họa cho thấy sự tích hợp của các mô phỏng vi khí hậu trong quá trình thiết kế (Xây dựng của tác giả).

The research methodological approach interconnects urban design principles with SDGs through creating an evaluation criteria that is validated using modelling and simulation process. It’s based on current literature and guidelines on urban design simulation frameworks. The existing case has analyzed the existing urban characteristics like connectivity, greening, accessibility, etc. (Existing case simulation). After analyzing the main weakness points in the existing case, different design actions and interventions that are related to the weakness points have been used and an optimized design proposal is generated as the output, adapted for the specific context (Renovated case) that was analyzed, simulated and evaluated against environmental metrics (the simulation phase). Based on the results This comprehensive framework facilitates integrating sustainability principles into urban design for creating environmentally conscious development proposals.
The research followed an integrated ‘input modeling-simulation-output’ approach drawing from urban design principles and SDGs. In the input modeling phase, climate data, environmental factors, urban context profiles (materials, vegetation, building heights) were collected through observations, mapping tools, and analyses from the site visits.
The simulation phase uses ENVI-met software to model microclimate conditions and assess how different urban development scenarios with varying pavement/vegetation quantities influence localized temperatures. Environmental parameters like physiological equivalent temperature, predicted mean vote (PMV), and predicted percentage of dissatisfied (PPD) were simulated. The results from the simulations of the existing and renovated case scenarios were evaluated.
The output modeling involved predicting variations in heating/cooling energy consumption due to microclimate mitigation interventions. An intervention scenario was defined by selecting the optimal solutions based on evaluating their environmental bioclimatic performance against the preset objectives.
In Figs. 16, 17, 18 and 19 the output of the ENVI-met model is shown as PET, PPD, and PMV index maps for the summer scenario at two different hours of the day: 9 AM, and 3 PM. Which was chosen as they represent contrasting conditions within a typical diurnal cycle. At 9 AM, solar radiation is increasing from low morning levels, capturing the transition into warmer daytime temperatures. Conversely, 3 PM represents a period when solar radiation is near its peak, leading to maximum heating of urban surfaces and potential thermal discomfort. Maps serve as examples to demonstrate the variations of comfort index across the models’ area at different hours, and findings will be explained in the following sections.
Phương pháp tiếp cận phương pháp nghiên cứu kết nối các nguyên tắc thiết kế đô thị với SDGs thông qua việc tạo ra một tiêu chí đánh giá được xác nhận bằng cách sử dụng quy trình mô hình hóa và mô phỏng. Nó dựa trên các tài liệu và hướng dẫn hiện tại về khung mô phỏng thiết kế đô thị. Trường hợp hiện tại đã phân tích các đặc điểm đô thị hiện có như kết nối, xanh hóa, khả năng tiếp cận, v.v. (Mô phỏng trường hợp hiện có). Sau khi phân tích các điểm yếu chính trong trường hợp hiện có, các hành động và can thiệp thiết kế khác nhau có liên quan đến các điểm yếu đã được sử dụng và một đề xuất thiết kế tối ưu hóa được tạo ra dưới dạng đầu ra, được điều chỉnh cho phù hợp với bối cảnh cụ thể (Trường hợp cải tạo) đã được phân tích, mô phỏng và đánh giá dựa trên các số liệu môi trường (giai đoạn mô phỏng). Dựa trên kết quả, khuôn khổ toàn diện này tạo điều kiện tích hợp các nguyên tắc bền vững vào thiết kế đô thị để tạo ra các đề xuất phát triển có ý thức về môi trường.
Nghiên cứu tuân theo cách tiếp cận tích hợp ‘mô hình hóa đầu vào-mô phỏng-đầu ra’ rút ra từ các nguyên tắc thiết kế đô thị và SDGs. Trong giai đoạn mô hình hóa đầu vào, dữ liệu khí hậu, các yếu tố môi trường, hồ sơ bối cảnh đô thị (vật liệu, thảm thực vật, chiều cao tòa nhà) đã được thu thập thông qua các quan sát, công cụ lập bản đồ và phân tích từ các chuyến thăm địa điểm.
Giai đoạn mô phỏng sử dụng phần mềm ENVI-met để mô hình hóa các điều kiện vi khí hậu và đánh giá các kịch bản phát triển đô thị khác nhau với số lượng vỉa hè / thảm thực vật khác nhau ảnh hưởng đến nhiệt độ cục bộ như thế nào. Các thông số môi trường như nhiệt độ tương đương sinh lý, phiếu bầu trung bình dự đoán (PMV) và tỷ lệ phần trăm không hài lòng dự đoán (PPD) đã được mô phỏng. Kết quả từ các mô phỏng của các kịch bản trường hợp hiện có và cải tạo đã được đánh giá.
Mô hình đầu ra liên quan đến việc dự đoán các biến thể trong tiêu thụ năng lượng sưởi ấm / làm mát do các can thiệp giảm thiểu vi khí hậu. Một kịch bản can thiệp được xác định bằng cách lựa chọn các giải pháp tối ưu dựa trên việc đánh giá hiệu suất khí hậu sinh học môi trường của chúng so với các mục tiêu đặt trước.
Trong quả sung. 16, 17, 18 và 19 đầu ra của mô hình ENVI-met được hiển thị dưới dạng bản đồ chỉ số PET, PPD và PMV cho kịch bản mùa hè vào hai giờ khác nhau trong ngày: 9 giờ sáng và 3 giờ chiều. Được chọn vì chúng đại diện cho các điều kiện tương phản trong một chu kỳ ban ngày điển hình. Vào lúc 9 giờ sáng, bức xạ mặt trời đang tăng lên từ mức buổi sáng thấp, nắm bắt sự chuyển đổi sang nhiệt độ ban ngày ấm hơn. Ngược lại, 3 giờ chiều đại diện cho khoảng thời gian bức xạ mặt trời gần đạt đỉnh, dẫn đến sự nóng lên tối đa của bề mặt đô thị và tiềm ẩn sự khó chịu về nhiệt. Bản đồ đóng vai trò là ví dụ để chứng minh các biến thể của chỉ số thoải mái trên khu vực của các mô hình vào các giờ khác nhau và các phát hiện sẽ được giải thích trong các phần sau.

