不同垂直綠化模式對(duì)生物氣溶膠的影響
——以浙江省臨海市六角井未來社區(qū)環(huán)境模擬為例

趙世星 郭青海 高寧＊

2019年以來，浙江省未來社區(qū)建設(shè)工作全面啟動(dòng)，浙江省發(fā)展和改革委員會(huì)構(gòu)建了試點(diǎn)創(chuàng)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，其中“采用垂直綠化等方式打造立體多層次復(fù)合綠化系統(tǒng)”成為建筑場(chǎng)景創(chuàng)建的約束性指標(biāo)，且要求建筑組團(tuán)內(nèi)部“盡可能杜絕病毒和污染物進(jìn)入社區(qū)環(huán)境后通過排風(fēng)井等設(shè)施造成交叉污染”。然而在創(chuàng)建項(xiàng)目申報(bào)中出現(xiàn)了立體綠化設(shè)計(jì)方案的方向性問題，如將立體綠化、垂直綠化片面理解為裝飾性綠化，沒有充分論證綠化空間、朝向和覆蓋面積的合理性，出現(xiàn)過度垂直綠化[1]、經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性考慮欠缺[2]等問題。因此，浙江省開展了未來社區(qū)立體綠化專項(xiàng)研究，探索配置合理的立體綠化、垂直綠化模式。

氣溶膠是指在氣體介質(zhì)中的固態(tài)或液態(tài)顆粒所組成的氣態(tài)分散系統(tǒng)[3-4]，包括COVID-19在內(nèi)的呼吸道傳染病的病原體在大氣中大多不是獨(dú)立存在的，而是被包裹在生物呼出的小液滴中，通過飛沫（一種具有生物活性的生物氣溶膠）傳播的[5-6]。如COVID-19具有高傳播力和高發(fā)病率特征，需要采取適當(dāng)?shù)目刂拼胧?，減少生物氣溶膠顆粒的擴(kuò)散，盡可能降低空氣中生物氣溶膠濃度[7-9]。研究發(fā)現(xiàn)垂直綠化對(duì)生物氣溶膠有著調(diào)控和殺菌、抑菌的功能，可改善建筑組團(tuán)內(nèi)部的空氣質(zhì)量[10]。劉光立等[11]研究了4種垂直綠化植物的殺菌能力，發(fā)現(xiàn)有3種垂直綠化植物殺菌能力較強(qiáng)，殺菌率最高可達(dá)60%以上。

在高密度的城市社區(qū)空間中有必要對(duì)生物氣溶膠的濃度分布進(jìn)行高分辨率的監(jiān)控[12-13]、預(yù)測(cè)，但在實(shí)際操作中存在以下問題：場(chǎng)地實(shí)測(cè)的接觸式監(jiān)測(cè)站密度較低，只能獲取單個(gè)典型點(diǎn)數(shù)據(jù)，存在數(shù)據(jù)覆蓋面不足的問題[14]；遙感反演方法適用于大尺度空間，無法在社區(qū)尺度下提供準(zhǔn)確的監(jiān)視與預(yù)測(cè)結(jié)果[14-19]。與以上方法相比，數(shù)值模擬方法在數(shù)據(jù)覆蓋面和適用空間尺度上具有明顯優(yōu)勢(shì)，既可以針對(duì)單個(gè)典型點(diǎn)進(jìn)行模擬監(jiān)控、預(yù)測(cè)，也可以對(duì)社區(qū)尺度的二維、三維空間進(jìn)行監(jiān)控、預(yù)測(cè)。但是目前國內(nèi)外的數(shù)值模擬研究主要集中在室內(nèi)空間[20]和室外建筑形態(tài)與布局[21-24]對(duì)生物氣溶膠的控制方面。針對(duì)室外綠化模式，Arghavani等[25]對(duì)比地面綠化和屋頂綠化對(duì)生物氣溶膠的抑制效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)綠化量與抑制上層空氣中生物氣溶膠的能力呈正相關(guān)，與抑制下層空氣中生物氣溶膠的能力呈負(fù)相關(guān)，且發(fā)現(xiàn)對(duì)主要污染源進(jìn)行綠化覆蓋，可以有效減少空氣中生物氣溶膠的濃度；Abdo等[26]研究了不同干濕條件下垂直綠化對(duì)生物氣溶膠的過濾能力，但其研究僅采用單一垂直綠化模式，且沒有進(jìn)一步采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（computational fluid dynamics, CFD）實(shí)驗(yàn)以模擬垂直綠化在建筑物間過濾生物氣溶膠的有效性，對(duì)于垂直綠化模式與生物氣溶膠之間的相互關(guān)系并不清晰。

