基于流体分析软件的城市物理环境分析研究

韩瑞涛

南京大学城市规划设计研究院有限公司 江苏南京 210093

1 项目情况简介

项目地位于南京市江宁区、栖霞区交界，是南京东门户，拥有丰富山水等生态要素。项目方案秉持健康城市理念，将人的行为与空间特征结合，为居民提供舒适健康空间同时，为健康行为的发生持续提供契机条件。

通过分析后，项目组认为影响物理环境要素主要为风、热、水、声等，笔者选取主要参与的风环境分析进行说明。分析采用的软件为phoenics（试用版）。

2 风环境分析的评价因子

研究表明影响风环境的要素包括机械风速、风向、风频、气压、温度、湿度等。在上述基础上提出机械舒适度和通风指数两个评价要素，代表户外风指数舒适度和城市通风排污能力，以分析人和城市尺度下的风环境[1]。

机械舒适度包括了两个方面，一是安全性，指不会有大风吹倒老弱或吹飞地物。二是体感舒适度。

3 风环境评价体系与城市空间、居民活动的关系

不同功能空间的适宜风速不同，包括活动适宜风速也包括参与主体对环境忍耐程度。

不同空间下不同活动导致各类空间会对应一种主要姿态，这决定了人迎风面积和人与风相对速度，间接影响风环境评价条件。

综上我们将城市空间划分为机动车道、人行道、混合街道、城市广场绿地、半开放绿地、山体公园、滨水空间、综合公园，将人活动类型按迎风面积、相对速度分为车行、人行、登高、站立、坐、停留。

4 风环境评价体系

表1 综上构建风环境评价体系

5 风环境模拟与对策

5.1 风环境现状数据采集

EnergyPlus官网中的Add-Ones目录下WeatherData获得南京气象参数。

5.2 空间类型分析

基于前述空间分类和评价体系，将参数录入软件供后续使用。

5.3 环境数据选择

根据搜集的环境数据结合项目地实际和居民体感，选取冬季1月的气候数据，月均风速3．6m/s，风向东北，气压102．4kP，气温 3．7℃。

夏季选取7月的气候数据，月均风速2．8m/s，风向东南，气压100kP，气温26．1℃。

5.4 软件参数设置

软件计算域尺寸选择为顶部边界距离地面高度为分析模型最高点H的五倍即5H，X、Y轴方向计算域尺寸为模型尺寸L的5倍，即5L。

综合考虑实际计算时计算机性能、处理速度等，模型网格分辨率选择为10米，求解算法选择为软件默认流体算法，湍流模型选择为κ-ε模型。

5.5 分析结果与评价

通过模拟分析，项目地冬季风速较大，北部存在风廊。南部地区由于山体阻挡在穿出山体后降速，东南区域风速仍较大，西南区域风速较低。

夏季因风向与山体走向垂直，山体高度低，山间通道丰富，通风环境较好。夏季主要存在东、中、西三条风廊。

由于区域内多山现状，仍存在静风点，夏季位于山体北侧背风面，冬季位于山体西侧。西南区域受高层建筑影响，通风环境相对较差。

5.6 风环境改善策略

改善策略包括对城市总体通风条件和风速的改善，对静风点的改善等。

改善措施包括以夏季耐光热冠大叶阔、冬季枝干强劲耐寒抗风的绿植形成风廊或风屏，种植排列夏季与风向水平，冬季与风向垂直。结合地表植物，形成乔灌草复合体，调节地表摩擦系数，以符合季节人群活动需求。

避免在风廊和迎风处布置人群集中区域或老弱使用的功能区域。无遮挡的迎风区域以交通通过型功能为主。有遮挡迎风区以非机动车和行人使用为主。通风良好的微风区域以老弱人群的场地和规模人群聚集地为主[2-3]。

夏季静风点周边选用蒸腾量较大，散热通风效果较好的阔叶植被。冬季静风点周边选用对有害气体和粉尘有较强吸附功能的耐阴耐寒植被。静风点附近不设人群长时间集中的功能区。

6 结语

该项目为笔者初次参与物理环境分析工作，其中仍存在较多问题，包括模型构建、软件参数调节、跨专业理论学习，在未来的工作中尚待进一步完善优化。