基于不同城市功能区的风环境优化设计方法研究★

郭 廓 孙朝阳 类雁文

(1.大连艺术学院艺术设计学院,辽宁 大连 116600； 2.大连民族大学建筑学院，辽宁 大连 116600； 3.吉林鲁能漫江生态旅游开发有限公司，吉林 白山 134500)

风环境是指室外自然风在城市地形地貌或自然地形地貌的影响下形成的风场。城市风环境包括两个方面：城市的总体通风环境和建筑周边的局部风环境。近年来，为了提升城市居民生活舒适度与城市环境卫生质量，越来越多的专业人士与普通百姓都逐渐意识到风环境质量对于城市宜居、节能环保的重要意义。而城市中的不同功能区，其城市形态、建筑布局等均有其各自特点，在探讨其风环境优化问题时也应根据具体特质具体分析。

1 城市设计中的风环境问题

当下城市设计中常面临以下风环境问题。

1.1 生活舒适性问题

区域内建筑物的形体、朝向和布局方式的不同，会直接导致气体流过时产生不同的风场，进而造成人们体感舒适度的差异。主要体现在以下两个方面：

1)建筑群体内通风效果不佳：压力差是气体流动的必要前提，如因建筑群体布局的问题导致其间气体压力差过小甚至无压力差，势必会影响气体流动效果，产生旋涡区。漩涡区内的空气在区域内盘旋，导致通风不畅，进而阻隔了室内外空气交换，且容易造成交叉污染，不仅直接降低了城市居民的生活舒适度，也会对健康卫生造成一定的隐患。

2)瞬时强风：风进入城市后，穿行于建筑群中，因下冲、角逐、狭管流、穿堂风及阻塞、尾流等效应，很容易在某些区位产生瞬间强风或旋风，即“再生风”或“二次风”。这种现象在北方寒冷的冬季尤为明显，瞬间强风会影响城市居民的正常出行，特别是老人儿童或体弱人士，影响更为明显。同时制约了室外活动的开展，在一些极端情况下还会促发高空坠物的危险。

1.2 环保节能问题

优质的城市风环境既能够有利于夏季风进入建筑群体，通过自然通风降温，降低一定量的夏季设备降温带来的能耗。同理，若能一定程度的阻挡秋冬季寒冷空气的流入，也会对保温起到促进作用，进而降低我国北方城市因供暖而产生的能耗与一定程度上的环境污染。

2 不同功能区的风环境优化

城市设计中的功能区可大致划分为居住区、公共建筑区和休闲绿化区三类。在我国大多数城市中，均可尽量将小体量建筑群体及休闲绿化区布置于夏季盛行风上风向，将多层及高层建筑群体布置于冬季盛行风上风向(见图1)，这样既有利于夏季的通风降温，又能合理利用部分建筑作为挡风屏障，适度的减少冬季寒冷的气流的入侵，降低设备能耗，优化城市环境质量。

2.1 住宅功能区的风环境优化

城市中居住用地在土地使用总量中占有极大比重，故一个城市住宅功能区的风环境优劣不仅直接影响到居住区内部的生活品质，也在宏观上对整个城市自然通风效能有着重要影响作用。故如何做到住宅功能区的合理通风及有害风防范，是城市设计中应注意的重要问题。

1)平面布局选型与风环境：最常见的住宅建筑布局形式有行列式、围合式和自由式三种。行列式的优点是容易满足日照要求，多年来一直是住宅区的典型建筑布局形式，由于布局较为开放，对气流没有大的阻挡，只要风向可以与建筑形体呈一定角度(避免过于接近0°或90°)，风能够较流畅的在建筑群体中流动，因而比较容易得到良好的夏季自然通风效果。在围合式的布局方式中，由于封闭的体型，会有部分建筑前后都处于负压区，会影响通风效果，不利于夏季通风，却对冬季防风较为有利。自由式布局通常指根据具体地形地势，自由灵活的布置建筑群体。这种布局方式对气流的影响效果很难在设计阶段主观预期，既有可能出现不利的漩涡区，也有可能刚好出现极佳的气流引导，往往需要借助计算机模拟分析。

2)立体空间布局形式与风环境：高层建筑会把高空中的高速风导向地面，从而对地面的风环境产生影响。另外在建筑物的两侧与顶部，会因气流通道突然变的狭窄而使流体速度增加，形成强风，亦即流体力学领域中的“文丘里效应”。因此对于住宅功能区建筑群体的空间布局而言，首先迎风向建筑间距不宜过近，要确定好建筑物的形体并调整好两栋建筑间的相互位置，以免出现楼房风害，其次在住宅群体的立体空间布置上易采取“前低后高”或“高低错落”的布置方式(见图2)，从而加强自然通风效能，避免楼宇间出现大量的漩涡区。

