李冰，刘健 （吉林建筑大学，吉林 长春 130000）

在21世纪初，随着大量“方盒子”式的住宅席卷而来。但是近年来，居住区的建筑设计中主要还是以日照间距、消防疏散、绿化率等作为住宅建筑的硬性标准，缺少对于建筑风环境的关注，以及如何提升住宅区的通风效果，使夏季不至于通风不畅，闷热难耐，通过自然通风，从而能够进一步减少相关用电设备的运用，最终还能达到节能环保低碳的效果，冬季不至于冬季寒风呼啸，导致房间散热增加，从而导致建筑能耗的增加，特别对于严寒地区来说，人行走在其中由于风速过快，导致人体的舒适度大大降低。因此，如何改善住区的风环境，也是当今建筑设计亟需解决的问题之一。

1 风评价标准

人体舒适度的最重要的因素就是人的感受，利用《绿色建筑评价标准》（GB/T50378-2014）相关的条例[1]大致有以下规则：首先是在冬季盛行风条件下的风速和风向，建筑群体周边的风速低于5m/s，并且室外风速放大系数低于2。其次是除了迎风的第一排建筑群之外，建筑群前后迎风面的风压差不大于5N/m2。春秋两季与效应夏季盛行风条件下的风向与风速，范围内的人群活动场地不出现无风区与涡流区，百分之五十可开启外窗室内外风压差不大于5N/m2。

2 国内研究现状

这些年来，住宅区风环境也被各种专家学者用来进行大量的研究，一种是通过对住宅的计算机模型，对不同建筑布局方案进行比较性研究。例如胡春的基于风环境模拟对于高层住区布局的优化[2]。胡一东的上海地区住宅建筑布局对室外风环境的影响分析是通过得到上海的气象数据，然后通过运用软件建立模型，得到不同建筑形体风环境的优劣，从而能够指导规划设计[3]。另一种是对于一个实际存在的项目进行计算机模拟分析，比如曹向明的基于风环境的西安市高层建筑区规划布局策略，以曲江新区为例，通过建立模型之后导入Phoenics，从而获得曲江新区风环境存在的问题，提出相应的解决方法[4]。

3 风环境模拟实验对寒地住区的分析

风环境模拟是将实地测试的风环境基本数据通过计算机模拟出该地块风环境的优劣，从而指导场地风环境的改善，并进行建筑的优化设计。

3.1 Winair4软件简介

Ecotect是一个微环境生态模拟软件，Winair4是计算CFD（Computational Fluid Dynamics)流体力学的主流计算平台之一，本文运用该软件对沈阳市大东区万科金色家园住区进行模拟实验，从而提出优化设计策略。

Winair4相比较其他软件而言，对各种软件的建模方式更加兼容，操作更加的方便，速度相比较其他的软件较快，缺点就是对比于其他的CFD模拟软件精准度不够。适用于建筑学专业用来测试建筑的风环境改善，风环境对建筑设计的不利影响，从而进行优化设计。图1所示为各种风环境的软件特征及功能。

图1 不同风环境软件对比图

3.2 沈阳市大东区气候状况分析

沈阳市属于严寒地区，沈阳市的年平均气温基本维持在6.1℃～9.8℃之间，夏季温暖时间就比较短，并且雨量充沛，春季、秋季持续时间较短，温差变化较大且多风，夏季盛行东南风，冬季盛行西北风。

