北方寒冷地區(qū)建筑設(shè)計(jì)的風(fēng)環(huán)境分析

楊萬紅

（蘭州新現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

北方寒冷地區(qū)的氣候條件、地理環(huán)境以及風(fēng)環(huán)境等因素對當(dāng)?shù)亻_展建筑項(xiàng)目施工具有極其明顯的影響，許多現(xiàn)代化施工技術(shù)與設(shè)計(jì)思想難以得到有效應(yīng)用與發(fā)展。由于北方寒冷地區(qū)降雨量較少，呈現(xiàn)出夏暖冬寒、氣候干燥、風(fēng)沙較多、溫度差值較大等特點(diǎn)，這種特殊的氣候條件對建筑設(shè)計(jì)有更高的要求和影響[1]。在風(fēng)環(huán)境因素的影響下，北方寒冷地區(qū)建筑應(yīng)滿足冬季保溫隔熱、防寒防凍等基本需求，夏季部分地區(qū)建筑需要有散熱降溫功能；建筑物應(yīng)當(dāng)設(shè)置在向陽、避風(fēng)地帶，盡量保證建筑內(nèi)部擁有較長日照時(shí)間；建筑外表面與其體積比應(yīng)當(dāng)盡可能降低，建筑整體不應(yīng)存在較多的凸凹結(jié)構(gòu)。這必須建立在科學(xué)的風(fēng)環(huán)境分析基礎(chǔ)之上。

1 風(fēng)環(huán)境指標(biāo)對北方寒冷地區(qū)建筑設(shè)計(jì)的影響

北方寒冷地區(qū)進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，必須重點(diǎn)關(guān)注建筑工程所在地理環(huán)境以及氣候條件，深入了解風(fēng)環(huán)境對于建筑工程設(shè)計(jì)以及施工技術(shù)的影響。在建筑工程設(shè)計(jì)階段會出現(xiàn)設(shè)計(jì)人員借鑒南方優(yōu)秀技術(shù)以及施工經(jīng)驗(yàn)的現(xiàn)象，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中，許多先進(jìn)技術(shù)與優(yōu)秀理念無法高效應(yīng)用在建筑項(xiàng)目中或無法充分發(fā)揮出自身技術(shù)優(yōu)勢，究其原因主要是北方寒冷地區(qū)獨(dú)特的氣候環(huán)境以及地理?xiàng)l件影響。因此，在建筑工程設(shè)計(jì)過程中，重視風(fēng)環(huán)境等特殊因素對建筑項(xiàng)目的實(shí)際影響，開展具有針對性、科學(xué)性、合理性的北方建筑工程，保證建筑物的風(fēng)環(huán)境適應(yīng)性以及太陽光照適應(yīng)性，為人們提供更加優(yōu)質(zhì)的建筑空間，并在不斷地探索實(shí)踐中構(gòu)建出具有地區(qū)特色的北方寒地建筑設(shè)計(jì)體系。

1.1 風(fēng)環(huán)境對外部造型的影響

建筑外部形態(tài)主要是指建筑屋頂以及外立面圍護(hù)等結(jié)構(gòu)。從自然風(fēng)角度分析，建筑周圍的風(fēng)環(huán)境會在一定程度上決定建筑實(shí)際設(shè)計(jì)形態(tài)，為保證建筑內(nèi)部空氣流通效果，針對不同建筑形態(tài)設(shè)計(jì)選用不同的通風(fēng)方法，其中包括引導(dǎo)氣流、對流通風(fēng)、表皮預(yù)熱空氣等。建筑設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂颍瑢ㄖ耐獠矿w型與內(nèi)部空間進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，以適當(dāng)?shù)募夹g(shù)手段巧妙地解決通風(fēng)問題，在功能上體現(xiàn)自然通風(fēng)的節(jié)能效果，從而給人們帶來舒適宜居的生活環(huán)境。

