孙睿珩

(长春工程学院建筑与设计学院，长春 130021)

长春市高层住区综合物理环境优化策略
——以万科城小区风环境为例

孙睿珩

(长春工程学院建筑与设计学院，长春 130021)

建筑风环境是建筑综合物理环境的重要内容和组成部分。以长春市万科城高层小区为例，利用CFD模拟软件PHOENICS对不同布局形式的高层住宅建筑群体进行数值模拟与分析，对风环境做出整体评估并用图示语言阐释对不良风环境的优化策略。最后对实例的风环境进行优化设计，探索改善长春市高层住区风环境的对策。

长春市；高层住区；综合物理环境；风环境；优化策略

0 引言

建筑综合物理环境包括建筑热环境、建筑声环境、建筑风环境及建筑光环境几个方面，其中建筑风环境对严寒地区高层住区舒适性影响较大。随着我国城市化发展，城市人口不断增加，高层住区在城市中大量兴建，由此产生的高层住区综合物理环境，特别是风环境问题日益显现。追求过高的容积率、建筑高度和建筑密度以及不合理的建筑布局和组合方式造成局部强风和恶性气流，严重影响了居民室外活动的舒适性和安全性。严寒地区城市冬季漫长，寒风凛冽，不良风环境加剧了居民室外活动的不舒适性，如何通过规划和建筑设计方法营造舒适安全的高层建筑风环境越来越受到设计师的重视。本文以长春市为例，利用计算机数值模拟的方法，结合案例对不同布局形式下高层建筑风环境进行模拟，生成风环境分析图片，针对所存在的风环境问题提出相应的优化设计策略，为创造宜居、节能、生态的高层住区环境提供参考。

1 研究方法

采用CFD(Computational Fluid Dynamics)的PHOENICS软件进行数值模拟，在其他实验条件相同的条件下，分析不同建筑布局形式下的风环境特点。根据计算机模拟结果绘制风环境分析图，直观展现风环境问题，并根据模拟结果提出相应的风环境优化策略。

2 建筑风环境影响因素

2.1 建筑高度因素

不同的建筑高度产生的风效应也不同。建筑高度同其背后形成的风影区和风速随之增加，同时，涡流上扬的范围变大。在高层住区的前期规划中，建筑高度的调整也意味着建筑日照间距的改变，前后建筑间的风环境更加复杂(表1，图1)。前排建筑迎风面的风速小于后侧建筑迎风面的风速，而在风影区内，风速变化很小。当前后排的建筑间距变大，位于后排的建筑迎风面风速值变化幅度大，风影区内风速值增幅小，风影区面积变大。

表1 不同建筑高度风速表

2.2 风向入射角因素

建筑的风环境还与风向与建筑迎风面之间的角度有关，即一定的风向投射角(表2，图2)。入射角为0°时，风速值最大，在建筑后方形成的风影区面积最大，涡流明显，风环境较差。入射角60°时，对风速值影响小，风影区面积及涡流效应明显减小，风环境得到明显改善。因此，保证日照间距满足规范条件下，避免强风直接吹向建筑迎风面，适当调整建筑与风向的角度，对节约用地和改善风环境都有较好的效果[1]。

图1 不同建筑高度风环境分析

图2 不同风向入射角风环境(0°，30°，45°，60°)

2.3 建筑布局形式因素

建筑的布局形式也是风环境重要的影响因素。对围合式、半围合式以及行列式布局形式的建筑风环境进行分析可知，风速值最大的是半围合式，最小的是围合式[2]。而当采用行列式时，在风的狭管效应作用下，瞬间气流加速明显，风影区内涡流效应较多(表3)。

表3 不同布局形式风速表 单位：m·s-1

通过以上风环境影响因素分析，适当降低建筑高度和建筑间距、加大风向入射角度并采用围合式布局下的建筑群体风环境相对最好。

3 高层住区风环境模拟与优化策略

3.1 高层住区风环境现状模拟

长春万科城一期位于长春南部新城净月开发区核心，用地面积约6.7 hm2，容积率2.95，建筑密度18.02%，是典型的严寒地区高层住区。

利用计算机，将建筑CAD导入PHOWNICS软件，选取其中的FLAIR模块，网格划分为10 m×10 m，风向选择长春地区冬季盛行风向，即南偏西22.5°，风速选择长春地区冬季室外平均风速3.9 m/s[3]。计算结果可得出万科城高层住区冬季风速矢量图(图3)及风速现状图(图4)，风速值从弱到强，对应的显示颜色也由浅到深。万科城小区是由多个点式高层、板式高层及低层商铺组成的相对围合的空间，高风速区分布在南侧、西侧点式高层的迎风面，特别是建筑转角部位出现很强的角隅风，北向板式高层迎风面大，风速值也较高，并且转角处角隅风也很明显，形成了范围很大的风影区。

