广东省城乡规划设计研究院 广东广州 510290
摘要：本文基于计算机流体力学，通过运用Fluent模拟仿真技术，对于城市通风环境的影响进行模拟研究及对比分析。将所得推论应用于阳江城南新区绿色低碳片区城市设计案例中，通过模拟分析，得出与推论相符合或不同的结果，从而指导接下来的研究工作。
关键词：模拟仿真；计算机流体力学CFD；Fluent技术；城市通风环境；城市形态
一、模拟仿真技术及Fluent简介
模拟仿真是一项拥有广阔前景的合作技术，尤其是在城市通风模拟研究方面，通过计算机精确模拟，摆脱了过去对于通风状态的经验式的描述，从主观性的判断转为客观的判断分析，从而为科学规划奠定了一定的基础。
二、城市通风环境研究简介
城市通风环境与城市形态息息相关，由于城市形态复杂且具有多样性，在街区建筑层面具有多个形态限定因素，包括建筑密度、容积率、建筑形态组合、建筑高度等；在建筑组合之间也存在着许多限定因素，如建筑与街道的高宽比、建筑群高度组合等；此外对于风环境本身也存在着较多影响因素，包括风速、风向、温度等当地气候条件。
鉴于影响城市通风环境的因素众多且繁杂，此次研究通过城市街区建筑的多个限定因素进行研究，结合阳江城南新区低碳城区项目，将结论应用于城市设计方案中，并在Fluent软件进行模拟，从模拟验证结果中提出相关结论及总结。
三、城市通风环境研究
此次研究分为建筑形态组合、街道迎风角度、临街建筑高宽比和建筑高度组合四组。在风速外部条件设定上，基于阳江市夏季主导风向为东南风，风频最高为10km/h，因此设定风速为2.7m/s（10km/h）。研究结果截取自距模型地面1.5m处的风速云图及统计数据，通过对比分析云图及统计数据图表来分析模拟结果。
1.建筑形态组合对于城市通风环境关联性研究
此次研究为简化实验过程，我们建立了四组实验模型，分为点阵式建筑、行列式建筑、围合式建筑和混合式建筑。
通过计算结果的图表显示表明，低密度、低容积率的建筑环境更易通风，而通透的点阵式及行列式布局，总体通风环境要比围合式布局要顺畅。现如今的城市建设也逐渐从封闭街区转向开放街区式建设，这也与缓解城市通风不无关系。
2.迎风方向对于街区通风环境关联性研究
进风角度是影响城市风环境的重要因素之一，建筑物迎风角度不同，其对于空气的分流也有相应的区别。对于迎风角度的模拟，采用单一模型控制风向角度变量法，最后通过数据统计进行对比研究。
通过计算云图整体分析结果来看，建筑物与迎风方向呈锐角时会明显将风向分流到两侧，从而将气流引向建筑环境内部。而正交风向由于前方建筑物阻隔的影响，位于后方建筑基本处于风影区之内，使内部空间很难有强风进入，而且由于空气湍流作用，在建筑物围成的纵向风廊的中后部的风速衰减较大，造成建筑物后半部分空间基本以静风区为主。
3.临街建筑高度与街区通风环境关联性研究
临街建筑高宽比值会影响街道通风环境的优劣，尤其是与街道垂直的横向风；临街建筑的进深值也会影响街道内的通风环境，因此在研究街道通风的同时也需要考虑临街建筑的宽度对于通风环境的影响。
从模拟结果整体来看，气流自建筑顶部跃到街道上空会因第二层建筑的影响会有一定的回旋，从而给街道内部形成气流影响。而建筑高宽比越大，其街道内部通风环境越差。
4.建筑高度组合与城市通风环境关联性研究
在城市中，通常会有多组建筑组合成为建筑街道，在街道围成的地块内部也有不同高度建筑围合成的内街空间。建筑组合高度的不同，其带来的通风环境也不相同。通过合适的建筑高度控制，可有效地诱导空气在建筑环境内部的流动，从而减少无风区的出现。
风速在经过第一条街道时易形成静风区，在经过第二条街道时则会形成下沉气流，引导空气吹入街道。迎风向第二层建筑高于第一层建筑的，高度相差大者第一条街道内的通风越好，而迎风向第三层建筑比第二层建筑高时，由于建筑将角隅效应形成的气流阻挡回地面，第二条街道的底面风速会有明显的提高。由此看出建筑群在迎风向呈递增高差，且前排高差明显时，对建筑环境底层通风会有明显的改善。
