基于GIS和CFD的城市街道通風(fēng)廊道研究
——以武漢為例

尹 杰

詹慶明

自然風(fēng)進(jìn)入城市后，受制于城市內(nèi)部各要素對(duì)風(fēng)的阻礙作用，風(fēng)速在城市內(nèi)部急劇降低，建筑物等要素之間的空氣流量相對(duì)于郊區(qū)開(kāi)敞空間會(huì)減少90%[1]。城市自然通風(fēng)潛力是指城市人工建成環(huán)境所具備的通風(fēng)能力，挖掘城市通風(fēng)廊道實(shí)際上是研究城市物質(zhì)要素和風(fēng)的相互關(guān)系。這些城市物質(zhì)要素可以概括為建筑和街道2個(gè)部分。城市建成環(huán)境和通風(fēng)潛力的相關(guān)關(guān)系可以幫助構(gòu)建城市三維形態(tài)通風(fēng)潛力的指標(biāo)，城市通風(fēng)廊道就是通過(guò)指標(biāo)設(shè)定閾值來(lái)進(jìn)行挖掘提取。

國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者和專家團(tuán)隊(duì)對(duì)城市微氣候的改善和城市通風(fēng)展開(kāi)了研究。德國(guó)卡塞爾市政府于20世紀(jì)80年代組織開(kāi)展了《“理想城市氣候”計(jì)劃》[2]，目的是改善城市空氣質(zhì)量，提高宜居性。研究計(jì)劃利用城市環(huán)境氣候圖的形式，標(biāo)出主要通風(fēng)廊道及局地風(fēng)的流通系統(tǒng)，將風(fēng)環(huán)境現(xiàn)狀和評(píng)估后的規(guī)劃建議用規(guī)劃術(shù)語(yǔ)表達(dá)出來(lái)，便于規(guī)劃師和政府決策者參考和實(shí)施。2003年中國(guó)香港中文大學(xué)建筑學(xué)院吳恩融教授領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)開(kāi)展《空氣流通評(píng)估方法可行性研究》[3-4]。針對(duì)香港的城市形態(tài)和結(jié)構(gòu)，從街道布局、建筑物高度，以至開(kāi)敞空間的布置，建筑密度的控制、綠化等方面檢視現(xiàn)有城市規(guī)劃和設(shè)計(jì)的問(wèn)題。

在通風(fēng)廊道識(shí)別方面，針對(duì)城市三維形態(tài)的復(fù)雜性，部分學(xué)者將影響通風(fēng)的因素投影到二維平面，通過(guò)有一定空間分辨率的網(wǎng)格進(jìn)行表達(dá)。歸納影響通風(fēng)的形態(tài)指標(biāo)如迎風(fēng)面積密度、空氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)(粗糙度長(zhǎng)度與零平面位移高度)等，將城市建筑三維形態(tài)降維為具有數(shù)值屬性的柵格地圖，柵格的數(shù)值屬性用來(lái)定量描述柵格內(nèi)的建筑形態(tài)，并根據(jù)指標(biāo)與通風(fēng)潛力的相關(guān)性，設(shè)定閾值挖掘城市自然通風(fēng)廊道[5-6]。

在形態(tài)指標(biāo)與通風(fēng)潛力相關(guān)性研究方面，香港中文大學(xué)愛(ài)德華教授選取了風(fēng)速比指標(biāo)(近地層風(fēng)速與高空背景風(fēng)速的比)，通過(guò)建立香港建成環(huán)境的模型進(jìn)行風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)各個(gè)建成環(huán)境樣本點(diǎn)的綜合迎風(fēng)面積密度與風(fēng)速比的相關(guān)關(guān)系，挖掘存在潛在通風(fēng)的迎風(fēng)面積密度閾值，依據(jù)閾值來(lái)提取城市通風(fēng)廊道[7]。但是，建成環(huán)境的建筑形態(tài)在轉(zhuǎn)化成二維的迎風(fēng)面積密度柵格單元時(shí)，會(huì)在一定程度上忽略線狀街道的通風(fēng)路徑，因?yàn)檫m宜的街道形態(tài)可以很大程度上改善通風(fēng)環(huán)境。在GIS平臺(tái)中通過(guò)空間分析技術(shù)，挖掘武漢市主城區(qū)街道的通風(fēng)廊道，作為迎風(fēng)面積密度風(fēng)道挖掘方法的補(bǔ)充。本文在建筑迎風(fēng)面積密度通風(fēng)廊道提取的基礎(chǔ)上，歸納了街道形態(tài)指標(biāo)，并通過(guò)CFD數(shù)值模擬和GIS空間分析技術(shù)的交互使用，對(duì)武漢市街道的通風(fēng)廊道進(jìn)行了提取。