Simulated PMV, PPD, and PET, existing results at 9 AM in summer. (By Researcher). Figure 15: Simulated PMV, PPD, and PET, renovated results at 9 AM in summer. (By Researcher). Mô phỏng PMV, PPD và PET, kết quả hiện có lúc 9 giờ sáng vào mùa hè. (Theo nhà nghiên cứu). Hình 15: PMV, PPD và PET mô phỏng, kết quả cải tạo vào lúc 9 giờ sáng vào mùa hè. (Theo nhà nghiên cứu).

Simulated PMV, PPD, and PET, existing results at 9 AM in summer. (By Researcher). Figure 15: Simulated PMV, PPD, and PET, renovated results at 9 AM in summer. (By Researcher). Mô phỏng PMV, PPD và PET, kết quả hiện có lúc 9 giờ sáng vào mùa hè. (Theo nhà nghiên cứu). Hình 15: PMV, PPD và PET mô phỏng, kết quả cải tạo vào lúc 9 giờ sáng vào mùa hè. (Theo nhà nghiên cứu).

Simulated PMV, PPD, and PET, existing results at 3 PM in summer. (By Researcher). Figure 17: Simulated PMV, PPD, and PET, renovated results at 3 PM in summer. (By Researcher). Mô phỏng PMV, PPD và PET, kết quả hiện có lúc 3 giờ chiều vào mùa hè. (Theo nhà nghiên cứu). Hình 17: PMV, PPD và PET mô phỏng, kết quả cải tạo vào lúc 3 giờ chiều vào mùa hè. (Theo nhà nghiên cứu).

Simulated PMV, PPD, and PET, existing results at 3 PM in summer. (By Researcher). Figure 17: Simulated PMV, PPD, and PET, renovated results at 3 PM in summer. (By Researcher). Mô phỏng PMV, PPD và PET, kết quả hiện có lúc 3 giờ chiều vào mùa hè. (Theo nhà nghiên cứu). Hình 17: PMV, PPD và PET mô phỏng, kết quả cải tạo vào lúc 3 giờ chiều vào mùa hè. (Theo nhà nghiên cứu).