四、城市形态与城市通风环境关联性在实际案例中的分析——以阳江城南新区绿色低碳片区城市设计为例
阳江市位于广东省西南部，位于回归线以南，属亚热带气候，由于靠近海边，受到海陆气候的影响，夏季盛行东南风，冬季盛行东北风。阳江城南新区作为阳江市着重开发的新区项目，选择在阳江拟建高铁站北侧及漠阳湖周边地块作为绿色低碳片区，因此借助之前研究得到的结论，在此片区内结合用地规划、自然环境和实际建设状况，进行了新的城市设计。
城市设计遵循以下原则：
1.将水系、公园等开敞空间作为主要的通风廊道，避免在通风廊道主方向上进行建设。
2.城市道路作为城市主要开敞空间，其设置方向尽量避免与与盛行风形成垂直角度，以形成一定角度为宜。
3.中心商务区遵循小地块开发原则，塔楼与周边裙楼设置多种高度，增加城市表面粗糙度。
4.商务区裙楼宜在东南、东北方向设施进风入口，尽量避免半包围或全包围的设计出现。
5.居住区不宜出现半包围式结构，宜采用点状式+行列式的排布，并在东南及东北方向加大开敞空间，增加进风口的区域面积。
6.除核心商务区外，整体城市设计宜采用低层、中层、小高层的建筑设计，不宜采用高层建筑。
在城市设计过程中，为了简化风环境模拟计算，此次设计去除了绿化以及周边环境的影响，故在平面表现图上没有体现绿化与环境等信息。
城市设计平面图.png)
城市设计模型图.png)
此次案例里模拟了在10km/h的风速下，东南风对于低碳生态城区通风环境的影响，并分别截取了1.5m和3m处的风速云图。
东南风向1.5m高度云图.png)
东南风向3m高度云图.png)
由云图中我们可以看出：
1.绿地与水域形成的开敞空间作为城区中的主要通风廊道，将自然风引入城市内部，为城市提供主通风廊。
2.城市道路形成的开敞空间，其进风口区域的宽度及入风速度很大程度上影响道路内部的通风状况。并且气流以一定角度进入街道时，由于街道两侧的阻碍作用，会使得风向形成一定角度的回弹，而经过回弹的气流则会寻找下一条街道前进。
3.开敞行列式居住区排布相比起围合式，其内部通风环境具有良好的改善。
4.在局部封闭的开敞环境中，周遭围合建筑在竖直方向上影响气流的方向，从而会使底层风速受到影响。
从此次案例实验的结果来看，在城市尺度下，公共开敞空间、道路空间依然是通风的主要场所，在不影响城市格局的前提下，打通公共开敞空间廊道、梳理道路空间的连通环境，比起居住区的微通风环境显得尤为重要。对于居住区级的通风环境改善也需要被关注，不仅仅因为微环境通风贴近实际，而且通过局部改造，能明显地解决通风效果。但在城市区域尺度来看，居住区级的地块尺度仍受制于城市大环境通风状况的影响。因此，为了打造城市的良好通风环境，需结合不同城市形态对于通风要素的研究，通盘分析城市尺度，由上往下地指导城市通风环境的建设。
五、总结
此次城市形态与风环境相关性研究通过对城市模型的通风环境进行了对比分析，并以阳江城南新区绿色低碳片区为案例进行了仿真模拟。从研究中可得出：在对城市通风环境的影响中，除了建筑密度与容积率之外，建筑形态的排布、街道朝向、临街建筑高度及建筑群体组合等多项因素共同作用。而对于具体城市的通风环境而言，模拟区域增大，气流受到城市群建筑的弱化影响十分明显，原本在居住区尺度的通风变化在更大尺度上变得十分微小，因此只有在更大区域尺度将通风廊道引入城市内部，疏通城市内部风廊，才能有效提高街道与社区尺度的通风环境。
论文作者:许路
论文发表刊物:《基层建设》2016年25期
论文发表时间:2017/2/22
标签：建筑论文; 环境论文; 城市论文; 街道论文; 组合论文; 风速论文; 阳江论文; 《基层建设》2016年25期论文;