1.2 風(fēng)環(huán)境對內(nèi)部空間的影響

建筑內(nèi)部空間設(shè)計(jì)包括建筑剖面設(shè)計(jì)以及平面設(shè)計(jì)。風(fēng)環(huán)境指標(biāo)會影響建筑內(nèi)部空間設(shè)計(jì)，在建筑內(nèi)部空間設(shè)計(jì)過程中應(yīng)利用熱壓以及風(fēng)壓原理，結(jié)合建筑布局保證建筑良好的通風(fēng)性,以此改善建筑內(nèi)部環(huán)境，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)建筑領(lǐng)域的節(jié)能降耗?；陲L(fēng)環(huán)境的建筑平面優(yōu)化設(shè)計(jì)，需要使室外自然風(fēng)以多支方向向建筑內(nèi)各房間流動，同時(shí)保證通風(fēng)路徑的暢通，盡可能防止自然風(fēng)斷流現(xiàn)象出現(xiàn)，從而形成良好的自然通風(fēng)環(huán)境。實(shí)際中平面設(shè)計(jì)經(jīng)常使用小進(jìn)深大開間式布局，保證房間寬大整齊,以此保證自然風(fēng)流動順暢，改善室內(nèi)氣流暢通，保證建筑的風(fēng)環(huán)境效果。對建筑剖面進(jìn)行優(yōu)化，盡量使室外自然風(fēng)由下而上有效貫穿整個(gè)建筑，達(dá)到室內(nèi)外空氣交換的目的。設(shè)計(jì)時(shí)，有效利用熱壓差原理，拔高建筑內(nèi)部空間高度，同時(shí)在建筑頂部設(shè)置出風(fēng)口,形成上下貫通空間，誘導(dǎo)自然風(fēng)順暢地流通,讓滯留在室內(nèi)的熱氣流順暢排出。

2 北方寒冷地區(qū)建筑設(shè)計(jì)中存在的不足

2.1 注重美觀而忽略了建筑舒適性設(shè)計(jì)

我國北方寒冷地區(qū)由于特殊的地理?xiàng)l件與氣候環(huán)境，導(dǎo)致許多現(xiàn)代化施工技術(shù)與先進(jìn)設(shè)計(jì)理念無法有效應(yīng)用在建筑工程中，從而對建筑水平與建筑施工效率形成一定的約束[2]。此外，部分設(shè)計(jì)人員選擇適用南方地區(qū)的建筑設(shè)計(jì)理念與方法，忽略了南北方地區(qū)對于建筑項(xiàng)目的實(shí)際要求與地理環(huán)境差異，沒有遵循因地制宜的設(shè)計(jì)原則，最終導(dǎo)致建筑使用舒適性與環(huán)境適應(yīng)性相對較差。

2.2 建筑環(huán)境設(shè)計(jì)不夠合理

北方寒冷地區(qū)大多環(huán)境相對凋敝，建筑設(shè)計(jì)人員如果無法精準(zhǔn)把握地理環(huán)境特征、居民生活習(xí)慣、建筑居住特點(diǎn)等內(nèi)容，在建筑設(shè)計(jì)過程中就無法切中要害，抓住居民建筑消費(fèi)需求，也就無法保證建筑項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)收益與社會收益[3]。例如，北方寒冷地區(qū)低溫時(shí)間長，無法實(shí)現(xiàn)南方建筑工程中綠地噴泉、亭臺水榭等環(huán)境設(shè)計(jì)理念，但是部分設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中依舊將其運(yùn)用在北方寒冷地區(qū)建筑工程中，種植適應(yīng)南方氣候的花木，直接降低建筑周圍環(huán)境質(zhì)量。

2.3 建筑施工技術(shù)應(yīng)用不夠科學(xué)合理

“低碳環(huán)保技術(shù)、綠色生態(tài)技術(shù)、科學(xué)先進(jìn)技術(shù)”的設(shè)計(jì)理念已經(jīng)成為新時(shí)代建筑行業(yè)基本原則。但對北方寒冷地區(qū)建筑適應(yīng)性技術(shù)缺少深入了解與全面分析，在實(shí)際施工中往往流于表面或者無法有效展現(xiàn)出技術(shù)優(yōu)勢[4]。例如，北方寒冷地區(qū)建筑節(jié)能指標(biāo)是依據(jù)不開窗進(jìn)行計(jì)算，其與開窗改善室內(nèi)空氣是相互矛盾的。部分建筑項(xiàng)目在設(shè)計(jì)過程中過于追求節(jié)能指標(biāo)，卻忽略了空氣轉(zhuǎn)換問題，從而導(dǎo)致建筑內(nèi)部空氣質(zhì)量較差，居住舒適性較差等問題。

3 北方寒冷地區(qū)建筑設(shè)計(jì)的適應(yīng)性技術(shù)應(yīng)用案例

3.1 項(xiàng)目概況

某花園小區(qū)項(xiàng)目位于吉林市昌邑區(qū)，項(xiàng)目整體處于平坦地勢，無現(xiàn)存建筑物。項(xiàng)目總占地面積為15.5 萬m2，總建筑面積為18.5萬m2，其中公共建筑面積為5.5萬m2，居民住宅面積為13萬m2。小區(qū)綠化選用集中綠化、沿街種植樹木、廣場綠地以及住宅綠地等方法，綠化覆蓋率在48%左右。

