重点地区城市设计的风环境评估及规划管控分析

安徽省城乡规划设计研究院有限公司 张小远

城市化的加快和经济水平的提升，让城市人口数量急剧增加，大量的人类生产和生活造成城市的气候与环境状况发生着改变。根据联合国经济社会事务所的计算，预计到2050年，全球在城市生活的人口数量将达到约62亿人。由于传统城市规划管理在风环境问题上的关注度不够，在理论和实践方面的研究相对匮乏，运用较多的方式仅仅采用单一的风玫瑰图和污染系数玫瑰图，无法根据不同区域、不同功能主导的城市空间形态规划良好舒适的气候环境。为此，文章旨在通过对相关资料数据的研究与整合，站在不同功能城市空间风环境问题的优化以及城市风道规划视角，分析运用科学的规划管控方法，改善城市通风问题，从而建设城市生态宜居空间环境。

一、国际关于城市风环境评估以及规划管控的相关研究背景分析

德国学者Kress最早根据局地环流运行规律提出下垫面气候功能评价标准，将城市通风系统分为需要改善风环境的作用空间、作为风源的补偿空间以及引导风流动的通风廊道，在城市规划管控中采用“通风走廊”“绿色风廊”等描述，认为风道规划管控是基于自然空间环境与城市正厅规划建设的综合性生态实施管理过程，需要由点及面、由线及面综合规划。在20世纪70年代末，德国斯图加特作为早期进行城市气候与环境规划管控的代表，通过制定技术标准，指导城市风环境评估和规划。同时，在前者研究基础上，日本东京、德国卡塞尔等地区也先后针对城市气候环境以及规划管控进行相应的研究。但随着城市日趋严重的城市热岛效应问题，还需要进一步结合具体区域空间形态和环境安全问题开展风道规划实践，编制针对特定城市区域环境的通风廊道规划技术指南。

根据国家统计局针对我国城镇常住人口所占比重的数据分析，在2019年城市常住人口比重已达到了总人口的60.6%，这一数据也标志着我国城市工业化和城镇化发展取得了突出的进步。虽然城镇化加速发展对城市经济效益提升有着推动意义，但是加速城镇化会增加大量的城镇人口，造成城市人居环境与城市可持续发展的矛盾不断加深。而且大规模进行城市环境开发、推动城镇化进程发展会导致自然环境发生很大改变，其明显变化是建筑密度的增加，自然山水林田生态要素减少，产生城市病态气候，这些问题都严重影响着城市居民生产、生活以及健康安全。为了控制城镇化加速发展带来的负面环境影响，满足城市居民对生态宜居的需求，2016年2月，国家发改委与住房和城乡建设部围绕“城市发展与气候变化”的研究课题，联合印发了《城市适应气候变化行动方案》，明确提出了要“做好城市通风廊道规划，增强城市空气流动能力，减缓城市气候恶化趋势，解决城市热岛效应问题”。同时国内风道规范相关研究和实践中，唐春对于风道形态设计和规划基于伯努利定律提出了城市风道的具体形态设计要点；李鹍、朱亚斓分别在城市尺度提出了建设城市风道的方法；冯娴慧从城市的不同发展模式和规模入手，提出了改善其城市内部通风的规划途径。总体来说，不管是国家政策还是实施力度，风道规划都受到了广泛的重视，并在一定程度上取得了成效。但是国内现阶段关于风道的研究还处于不够全面和系统的基础性研究阶段，提高风道规划的科学性还有待进一步探索。

二、当前风道规划问题与管控的难点

（一）风道规划的主要问题

一是传统规划缺少系统性和前瞻性。风道规划是基于风场、地形、水系和植被等进行设计的规划，其规划目的是在原有城市空间布局的基础上进行优化和完善，以此改善城市生态环境，打造舒适良好的人居环境。由于城市风环境规划缺少前瞻性，对城市空间通风因素综合考虑不到位，在实际规划中没有预留通风廊道，使得城市规划区域沦为了“风阻”地带。二是城市风环境规划比较复杂，城市稳定的风向是建设和规划风道的前提和基础。一些小尺度风场因受地形地貌和局部气流的影响难以准确预测风向，这为城市风道建设与规划增加了很大难度。三是风道量化标准很难制定，在风道实际建设中容易受到环境、经济、社会、生态、景观、排污、降噪等方面因素的影响和限制。通常宽度80米以下的城市风道效果并不突出，只有风道宽度为150米以上才能达到理想效果。

