基于实测与模拟的古村落巷道风环境研究

2021-08-26李文雅

山西建筑 2021年17期

李文雅

(武汉大学城市设计学院，湖北武汉 430072)

传统古村落蕴含着丰富的哲学、美学与自然科学思想，在当代“乡村振兴”的国家战略驱动的环境下，值得我们学习和研究其适宜的人居环境营造手法。现代人从环境污染、资源短缺等一系列的环境问题中认识到大自然除客观环境外，同时也是一个包含人类社会在内的有机整体，需要和谐共生，那么只有节约、环保、尊重的态度才是可取的[1]。而传统民居良好的气候适应性是被广泛认可的，包括聚落空间形态的生态优势也很明显，其中巷道环境作为村落居民使用的公共空间，是居民在日常生活中必不可少的一处场所，是联系着各个地点的骨架，其气候环境的重要性不言而喻。

鄂东南地区的农村经济条件比较有限，但乡土村落已发展为一种较为成熟和稳定的形态，不仅满足了人居的安全、经济、耐用，还能改善局部小气候[1]。本文以鄂东南地区黄石市的柯大兴古村落为例，对其巷道风环境进行研究，探索其村落内巷道风环境情况，寻求其巷道小气候环境的优势，为乡村建设提供参考，以改善未来的人居环境。

1 研究方法

1.1 风速测量

以鄂东南地区具有古村落巷道基本特征的柯大兴村为样本进行实地调研，对其采取踩点测量，其中包括村落的总体形态布局、巷道测点的风速记录等。

1.2 软件模拟

对柯大兴村进行实地测量当日的风环境运用phoenics软件进行模拟分析，根据模拟结果对柯大兴古村落的整体风环境描述评价(见图1)。

2 调研内容

2.1 研究对象简介

柯大兴村又名柯大兴湾，位于湖北省黄石市大冶市，村中汇聚有很多古民居，村落坐西北朝东南，占地面积4 km2。柯大兴始建于明代，距今的历史已有500多年，虽经历了朝代更迭，却依然较好地保存了传统的建筑规模和风貌，并在2016年获批黄石市第三批文物保护单位。大冶市柯大兴村在形态布局方面有明显的街巷空间，有着鲜明的传统村落巷道特征，其中冷巷对村落和建筑通风具有重要作用，有“自然空调”之称。这样的巷道布局可促使村落藏风聚气，改善小气候，所以有必要对其巷道布局选取测点进行定性与定量分析的深入研究(见图2)。

村庄座落在明灯山下，东有南口畈，西倚龙角山，南毗小箕山，北临大箕山。整个村落三面环山，只有东北方向有出入口，这样的地形会阻挡大部分的风源，保障村落在一定风速范围内的安全(见图3)。

由柯大兴村文化广场的柯大兴古民居分布图可看出，村落内部有穿透南北的一条石板巷道，并有水井巷和四房巷道两条巷道贯穿东西，组成村落布局的主体骨架(见图4)。

2.2 测点选取

到达柯大兴村后，我们根据既定的路线(如图5所示)考察了村落里街巷的总体情况，实线是第一条考察路线，点划线是第二条路线。在了解了巷道分布的大致情况后，按照巷道口和内部巷道两种分布位置的方式选取了共9个测点，其中巷道口有A，B，C，E四个测点，内部巷道有D，F，G，H，I五个测点(见图6)。

2.3 测量仪器

本次实测使用SMART SENSOR热敏式风速风量计AR866(如图7所示)，该记录仪适合用于连续采集风速值，可测量风速范围0 m/s～30 m/s。可控制按键读取瞬时风速，手持测杆可拉伸，便于测量不同高度的风速。

2.4 测量时间和天气

对9个测点的测量要持续1 d的时长，时间从2019年3月6日上午9：30至下午16：30，每隔1 h对9个测点进行数据读取记录。当天测量天气多云，温度7 ℃～16 ℃，南南西风2级，相对湿度99%。

2.5 测点现场情况

各测点分布于古村落巷道口和内部巷道，在各个测点距地1.5 m处进行风速实测，各测点现场情况如图8,图9所示。

3 数据分析

3.1 风环境舒适度评价标准

根据Emil Simiu和Robert. H. Scanlan出版的《风对结构的作用：风工程导论》[2]著作中，提出了风速与行人舒适感之间较为具体的关系，如表1所示。

表1 行人舒适感与风速的关系

该文献也指出，在建筑物周围的人行区域，若平均风速V>5 m/s的出现频率小于10%，行人就不会发出什么抱怨；若频率在10%～20%之间，抱怨会增多；若出现频率大于20%，则应该采取弥补措施来减小风速。另外，行人在风速分布不均匀的区域活动时，若在小于2 m的距离内其平均风速变化达到70%，即从低风速区域突然进入高风速区域，那么人对风的适应能力将大幅减少。因此，人所在的位置是否安全舒适，取决于该位置风速的大小及周围风速的分布[2,3]。

3.2 测点数据分析

通过对各测点的汇总处理，可以从总体上看出，柯大兴村落共9个测点距离地面1.5 m处的风速均在0 m/s～2.5 m/s的范围内变化，符合人在风速0

为研究柯大兴村落巷道的不同类型对风环境的影响，现将测点分类比较研究。

首先是测点A和测点E，二者都处于村口广场空间进入村子内部的街道口，由图11可看出，其风速变化折线图具有相似的变化趋势。说明在巷道入口的风环境有相似性，但测点A比测点E的整体风速偏高，从卫星图场地来看，可能是由于测点A的空间位置比测点E的更开阔所致。

其次是测点G和测点I，二者都处于村落内部巷道交叉口，由图12可看出，二者的瞬时风速变化趋势也相同，且瞬时风速的测量值也相近，说明村落内部两个主要巷道交叉口的风环境相似。

最后是同巷道内的测点比较，测点B和测点F分别位于四房巷道的入口和中部的廊下空间，二者的瞬时风速变化具有相反的趋势。由图13可知，由于风的传播需要时间，而又因不同时刻风的传播方向不固定，所以在相同的时刻，同一巷道在不同点的风速差别较大，造成两点风的趋势相反。

另外分别位于水井巷的入口和中部的测点C和测点H，二者的瞬时风速变化也具有相反的趋势。由图14可知，此变化与四房巷道两个测点趋势相反的原因相同，同时也印证了不同巷道内的风环境具有相似性。

4 柯大兴村模拟分析

根据卫星图在CAD中绘制出柯大兴村的二维平面图(见图15)，再利用SketchUp软件中对村落和周边地形的三维建模(见图16)，最后在phoenics软件中进行村落模型的风环境模拟，旨在除去实测偶然因素，再次论证巷道风环境的舒适度情况。

根据测绘当天的天气情况，在phoenics软件中将温度设为16 ℃，风速设为3 m/s，风向为南南西风，得出1.5 m处柯大兴古村落的风环境结果，如图17所示。

根据模拟结果可看出，由于村落位于山体丘陵之间，地势较低，村落春季的风速范围在0 m/s～1.75 m/s之间，属于微风环境，根据风环境舒适度评价标准，在舒适的风速范围内，与实测结果的舒适度情况相同。在村落建筑围合成的广场空间中，受地势和建筑的阻挡作用，风速较小，适合春秋季的室外活动。由柯大兴村落风环境局部视图(如图18所示)可看出，巷道的风速在0.65 m/s～1.09 m/s之间，明显高于外部的广场空间，且风速在舒适范围内，由此可见，柯大兴巷道具有一定的聚风效果，巷道风环境较外部开敞的广场空间要好。