Microclimatic simulation at 09:00 AM

Existing case at summer 09:00 AM

The ENVI-met output maps at 09:00 as shown in Fig. 16 reveal substantial spatial variability in thermal comfort indices across the park area. PET values ranged from 21.80 °C to 37.40 °C, PPD from 55.65% to 73.71%, and PMV from 1.15 to 1.93, indicating thermal perceptions spanning comfortable to severe heat stress conditions. Although a few localized spots exhibited comfort levels, the highest values (PET > 35 °C, PPD > 70%, PMV ~  + 2) signify considerable morning heat accumulation requiring mitigation strategies. These simulation results highlight opportunities to modify the open space design and enhance microclimate conditions during critical morning visitor periods when thermal discomfort may discourage park utilization.

Renovation at summer 09:00 AM

The post-redesign ENVI-met simulations at 9:00 AM shown in Fig. 17 demonstrate the significant impact of the proposed mitigation strategies and design elements on thermal comfort indices. PET values ranged from 18.60 °C to 32.40 °C, PPD from 9 to 55%, and PMV from 0.00 to 1.00, reflecting improved microclimatic conditions with expanded zones of sub − 20 °C PET and PPD < 10%. Compared to pre-redesign conditions, the notable reductions in thermal indices, particularly morning PET, PPD, and PMV values, validate the enhancements achieved through added vegetation, rearranged structures, and material changes. While not eliminating discomfort entirely, the redesigned urban open space successfully lowered morning thermal perceptions, promoting more thermally comfortable access and use for visitors.

Microclimatic simulation at 03:00 PM

Existing at summer 03:00 PM

The 03:00 PM ENVI-met output maps shown in Fig. 18 reveal extreme heat stress conditions across the entire park area, with PET values ranging from 35.39 to 51.54 °C, PPD reaching up to 98.32%, and PMV between 1.83 and 3.97. These high thermal indices, quantifying “hot” to “very hot” thermal perceptions without any refuge zones, highlight the park’s poor daytime thermal performance and the urgent need for heat mitigation strategies. Unlike the morning simulations, the results indicate a lack of spatial variations, with significant mid-afternoon overheating restricting occupancy and necessitating serious interventions to reduce thermal mass and improve microclimate conditions for public use..

Renovation at summer 03:00 PM

The post-redesign ENVI-met simulations at 9:00 AM shown in Fig. 19 demonstrate the significant impact of mitigation strategies on thermal comfort indices. PET values ranged from 30.34 to 47 °C, PPD reached 54.3–65%, and PMV varied between + 0.70 and + 1.5. Compared to pre-redesign conditions, the introduction of shading trees, increased vegetation, redirected walkways facilitating breezes, reflective pavers, misting features, and sheltered structures collectively lowered PET by up to 4 °C, reduced PPD by over 30 percentage points, and decreased PMV by over 2 points. These improvements verify the shift from uncomfortable to acceptable heat stress perceptions, providing accessible public space through passive yet effective techniques, despite some remaining hotspots requiring further intervention.
Figures 20, 21 and 22 illustrate the difference between the existing case and the redesign at 09:00 AM and 03:00 PM in PET, PPD, and PMV values, it is noticed that there is a significant variation in values after the redesign of the park.

Mô phỏng vi khí hậu lúc 09:00 AM

Trường hợp hiện tại vào mùa hè 09:00 AM

Bản đồ đầu ra ENVI-met lúc 09:00 như thể hiện trong Hình. 16 cho thấy sự thay đổi không gian đáng kể trong các chỉ số thoải mái nhiệt trên toàn khu vực công viên. Giá trị PET dao động từ 21,80 ° C đến 37,40 ° C, PPD từ 55,65% đến 73,71% và PMV từ 1,15 đến 1,93, cho thấy nhận thức nhiệt trải dài thoải mái đến điều kiện căng thẳng nhiệt nghiêm trọng. Mặc dù một vài điểm cục bộ thể hiện mức độ thoải mái, các giá trị cao nhất (PET > 35 ° C, PPD > 70%, PMV ~ + 2) biểu thị sự tích tụ nhiệt buổi sáng đáng kể đòi hỏi các chiến lược giảm thiểu. Những kết quả mô phỏng này làm nổi bật các cơ hội để sửa đổi thiết kế không gian mở và tăng cường các điều kiện vi khí hậu trong thời gian du khách buổi sáng quan trọng khi sự khó chịu về nhiệt có thể ngăn cản việc sử dụng công viên.

