基于大气污染物变化的沈阳市奥体中心区域空间形态优化研究

师晓帆

(辽宁省生态环境事务服务中心，辽宁 沈阳 110161)

1 引言

在城镇化高速发展的背景下，难以避免产生各种各样的城市问题，如城市大量集聚的大气污染物就严重影响了城市居民的生产生活环境。把风环境模拟技术引入城市空间营造中，基于流体力学理论，应用ENVI-met软件对设计地块进行模拟分析。通过对设计地块的通风环境问题进行总结，并提出优化原则与优化目标。后期对方案在城市布局与形态层面、道路系统层面、街区与建筑布局层面等进行优化设计，达到优化地块空间布局、改善其风环境、实现大气污染物扩散的目的。

2 研究区与研究方法

2.1 研究区概况

奥体中心区域位于辽宁省沈阳市浑南新区，是浑南新区城市空间特征较为代表性的区域，也是大气环境污染较为严重的区域之一。该区域存在不少高密集建筑群，通风也相对不佳。该地块北邻浑河，南邻浑南大道，东临富民南街，西邻青年大街，周边均为城市主干道，多条主干道相交位置，拥有浑南地区最大的人流与车流，大气污染物问题较周边区域严重。

2.2 模拟软件

研究采用ENVI-met三维城市微气候模拟软件，软件版本是ENVI-met4.4.4，其模拟的水平分辨率为2～10 m的尺度网格，网格模数为150×150，模拟时间一般为24～48 h。ENVI-met是由三维的模型，包括土壤、大气以及植被模型组成，其在三维模型内主要可以设置建筑、植被、水体、下垫面以及污染源等，由一个垂直方向的二轴以及2个水平方向的x，y轴组成。

2.3 研究方法

运用ENVI-met软件模拟奥体中心区域的现状大气污染物浓度。基于现状浓度分布情况分析大气污染物分布特点，在实地调研基础上归纳总结，提出优化目标。结合奥体中心区域空间形态特征，从城市布局与形态层面、道路系统层面、街区与建筑布局层面等提出优化设计策略进行空间形态优化。最后运用ENVI-met软件模拟奥体中心区域的优化后大气污染物浓度，验证优化策略的有效性。

3 研究区大气污染物浓度现状与优化目标

3.1 大气污染物现状浓度模拟

本节对奥体中心区域进行大气污染物浓度分布模拟。依据沈阳全年气候条件，在参数设置上风向选择冬季主导风向北风风向，在风速上选择沈阳冬季平均风速2.9 m/s作为边界条件。在污染源布置上以周边道路做为线源污染为主，地块内部适当布置点源污染为辅。

从模拟结果可以看出，道路的线源污染难以扩散，同时区域内部部分建筑同时背风面存在大气污染物集聚的现象，容易使得空气难以流动，容易造成有害空气污染物的堆积，尤其在沈阳冬季的采暖期内，大气污染物容易积聚于街区内，难以迅速扩散，将对居民的健康产生危害。

3.2 现状问题总结

3.2.1 街区形式问题

奥体中心区域的街区划分存在部分街区尺度过大的问题，对内部的通风产生较大的影响。同时，在朝向上，部分街区未能顺应城市主导风向布置，对主导风向产生一定程度的遮挡。导致地块内部形成大面积的静风区域，一方面阻碍了来流顺利进入街区内，另一方面使得气流难以从街区内流出，导致街区内局部的风通路的阻塞。同时奥体中心区域紧邻作为城市天然氧源的浑河，浑河又是城市天然风廊之一，空气质量较好。内部街区的形态对新鲜空气以及风的导入能力有待提高。内部缺少主次分明的开放空间组成的导风路径。

3.2.2 建筑形式问题

奥体中心区域内部的建筑多为长条型板式建筑，迎风面积较大，对来风产生了较大阻碍，同时建筑的布置位置等也有不足。

3.3 优化原则与目标

3.3.1 优化原则

通过对浑南新区的大气污染物与城市空间形态的分析得知，城市空间形态对大气污染物的浓度有着重要影响。基于前章节具体优化策略，本章对其进行应用实践，对奥体中心区域的优化应从城市布局与形态、道路系统、街区与建筑布局3个层面进行优化。在优化过程中，从经济利益上保证原新旧方案容积率基本不大，并使街区大气污染物浓度降低。