圖1 人行高度風(fēng)速比率與近地層迎風(fēng)面積密度之間的線性回歸分析[7]

圖2 武漢市主城區(qū)迎風(fēng)面積密度分布圖[12]

圖3 武漢中心城區(qū)分布圖

1 城市建筑通風(fēng)評(píng)價(jià)

國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)城市通風(fēng)廊道展開(kāi)了相關(guān)研究，但更多的是以定性分析和CFD數(shù)值模擬為主[8-10]。如余莊教授團(tuán)隊(duì)針對(duì)武漢市的通風(fēng)環(huán)境，在CFD軟件中將武漢市中心城區(qū)劃分為大小不等的體塊，定義不同體塊的建設(shè)強(qiáng)度和邊界條件，模擬分析熱環(huán)境和通風(fēng)環(huán)境[11]；劉姝宇以德國(guó)斯圖加特市為例，介紹了熱島局地環(huán)流的通風(fēng)廊道劃分方法[12]，逐漸開(kāi)始使用形態(tài)指標(biāo)來(lái)量化通風(fēng)潛力。因此，在規(guī)劃數(shù)字轉(zhuǎn)型背景下，有條件通過(guò)大量建成環(huán)境數(shù)據(jù)的分析評(píng)價(jià)，探索更精細(xì)、準(zhǔn)確和覆蓋廣的風(fēng)道劃分方法。

城市建筑通風(fēng)評(píng)價(jià)的方法主要是將三維建筑投影到二維平面，通過(guò)有一定空間分辨率的網(wǎng)格進(jìn)行表達(dá)。近地面層的空氣流速主要是受近地面層迎風(fēng)面積密度的影響，在武漢市風(fēng)道挖掘研究中，采用100m×100m的柵格量化影響通風(fēng)的迎風(fēng)面積密度(主導(dǎo)風(fēng)向下建筑的迎風(fēng)面積與柵格地塊總面積的比值)[13]。其中，香港中文大學(xué)愛(ài)德華教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)香港建成環(huán)境進(jìn)行風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了綜合迎風(fēng)面積密度與通風(fēng)潛力的相關(guān)程度，風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)在香港10個(gè)地區(qū)進(jìn)行。每個(gè)地區(qū)中的若干個(gè)測(cè)點(diǎn)上的風(fēng)速比(近地層風(fēng)速與高空初始風(fēng)速的比)被測(cè)定，其平均值與該區(qū)域相對(duì)應(yīng)的不同計(jì)算高度下的迎風(fēng)面積密度(高度1：0～15m，高度2：0～60m，高度3：15～60m)進(jìn)行線性回歸分析，發(fā)現(xiàn)0～15m的近地層與通風(fēng)潛力的相關(guān)程度最高(圖1)。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)證明近地面層的迎風(fēng)面積密度與風(fēng)速比之間具有比較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)關(guān)系(高度1：0～15m)。為下一步探測(cè)潛在與現(xiàn)有城市風(fēng)道提供科學(xué)依據(jù)：當(dāng)迎風(fēng)面積密度大于0.6時(shí)，風(fēng)速比值將小于0.1，意味著較差的城市自然通風(fēng)環(huán)境；當(dāng)迎風(fēng)面積密度小于0.35時(shí)，則表示風(fēng)速比將大于0.2，意味著理想的城市自然通風(fēng)環(huán)境[7]。