图3 长春万科城冬季风速矢量图

图4 长春万科城冬季风速现状图

3.2 优化设计策略

1)依据数值模拟结果绘制风环境的评价图，分别找出计算区域内最有利和最不利的风环境区域后再进行风环境的优化设计(图5)。

网格尺寸为10 m×10 m，颜色由深到浅代表风速由强到弱。黑色区域风速值≥6.81 m/s，属于强风区，风环境舒适度较差，为保证安全性此区域内不适合布置室外活动场地，可以考虑布置停车位，同时种植乔木，利用植物的风屏作用来抵御强风。深灰色区域风速值≥5.24 m/s，此区域较黑色区域风速降低，不会给行人造成安全性威胁，但风环境舒适度仍较差，可通过种植高大乔木配合低矮灌木的立体植被来削弱风力，同时要注意垃圾及扬尘随风吹起所引起的环境卫生问题。浅灰色区域风速值≥3.21 m/s，风环境舒适度较高，可以充分利用此区域布置居民的室外活动场地。而白色代表风速值低的区域，位置在风影区，风数值在0.07～2.37 m/s之间，也是布置室外活动场地的适宜空间。图中有个别的点表示涡流易发生区域，要注意防尘、垃圾所造成的卫生问题。

图5 长春万科城冬季风环境评价图

2)结合景观绿化改善风环境在风速较大的位置，如建筑转角处、小区入口处、建筑之间等位置，种植高大的乔木行道树，可以有效削弱不利风环境对人的影响；针对风影区内涡流较强的情况，也可以通过种植低矮的灌木来减小涡流，同时搭配水景、景观墙、景观亭、连廊的景观小品来阻挡气流，降低风速，同时削弱风狭管效应造成的瞬时强风危害。

4 结语

高层住区风环境直接影响着居民的安居环境，良好的风环境有助于改善室内热舒适性和营造舒适的微气候环境，同时对降低建筑能耗也有重要意义。通过对长春市高层住区风环境的数值模拟及研究、分析，为以后长春市高层住区规划和建设提供有效的建议，为创造生态住区、提升居民生活品质提供借鉴。

[1] 李云平.寒地高层住区风环境模拟分析及设计策略研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2006.

[2] 谢振宇,杨讷.改善室外风环境的高层建筑形态优化设计策略[J].建筑学报，2013(2)：76-81.

[3] 孙睿珩.长春市高校学生宿舍建筑风环境数值模拟研究[J].长春工程学院学报：自然科学版，2014(4)：66-72.

The Study on Optimization Strategy of Integrated Physical Environment in High-rise Residential District of Changchun City——Taking the Wind Environment of Vanke City as an Example

SUN Rui-heng

(SchoolofArchitecture&DesignEngineering，ChangchunInstituteofTechnology，Changchun130021，China)

The wind environment in building is an important content and part of the integrated physical environment in building.This research，taking the high rise residential district in Changchun city as an example，makes the numerical simulation and analysis to the different layout forms of high rise residential building groups by utilizing the CFD simulation software PHOENICS，and makes a holistic assessment to the wind environment to explain the optimization strategy of the bad wind environment with the graphical language.Finally，the optimized design to the instance of wind environment has been made to explore strategies to ameliorate the high-rise residential wind environment in Changchun city.

Changchun city；high-rise residential district；integrated physical environment；wind environment；optimization strategy

2017-03-05

住房和城乡建设部科学技术计划项目(2016-R2-005)

孙睿珩(1987-)，男(汉)，长春，硕士 主要研究建筑技术科学。

10.3969/j.issn.1009-8984.2017.02.021

TU253

A

1009-8984(2017)02-0088-03