刘增宏

南宁市建筑设计院

0 引言

随着社会的发展和人民生活水平的提高，人们在关注室内环境质量的同时，对所处室外环境也得到越来越多的关注，而项目从规划阶段开始，规划师更多只是注重建筑的功能流线及园林景观和空间利用，但实际上，建筑所处的室外风、热、声环境在很大程度上影响着建筑的室外舒适度[1]。因此，在绿色建筑大力发展的今天，项目从规划开始可以利用建筑热物理模拟技术对项目朝向、布局等的风、热、声等环境进行模拟分析设计，为优化建筑设计及科学建设绿色建筑提供参考依据。

本文就建筑室外物理环境模拟技术在实际二星级绿色建筑中的贡献及应用进行具体阐述。

1 工程概况

本项目为一栋建筑高度是89.8 m，建筑面积约4万m2的公共建筑，主要功能为医院住院楼，裙楼为门诊功能。建筑模型如图1 所示：

图1 三维视图

室外物理环境性能应包括室外风环境，热岛强度，环境噪声，日照和室外幕墙光污染等[1]。本项目中应用的室外物理环境模拟项为：室外热环境、室外声环境、室外风环境。

2 室外热环境模拟分析

室外热环境的计算规定：《城市居住区热环境设计标准》的指标体系包括必须满足的强制性条文，在此基础上采用规定性设计或评价性设计。本项目对建筑进行评价性设计，采用逐时湿球黑球温度和平均热岛强度作为居住区热环境设计指标，设计指标应符合下列规定：居住区夏季逐时湿球黑球温度不应大于33 ℃。居住区夏季平均热岛强度不应大于1.5 ℃。

对建筑室外热环境模拟分析结果如表1、2：

表1 建筑湿球黑球温度

表2 平均热岛强度

《城市居住区热环境设计标准》3.3.1 条规定居住区逐时湿球黑球温度不应大于33 ℃，夏季平均热岛强度不应大于1.5 ℃。由表1 数据可知，该项目逐时湿球黑球温度最大值为29.6 ℃，另根据表2 数据及《城市居住区热环境设计标准》5.0.2 条公式计算可得该项目平均热岛强度为0.96 ℃。因此，本项目规划布局合理，建筑所处的室外热环境的逐时湿球黑球温度及夏季平均热岛强度均能满足《城市居住区热环境设计标准》中的相关要求，本条为《绿色建筑评价标准》GB/T 50378-2019 中的控制项内容，该模拟报告充分证明了项目可以满足绿色建筑标准的强制性要求，相当于为绿色建筑贡献了10 分的分值。

3 室外风环境模拟分析

室外风环境评价依据为《绿色建筑评价标准》GB/T 50378-2019 中第8.2.8 条规定了室外风环境的条目要求。具体如下：场地内风环境有利于室外行走，活动舒适和建筑的自然通风。其评分规则为：

1）冬季典型风速和风向条件下，建筑物周围人行区距地高1.5 m 处风速低于5 m/s，户外休息区、儿童娱乐区风速小于2 m/s，且室外风速放大系数小于2，得3 分。除迎风第一排建筑外，建筑迎风面与背风面表面风压差不超过5 Pa，得2 分。

2）过渡季、夏季典型风速和风向条件下，场地内人活动区不出现涡旋或无风区，得3 分。50%以上可开启外窗室内外表面的风压差大于0.5 Pa，得2 分[2]。

3.1 室外风环境冬季工况模拟结果

本项目冬季工况的入口边界风速为2.20 m/s，风向为ESE，图2、3 为冬季工况下计算区域的风速分布云图，风速放大系数分布云图，建筑迎风面与背风面风压分布云图：

图2 -1.5 m 高度水平面风速云图-冬季

图3 1.5 m 高处风速放大系数云图-冬季

综合上述，建筑计算域中，冬季工况风场中风速无大于5 m/s 的风速超限区，但是风速放大系数出现超过2 的超限区域。同时建筑迎风面与背风面风压差汇总如表3：

表3 建筑迎风和背风面风压差结论汇总表

综上所述，建筑冬季工况的迎风面与背风面压差满足不大于5 Pa 的要求。

3.2 室外风环境夏季、过渡季工况模拟结果

本项目夏季工况的入口边界风速为2.00 m/s，风向为ESE。通过该项标准指导设计确保合理的建筑布局，在夏季形成有效的巷道风，优化街区自然通风环境，避免夏季人行区有明显的气流旋涡和无风区，从而造成闷热不适感[3]。

图4、5 为夏季工况下计算区域风速分布云图，风速矢量图，建筑迎风面与背风面外窗表面风压云图：

图4 -1.5 m 高度水平面风速云图-夏季

图5 计算域内-1.5 m 高度水平面风速矢量图

综合上述，建筑计算域中，夏季工况风场中未出现无风区（通常当人行区域风速≤0.2 m/s 时，该区域风向标处于静止状态，此区域活动的人会有明显的无风感，则该区域为无风区）及旋涡区。

同时，夏季工况建筑室内外表面风压差大于0.5 Pa 的建筑表面积20403.60 m2，占地上建筑面积35000 m2的比例为58.3%，满足“50%以上可开启外窗室内外表面的风压差大于0.5Pa”的要求。

对建筑室外风环境模拟分析结果如表4、5：

表4 冬季工况达标判断表

表5 过渡季、夏季工况达标判断表

综上所述，通过对建筑室外风环境的模拟分析计算，为绿色建筑贡献了7 分的分值。

4 室外声环境模拟分析

《声环境质量标准》GB3096-2008 中规定了五类声环境功能区的环境噪声限值，如表6 所述：

表6 环境噪声限值

本项目为医院建筑，属于1 类声环境功能区，因此，项目在规划设计时，通过绿化、声屏障等手段控制建筑室外声环境能满足规范的相关要求。

本项目场地噪声分布鸟瞰图如图6、7 所示：

图6 场地噪声分布俯瞰图（昼间）

图7 场地噪声分布俯瞰图（夜间）

通过模拟得到本项目昼间与夜间建筑场地噪声分布情况，噪声最大值如表7 所示：

表7 环境噪声综合得分表

综上，本项目建筑所处的场地噪声满足了1 类声功能区的噪声要求，同时也可为绿色建筑贡献10 分的分值。

5 结语

项目按照《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2019二星级标准进行设计，本项目应用的室外物理环境模拟项及得分情况如表8：

表8 项目应用的室外物理环境模拟技术条文及得分情况

室外物理环境性能模拟项总分为30 分，项目对各模拟项进行计算分析，实际为绿色建筑贡献的分值为27 分，占比达到90%。同时，本项目正是借助了室外物理环境模拟技术手段，在项目前期规划阶段，为规划师提供了宝贵的意见，使整个建筑在满足规划要求的使用功能流线、消防、景观等各要求的前提下，也满足了人们对室外物理环境舒适性的要求。因此，室外物理环境模拟技术不仅应当被广泛的应用到绿色建筑中去，更应当被广泛应用到项目前期规划中去[4]。