基于風環(huán)境的住區(qū)布局模式及綠化的模擬研究
——以蘭州市某住宅小區(qū)為例

韓朝霞 甘肅建筑職業(yè)技術學院副教授

近年來，城市化建設越來越快，帶來的建筑風環(huán)境問題也越來越多。調查發(fā)現(xiàn)，近幾年關于住區(qū)布局模式以及綠化形式對風環(huán)境影響的研究越來越多，并且呈逐年遞增的趨勢，其中研究最多的為住區(qū)布局對風環(huán)境的影響。

1 住區(qū)風環(huán)境

隨著科學技術的不斷發(fā)展，相關研究不斷深入，研究者逐漸開展了群體建筑風環(huán)境研究，相較于單體住宅風環(huán)境，住區(qū)建筑群體的風環(huán)境情況更為復雜，且出現(xiàn)的問題也更加多樣化。在開展住區(qū)建筑群體風環(huán)境研究時，需要考慮到建筑群高度、建筑群排列方式、住區(qū)共享空間（如綠地）等方面的問題。

1.1 國內外風環(huán)境研究現(xiàn)狀

在很早之前就已經有研究者開展有關住區(qū)建筑群排列方式的研究，并提出了建筑物排列方式引導風流動，以此促進建筑物自然通風的概念。同時，通過降低住宅區(qū)域的溫度，有效提升住宅小區(qū)的舒適性。

近年來，國內外許多學者通過風洞試驗、現(xiàn)場實測、數(shù)值模擬等方法進行居住區(qū)建筑物排列方式對風環(huán)境影響的研究，并取得了一定的研究成效。日本研究學者Tetsu等在開展實驗的過程中，將日本22個高層的住宅區(qū)與底層的住宅區(qū)作為模型，并采集了16個風向的風速，采集高度為1.5 m,一共采集了50個測點。采集完成后，再利用風速比與風向頻率分布圖進行研究分析，發(fā)現(xiàn)在同等的占地率情況下，中高層建筑要比底層建筑的風速比平均值高[1]。馬劍等[2-3]分析了由6幢方形建筑構成的8種布局模式下的建筑群體風環(huán)境，利用FLUENT軟件模擬結果的對比與分析，得出圍合式或并列式布局方式的風環(huán)境最佳，而Y型或U型布局的風環(huán)境相對較差。

1.2 影響住宅小區(qū)風環(huán)境因素

通過大量研究實驗發(fā)現(xiàn)，建筑風環(huán)境與建筑的排列方式有很大的關系，若是在建筑排列方式相同的情況下，建筑間距與建筑高度會對建筑的風環(huán)境造成直接影響。部分研究者曾在加拿大多倫多的商業(yè)中心進行實驗，主要使用風洞實驗的方法進行研究，通過分析煙氣的擴散情況，了解到建筑群建筑間距、建筑高度對建筑群污染物擴散的影響效果。

2 住區(qū)綠化形式

綠化能夠有效美化環(huán)境，改善住區(qū)微氣候，凈化空氣，減少沙塵，增強人們在住區(qū)居住的舒適感。還能對建筑的室外風環(huán)境造成一定影響，通過植物導風將局部強風進行削弱，提升建筑群內部氣流流動效果。有關植物對建筑風環(huán)境影響早期研究內容為綠化林不同的高度、形狀下，林帶附近的風場特征、湍流結構特征以及流場特征等，隨著相關研究的不斷深入，研究者們逐漸提出了更多植物對建筑風環(huán)境影響的研究方法，內容更為全面，研究方法也更加有效。有的研究者研究建筑物周圍不同的孔隙率樹木對污染物擴散的影響，主要通過數(shù)值模擬方法進行模擬分析。清華大學李亮等人也曾做過關于植物對建筑風環(huán)境影響的研究。

3 住區(qū)風環(huán)境模擬

3.1 住宅小區(qū)模擬分析

目前，常用的研究建筑風環(huán)境的方法主要有3種，分別為數(shù)值計算法、現(xiàn)場實測法、風洞試驗法。數(shù)值計算法比現(xiàn)場實測法與風洞試驗法更加高效，也更節(jié)省時間，并且還具有低成本的優(yōu)點，其主要是利用流體力學理論模擬建筑風環(huán)境，從而分析出影響建筑風環(huán)境的各方面因素。