3.3.2 优化目标

对浑南新区奥体中心区域进行空间形态优化设计，要在多个层面进行考量。奥体中心区域大气污染物浓度偏高，并且通风能力相对较差。在研究中应分析现区域存在的问题，通过对空间形态进行优化设计，以使大气污染物浓度有效降低，改善大气环境。本次优化以实现大气污染物浓度有效降低为优化城市大气环境的体现，同时尽量避免在建筑之间产生大气污染物的沉积。

4 空间形态优化

奥体中心区域优化设计为街区中尺度城市设计，在优化策略运用上，运用了城市布局与形态层面、道路系统层面、街区与建筑布局层面3个层面的优化策略。

4.1.1 城市布局与形态层面优化

基地紧邻浑河，浑河是天然的氧源绿地，为基地内部提供源源不断的新鲜空气。在绿地优化方法上，在基地内部布置进气口，与浑河与浑河绿地相结合，并结合通风廊道形成有机的绿地体系。同时在部分适宜进行屋顶绿化的公共建筑的屋顶进行绿化设计，在丰富第五立面的同时进一步加强对大气污染物的消减作用。

4.1.2 道路系统层面优化

窄街区密路网有利于加强通风能力，在设计中调整街区走向与尺度，通过对基地内部的路网进行加密，使得对地块原有的大街区进行分割，同时使之形成两个小街区，更利于通风能力的提高。

4.1.3 街区与建筑布局层面优化

(1)设置通风廊道。在基地内部依托道路，布置四条通风廊道，使风可以从基地内部贯通。同时对通风廊道周边的建筑高度进行控制，形成倒梯形的街道峡谷断面。

(2)适当布置开放空间。在基地内部调整开放空间与建筑的位置关系，首先对通风廊道节点处布置开放空间，强化通风廊道的通风效应。其次对于高密度街区内部，设置开放空间，以保证街区形态不至于过于密集而导致大气污染物的集聚。

(3)建筑布局优化。在基地内部对现有建筑形式进行优化。首先对部分建筑的形式进行优化，使其从大迎风面的形式，通过打破、变形等方式，转变为小迎风面的建筑布局形式。同时对于高层建筑与群房关系影响行人区通风的建筑进行调整。

4.2 优化后奥体中心区域大气污染物浓度模拟

通过调整奥体中心区域存在的街区形式问题与建筑形式问题。进行街区的空间形态改造，对街区的尺度和走向进行优化，对开放空间进行梳理，对通风廊道进行设立。同时调整建筑形态与绿地景观布置，增加大气污染物的扩散。在这样的城市街区空间优化策略的调整下，街区大气污染物浓度较优化前相比，整体街区空间中，几乎不存在的大气污染物高浓度区，而且同样位于高度5 m的水平截面，出现大气污染物不连续的空间现象，明显较优化前的大气污染物浓度降低(图1)。

图1 奥体中心区域改造后大气污染物浓度模拟(图片来源：ENVI-met)

从图1中模拟结果可以看出，奥体中心区域在改造后的道路线源污染大幅度减少，并且建筑背风区的大气污染物浓度也显著降低。本文对奥体中心区域运用前文提出的优化设计方法进行设计，得出有利于降低大气污染物浓度的街区空间布局形态，优化后的效果达到了优化目标。

5 结论

研究选取沈阳市浑南新区奥体中心区域，以城市规划视角出发，通过对城市空间形态优化设计方法进行应用，优化奥体中心区域的空间形态，以区域大气污染物浓度变化作为优化效果的反映。通过对城市布局与形态、道路系统、街区与建筑布局3个层面的优化，形成新的城市空间形态。通过验证后的奥体中心地区大气污染物浓度变化，证明优化策略具有可行性。