利用GIS的空間分析技術(shù)計(jì)算武漢市建成環(huán)境的迎風(fēng)面積密度，并進(jìn)行分類(圖2)，紅色代表迎風(fēng)面積密度較高的區(qū)域，綠色代表較低的區(qū)域，并在此基礎(chǔ)上劃分通風(fēng)廊道。本研究的案例城市為武漢市主城區(qū)(圖3)，中心城區(qū)面積69 466hm2，包括漢口、武昌和漢陽(yáng)三鎮(zhèn)，本研究數(shù)據(jù)來(lái)源于武漢市主城區(qū)2010年建筑普查數(shù)據(jù)和2014年4月武漢市道路網(wǎng)(快速路、主干道和次干道)數(shù)據(jù)。采用香港建成環(huán)境風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的迎風(fēng)面積密度分類，將低迎風(fēng)面積密度區(qū)域與高迎風(fēng)面積密度區(qū)域相區(qū)別[7]。但是，由于柵格單元的局限，基于迎風(fēng)面積密度的建筑通風(fēng)評(píng)價(jià)忽視了街道的通風(fēng)作用，而街道是城市通風(fēng)的重要通道。城市道路的通風(fēng)潛力主要受街道朝向、長(zhǎng)度和兩邊建筑物的影響，城市建筑的迎風(fēng)面積密度分布可以作為城市道路通風(fēng)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)條件，作為道路通風(fēng)潛力評(píng)價(jià)因素。當(dāng)街道走向與盛行風(fēng)向平行以及街道長(zhǎng)度較短時(shí)，街道上的通風(fēng)效果最佳；當(dāng)街道走向與盛行風(fēng)向垂直以及街道長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，由于建筑物的遮擋，街道上的通風(fēng)效果不理想。

2 基于CFD的城市街道通風(fēng)潛力模擬

在建筑通風(fēng)評(píng)價(jià)中，將城市建筑形態(tài)進(jìn)行指標(biāo)量化，通過(guò)數(shù)據(jù)分析和主觀評(píng)價(jià)，確定各個(gè)指標(biāo)之間的權(quán)重關(guān)系，最后對(duì)城市建筑形態(tài)的通風(fēng)潛力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，關(guān)鍵在于形態(tài)指標(biāo)與通風(fēng)潛力之間的量化關(guān)系[13]。對(duì)于街道通風(fēng)潛力評(píng)價(jià)，同樣可以提取街道形態(tài)的指標(biāo)要素，研究形態(tài)指標(biāo)與通風(fēng)潛力之間的量化關(guān)系。城市街道作為城市通風(fēng)的重要通道，順應(yīng)盛行風(fēng)向的街道能更好改善街道的通風(fēng)環(huán)境。通過(guò)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)模擬理想街道模型的通風(fēng)情況，模擬的變量為街道與盛行風(fēng)向的夾角以及街道的長(zhǎng)度，通風(fēng)潛力為1.5m高度的風(fēng)速指標(biāo)。軟件平臺(tái)為Airpak 3.0，其中邊界條件中地形因素a=0.14，邊界層厚度d=270m。街區(qū)規(guī)模為300m×340m，街道寬40m，建筑間距為20m，山墻間距為10m，街區(qū)模型的布局形式為單體建筑(長(zhǎng)：60m，寬：20m，高：18m)的行列式，初始風(fēng)速為5m/s。邊界條件的主導(dǎo)風(fēng)向每隔15°進(jìn)行變化，0°表示主導(dǎo)風(fēng)向與街道平行，90°表示主導(dǎo)風(fēng)向與街道垂直。