因此，本研究通過數(shù)值模擬模型研究不同垂直綠化模式下生物氣溶膠的濃度分布與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以臨海市六角井未來社區(qū)為研究對(duì)象，評(píng)估和預(yù)測(cè)垂直綠化在實(shí)際環(huán)境條件下可能出現(xiàn)的生物氣溶膠控制效果，從控制空氣傳播疾病的角度[27-28]為城市社區(qū)垂直綠化生態(tài)空間提供配置依據(jù)。

1 研究區(qū)域

浙江省臨海市位于北緯28°40′～29°04′，東經(jīng)120°49′～121°41′，具有中國東南沿海地區(qū)典型的地形地貌特征和氣候特征。選取臨海市六角井未來社區(qū)國慶片區(qū)（未建成）為研究區(qū)域，該社區(qū)入選浙江省第二批未來社區(qū)試點(diǎn)創(chuàng)建項(xiàng)目（圖1）。地塊建設(shè)用地面積4.6萬m2，用地設(shè)計(jì)容積率為2.5，綠地率為32%，建筑密度為45%，預(yù)計(jì)2024年建設(shè)完成。區(qū)域緊鄰臨海市政府，背靠山體，地勢(shì)北高南低；北接秀野西路，東臨水云北路，連接新、舊城區(qū)；自然植被以常綠闊葉、落葉闊葉混交林為主；氣候?qū)俚湫蛠啛釒Ъ撅L(fēng)性氣候，最低氣溫出現(xiàn)在1月，最高氣溫出現(xiàn)在7月，內(nèi)陸平原地區(qū)風(fēng)速平穩(wěn)，全年平均風(fēng)速約為2.5 m/s，大霧、灰霾天氣多出現(xiàn)在冬、春季節(jié)。

圖1 臨海市六角井未來社區(qū)國慶片區(qū)規(guī)劃簡圖Schematic diagram of “Guoqing” area of Liujiaojing Future Community in Linhai City

該片區(qū)屬于拆除重建類項(xiàng)目。此類項(xiàng)目在實(shí)際運(yùn)作過程中需先期驗(yàn)證創(chuàng)建方案的科學(xué)性，對(duì)實(shí)施方案進(jìn)行設(shè)計(jì)指導(dǎo)，從而改善垂直綠化方案以符合浙江省未來社區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)要求，同時(shí)避免造價(jià)過高、管理困難等問題，提升經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性。本研究基于實(shí)際創(chuàng)建方案與經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，利用模擬模型精準(zhǔn)匹配項(xiàng)目空間，進(jìn)行模型構(gòu)建。且研究中所采用的初始環(huán)境參數(shù)全部選取自臨海市氣象站檢測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合精準(zhǔn)匹配的幾何模型，可以保證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2 研究方法

2.1 ENVI-met模型與可視化分析工具

ENVI-met（城市微氣候仿真軟件）是一個(gè)預(yù)測(cè)性的三維微氣候和CFD模型，該模型可模擬復(fù)雜城市環(huán)境中地表、植物、大氣的相互作用。該模型可以在高分辨率的空間（0.5～10.0 m）和時(shí)間（最長10 s）網(wǎng)格上進(jìn)行數(shù)值模擬，進(jìn)而對(duì)建筑物、地表和植物之間的小規(guī)模相互作用進(jìn)行分析[29]。ENVImet被廣泛用于人類生物氣象學(xué)和熱舒適性研究[27,30-33]，在可自定義污染物模塊加入后，針對(duì)氣溶膠污染物的研究熱度逐漸增加[34-37]。Morakinyo等[37]利用ENVI-met評(píng)估道路植被屏障的空氣質(zhì)量效益；Xing等[38]使用ENVImet的模擬結(jié)果表明在長度小于100 m的小尺度綠地中，植被可以有效阻擋氣溶膠顆粒從道路到綠地的擴(kuò)散，改善綠地內(nèi)的空氣質(zhì)量；Rui等[39]和季桐[40]的研究表明，利用當(dāng)?shù)貧庀笥^測(cè)站參數(shù)和精確的幾何模型，ENVI-met可用于預(yù)測(cè)和評(píng)估新建區(qū)域的小氣候狀態(tài)；倪曉冉[41]對(duì)5個(gè)CFD湍流模擬模型進(jìn)行橫向比較研究，ENVI-met 4.4.6所采用的修正k-ε湍流模型能夠較好再現(xiàn)建筑物附近區(qū)域的湍流特征，修正k-ε模型的精度驗(yàn)證指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)平均方差（normalized mean squared error, NMSE）為0.263 0，模型模擬精度進(jìn)一步提高；Tsoka[42]參考了Scopus數(shù)據(jù)庫中多達(dá)189篇將ENVI-met作為研究工具的論文，并且對(duì)其數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，證明了利用精確匹配空間構(gòu)建的ENVI-met模型的模擬結(jié)果準(zhǔn)確性較高。