該建筑項(xiàng)目整體規(guī)劃設(shè)計(jì)呈現(xiàn)出板式周圍閉合的格局，小區(qū)四面臨街配套商業(yè)，內(nèi)部建設(shè)住宅建筑，選用商住分離形式能夠確保居住區(qū)域不會受到外界環(huán)境干擾。小區(qū)內(nèi)部交通系統(tǒng)選用對角線式道路結(jié)構(gòu)，廣場綠地、住宅環(huán)繞綠地等公共區(qū)域作為車行道與人行道的隔離區(qū)。東北側(cè)設(shè)置為小區(qū)主要人行出入點(diǎn)位，西南側(cè)規(guī)劃道路為車輛出入點(diǎn)位，在小區(qū)東側(cè)與北側(cè)分別另設(shè)置人行出入點(diǎn)位。

3.2 項(xiàng)目選址

該建筑項(xiàng)目地質(zhì)條件相對穩(wěn)定，建筑所在地四周地勢相對平坦且無現(xiàn)存建筑物，日照情況與通風(fēng)環(huán)境相對穩(wěn)定，所在區(qū)域整體氣候環(huán)境穩(wěn)定，滿足建筑項(xiàng)目對氣候條件的基本需求。

3.3 項(xiàng)目適應(yīng)性設(shè)計(jì)

在對居住區(qū)域集中布局過程中，選用周圍閉合式建筑布局，形成橫縱式與點(diǎn)群式綜合應(yīng)用的布局模式。建筑物間隔距離依據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況進(jìn)行科學(xué)分析設(shè)定，確保彼此之間無遮擋現(xiàn)象，保證建筑底層住戶能夠得到充足良好的陽光照射。該項(xiàng)目所在地區(qū)冬季以西北風(fēng)為主，因此小區(qū)西北兩建筑設(shè)置為高層建筑，在冬季起到良好的擋風(fēng)防寒效果。該項(xiàng)目所在地區(qū)夏季以東南風(fēng)為主，小區(qū)東南兩側(cè)建筑設(shè)置為中層住宅建筑結(jié)合商業(yè)建筑為主，同時(shí)選用組團(tuán)模式進(jìn)行優(yōu)化布局，在小區(qū)內(nèi)部中軸線以及主要干道兩側(cè)設(shè)置通風(fēng)廊道，從而對夏季東南風(fēng)進(jìn)行有效引導(dǎo)，預(yù)防小區(qū)內(nèi)部夏季出現(xiàn)風(fēng)大、起塵等問題[5]。除此之外，小區(qū)內(nèi)部主要環(huán)形道路與各組團(tuán)之間有效連接，利用生態(tài)綠化設(shè)計(jì)進(jìn)行景觀建設(shè)，從而形成環(huán)形綠化景觀帶。

3.4 項(xiàng)目場地風(fēng)環(huán)境模擬及規(guī)劃設(shè)計(jì)

根據(jù)有關(guān)資料數(shù)據(jù)顯示，該建筑項(xiàng)目所在區(qū)域冬季室外風(fēng)速為3m/s，以西北風(fēng)為主。夏季室外風(fēng)速為2m/s，風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)。利用專業(yè)軟件對項(xiàng)目季節(jié)性風(fēng)向、風(fēng)速等室外風(fēng)環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)分析，具體結(jié)果如圖1、圖2所示。

圖1 冬季2m高處建筑周圍風(fēng)速

圖2 夏季2m高處建筑周圍風(fēng)速

通過對圖1信息進(jìn)行分析能夠得出結(jié)論，小區(qū)西北側(cè)高層建筑有效阻擋并削減了冬季西北風(fēng)對小區(qū)建筑的影響，為小區(qū)內(nèi)部風(fēng)環(huán)境提供良好保障。冬季小區(qū)內(nèi)部2m 高處位置的平均風(fēng)速在1.5m/s 左右，風(fēng)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于5m/s，符合我國綠色建筑具體評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中對冬季風(fēng)向與風(fēng)速條件的具體要求，項(xiàng)目整體居住環(huán)境比較適宜。但是需要注意的是，小區(qū)北側(cè)兩個(gè)人行出入點(diǎn)位風(fēng)速相對較大，不利于居民冬季日常出行，需要對此進(jìn)行合理調(diào)整優(yōu)化。

通過對圖2信息分析能夠得出結(jié)論，該小區(qū)建筑在夏季時(shí)整體風(fēng)環(huán)境比較良好，小區(qū)內(nèi)部風(fēng)速在1m/s 左右，同樣符合我國綠色建筑具體評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中對夏季風(fēng)向與風(fēng)速條件的具體要求。小區(qū)住宅區(qū)域風(fēng)環(huán)境舒適涼爽，具有良好的自然通風(fēng)效果，同時(shí)有利于空氣污染物的擴(kuò)散。