軟件Airpak 3.0中建立模擬模型和設(shè)定邊界條件以后，劃分計(jì)算網(wǎng)格(計(jì)算時(shí)一般是按照模型尺寸的1/20來(lái)劃分網(wǎng)格的，保證模擬精度和減少模擬計(jì)算成本)，選擇計(jì)算模型(采用的湍流模型為RNG K-ε模型)，選擇迭代次數(shù)(500次以上)，最后計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行運(yùn)算。模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著風(fēng)向夾角的增加，街道上的通風(fēng)潛力在減弱。當(dāng)街道與盛行風(fēng)向夾角為0°時(shí)，街道上的風(fēng)速達(dá)到最大，并且明顯高于其他風(fēng)向夾角；當(dāng)街道與盛行風(fēng)向平行時(shí)，風(fēng)道口處的風(fēng)速要高于遠(yuǎn)離風(fēng)道口處的風(fēng)速。隨著街道長(zhǎng)度的增加，街道中心線上人行高度的風(fēng)速在減弱。

可見(jiàn)，當(dāng)盛行風(fēng)向與城市道路平行時(shí)，街道上風(fēng)受到的阻力最小，同時(shí)街道兩旁的建筑會(huì)加速空氣的流速，通風(fēng)效果最佳；當(dāng)盛行風(fēng)向與城市街道垂直時(shí)，氣流從建筑上方或者建筑之間的間距內(nèi)通過(guò)，街道上的氣流是與街道兩旁建筑相撞后的氣流，空氣流動(dòng)速度較低；當(dāng)盛行風(fēng)向與城市道路成一定夾角時(shí)，街道的通風(fēng)效果在兩者之間(圖4)。因此，選取街道走向作為街道通風(fēng)潛力評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，在地理信息平臺(tái)(GIS)中，計(jì)算街道與盛行風(fēng)向的夾角關(guān)系，從而在城市層面進(jìn)行整體量化分析。

圖4 街道通風(fēng)潛力模擬分析步驟圖

圖5 一致性等級(jí)劃分角度示意圖(5-1 東南，5-2 南，5-3 西南)

3 基于GIS的城市街道通風(fēng)潛力評(píng)價(jià)

街道的通風(fēng)潛力主要受街道的朝向、長(zhǎng)度和兩旁建筑物迎風(fēng)面積的影響，街道走向越順應(yīng)盛行風(fēng)向，通風(fēng)潛力越高；街道兩旁建筑物迎風(fēng)面積越低，通風(fēng)潛力越高；街道長(zhǎng)度越長(zhǎng)，通風(fēng)潛力越低。將迎風(fēng)面積密度、街道長(zhǎng)度和城市道路朝向3項(xiàng)指標(biāo)在GIS平臺(tái)中進(jìn)行計(jì)算和量化。

首先，在GIS中計(jì)算各個(gè)類型街道走向與夏季盛行風(fēng)向的夾角，評(píng)判通風(fēng)的潛力，需要在屬性表的字段計(jì)算器中進(jìn)行計(jì)算；然后，統(tǒng)計(jì)各類型街道的長(zhǎng)度，并進(jìn)行重分類，參與通風(fēng)潛力的評(píng)價(jià)過(guò)程；最后，通過(guò)GIS的緩沖區(qū)分析，建立各類型街道的緩沖區(qū)(各個(gè)類型街道的緩沖區(qū)范圍為250m)，并與迎風(fēng)面積密度圖層進(jìn)行疊加和關(guān)聯(lián)，得到各類型街道的平均綜合迎風(fēng)面積密度(迎風(fēng)面積具有方向性，綜合夏季各個(gè)盛行風(fēng)向取平均值)，隨著街道兩旁建筑迎風(fēng)面積密度的增加，街道的通風(fēng)潛力在減弱。

街道走向通風(fēng)潛力的量化標(biāo)準(zhǔn)需要進(jìn)一步界定清楚。利用地理信息系統(tǒng)的空間分析技術(shù)，將街道與盛行風(fēng)向的夾角程度作為道路通風(fēng)與通風(fēng)不暢的界定值，標(biāo)準(zhǔn)以15°作為道路通風(fēng)潛力的變化值。在理想街區(qū)人行高度的風(fēng)速模擬中，當(dāng)街道與盛行風(fēng)向的夾角超過(guò)45°時(shí)，通風(fēng)潛力急劇降低；當(dāng)街道與盛行風(fēng)向的夾角小于30°時(shí)，街道的通風(fēng)潛力較高；當(dāng)街道與盛行風(fēng)向的夾角小于15°時(shí)，街道的通風(fēng)潛力最佳。因此，在GIS中，將街道的通風(fēng)潛力劃分為4類。以武漢市夏季主導(dǎo)風(fēng)向(東南風(fēng)、南風(fēng)和西南風(fēng))為邊界條件，以正西方向?yàn)?80°、正南方向?yàn)?0°和正東方向?yàn)?°建立街道朝向的通風(fēng)潛力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(圖5，表1)。