本研究利用ENVI-met模型中的數(shù)據(jù)分析模塊Leonardo 4.4.4進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，選取模型坐標(biāo)（402 m，123 m，1.5 m）并利用14：00（軟件模擬采用的夏季微氣候典型時(shí)間）的輸出數(shù)據(jù)生成可視化數(shù)據(jù)層、特殊層、矢量圖層。其中，數(shù)據(jù)層顯示連續(xù)數(shù)據(jù)，如生物氣溶膠濃度；特殊層顯示特殊數(shù)據(jù)，如建筑物、植物等；矢量圖層顯示矢量數(shù)據(jù)（如風(fēng)速），并采用Excel分析生物氣溶膠濃度的日變化數(shù)據(jù)，討論環(huán)境中生物氣溶膠濃度與垂直綠化立面朝向（greened orientation, GO）和垂直綠化立面覆蓋率（green facades ratio, GFR，即垂直綠化總面積與立面總面積之比）的對(duì)應(yīng)關(guān)系，分析其內(nèi)在邏輯規(guī)律。

2.2 生物氣溶膠參數(shù)設(shè)置

在已開發(fā)的研究模型中，球形氣溶膠與空氣湍流和材質(zhì)表面的相互作用可以在有限的三維區(qū)域內(nèi)生成再現(xiàn)，該三維空間具有給定幾何形狀的邊界和介質(zhì)，因此通過跟蹤粒子軌跡，可計(jì)算出氣溶膠在空氣中的濃度，空氣環(huán)境的特性以及隨時(shí)間的變化由輸入數(shù)據(jù)確定。與外部因素、初始條件和邊界條件的影響相比，空氣的熱流體動(dòng)力學(xué)狀態(tài)對(duì)顆粒傳輸?shù)挠绊懣梢院雎圆挥?jì)[24]。本研究設(shè)置了線性恒定粒子發(fā)射源（粒子直徑為3 μm[43]），將初始生物氣溶膠濃度（本文中的濃度均指質(zhì)量濃度）設(shè)為10-1μg/m3[24,44]，對(duì)來自人與動(dòng)物的含有病原體的生物氣溶膠進(jìn)行模擬。

2.3 垂直綠化模式參數(shù)設(shè)置

為了分析GO和GFR 對(duì)城市社區(qū)組團(tuán)內(nèi)部生物氣溶膠空氣傳播的影響，本研究設(shè)置了一個(gè)三維區(qū)域，開展9種垂直綠化模式參數(shù)化方案的模擬分析，具體步驟如下。

1）輸入建筑物和道路的信息。利用模擬模型精準(zhǔn)匹配項(xiàng)目空間，構(gòu)建幾何模型，建筑物大小范圍為15 m×42 m、18 m×36 m和15 m×60 m 3種，街道寬度分別為15、24和30 m。在建筑物高度方面，設(shè)置范圍為43、48和54 m。模型總域尺度為510 m×390 m×90 m，單位網(wǎng)格水平尺度為3 m×3 m，單位網(wǎng)格垂直尺度為3 m。2）根據(jù)GO和GFR指標(biāo)，設(shè)計(jì)垂直綠化模式。基于GO建立了5種基本垂直綠化模式的模擬方案：完全垂直綠化（GO-4F）、僅東西朝向垂直綠化（GOEW）、僅東朝向垂直綠化（GO-E）、僅西朝向垂直綠化（GO-W）和僅南北朝向垂直綠化（GO-NS）。5種模擬方案的GFR分別為100%、34%、17%、17%和67%?？紤]到建筑物的窗墻比（窗戶與墻壁的面積比），基于GFR建立了4種垂直綠化模式的模擬方案：GFR-67模式（所有4個(gè)朝向立面點(diǎn)狀綠化，垂直綠化立面覆蓋率67%）、GFR-34模式、GFR-17模式和GFR-0模式（無垂直綠化）。