（二）风环境管控的难点

一是风环境评估和管控不到位，在宏观管控、中观管控和微观管控所涉及城市风环境建设的各个环节，需要完善规划传导机制，奠定风环境有效管控的基础。尤其是受地形地貌和城市建筑布局影响较大的城市环境，若缺少健全的规划传导机制，风环境规划会因受自然环境因素和建筑因素的影响而变得复杂，难以将编制完成的城市风廊规划向下传导落实[1]。二是缺乏健全的制度管控依据，我国多数城市风环境管控存在难点为碍于绿色建筑的相关规定要求，管控指标围绕建筑高度、建筑工程风环境舒适度和安全性，缺少对生态文明建设、对不同层面人居风环境的管控要求，缺少相关管理条例以及法律依据，造成风环境评估和规划管控缺少法律，丧失权威性。三是技术难以支撑风环境评估和规划管控工作落实，进行风环境评估基于流体力学原理，其边界条件与参数设置均需要一定技术支持。但是目前国内风环境评估及参数制定标准在缺少了技术的支撑下难以获得准确的基础数据，直接影响了风环境评估和管控的实效性。

三、从不同维度分析城市通风廊道规划管控的实施要点

城市通风廊道规划管控的实施主要从三个维度分析，即宏观管控维度、中观管控维度和微观管控维度，从三者之间的管控要点促使城市建筑空间形态紧密结合，实现通风降温的目的和规划效果，让城市可以“自然呼吸”。但是不同方面的规划管控侧重不同，宏观管控重点围绕总体通风系统规划；中观层面着重挖掘中心城区潜在风道，控制风道具体宽度、形态及网络联系；微观层面重点对风道内及两侧控制范围的具体建筑形态提出控制要求。

（一）宏观管控维度

宏观管控城市通风廊道其主要目的是为了充分利用规划区域范围内的自然通风能力，借助城市空间形态特点，指引城市空间科学布局、优化产业功能、合理规划生态控制线和人口密度，发挥城市“健康呼吸”的重要作用。但是在传统城市规划和管控中，主要侧重城市形体和风貌的设计与管控，缺少对城市环境舒适性方面的考量，导致城市通风能力逐渐弱化，并且狭窄的环境和通风不良也会传播疾病，影响城市居民的健康和安全[2]。因此，规划设计城市通风廊道系统，应站在宏观层面，将该区域山川河谷等自然地形地貌、盛行稳定的风环境条件作为重点规划和研究要点，根据廊道自然生态要素进行合理控制和分析，掌握夏季海陆风和山谷风的时空特点，找出城市风道入口，结合城市总体规划、城市绿网规划、生态控制线规划等，规划城市空间，以提升通风率为目的，确保气流高效连通。此外，进行宏观管控需要着重控制通风廊道的走向、宽度和风道口[3]。通风廊道的长度应在500-1000米以上，宽度为边缘界面高度的1.5-4倍以上，最少达到200米，较为理想的宽度达到400-500米左右，这样才能更好地提升通风效率。

（二）中观管控维度

中观管控维度以城市中心城区或者城市建成区为规划尺度，规划与设计内容围绕城市管辖范围内各行政区空间规划、土地分类空间分布、绿地、城市形态控制等。进行中观层面通风廊道规划需要在充分了解城市内部路网系统、开放空间系统、建筑密度、开发强度、污染物浓度、局地风环流规律等相关内容的基础上，挖掘城市内部通风潜力，开发潜在通风廊道，构建一级通风廊道、二级通风廊道等不同层级的城市通风体系，从外向内层层深入，将自然通风通向城市内部。在规划实施过程中，需要将城市中心城区或者城市建成区内部的大型水系流域、城郊绿地和城市公共开工建设等通风潜力较好的区域划定为补偿空间，实现城市局部空间空气对流[4]。此外，中观管控需要着重围绕通风廊道走向、宽度、形态等进行控制，按照不同层级风道控制要求进行规划管控。一级风道需要控制在100-150米以上，二级风道控制在50-60米以上，要以城市主导风向为中心，顺应城市主风向。当通风廊道与风向存在30°至60°夹角情况时，此时可以获得良好的通风效果。

（三）微观管控维度

微观管控层面主要围绕居住区、建筑单体和景观设计等方面进行规划，规划与设计内容分别根据居住区域空间形态控制、建筑高度与街道宽度、建筑朝向控制、绿地与休闲用地建设等；建筑单体形态、朝向控制及周边空地控制等；景观树木配置、景观构筑物设计等。在规划控制指标上重点针对局部风环境流通的建筑形态控制进行研究，重点围绕地块布局、街道走向、场地间口率、建筑布局、建筑高度、建筑密度等建筑要素进行综合布局[5]。地块的划分应避免采用长且直的形状，需要让地块较长一侧与风向保持平行，适宜将城市主干道路方向与夏季主导风向形成30°到60°的夹角，让街道建筑物形成理想的穿堂风。但同时也需要注意合理控制建筑物的宽度和间距，处理好对风向流动有阻碍和遮蔽的要素，尤其在沿江、沿河等地区，需要将场地间口率控制在60%-70%[6]。