以夏季的盛行風(fēng)向南風(fēng)為例，以南90°為基準(zhǔn)將城市道路系統(tǒng)分為4級(jí)，道路走向與盛行風(fēng)向的一致性被劃分為：1)道路走向與水平軸夾角為75～105°時(shí)，道路走向與盛行風(fēng)向的關(guān)系為一致，通風(fēng)效果最佳；2)道路走向與水平軸夾角為60～75°或105～120°時(shí)，道路走向與盛行風(fēng)向的關(guān)系為較一致，通風(fēng)效果較好；3)道路走向與水平軸夾角為45～60°或120～135°時(shí)，道路走向與盛行風(fēng)向的關(guān)系為基本一致，通風(fēng)效果一般；4)道路走向與水平軸夾角為0～45°或135～180°時(shí)，道路走向與盛行風(fēng)向的關(guān)系為不一致，通風(fēng)效果較差。

由于道路走向可以同時(shí)滿足多個(gè)主導(dǎo)風(fēng)向的通風(fēng)需求，在城市道路系統(tǒng)通風(fēng)潛力的單一方向評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，通過(guò)疊加計(jì)算各個(gè)盛行風(fēng)向下道路的通風(fēng)潛力得分值，綜合評(píng)判各級(jí)道路的綜合通風(fēng)潛力，從而挖掘出不同通風(fēng)程度的城市道路。對(duì)道路走向與盛行風(fēng)向的一致性程度進(jìn)行打分，然后將3個(gè)盛行風(fēng)向的得分值進(jìn)行相加，并考慮街道長(zhǎng)度衰減和迎風(fēng)面積密度衰減，得到各級(jí)道路的綜合評(píng)分(表2)。

表1 各級(jí)道路綜合打分表

表2 街道長(zhǎng)度和迎風(fēng)面積密度衰減系數(shù)表

根據(jù)公式，綜合評(píng)價(jià)值W等于主導(dǎo)風(fēng)向下的打分值之和乘以衰減系數(shù)，其中，東南、西南和南風(fēng)下的打分值為衰減系數(shù)。當(dāng)綜合評(píng)價(jià)值大于3并小于4時(shí)，表示道路通風(fēng)程度最好；當(dāng)綜合評(píng)價(jià)值大于2并小于3時(shí)，表示道路通風(fēng)程度較好；當(dāng)綜合評(píng)價(jià)值大于1并小于2時(shí)，表示道路通風(fēng)程度一般；當(dāng)綜合評(píng)價(jià)值小于1時(shí)，表示道路通風(fēng)程度較差。

在夏季盛行風(fēng)的作用下，主城區(qū)范圍內(nèi)道路系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)可以幫助規(guī)劃師挖掘出通風(fēng)不暢的道路，并以規(guī)劃策略加以改善。在武漢市現(xiàn)狀道路的綜合評(píng)價(jià)中(圖6、7)，現(xiàn)狀主干路通風(fēng)程度最好和較好的道路長(zhǎng)度比例最高，占據(jù)現(xiàn)狀主干道總長(zhǎng)度的20.3%；其次，現(xiàn)狀次干道通風(fēng)程度最好和較好的道路長(zhǎng)度比例為16.4%。現(xiàn)狀快速路通風(fēng)程度一般的道路長(zhǎng)度比例達(dá)到了65.2%，而通風(fēng)程度最好和較好的道路長(zhǎng)度比例只有8.9%。各道路類型通風(fēng)不暢的道路長(zhǎng)度比例基本一致，保持在30%左右?？梢?jiàn)，武漢市現(xiàn)狀主干道的路網(wǎng)系統(tǒng)空間形態(tài)的通風(fēng)適應(yīng)性最好，而快速路由于道路長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，通風(fēng)適應(yīng)性要低于主干道和次干道。即使在迎風(fēng)面積密度最高的漢口老城區(qū)，也存在通風(fēng)潛力較好的城市道路。