本研究總共對(duì)上述9個(gè)垂直綠化模式進(jìn)行了模擬（圖2），旨在確定在城市社區(qū)中可以有效控制病毒空氣傳播的GO和GFR。

圖2 數(shù)值模擬中的模擬場(chǎng)景Simulation scenarios in numerical simulation

2.4 三維區(qū)域參數(shù)值

對(duì)模型中創(chuàng)建的三維區(qū)域進(jìn)行數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)，以重現(xiàn)臨海市典型氣象狀況。該三維區(qū)域模型根據(jù)場(chǎng)地尺寸構(gòu)建，計(jì)算域的大小設(shè)置為510 m×390 m。設(shè)置3種不同的網(wǎng)格尺寸，X、Y、Z分別是三維模型的X軸方向（東西）、Y軸方向（南北）、Z軸方向（高度）網(wǎng)格寬度，x、y、z為X、Y、Z軸的坐標(biāo)數(shù)值：粗網(wǎng)格，xmin=ymin=3.00 m，zmin=0.60 m；細(xì)網(wǎng)格，xmin=ymin=0.60 m，zmin=0.12 m與xmin=ymin=0.3 m，zmin=0.06 m。將之代入計(jì)算網(wǎng)格收斂指數(shù)（grid convergence index, GCI）來評(píng)估網(wǎng)格獨(dú)立性，粗網(wǎng)格和細(xì)網(wǎng)格的GCI均小于5%，滿足數(shù)值模擬要求[45]。依據(jù)中國標(biāo)準(zhǔn)氣象數(shù)據(jù)（Chinese Standard Weather Data, CSWD）中臨海市自動(dòng)觀測(cè)站的典型年氣象數(shù)據(jù)，將初始條件設(shè)置為：空氣溫度28 ℃，相對(duì)濕度70%，湍流流入方向20°，初始土壤溫度20 ℃。對(duì)邊界大氣湍流給出了對(duì)數(shù)輪廓，其中在10 m高度處的風(fēng)速為2.5 m/s。通過放置簡單的地被植物來表示垂直綠化，根據(jù)創(chuàng)建方案設(shè)置葉面積密度（leaf area density, LAD）為2 m2/m3。由于ENVI-met模型考慮了日照輻射的日變化，其具體值取決于具體時(shí)間、日期和緯度，因此需輸入臨海的經(jīng)緯坐標(biāo)以及模擬時(shí)間。數(shù)值模擬中采用ENVI-met中的RANS模型[46]，將所有參數(shù)值輸入（表1）。

表1 數(shù)值模擬中的三維區(qū)域環(huán)境參數(shù)設(shè)置Tab.1 Setting of environment parameters for 3D area in numerical simulation

ENVI-met中將湍動(dòng)能k（m2/s2）及其耗散率ε（m2/s3）設(shè)置為：

式中：u*是摩擦速度（單位為m/s），本研究設(shè)定u*=0.52 m/s；δ是邊界層深度（單位為m）；Cμ是模型常數(shù)，Cμ=0.09[47]；z為垂直高度（單位為m）。