四、城市风道规划的优化措施

（一）加强对街区空间形态与通风口的生态空间保护

城市街区空间形态对通风效果的影响性，可以从风的流动过程进行分析，主要体现在街区进风和内部空气流通两个方面。在城市规划建设上，需要对进风口严格控制开发，加强进风口空间的保护。进风口是风环境的补偿空间，能为城市群提供新鲜空气。通过软件模拟和详细分析，可以得到城市或区域的进风口。街区进风主要与迎风开口、布局朝向有关，并且建筑密度和建筑单体高度变化也会影响内部空气流通效果。因此，在规划中应该对进风口严格控制，并通过街区的迎风开口来加强外部环境风速，以此强化环境风流量，当城市内部主导风呈现稳定状态时，迎风口开口越大，进入到内部风流量也越大，可以有效改善城市环境通风效果，达到理想状态。另外，随着城市化发展进程的推进，城市中因为受经济利益的驱动而出现干扰城市风道建设、甚至侵占风道的现象，所以针对这一问题必须通过规范的制度、相关政策来保持与维护城市风道建设和规划的稳定，按照城市风道建设相关法律法规和制度管理条例，以国家标准为中心，采取相应的气候变化应对措施，并在城市规划和设计中得以落实。

（二）以明确的管控目标将风道建设纳入空间规划中

明确的管控目标有助于细化城市通风廊道建设方案，对提升城市通风效率、营造舒适风环境等都有诸多益处。因此，城市风道规划与设计应该遵循精细化管控原则和实践思路，确立“打造城市冷岛、建构小微风道、导风渗入地块、减缓建筑阻风”“四位一体”管控目标。打造城市冷岛需要在确立规划设计方案时以城市规划区域地形地貌为基础，预留或者设置绿化开敞空间，构建局部区域的温差条件。建构小微风道是协同城市不同绿地空间、交通干道、空旷区域，以建构城市小微风道为中心，开发各类空间资源和风道潜力。导风深入地块是基于地块空间形态将内外环境气流打通，建构内外流动的风向通道，让城市主导风向进入到廊道。减缓建筑阻风主要针对建筑单体对空气流通形成阻碍和遮挡，通过优化设计方案让阻挡空气流通的建筑单体与主要风向拉开距离，在面宽和间距上合理设计。通过上述各管控目标的落实，将其纳入城市空间规划体系中，是站在城市整体风道规划视角，精细化管理各个方面实施内容。因城市风道规划管控并非一项短期完成的工程，需要从设计、运作、维护、管理等多方面发挥协同作用，并且还需要制度、政策、法律等方面的保障。因此，将各个城市风道管控目标纳入空间规划体系中，不仅突出了城市风道建设的重要性和战略地位，还能综合统筹城市风道建设范围以及周边地块的协调关系，确保城市风道实施的有效性。

（三）加强对城市风环境评估技术的模拟与研究分析

目前，国内城市风道建设主要以遥感技术、GIS 和CFD模拟技术作为风环境评估的主要技术手段，制定规范化的技术标注，在相同环境条件下对风道设计方案与预设要求的契合性进行模拟评估，以此提升评估技术的科学性和准确性，让相关规划和管控人员更高效利用技术施展工作。同时计算机技术和互联网技术的进步为精准分析城市风环境和城市环境恶化趋势以及现状提供了可靠的技术支持，可以通过技术手段对城市通风能力以及潜在能力进行定量分析，以有效的数据支持为城市风环境建设规划提供参考，便于管理者进行科学决策。在采用气象软件、大数据技术、CFD模拟技术等进行风环境评估分析时，首先，需要确立统一的评估实施标准，规范评估模拟操作流程，确定建模域与计算域，通过模拟软件和信息技术建立几何模型，并进行模拟计算和模拟结果解析。其次，对各项边界条件和参数进行标准化，如计算范围、建模细度、边界条件设置等。最后，生成评估报告，明确评估报告的信息，包含数值风洞模型信息、模拟结果等。

（四）基于区域协同合作来优化编制思路

各区域地形地貌、区域风源空气质量不统一，需要加强区域协同合作，以联动方式改善和优化编制思路。城市风道建设不是单向工程，并非局限于某个城市，而是应该立足于整体，放眼整个城市区域，以整体规划为前提，对小范围中存在无法达到实际环境改善、空气流通效果的区域，需要通过区域合作、联动建设与治理的方式，解决区域风环境核心问题。同时针对各城市区域及地块不同层面进行合理编制，优化规划和实践思路。

五、结语

综合上述分析，城市空间建设对于生态环境的影响日益凸显，通过对城市风环境的规划和管控，有助于改善城热岛效应，实现营造城市冷岛的规划目标。尽管城市风道建设并非短期工程，而且也不是单个城市的规划问题，所以需要树立长远规划目标，立足于整体发展，着眼于未来，秉持城市可持续发展目标，将风道建设纳入城市空间整个体系中，突出城市风道的重要性，并通过区域协调、科技手段、进风口设计等方面，实现统筹布局、优化编制、内外环境统一。