通過對該小區(qū)在夏季與冬季住宅區(qū)域整體風(fēng)環(huán)境的虛擬分析，能夠確定該小區(qū)內(nèi)部整體風(fēng)環(huán)境指標(biāo)處于我國相關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，呈現(xiàn)出舒適宜人的環(huán)境特點(diǎn)。主要原因在于小區(qū)建筑選址合理，內(nèi)部建筑選用組團(tuán)布局模式，大幅度改善小區(qū)整體居住環(huán)境。

3.5 建設(shè)項(xiàng)目朝向及日照

通過使用專業(yè)氣象信息分析軟件對該項(xiàng)目所在區(qū)域?qū)嶋H氣象信息與氣候條件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。通過對欠熱期以及過熱期內(nèi)該區(qū)域的太陽輻射得熱情況進(jìn)行計(jì)算，能夠得出該區(qū)域建筑最佳朝向。將吉林市氣象信息與氣候數(shù)據(jù)等資料導(dǎo)入專業(yè)分析軟件內(nèi)，最終得出結(jié)論，即該區(qū)域建筑項(xiàng)目最佳朝向?yàn)?65°。該建筑項(xiàng)目整體建筑朝向設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)南向，與最佳朝向十分接近，在實(shí)際應(yīng)用中能夠得到充足的日光照射，根據(jù)城市地區(qū)居住建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，通過對該建筑項(xiàng)目冬季大寒節(jié)氣實(shí)際陽光照射情況進(jìn)行分析得知該小區(qū)項(xiàng)目住宅建筑陽光照射情況良好，符合大寒節(jié)氣日照時(shí)長需要達(dá)到3h的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

3.6 項(xiàng)目設(shè)計(jì)小結(jié)

通過對該小區(qū)項(xiàng)目實(shí)際建筑地質(zhì)情況、建筑風(fēng)環(huán)境、陽光照射情況、建筑組團(tuán)布局模式以及建筑朝向等因素進(jìn)行具體分析，能夠得出結(jié)論，該小區(qū)項(xiàng)目整體設(shè)計(jì)規(guī)劃方案比較科學(xué)合理，符合我國相關(guān)建筑規(guī)定。該建筑項(xiàng)目整體規(guī)劃方案總結(jié)如下：

（1）該小區(qū)建筑基地實(shí)際地質(zhì)條件比較穩(wěn)定，小區(qū)內(nèi)部地勢平坦且沒有現(xiàn)存建筑物，整體環(huán)境相對穩(wěn)定。

（2）小區(qū)內(nèi)部建筑物之間選用組團(tuán)布局模式，使用多種建筑結(jié)構(gòu)綜合應(yīng)用模式，建筑物間隔距離設(shè)計(jì)科學(xué)合理，彼此之間不存在遮擋問題，能夠滿足基本陽光照射需求。

（3）該小區(qū)建筑由于地理環(huán)境問題在冬季會受到西北風(fēng)影響，小區(qū)西北兩側(cè)綜合運(yùn)用板式建筑與點(diǎn)式建筑，有效起到防寒擋風(fēng)的積極作用。東側(cè)與南側(cè)建筑以中層住宅建筑結(jié)合商業(yè)建筑模式，在夏季時(shí)能夠有效引導(dǎo)東南風(fēng)，從而使小區(qū)內(nèi)部形成相對良好的風(fēng)環(huán)境，為人們居住生活提供良好舒適的環(huán)境。

（4）小區(qū)內(nèi)部在景觀中軸線以及主要道路兩側(cè)設(shè)置通風(fēng)廊道，能夠在夏季起到良好的引風(fēng)作用，從而優(yōu)化小區(qū)內(nèi)部風(fēng)環(huán)境。

4 結(jié)束語

綜上所述，在北方寒冷地區(qū)建筑設(shè)計(jì)過程中，需要設(shè)計(jì)人員充分考慮當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，深入調(diào)查分析氣候條件與地理因素，對風(fēng)環(huán)境、太陽光照等建筑影響因素進(jìn)行深入探究，依靠建筑設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)借鑒優(yōu)秀建筑設(shè)計(jì)方案與先進(jìn)設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)出具有針對性與科學(xué)性的方案，不僅能展示北方寒冷地區(qū)建筑水平，提高建筑對風(fēng)環(huán)境的適應(yīng)能力，還能為人們提供良好的居住環(huán)境，進(jìn)一步促進(jìn)我國建筑行業(yè)健康發(fā)展。