3 結(jié)果與分析

3.1 垂直綠化對(duì)社區(qū)內(nèi)部風(fēng)場(chǎng)的影響

模型顯示，y=123 m處的矢量風(fēng)場(chǎng)與風(fēng)速分布圖（圖3）中，白色矢量線為風(fēng)場(chǎng)矢量線，矢量線的密度與風(fēng)速呈正相關(guān)關(guān)系。其中，GO-4F模 式 的LAD為2 m2/m3，GFR為100%，可以看出建筑物立面的高綠化覆蓋率對(duì)組團(tuán)內(nèi)風(fēng)場(chǎng)流向影響較?。划?dāng)湍流遇到建筑的迎風(fēng)面時(shí)，建筑物屋頂?shù)娘L(fēng)速會(huì)陡然增加，風(fēng)速與建筑物高度存在一定正相關(guān)性，因?yàn)橥牧髟诮咏ㄖ镂蓓敃r(shí)會(huì)受到拖曳力的影響，而拖曳力可以增強(qiáng)湍流的動(dòng)量與動(dòng)能[48-49]。湍流越過建筑物屋頂時(shí)，都會(huì)出現(xiàn)順時(shí)針渦旋，這與Li等[50]、Bright等[51]的研究一致。由于植物對(duì)風(fēng)速的阻滯效應(yīng)，渦旋的形狀與垂直綠化的有無存在一定關(guān)系。在建筑之間形成的峽谷空間內(nèi)，最高風(fēng)速出現(xiàn)在建筑的迎風(fēng)面，最低風(fēng)速出現(xiàn)在湍流渦旋區(qū)。在GO-4F模式中，渦旋的主導(dǎo)風(fēng)向與無垂直綠化場(chǎng)景GFR-0模式（圖3-1）相反，主導(dǎo)風(fēng)向變向?yàn)閺慕ㄖ撞康巾敳?，且渦旋中心位置由左下角向右上角偏移。由于風(fēng)速與建筑高度存在一定正相關(guān)性，且垂直綠化沿建筑立面垂直分布，因此垂直綠化會(huì)對(duì)風(fēng)場(chǎng)產(chǎn)生很大影響。由于垂直綠化對(duì)湍流的阻滯作用，建筑間的渦旋速度減小且渦旋中心出現(xiàn)靜風(fēng)區(qū)（圖3-2）。

圖3 GFR-0 模式與GO-4F 模式的矢量風(fēng)場(chǎng)與風(fēng)速分布Distribution of vector wind field and wind velocity under the GFR-0 mode and GO-4F mode3-1 GFR-0模式的矢量風(fēng)場(chǎng)與風(fēng)速分布Distribution of vector wind field and wind velocity under the GFR-0 mode3-2 GO-4F模式的矢量風(fēng)場(chǎng)與風(fēng)速分布Distribution of vector wind field and wind velocity under the GO-4F mode

3.2 垂直綠化對(duì)不同高度生物氣溶膠濃度降低效果的影響

模型顯示了不同高度下（1.5 m行人高度 和 距 地 面5、10、30 m高 度），GO-4F和GFR-0模式下環(huán)境中不同時(shí)間的生物氣溶膠濃度（圖4）。GO-4F模型中垂直綠化對(duì)生物氣溶膠濃度有一定的降低效果，并且當(dāng)距地面的高度超過20 m時(shí)，生物氣溶膠濃度的降低非常微小，與高度超過30 m處的生物氣溶膠濃度非常接近，這與Qin等[52]的研究結(jié)果基本一致。因此在實(shí)際項(xiàng)目中可以減少距地面高度30 m以上的垂直綠化建設(shè)，提高經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性[2]。

3.3 不同垂直綠化模式對(duì)氣溶膠濃度的降低效果

不同垂直綠化模式下生物氣溶膠濃度的降低效果的計(jì)算式為：

式中：PG是所選垂直綠化模式下生物氣溶膠濃度（單位為μg/m3）；PGFR-0是無垂直綠化模式下生物氣溶膠濃度（單位為μg/m3）；△P表示生物氣溶膠濃度的降低效果（單位為μg/m3）。由此可計(jì)算出不同垂直綠化模式的生物氣溶膠濃度的降低范圍（表2），在白天的8 h內(nèi)，取生物氣溶膠濃度最低和最高時(shí)的數(shù)值為代表值，用[Pmin，Pmax]表示濃度的降低范圍，從最大模擬值和最小模擬值中綜合量化不同GFR對(duì)生物氣溶膠濃度的降低效果。

表2 不同模式下生物氣溶膠濃度降低范圍Tab.2 Range of concentration of bioaerosol reduction under different modes