圖6 主城區(qū)現(xiàn)狀道路GIS評(píng)價(jià)圖

圖7 主城區(qū)現(xiàn)狀道路通風(fēng)程度統(tǒng)計(jì)

4 城市街道通風(fēng)潛力案例分析

從城市尺度進(jìn)行道路通風(fēng)廊道挖掘以后，需要微觀層面的CFD數(shù)值模擬技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的通風(fēng)潛力分析。選取武漢光谷創(chuàng)業(yè)街為模擬對(duì)象，街道全長(zhǎng)約1.8km，街道區(qū)位位于武漢市中心區(qū)邊緣，周邊有華中科技大學(xué)、光谷廣場(chǎng)等重要的教育文化設(shè)施，為主城區(qū)次干道。

街道兩側(cè)用地類型主要為居住、商業(yè)和工業(yè)，街道的走向?yàn)闁|西向，與夏季主導(dǎo)風(fēng)向(東南、西南和南方向)不一致，在東南風(fēng)向打分為1(與東南風(fēng)向夾角為0～15°或75～90°)，綜合打分為1。在街區(qū)綜合通風(fēng)潛力評(píng)價(jià)中，通風(fēng)程度較差，街道兩邊平均綜合迎風(fēng)面積密度為0.23，F(xiàn)AD衰減系數(shù)為1，街道長(zhǎng)度衰減系數(shù)為0.4。

模擬邊界條件為夏季盛行風(fēng)向南風(fēng)。武漢市夏季盛行風(fēng)向南風(fēng)的平均風(fēng)速為2.7m/s。軟件平臺(tái)為Airpak 3.0，其中邊界條件中地形因素a=0.14，邊界層厚度d=270m。統(tǒng)計(jì)范圍為圖8中的紅線內(nèi)區(qū)域，模擬計(jì)算以后生成1.5m高度的規(guī)劃與現(xiàn)狀風(fēng)速斷面圖(圖9、10)，并從Airpak 3.0中將街區(qū)高度3m以下的風(fēng)速節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)出，便于進(jìn)行規(guī)劃與現(xiàn)狀的對(duì)比分析(圖11)。

通過(guò)采取規(guī)劃設(shè)計(jì)措施，降低建筑的占地面積和迎風(fēng)面積，減少街道連續(xù)面的長(zhǎng)度，為空氣流通開(kāi)辟空間。具體規(guī)劃措施包括以下幾點(diǎn)。

1)街區(qū)東端片區(qū)內(nèi)存在大量工業(yè)廠房，建筑層數(shù)小于3層，單體建筑體量較大，占地面積較大，布局緊湊。規(guī)劃措施將降低單體建筑的占地面積，減小建筑密度，通過(guò)形態(tài)分割，轉(zhuǎn)化為小體量的廠房建筑，廠房建筑之間留出足夠的空隙，引導(dǎo)空氣進(jìn)入地塊內(nèi)部。

2)街區(qū)西端主要為居住和商業(yè)建筑，建筑形式以點(diǎn)式和板式建筑為主，建筑層數(shù)為多層和高層。點(diǎn)式建筑有利于空氣流動(dòng)，但是點(diǎn)式建筑的裙房會(huì)阻擋人行高度的氣流通過(guò)，因此規(guī)劃措施減少迎風(fēng)處的裙房，打斷高層建筑的連續(xù)面，結(jié)合點(diǎn)式建筑組織空氣流通的廊道。