3)住宅建筑朝向与风环境:在我国北方地区，住宅建筑的朝向至关重要，它既影响着建筑的日照水平又影响着通风效能。设计工作中，在依据当地日照数据大致确定住宅建筑的基本朝向范围后，还需要依据气象数据中的历史主导风向等数据对朝向做进一步调整。如果只分析一栋单体建筑，房屋与主导风向垂直可获得较好的通风效果，但从中尺度或大尺度来看，让多数建筑与主导风向形成一定的角度，会对大范围整体通风效能的提升更为有利。

另一方面，考虑到冬季防风，建筑物的面宽、高度及比例不同，会导致其背后的风影区及涡流区范围也相应不同，相关研究认为，长方体建筑顺风的布置产生强风效果是最小的。此外，为了避免部分居住区出入口因“文丘里效应”形成的风口，可以借助CFD模拟等方法，通过调整居住区配套公共建筑的位置，或合理增加防风绿植，强化与城市道路或居住区级道路间的合理间隔，力争在优化风环境的同时也使居住区的私密性得到一定的提升。

2.2 公共建筑区域

当下城市建设中，写字楼、综合体等公共建筑动辄几十万平方米，而大体量建筑挡风作用明显，对于城市通风有显著影响。而在作者此前的研究中，也发现建筑密度和容积率对于城市通风效能的衰减影响较大，这两项指标又直接影响着建筑形态。因此，为不降低城市空间的土地使用率，又能对城市风环境进行合理优化，公共建筑区域的建筑形态控制是较为理想的切入点。

根据研究可知，大体量建筑的裙房对于群体通风十分不利(见图3)，如能将裙房做适当断开或架空(见图4)，其通风状况会明显改善。因此，即便是在高密度、高容积率的典型城市中心地段，应尽量避免过大体量裙房的出现，增加建筑高度控制建筑密度，来减少建筑对于土地的占用。

板式是高层建筑经常选用的形态之一，其中以写字楼或商住两用楼为主，该体型的建筑群迎风面密度较大，风影区大，对下风向的建筑遮挡作用明显，从而影响周边大范围的风环境。应在建筑上做适当的断开或开口，增加风的流动，改善通风环境(见图5)。同时，也能改变板式建筑的呆板、严肃感，提升城市设计的美感。

2.3 休闲绿化功能区

除了美化城市的职能外，城市中的绿化不论面积大小，都会对优化城市风环境起到促进作用。在小尺度下，可通过街心广场、墙面绿化、屋顶绿化等方式增加点状绿地；在中尺度下，可加强道路绿化以完善城市绿化网，同时也可适当缓解交通污染；在大尺度下，应对现有的大面积绿地加强保护，对小面积点状绿地加强联系，规划用地可暂时建设为面状绿地。

休闲绿化功能区中绿植对气流的影响主要体现在树木枝杈和树叶对气流的阻挡与扰动上，而由于不同种类的植物冠层对流场的影响不同，对其量化计算及其复杂(需考量几何形状、叶面指数、拖曳系数、遮挡因子等诸多因素)，在实际问题中我们通常以孔隙率为指标，定量评价绿化中绿植选型对风环境的影响效果。具体操作方法体现为对树种进行合理选择，以及对绿植枝叶稀疏程度的控制。例如在冬季季风盛行的方向可种植枝叶相对浓密的常绿灌木或高大乔木以加强防风，在夏季季风盛行的方位可选择相对低矮开敞的灌木或乔木以利通风。也可粗放的利用植物的高低搭配来引导空气流动，创造微型“通风廊道”，进而改善区域微气候，为城市居民提供一个舒适宜人的风环境。

3 结语

本研究以城市设计中不同功能区特点为切入点，为城市风环境的优化提供设计层面的参考意见。不同功能区特点不同，在城市中各司其职，在考虑风环境优化时既需有的放矢，区别对待，也需要协同作业，共同从城市尺度上为改善风环境发挥作用。城市设计中风环境优化的任务是十分艰巨的，特别是在极速城市化的我国城市现状下，更需充分考虑具体情况，结合当地气候特点，合理的设计城市建筑形体、布局及间距，处理好绿化区的结构与绿植选型，从而实现城市风环境的优化目标。