叶锺楠
（华东建筑设计研究院有限公司，上海，杨浦区，200084）
【摘 要】通过对我国城市风环境研究近20多年来文献成果的解读，分析和归纳，梳理了城市风环境研究的总体发展现状，对现有研究的成绩和在系统性，应用性和学科协作等问题上的不足进行了分析，并在此基础上对城市风环境在成果数量，协作研究，模拟精度和普及领域等方面的未来发展进行了展望。
【关键词】城市风环境；公共空间；城市规划设计；学科交叉
1．引言
近年来，城市风环境作为影响城市室外空间环境舒适度的一项重要要素，越来越多地被我国的城市规划设计工作者所关注。就在刚过去的2013年，夏季我国数十个城市的持续高温以及冬季弥漫近三分之一国土的严重雾霾，更是把城市公共空间的风环境问题推进了公众视野。
可以说，中国人对于风环境的研究能够追溯千年，但运用现代科学理论对城市风环境进行量化的分析和研究则还是一项较为年轻的课题。即使在国际上，相关的研究也要到上世纪60 年代才开始出现，而较为成熟的量化研究则随着计算机、风洞技术等的发展，直至近30年才渐渐丰富，在中国，针对城市风环境较成熟的研究始于上世纪90年代，在过去的20多年内经历了较为快速的发展。但是从目前的状况来看，现有的研究多元化特征很强，并且往往偏重于一些具体问题，没有形成较统一的理论或方法体系。这一方面是由于城市空间对风场的作用本身具有相当的复杂性，另一方面也由于不同研究者知识背景，关注点的侧重造成了研究目的、意义和方法上的许多差异。
2．城市风环境研究文献选择
本文研究对象的获取途径主要为通过中国知网(http://www.cnki.net/index.htm)进行搜索的方式取得。根据研究需要，分别以“风环境、风场、微气候、风模拟、CFD、局地风”作为论文标题，摘要关键词，以及全文关键词，对中国期刊全文数据库，中国博士论文全文数据库以及中国优秀硕士学位论文数据库等三个数据库中的文献进行模糊检索，统计截止至2012年3月发表的相关文献。并根据每篇文献实际内容对检索到的大量文献进行遴选，最终得到符合研究要求的城市风环境研究文献共计107篇，以此作为本文研究的基础。
3．分类研究与统计
为了对目前多元化特征较强的城市风环境的研究状况实现较为系统的解读，本文在研读符合要求的107篇城市风环境相关文献的基础上，对现有文献分别按照论文发表时间、作者专业领域、研究尺度、研究目的和关注点、研究方法、研究对象类别以及是否提出优化措施七个方面进行分类分析。
3.1 作者专业领域
由于城市风环境研究具有较强的学科交叉特征，研究者的专业背景较为多元化，本文根据对107篇文献第一作者的单位性质、从事工作、教育经历等信息的分析，将研究者的专业背景分为五大类，分别为大气科学类，环境工程类、城市及区域研究类、建筑设备及工程类、建筑设计及技术类，其中每个大类分别涵盖了若干个具体的学科和专业方向。
3.2 研究目的和关注点
对城市风环境的研究有助于解决多方面的问题，就每一篇具体的文献而言，由于其作者专业背景，从事工作，甚至个人偏好等原因，其研究目的可能侧重于探索或解决某一项具体问题。
通过对现有文献的分析和归纳，本文将现有城市风环境研究文献的研究目的和关注焦点大致分为空气质量、环境舒适度、模拟技术、建筑通风、建筑节能、建筑安全等六类。
3.3 研究对象类别
从现有文献的研究对象类别来看，大致可以分为理论研究、理想模型研究和实际案例研究三类。
1）理论研究
特点是以纯理论的分析和推理为主要研究方法，而不涉及对具体城市空间对象的风环境研究，一般包括相关理论综述总结，空气动力学的原理分析，风与城市空间的作用机制探讨，模拟技术的参数和方程选择等。
2）理想模型
理想模型主要是指根据研究需要建立的虚拟城市空间，针对理想地块进行风环境研究的主要优势在于可以最大程度排除干扰，简化建筑和环境的外形以及布局形式，只针对需要研究的要素、参数变量等进行研究，并且可以在研究中随时控制变量，根据需要建立多个理想地块进行对比研究。
3）实际案例
实际案例型的文献即指以现实的城市建成地块或规划设计方案作为空间对象来开展风环境研究，这类研究的最大特点是真实性和实用性强，在规划设计方案评价、对比和遴选中运用十分广泛。
3.4
从现有城市风环境研究文献来看，不同文献对于空间尺度的跨度较大，从区域范围到单体建筑均有涉及，本文将不同研究中的空间尺度归纳为城市尺度、街区尺度、群体尺度、单体尺度和其他五类。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其中城市尺度主要为针对整个城市或者某城区的总体风环境研究；街区尺度主要为针对城市内单个或若干个连续街区所组成范围内的微气候风环境研究，从现有的研究来看，研究面积一般在50公顷以内；群体尺度主要为针对若干建筑物构成的组群内的室外风环境研究，研究面积一般不超过一个完整的街区；单体尺度主要为针对某个建筑单体及其周边的室外风环境研究，常见于大型公共建筑或高层建筑周边场地；其他类主要包括一部分以风场理论研究、作用机制探讨、风模拟技术研发等为主，而不涉及具体研究空间尺度的文献。
3.5 研究方法
城市风环境的研究方法除了基本的理论分析外，最常见的定量研究方法主要的包括数据实测法，风洞实验法和计算机模拟法三大类。
1）数据实测法