3.3.1 GO對(duì)生物氣溶膠濃度的降低效果

將每種垂直綠化立面的朝向?qū)Νh(huán)境中生物氣溶膠濃度的降低效果進(jìn)行比較。其中，GO-E和GO-W模式下垂直綠化對(duì)生物氣溶膠濃度的降低效果范圍分別為[–0.003 930，–0.002 161]和[–0.003 925，–0.002 131]，GO-E對(duì) 生 物 氣溶膠濃度的降低效果△P比GO-W高出1.3%，降低效果差異較小的原因可能是：一方面，東南方向是臨海市常年風(fēng)向，垂直綠化設(shè)置在迎風(fēng)面可以更加有效地捕獲生物氣溶膠顆粒，而GO-E的朝向?yàn)闁|，GO-W朝向?yàn)槲?，因此這2種模式對(duì)生物氣溶膠濃度的降低效果產(chǎn)生了差異；另一方面，實(shí)驗(yàn)證明在一定范圍內(nèi)，氣溶膠顆粒的沉降率與綠量有著直接關(guān)系，而二者的GFR相同即綠量相同，因此上述2種模式對(duì)生物氣溶膠濃度的降低效果雖有差異但較小。

將GO-NS和GFR-67相 比 較，在 相 同GFR的條件下，其垂直綠化對(duì)環(huán)境中生物氣溶膠濃度的降低效果分別為[–0.003 986，–0.002 123]和[–0.006 247，–0.002 529]，△P峰值差異為36.1%，可能的原因是GO-NS模式下建筑迎風(fēng)面缺少垂直綠化，減弱了對(duì)生物氣溶膠濃度的降低效果。

3.3.2 GFR對(duì)生物氣溶膠濃度的降低效果

利用數(shù)值模擬模型觀察不同GFR模式對(duì)生物氣溶膠濃度的降低效果（圖5，表2）。結(jié)果顯示，在污染水平幾乎相同的條件下，生物氣溶膠濃度顯示出明顯的差異，從無垂直綠化場(chǎng)景GFR-0模式到GFR-17模式，生物氣溶膠濃度可降低3.5%，而后，進(jìn)一步增加GFR，其對(duì)生物氣溶膠濃度的降低效果逐步加強(qiáng)（分別增加了1.4%、4.2%和5.7%），該模型較好地描繪了不同GFR下的生物氣溶膠濃度的變化情況。

圖5 不同GFR模式下環(huán)境中每小時(shí)的生物氣溶膠濃度Hourly concentration of bioaerosol in the environment under different GFR modes

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

針對(duì)生物氣溶膠控制的已有研究多集中在室內(nèi)空間，本研究將其擴(kuò)展至室外的社區(qū)尺度[20]；已有研究多集中在建筑形態(tài)、建筑布局對(duì)生物氣溶膠的影響，本研究拓展了綠化因素對(duì)生物氣溶膠的影響的研究角度；已有研究大多采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的方法，這些方法的研究范圍限于已建成區(qū)域，本研究利用經(jīng)過驗(yàn)證的軟件和可視化分析工具，針對(duì)未建成社區(qū)的實(shí)施方案進(jìn)行評(píng)估與預(yù)測(cè)，拓展了氣溶膠控制研究的研究方法。

在垂直綠化對(duì)生物氣溶膠的控制效果方面，已有研究主要從垂直綠化的植物種類角度出發(fā)，然而在實(shí)際建設(shè)中，垂直綠化的配置模式對(duì)生物氣溶膠的影響也不容忽視[32,53-56]。實(shí)驗(yàn)證明高GFR垂直綠化雖然對(duì)大氣湍流的空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)存在著一定的削減效果，可能造成環(huán)境中生物氣溶膠濃度的升高，但在高GFR模式下，其對(duì)生物氣溶膠的高捕獲效果可以在一定程度上將這種削減效果抵消。因而最終結(jié)果顯示，高GFR模式依然有著較明顯的生物氣溶膠濃度降低效果，同時(shí)在主要迎風(fēng)面上設(shè)計(jì)更加密集的垂直綠化可以提高對(duì)生物氣溶膠的捕獲效果，證明了垂直綠化的GO和GFR是關(guān)鍵的參數(shù)。

數(shù)值模擬研究一般將典型建筑布局抽象為理想模型進(jìn)行分析[20,57]，然而實(shí)際的建筑形態(tài)與布局的復(fù)雜程度遠(yuǎn)高于理想模型，它對(duì)生物氣溶膠的影響也不容忽視[24]。本研究根據(jù)臨海市六角井未來社區(qū)國慶片區(qū)的建筑形態(tài)、布局，設(shè)置了多層次的垂直綠化模式，建立了基于實(shí)施方案的模型并進(jìn)行分析。相較于理想模型研究，基于實(shí)際建設(shè)方案的模型研究更具完整性和可信性，可以為實(shí)施方案提供一定的參考。