3.3 万科金色家园区位分析

本次模拟的地块是万科金色家园，位于辽宁省沈阳市较为重要的干道东、西快速干道及联合路之间，紧邻沈阳大学。

现有的住区规划设计为行列错落式布局，布局比较规整，如图2所示，东侧除临街的一层商业裙房外，大部分为六层的住宅区，西侧为十二层与十八层的高层住宅区。

图2 地块现状图

3.4 软件模拟方法

软件模拟的求解过程如下。

导入万科金色家园的地形图，进行检查文件，设置地面等信息。进行计算之后显示计算结果，保存数据，并且分析计算结果，如图3所示。

图3 Winair4软件界面、计算界面

3.5 万科金色家园现场测量

通过进行现场调研和实地测量得出沈阳详细的温度、湿度、风速风向等相关的需要参数，如图4所示。

图4 沈阳市风速风向、温度等示意图

3.6 万科金色家园现场测量

通过测量所得的数据输入winair4进行模拟。然后通过软件模拟得出相应住宅区的大致风环境，见图5、6所示。

图5 原有建筑冬季、夏季风环境风速分析

图6 原有建筑风环境冬季、夏季风向分析

3.7 万科金色家园风环境存在的问题

由图5、6中分析可知，原有住宅区风环境存在的问题如下。

①角隅效应：风吹向建筑时，在风绕过建筑到达建筑两侧时形成原有风力2-3倍的强风，而且强风区对行人的舒适度影响极大，如图7所示。

②垂直涡旋：由于建筑物高度比较高，导致风吹向建筑物时会导致风的反刮，因此会形成自上到下的涡旋区，如图8所示。

图7 金色家园建筑角隅效应示意图

图8 金色家园建筑垂直涡旋示意图

③狭管效应：当两座高层建筑相邻较近时，通过的风会形成高速的气流，如果建筑布局与自然风向平行时会加剧这种效应的影响，如图9所示。

图9 金色家园建筑狭管效应示意图

④角流风效应：由于前排建筑较高挡住来风而存在的角流风现象，并且在前排建筑顶部形成气流凝滞点，气流凝滞点上部的气流绕过前排较高的建筑向后运动，气流凝滞点下部的气流沿着前排较高的建筑向下运动，由于下冲风从而加速涡旋风的强度，尘土飞扬的程度也会加大，如果地面有垃圾，会导致垃圾满天飞的现象，如图10所示。

图10 金色家园西部建筑群角流风示意图

⑤涡流风：万科金色家园西北角处，由于前后建筑高度过高，建筑群采用半围合布局，从而导致西北角处建筑群内涡流风速度过快，导致行人在此环境舒适度大大的降低，如图11所示。

图11 金色家园西北部高层建筑群涡流风示意图

3.8 优化设计策略

通过上述模拟实验分析得出，万科金色家园住宅区风环境存在几种问题，应当对住宅区组团进行优化。

①由于建筑物高度比较高，导致风的反刮，通过高低的植物配置，一方面弱化风的风力，一方面调整风的方向。据相关数据，草坪冬季能降低风速5%～10%，夏季能降低15%～18%，如果园林中构成乔灌草组合的绿色屏障，冬季能够降低20%左右，夏季更是能够降低60%左右，可以大大地提升防风能力。

②万科金色家园西侧高层建筑转角处风速过大，因此要加强这部分结构和保温的性能，减少不必要的突出物构件及装饰物，减少本身的体型系数，避免因风速过大，导致坠落。

③在环境布置上应该设置挡风屏障，减缓风对行人的影响。

④作为住宅区首先要考虑冬季防风的问题，应当在西侧建筑表面增设导风板等外在的辅助设施，建筑的入口一般都设置在北侧，建议在入口处设置挡风屏障和树木。

通过以上的相关措施，在Ecotect软件模型中进行相应修改的参数，得到模拟结果，见图12、13。

图12 建筑风环境冬季、夏季风速分析对比（原建筑上图、改良下图）

图13 建筑风环境冬季、夏季风向分析对比（原建筑上图、改良下图）

3.9 验证设计策略

从改良的图中和原有建筑风环境图的对比可以看出，冬季西侧高层较改良之前风速明显下降，板式高层之间的狭管效应也明显减弱，风速的明显下降可以直接增强居民冬季户外活动的舒适度，夏季较改良之前，风速略微提高，更加有利于住户室内污染物的排出与室内良好的通风环境。但是东侧裙房之间风环境变化不明显，住区业主入口处不论夏季和冬季风速都较大，可以设置挡风墙或布置园林景观来减弱风速给人们带来的不适感。

4 结论及措施

通过对万科金色家园的实测与模拟分析得出以下结论：

①该住宅区北部角隅效应较为严重；

②该住宅区临街面高层建筑垂直涡旋较为严重；

③该住宅区西部高层与多层建筑之间狭管效应较为严重；

④该住宅区高层建筑角流风效应较为严重；

⑤该住宅区西北部建筑群涡流风效应较为严重。

通过相应的问题提出相应的解决办法，因为是已建成小区，无法通过建筑布局、朝向等改善风环境，因此主要措施有：

①通过乔灌草形成阶梯式绿化的园林景观布局能有效减弱冷风渗透；

②对于风速较强地段可以通过布置挡风墙、挡风屏障等相关措施；

③通过加强冬季主导风向一侧保温、结构的性能；

④通过减少冬季主导风向一侧不必要装饰物，减少体型系数；

⑤通过设置导风板来引导风的走向，减少冬季的冷风渗透，增强夏季的污染物排出。

5 展望

本文以已建成的沈阳市大东区万科金色家园为例，通过该住宅的实地调研与软件模拟，得出该住宅区风环境存在的问题，通过优化措施加以改正，并且再次通过软件验证优化措施的可行性，从而得出相应的风环境优化措施。

当然本文仅仅从风环境角度针对住宅区进行探讨，由于模拟软件和现场测量的误差，本文研究存在一定局限性，希望能够抛砖引玉，使得建筑的风环境研究进一步深化。