数据实测法是指采用地面风速、风向仪器，对城市地块内的某一处或多处地点的风场数据进行记录，以采集研究所需的原始数据的方法。这种方法最大的优点在于可以真实准确地收集建筑周围风环境的第一手资料，而不足之处一是数据采集工作量大，不利于大面积和多次数据获取，二是气象条件和地形条件等难以改变，无法通过控制变量进行规律探索。
2）风洞模拟法
风洞实验法是指利用风洞设备来模拟大气边界层的自然风环境来对城市地块的实体模型进行模拟等方法。风洞实验的方法在航天飞行器和汽车设计等领域内运用较为成熟，现已有专门运用于建筑的风洞，能较好地模拟近地面大气边界层，此类风洞在高层建筑的结构抗风实验中运用十分广泛，而在城市地块室外风环境的模拟上也具有很大的可行性。
大气边界层的风洞模拟是可靠性比较高的预测方法。与现场实测相比，测量容易并精确，可以控制和复现经常改变的自然条件。其缺点是试验费用高、周期长，同时受到不同时期试验手段的限制。
3）计算机模拟法
计算机数值模拟是在计算机上对建筑物周围风流动所遵循的动力学方程进行数值求解(通常称为计算流体力学CFD :computat ional fluid dynamics)，从而仿真实际的风环境。从各国学者近年来利用计算机数值模拟对建筑周围的风环境进行仿真分析并与风洞实验的对比结果来看，用计算机模拟风场具有一定的可行性和较好的发展前景。
3.6 优化措施的提出
研究城市风环境的过程是寻找风与城市空间作用规律的过程，而研究的最终目的很大程度上是为了探索如何优化城市风环境。城市的外部风环境目前来看还是不可控的，因此优化城市风环境实质就是通过改变城市空间的形态来改善城市内部的局部风环境。
在本文所研究的文献中，有20篇在不同程度上对城市风环境优化的空间措施进行了研究和探索，其余87篇文献则主要以问题提出，理论分析，模拟技术，方案评价为主，未对所研究的风环境问题提出相应的解决或优化方案。
4 风环境研究展望
4.1 研究成果数量持续增长
从城市风环境研究今后的发展环境来看，第一，我国城镇化推进逐渐从增量转向存量，城市空间紧凑度呈现上升趋势，高密度、高强度城市地区的日益增加，对风环境等城市微气候因素影响越来越大。第二，随着城镇化推进和经济社会发展，大量人口集中于城市，同时人们对生活质量要求不断提高，因而城市空间是否舒适将受到越来越多的关注。因此，可以预见在未来一定时期中，城市风环境研究需求大，基础坚实，拉力推力均强的环境决定了城市风环境研究方兴未艾，势必在今后若干年内涌现出更多，更优质的研究成果。
4.2 构建多学科协作机制
城市风环境研究这一课题具有较强的跨领域特征，不同专业人员对于该课题的研究角度、目的、方法有着较为明显的差异，这也在一定程度上造成了现有研究在整体上系统性不强，缺乏较统一的标准，理论研究与实践结合不足等问题。
4.3 提升计算机模拟的精确性和针对性
如前文所述，计算机模拟由于其快速、便捷、低成本的优势，是目前城市风环境研究使用最多研究方法。由于风场具有不可见的特征，难以直接观察，因此基于计算机仿真的各种数值模拟和可视化技术是城市风环境研究的重要基础工具。离开了模拟技术，风环境研究往往难以进行，而模拟技术的精确性和针对性则直接影响着城市风环境研究的质量。
影响风环境计算机模拟精确性的要素主要有两个，一是模拟软件所采用的气流与固体的作用机制，往往在模拟软件中选择不同的湍流方程可以得到不同精确度的模拟结果；二是城市空间模型的精确度，模拟中所采用的城市模型的尺寸，材质的细分均会影响模拟结果与真实情况的接近程度。
4.4 加强项目设计和开发管理中的风环境控制
风环境是城市微气候和室外空间舒适度的重要影响因素，但是从目前来看，风环境的质量控制在规划设计中并不普及，大部分规划设计项目或者并没有针对风环境的专题研究和设计，或者流于形式，缺乏评价标准和优化措施的制定。同时，风环境专题往往出现在概念、投标阶段，用以装点文本，而在真正需要落实的详细、深化设计阶段却被忽略，难以真正起到营造地区风环境的作用。
5 结语
回顾我国过去20多年来城市风环境的历程，成果固然丰富，发展速度亦颇喜人，但是距离有效指导大部分城市建设中的风环境营造还是有较长的路要走，现有的研究成果之所以系统性尚且不足，应用性尚且不强，很大原因在于缺少一个推动研究发展的主体。
城市风环境是地球自然风与城市内部建、构筑物以及其它各种组成相互作用的产物，因此，风环境营造的本质实际上就是遵循风环境的规律来营造城市空间。在这个意义上，城市规划设计可以说就是城市风环境营造的主体。在眼下这样一个尾气、雾霾、PM2.5、寒潮、酷暑、热岛“横行”的时代，城市规划设计和管理工作有责任从扩大应用需求开始，推动城市风环境研究向更协作、更成熟、更系统、更实用的方向发展。
参考文献：
[1]王晓云，汪光焘,房小怡，苗世光，郭文利，蒋维楣. 城市规划建设中环境理念的科学实施—奥运场馆规划方案大气环境效应研究[J]. 规划师，2005(1):84-87.
[2]陈飞. 高层建筑风环境研究[J]. 建筑学报，2008(2):72-77.
[3]唐武,凌云，张泉. 建筑区域风环境的模拟仿真技术研究[J]. 企业技术开发，2008（4）：62-65.
论文作者:叶锺楠
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年8月供稿
论文发表时间:2015/12/7
标签：环境论文; 城市论文; 文献论文; 风洞论文; 尺度论文; 空间论文; 目的论文; 《工程建设标准化》2015年8月供稿论文;