4.2 研究結(jié)論與應(yīng)用前景

在控制空氣傳播疾病的目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，本研究利用數(shù)值模擬模型討論了不同垂直綠化模式對(duì)環(huán)境中生物氣溶膠運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響及濃度的降低效果，評(píng)估和預(yù)測(cè)了垂直綠化在未來實(shí)際環(huán)境條件下可能會(huì)出現(xiàn)的效果，從控制空氣傳播疾病的角度為城市社區(qū)垂直綠化生態(tài)空間提供配置依據(jù)。在實(shí)際條件下，無法對(duì)建筑物的所有外立面進(jìn)行100%的垂直綠化，因此本研究使用ENVI-met模型，探討了影響環(huán)境中氣溶膠濃度的垂直綠化相關(guān)配置指標(biāo)（GO與GFR），研究了8個(gè)垂直綠化模式和1個(gè)無垂直綠化模式。

結(jié)果表明：1）隨著GFR的升高，垂直綠化對(duì)環(huán)境中的大氣湍流的減弱效應(yīng)增強(qiáng)，導(dǎo)致組團(tuán)內(nèi)部環(huán)境中生物氣溶膠的快速聚集；2）隨著GFR的升高，垂直綠化對(duì)環(huán)境中生物氣溶膠濃度的降低效果逐漸增強(qiáng)，GFR達(dá)到67%之后，垂直綠化對(duì)環(huán)境中生物氣溶膠濃度的降低效果開始出現(xiàn)邊際遞減效應(yīng)；3）在相同GFR條件下， GO為迎風(fēng)方向時(shí)，對(duì)環(huán)境中的生物氣溶膠濃度會(huì)有著較強(qiáng)的降低效果。

為控制較高建筑密度社區(qū)內(nèi)生物氣溶膠的空氣傳播，進(jìn)而控制社區(qū)內(nèi)疾病的空氣傳播，根據(jù)數(shù)值模擬研究的結(jié)果，提出以下垂直綠化配置模式建議：1）較高建筑密度社區(qū)內(nèi)部的垂直綠化能夠有效減少環(huán)境中的生物氣溶膠濃度，未來在社區(qū)建設(shè)時(shí)應(yīng)考慮引入垂直綠化；2）GFR對(duì)環(huán)境中生物氣溶膠的減少效果呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，在實(shí)際建設(shè)中，GFR指標(biāo)應(yīng)達(dá)到67%以上；3）建筑物的主要迎風(fēng)面的GFR應(yīng)較高；4）建筑物立面距地面高度30 m以下部位應(yīng)以高GFR為宜。

本研究以臨海市未來社區(qū)為例，論證了垂直綠化的朝向和覆蓋率對(duì)社區(qū)內(nèi)生物氣溶膠的影響。對(duì)垂直綠化進(jìn)行精細(xì)的空間配置與布局可以有效降低較高密度的城市社區(qū)內(nèi)部的生物氣溶膠濃度，從而降低空氣傳播疾病的風(fēng)險(xiǎn)，為今后的未來社區(qū)垂直綠化方案的創(chuàng)建提供了方向引導(dǎo)和模擬策略，并提出了經(jīng)過模擬驗(yàn)證的垂直綠化模式，提高垂直綠化創(chuàng)建方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性。

Dietterich在文獻(xiàn)[4]中從統(tǒng)計(jì)、計(jì)算和表示三個(gè)層面闡述了集成學(xué)習(xí)的相對(duì)于單一學(xué)習(xí)器的優(yōu)越性。本節(jié)重點(diǎn)分析集成學(xué)習(xí)模型的預(yù)測(cè)誤差計(jì)算方法，并分析有效控制誤差的途徑。

但是，本研究存在著一些局限性：1）需要針對(duì)建筑組團(tuán)內(nèi)部建筑之間的結(jié)果進(jìn)行實(shí)地試驗(yàn)驗(yàn)證；2）未能將植物本身產(chǎn)生的殺菌消毒物質(zhì)對(duì)生物氣溶膠的影響考慮在內(nèi)；3）僅考慮了垂直綠化對(duì)生物氣溶膠的影響，在進(jìn)一步研究中可設(shè)置多層次的社區(qū)綠化配置模式，研究多因素的綜合影響。

圖表來源(Sources of Figures and Tables)：

圖1由中國美術(shù)學(xué)院風(fēng)景建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司提供，其余圖、表均由作者繪制。