基于风环境的住区布局模式及绿化的模拟研究——以兰州市某住宅小区为例

韩朝霞 甘肃建筑职业技术学院副教授

近年来，城市化建设越来越快，带来的建筑风环境问题也越来越多。调查发现，近几年关于住区布局模式以及绿化形式对风环境影响的研究越来越多，并且呈逐年递增的趋势，其中研究最多的为住区布局对风环境的影响。

1 住区风环境

随着科学技术的不断发展，相关研究不断深入，研究者逐渐开展了群体建筑风环境研究，相较于单体住宅风环境，住区建筑群体的风环境情况更为复杂，且出现的问题也更加多样化。在开展住区建筑群体风环境研究时，需要考虑到建筑群高度、建筑群排列方式、住区共享空间（如绿地）等方面的问题。

1.1 国内外风环境研究现状

在很早之前就已经有研究者开展有关住区建筑群排列方式的研究，并提出了建筑物排列方式引导风流动，以此促进建筑物自然通风的概念。同时，通过降低住宅区域的温度，有效提升住宅小区的舒适性。

近年来，国内外许多学者通过风洞试验、现场实测、数值模拟等方法进行居住区建筑物排列方式对风环境影响的研究，并取得了一定的研究成效。日本研究学者Tetsu等在开展实验的过程中，将日本22个高层的住宅区与底层的住宅区作为模型，并采集了16个风向的风速，采集高度为1.5 m,一共采集了50个测点。采集完成后，再利用风速比与风向频率分布图进行研究分析，发现在同等的占地率情况下，中高层建筑要比底层建筑的风速比平均值高[1]。马剑等[2-3]分析了由6幢方形建筑构成的8种布局模式下的建筑群体风环境，利用FLUENT软件模拟结果的对比与分析，得出围合式或并列式布局方式的风环境最佳，而Y型或U型布局的风环境相对较差。

1.2 影响住宅小区风环境因素

通过大量研究实验发现，建筑风环境与建筑的排列方式有很大的关系，若是在建筑排列方式相同的情况下，建筑间距与建筑高度会对建筑的风环境造成直接影响。部分研究者曾在加拿大多伦多的商业中心进行实验，主要使用风洞实验的方法进行研究，通过分析烟气的扩散情况，了解到建筑群建筑间距、建筑高度对建筑群污染物扩散的影响效果。

2 住区绿化形式

绿化能够有效美化环境，改善住区微气候，净化空气，减少沙尘，增强人们在住区居住的舒适感。还能对建筑的室外风环境造成一定影响，通过植物导风将局部强风进行削弱，提升建筑群内部气流流动效果。有关植物对建筑风环境影响早期研究内容为绿化林不同的高度、形状下，林带附近的风场特征、湍流结构特征以及流场特征等，随着相关研究的不断深入，研究者们逐渐提出了更多植物对建筑风环境影响的研究方法，内容更为全面，研究方法也更加有效。有的研究者研究建筑物周围不同的孔隙率树木对污染物扩散的影响，主要通过数值模拟方法进行模拟分析。清华大学李亮等人也曾做过关于植物对建筑风环境影响的研究。

3 住区风环境模拟

3.1 住宅小区模拟分析

目前，常用的研究建筑风环境的方法主要有3种，分别为数值计算法、现场实测法、风洞试验法。数值计算法比现场实测法与风洞试验法更加高效，也更节省时间，并且还具有低成本的优点，其主要是利用流体力学理论模拟建筑风环境，从而分析出影响建筑风环境的各方面因素。

3.2 住宅小区模拟分析

本文参照兰州某住宅小区建筑总平面图对区域内建筑群进行几何建模。为了避免个别几何形态不规则的建筑物对局部网络质量的影响，在模拟分析评价前，要对建筑物的几何形状进行简化处理，简化后的模型如图1所示。本研究利用计算流体力学（CFD）模拟工具对该住宅小区的风环境进行模拟，通过计算分析风速分布、风压分布得出该住区布局模式与绿化对风环境的影响，总结出影响建筑风环境的因素，其冬夏工况下的模拟计算结果如下图所示。

图1 建筑群几何模型

图2是夏季工况下住宅小区距地1.5 m处的风速云图，从图2可以看出整个小区人行区1.5 m高度处大部分区域风速值为1.5 m/s以上，尤其是住区中央绿地及广场等共享空间风速在2 m/s以上。住区中央绿地广场处有明显的风道，有利于自然通风。图3是夏季工况下距地1.5 m高度处压力云图，从风压云图可以看出建筑物前后的压差，从而得出建筑物开窗后室内的通风效果，可以看出住区中央压力比较恒定，住区四周压力有变化。图4是冬季工况下住宅小区距地1.5 m处的风速云图，从图中可以看出冬季小区人行区1.5 m高度处大部分区域风速值为1.5 m/s以下，在小区的东区风影区较大，对邻近的建筑物风环境有影响，住宅小区内部风影区较少，有利于住宅小区冬季内部防风。图5、图6是距离地面1.5 m高度处冬、夏两季工况下风速放大系数分布云图，从图可知风速放大系数均小于2，人行区域环境较舒适。

图2 距地1.5 m高度处速度云图（夏季工况下）

图3 距地1.5 m高度处压力云图（夏季工况下）

图4 距地1.5 m高度处速度云图（冬季工况下）

图5 距地1.5 m风速放大系数分布云图（夏季工况下）

图6 距地1.5 m风速放大系数分布云图（冬季工况下）

3.3 模拟分析结果归纳

通过对兰州某住宅小区风环境模拟研究和国内外研究成果归纳分析，总结出住区风环境的影响因素主要有建筑布局、绿化形式等。建筑布局包括的内容有建筑物的排列形式、高度、间距、朝向以及建造形式等方面，主要是通过合理布局有效减少建筑外部的局部强风，避免引起风环境问题，并以此加强室内的自然通风效果，改变建筑风环境。

住区风环境还受住宅绿化的影响，绿色植物的栽种能够起到良好的导风与挡风作用，使得建筑物周围的气流流动方向发生改变，避免出现局部强风的现象。从而在夏季形成有利于自然通风的风道，冬季形成的自然防风道，为住宅小区创造比较舒适室外微环境，给人们提供高品质的生活环境。

4 结语

本文主要探讨了国内外的建筑风环境研究，并总结出了影响建筑风环境的因素，模拟了兰州某住区的风环境，以此来支持住区风环境影响因素的适用性，为住区风环境的相关研究提供充足的理论支持。通过研究归纳可知，目前关于住区风环境的研究将住区建筑布局模式与小区绿化进行结合，并找出了影响住宅小区风环境的外部因素。随着研究不断深入，绿色建筑评价体系不断完善，建筑风环境的研究将融合建筑所处的环境进行研究，以此提升相关研究的有效性，营造良好的生活环境，保障人们的生活安全。