3)街道與盛行風(fēng)向南風(fēng)垂直，街道長(zhǎng)度較長(zhǎng)，沿街建筑的迎風(fēng)面積對(duì)街區(qū)內(nèi)部通風(fēng)條件有重要影響，規(guī)劃措施縮短沿街建筑的連續(xù)面長(zhǎng)度，降低沿街建筑的迎風(fēng)面積，打通垂直于街道的通風(fēng)路徑，通過(guò)通透性設(shè)計(jì)增加街道的風(fēng)滲透性。

通過(guò)街區(qū)夏季盛行風(fēng)向南風(fēng)的微觀模擬，統(tǒng)計(jì)規(guī)劃與現(xiàn)狀街區(qū)3m以下風(fēng)速節(jié)點(diǎn)的風(fēng)速頻率?，F(xiàn)狀街區(qū)的最小風(fēng)速為0.02m/s，最大風(fēng)速為4.07m/s，平均風(fēng)速為1.83m/s。通過(guò)規(guī)劃措施改善街區(qū)建筑形態(tài)以后，規(guī)劃街區(qū)的最小風(fēng)速為0.03m/s，最大風(fēng)速為3.97m/s，平均風(fēng)速為1.88m/s，規(guī)劃后街區(qū)的整體通風(fēng)水平要強(qiáng)于現(xiàn)狀街區(qū)。將規(guī)劃范圍以內(nèi)高度3m以下的風(fēng)速節(jié)點(diǎn)進(jìn)行頻率統(tǒng)計(jì)(表3，圖11)，可以發(fā)現(xiàn)規(guī)劃后街區(qū)的風(fēng)速在2.0～3.2m/s的頻率要高于現(xiàn)狀，而風(fēng)速在0.0～1.8m/s的頻率要低于現(xiàn)狀，風(fēng)速得到了增強(qiáng)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜合迎風(fēng)面積密度的風(fēng)道劃分方法將城市建成區(qū)轉(zhuǎn)換為單元大小一致的柵格，通過(guò)設(shè)定閾值來(lái)提取城市的通風(fēng)路徑，城市通風(fēng)環(huán)境通過(guò)形態(tài)指標(biāo)的量化進(jìn)行評(píng)估[14]。街道通風(fēng)廊道的挖掘方法可以幫助我們挖掘潛在的街道通風(fēng)廊道。研究不足在于建立的理想模型是行列式，根據(jù)需要可以對(duì)其他街區(qū)形態(tài)進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)其中的特征和規(guī)律。

本文將地理信息系統(tǒng)和CFD數(shù)值模擬的方法進(jìn)行交互使用，以街道形態(tài)為核心，歸納街道朝向、街道長(zhǎng)度和街道旁建筑的迎風(fēng)面積等指標(biāo)作為風(fēng)道劃分的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)城市建成區(qū)的綜合評(píng)價(jià)。在迎風(fēng)面積密度較高的區(qū)域，平行于盛行風(fēng)向的道路仍然可以引導(dǎo)空氣進(jìn)入，從而實(shí)現(xiàn)通風(fēng)路徑的精準(zhǔn)和深入挖掘。城市尺度使用GIS進(jìn)行整體評(píng)價(jià)，街區(qū)尺度使用CFD進(jìn)行微觀模擬，彌補(bǔ)了2個(gè)軟件空間分析的不足。最后，通過(guò)迎風(fēng)面、街道長(zhǎng)度和街道朝向提出空間形態(tài)的優(yōu)化。

圖8 光谷創(chuàng)業(yè)街現(xiàn)狀迎風(fēng)面積密度分布圖(紅色表示迎風(fēng)面積密度較高的區(qū)域)

圖9 現(xiàn)狀1.5m高度南風(fēng)風(fēng)速分布圖

圖10 規(guī)劃1.5m高度南風(fēng)風(fēng)速分布圖

圖11 現(xiàn)狀與規(guī)劃街區(qū)內(nèi)高度3m以下風(fēng)速頻率對(duì)比圖(南風(fēng))

表3 街區(qū)內(nèi)高度3m以下優(yōu)化前后通風(fēng)效能比較