基于风环境多情景模拟的旧城住区微更新策略研究

2023-03-03石晗玥朱骁黄飞飞

智能建筑与智慧城市 2023年2期

石晗玥，朱骁，黄飞飞

（1. 江苏省城市规划设计研究院有限公司；2. 东南大学建筑学院；3. 南京大学城市规划设计研究院有限公司）

1 引言

在低碳城市与后疫情时代，科学有效地协调城市风环境与城市形态关系，是提升气候舒适度、疏散大气污染的重要保障[1]。在城市更新过程中，存在大量环境舒适度亟待改善的老旧住区，其既有建成环境复杂且居民改造意愿存在差异，往往难以对老旧住区进行大拆大建[2]。因此，如何科学合理地把脉住区风环境症结，采取渐进式的微更新方式，是当前提升老旧住区宜居空间品质的重要挑战。

城市风环境与城市建成环境紧密相关，在规划中应用包括风环境与城市形态、城市热岛、城市污染等关联分析[3]。关于风环境与城市空间形态关系分析主要分为实测分析与计算机模拟分析，在住区层面相关研究主要包括以下三类：针对住区风环境数据实测与CFD模拟，提出适应风环境的住区绿地布[4-5]；针对板式住区形态与风环境相关性分析，提出“孔隙率”等风环境控制的引导性指标[6]；针对老旧住区适老化改造，通过微气候模拟分析改善住区风热环境的舒适度[7]。

综上，本研究以南京老城某住区为例，采用风环境数字模拟软件进行多情景分析，并通过行人高度的风舒适度感知评价标准，精准找出当前老旧住区的静风区及涡流区，从而实现宜居空间品质提升。

2 研究区域概况

研究选取南京老城内某板式住宅区，东南侧临城市次干道，北侧临城市次干道并有另一条次干道从小区穿过。小区北侧是居住区，南侧为商业中心，东侧为老旧社区。小区内有点式高层及板式多层和少量底商，建筑密度为25%，容积率为1.5。研究根据《江苏省绿色建筑评价标准》相关要求，对建筑区域周围风环境、微气候状况进行模拟分析。模拟计算采用scSTREAM软件，该软件是目前主流的CFD软件，在中小尺度风环境模拟方面准确性较高[8]。

3 风环境模拟模型构建

3.1 住区空间形态预处理

在CAD中建立带有周边环境的3D模型。由于建筑形态复杂且主要模拟特定建筑排列方式下的风环境，出于计算时间的考虑，采用简化建筑体块的方式，用体量相当的方块实体代替建筑单体，建立对象模型（见图1a）并导出为.dxf格式。

图1 住区空间形态预处理图

3.2 计算范围与网格划定

将住区周边环境一同纳入实体模型模拟范围，以增加环境对气流影响的准确度。同时计算范围扩大一倍，高度扩大4倍，保证足够计算空间。考虑计算时间和计算精确度要求，划定最小网格为100mm，最大网格为1000mm（见图1b）。

3.3 人行高度风环境影响

由于地表摩擦的作用，接近地表的风速随着离地高度的减小而降低。只有离地300km～500km以上的地方，风速才不受地表影响，因此本研究模拟设置考虑梯度风影响。此外，由于本研究所选的计算区域比小区的范围大，且将周边建筑部分建出，故上空和两侧的空气流动几乎不受建筑物的影响。

4 多情景风环境模拟结果分析

研究选择南京老城地区的主导风向和风速，夏季盛行西南风（SE），冬季盛行东北偏东风（ENE），而过渡季盛行西南偏西风（WSW）。根据《中国建筑热环境分析专用气象数据集》对南京市夏季、冬季风向及风速特征进行分情景总结[9]。由于过渡季风速暂无明确资料，故将年平均风速风向作为过渡季风速模拟情景（见表1）。

表1 风环境模拟多要素统计

4.1 情景一模拟分析：夏季平均风速/风向

从模拟结果可以看出，夏季情景下场地内1.5m高度处风速基本在0.8m/s之内，主要人行通道处风速在0.5m/s～0.8m/s间；风速均小于5m/s，不会对人员活动造成影响。建筑周边风速小于1m/s，符合室外出行舒适度要求。有明显无风区和一处旋涡区，影响较大。1.5m高度处建筑迎风面风压在0.2Pa～2Pa之间，建筑背风面风压小于-1.6Pa，前后压差在1Pa～1.5Pa，有利于夏季自然通风（见图2）。

图2 夏季1.5m高度场地风速-风压模拟图

4.2 情景二模拟分析：冬季平均风速/风向

从模拟结果可以看出，冬季情景下场地内1.5m高度处风速基本在1m/s～1.5m/s内，主要人行通道处风速在1.05m/s～1.2m/s间；风速均小于5m/s，不会对人员活动造成影响。建筑周边风速小于1.6m/s，与来流方向开阔地表风速相比，1.5m高区域内风速放大系数均小于2，符合室外出行舒适度要求。场地风场流线较为明显，无气流死区无明显漩涡区。初迎风面的底商风压较高，1.5m高度处建筑迎风面风压1.2Pa左右，建筑背风面风压小于-0.6Pa，前后压差均小于5Pa左右，符合冬季通风要求（见图3）。

图3 冬季1.5m高度场地风速-风压模拟图

4.3 情景三模拟分析：过渡季平均风速/风向

从模拟结果可以看出，过渡季情景下场地内1.5m 高度处风速基本在1.2m/s之内，主要人行通道处风速在 0.8m/s～1.4m/s间；风速均小于5m/s，不会对人员活动造成影响。场地风场流线较为明显，无明显漩涡区，但在底商后有部分静风区。1.5m高度处除底商迎风面风压较大，场地内建筑迎风面风压在0.9Pa左右，建筑背风面风压小于-0.6Pa，前后压差在1.5Pa 左右，有利于过渡季自然通风（见图4）。

图4 均季1.5m高度场地风速-风压模拟图

5 风环境优化下的住区微更新策略

5.1 微更新策略一：优化底商，拓展风廊

在老旧住区更新中，寻找潜力风廊道，在适度拆迁的条件下增加主导风向风廊道对提升住区风环境品质意义重大。本研究中住区在沿街底商处有部分静风区，可适度打通切断住宅建筑间的底商空间，增加夏季与过渡季主导风向的通风口数量，减小静风区。

5.2 微更新策略二：局部拆除，避免涡流

老旧住区由于建筑间距过近以及违建建筑等，在住宅间往往会形成涡流区，不利于空气污染排放。在条件允许下可适度改建部分建筑，从而使主导风向下主要风廊道能够扩散到住宅间中，形成适度“穿宅风巷”避免住区风场旋涡区的存在（见图5）。

图5 住区空间更新前后方案对比图

5.3 微更新策略三：点状绿化，清风渗透

在住区规划中一般采用集中绿地形式，通过风环境数字模拟发现，过大面积的绿地植被对风环境影响不大，而梳型绿地则能较好地形成住宅建筑间的风巷，形成舒适度较高的住区微气候空间。因此在住区更新规划中更多采取点状绿化，在住区中的穿流区、宅角区、涡流区合理种植，对于冬季风速过快区域形成植被风墙，对于夏季静风区通过植被间风巷引入凉爽清风，并增加住区内植被荫蔽效应[10]。