Cải tạo vào mùa hè 09:00 AM

Các mô phỏng ENVI-met sau thiết kế lại vào lúc 9:00 sáng được hiển thị trong Hình. 17 Chứng minh tác động đáng kể của các chiến lược giảm thiểu được đề xuất và các yếu tố thiết kế đối với các chỉ số thoải mái nhiệt. Giá trị PET dao động từ 18,60 °C đến 32,40 °C, PPD từ 9 đến 55% và PMV từ 0,00 đến 1,00, phản ánh điều kiện vi khí hậu được cải thiện với các vùng mở rộng dưới − 20 °C PET và PPD < 10%. So với các điều kiện thiết kế lại trước đó, việc giảm đáng kể các chỉ số nhiệt, đặc biệt là các giá trị PET, PPD và PMV buổi sáng, xác nhận những cải tiến đạt được thông qua thảm thực vật được thêm vào, cấu trúc được sắp xếp lại và thay đổi vật liệu. Mặc dù không loại bỏ hoàn toàn sự khó chịu, nhưng không gian mở đô thị được thiết kế lại đã hạ thấp thành công nhận thức về nhiệt buổi sáng, thúc đẩy việc tiếp cận và sử dụng thoải mái hơn về nhiệt cho du khách.

Mô phỏng vi khí hậu lúc 03:00 PM

Hiện có vào mùa hè 03:00 PM

Bản đồ đầu ra 03:00 PM ENVI-met được hiển thị trong Hình. 18 cho thấy điều kiện căng thẳng nhiệt độ cực cao trên toàn bộ khu vực công viên, với giá trị PET dao động từ 35,39 đến 51,54 ° C, PPD đạt tới 98,32% và PMV từ 1,83 đến 3,97. Các chỉ số nhiệt cao này, định lượng nhận thức nhiệt “nóng” đến “rất nóng” mà không có bất kỳ khu vực ẩn náu nào, làm nổi bật hiệu suất nhiệt ban ngày kém của công viên và nhu cầu cấp thiết về các chiến lược giảm nhiệt. Không giống như các mô phỏng buổi sáng, kết quả cho thấy thiếu các biến thể không gian, với tình trạng quá nóng đáng kể vào giữa buổi chiều hạn chế sức chứa và đòi hỏi các can thiệp nghiêm túc để giảm khối lượng nhiệt và cải thiện điều kiện vi khí hậu cho sử dụng công cộng.

Cải tạo vào mùa hè 03:00 PM

Các mô phỏng ENVI-met sau thiết kế lại vào lúc 9:00 sáng được hiển thị trong Hình. 19 chứng minh tác động đáng kể của các chiến lược giảm thiểu đối với các chỉ số thoải mái nhiệt. Giá trị PET dao động từ 30,34 đến 47 °C, PPD đạt 54,3–65% và PMV thay đổi trong khoảng + 0,70 đến + 1,5. So với các điều kiện thiết kế lại trước đó, sự ra đời của cây che bóng, tăng thảm thực vật, lối đi được chuyển hướng tạo điều kiện cho gió, lát phản chiếu, tính năng phun sương và các cấu trúc có mái che đã giảm PET lên đến 4 ° C, giảm PPD hơn 30 điểm phần trăm và giảm PMV hơn 2 điểm. Những cải tiến này xác minh sự thay đổi từ nhận thức căng thẳng nhiệt không thoải mái sang chấp nhận được, cung cấp không gian công cộng dễ tiếp cận thông qua các kỹ thuật thụ động nhưng hiệu quả, mặc dù một số điểm nóng còn lại cần can thiệp thêm.
Hình 20, 21 và 22 minh họa sự khác biệt giữa trường hợp hiện tại và thiết kế lại vào lúc 09:00 AM và 03:00 PM trong các giá trị PET, PPD và PMV, nhận thấy rằng có sự thay đổi đáng kể về giá trị sau khi thiết kế lại công viên.

Comparison of PMV values after and before the redesign at 9 AM and 3 PM. So sánh các giá trị PMV sau và trước khi thiết kế lại lúc 9 giờ sáng và 3 giờ chiều.

Comparison of PPD values after and before the redesign at 9 AM and 3 PM. So sánh các giá trị PPD sau và trước khi thiết kế lại lúc 9 giờ sáng và 3 giờ chiều.

Comparison of PET values after and before the redesign at 9 AM and 3 PM. So sánh các giá trị PET sau và trước khi thiết kế lại lúc 9 giờ sáng và 3 giờ chiều.