3.2 住宅小區(qū)模擬分析

本文參照蘭州某住宅小區(qū)建筑總平面圖對區(qū)域內建筑群進行幾何建模。為了避免個別幾何形態(tài)不規(guī)則的建筑物對局部網絡質量的影響，在模擬分析評價前，要對建筑物的幾何形狀進行簡化處理，簡化后的模型如圖1所示。本研究利用計算流體力學（CFD）模擬工具對該住宅小區(qū)的風環(huán)境進行模擬，通過計算分析風速分布、風壓分布得出該住區(qū)布局模式與綠化對風環(huán)境的影響，總結出影響建筑風環(huán)境的因素，其冬夏工況下的模擬計算結果如下圖所示。

圖1 建筑群幾何模型

圖2是夏季工況下住宅小區(qū)距地1.5 m處的風速云圖，從圖2可以看出整個小區(qū)人行區(qū)1.5 m高度處大部分區(qū)域風速值為1.5 m/s以上，尤其是住區(qū)中央綠地及廣場等共享空間風速在2 m/s以上。住區(qū)中央綠地廣場處有明顯的風道，有利于自然通風。圖3是夏季工況下距地1.5 m高度處壓力云圖，從風壓云圖可以看出建筑物前后的壓差，從而得出建筑物開窗后室內的通風效果，可以看出住區(qū)中央壓力比較恒定，住區(qū)四周壓力有變化。圖4是冬季工況下住宅小區(qū)距地1.5 m處的風速云圖，從圖中可以看出冬季小區(qū)人行區(qū)1.5 m高度處大部分區(qū)域風速值為1.5 m/s以下，在小區(qū)的東區(qū)風影區(qū)較大，對鄰近的建筑物風環(huán)境有影響，住宅小區(qū)內部風影區(qū)較少，有利于住宅小區(qū)冬季內部防風。圖5、圖6是距離地面1.5 m高度處冬、夏兩季工況下風速放大系數(shù)分布云圖，從圖可知風速放大系數(shù)均小于2，人行區(qū)域環(huán)境較舒適。

圖2 距地1.5 m高度處速度云圖（夏季工況下）

圖3 距地1.5 m高度處壓力云圖（夏季工況下）

圖4 距地1.5 m高度處速度云圖（冬季工況下）

圖5 距地1.5 m風速放大系數(shù)分布云圖（夏季工況下）

圖6 距地1.5 m風速放大系數(shù)分布云圖（冬季工況下）

3.3 模擬分析結果歸納

通過對蘭州某住宅小區(qū)風環(huán)境模擬研究和國內外研究成果歸納分析，總結出住區(qū)風環(huán)境的影響因素主要有建筑布局、綠化形式等。建筑布局包括的內容有建筑物的排列形式、高度、間距、朝向以及建造形式等方面，主要是通過合理布局有效減少建筑外部的局部強風，避免引起風環(huán)境問題，并以此加強室內的自然通風效果，改變建筑風環(huán)境。

住區(qū)風環(huán)境還受住宅綠化的影響，綠色植物的栽種能夠起到良好的導風與擋風作用，使得建筑物周圍的氣流流動方向發(fā)生改變，避免出現(xiàn)局部強風的現(xiàn)象。從而在夏季形成有利于自然通風的風道，冬季形成的自然防風道，為住宅小區(qū)創(chuàng)造比較舒適室外微環(huán)境，給人們提供高品質的生活環(huán)境。

4 結語

本文主要探討了國內外的建筑風環(huán)境研究，并總結出了影響建筑風環(huán)境的因素，模擬了蘭州某住區(qū)的風環(huán)境，以此來支持住區(qū)風環(huán)境影響因素的適用性，為住區(qū)風環(huán)境的相關研究提供充足的理論支持。通過研究歸納可知，目前關于住區(qū)風環(huán)境的研究將住區(qū)建筑布局模式與小區(qū)綠化進行結合，并找出了影響住宅小區(qū)風環(huán)境的外部因素。隨著研究不斷深入，綠色建筑評價體系不斷完善，建筑風環(huán)境的研究將融合建筑所處的環(huán)境進行研究，以此提升相關研究的有效性，營造良好的生活環(huán)境，保障人們的生活安全。