分析高層建筑與住宅小區(qū)相互影響的風環(huán)境試驗

封正奎

【摘要】隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，城市化程度不斷提高，各國紛紛出現(xiàn)了許多大城市、特大城市群。隨著這些城市的發(fā)展，對居住、交通以及工作生活等各方面的要求不斷增加，城市可利用的土地資源變得稀缺。傳統(tǒng)的城市發(fā)展模式難以應對現(xiàn)代城市的新要求。在這種情況下，高層建筑以及高密度住宅小區(qū)開始普及。本文在研究住宅小區(qū)與高層建筑風環(huán)境的影響時，從拐角、迎風面、背風面和側(cè)風面區(qū)域這四個角度入手，針對建筑的高度、建筑寬度等因素，對高層建筑與住宅小區(qū)相互影響的風環(huán)境進行分析，希望能為高層住宅和小區(qū)的設(shè)計工作提供幫助。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；現(xiàn)狀；風環(huán)境；建筑參數(shù)

人類社會的發(fā)展離不開科學技術(shù)的進步，科學技術(shù)的進步源自人類的鉆研。先進的技術(shù)變革可以為人類社會帶來更高的生產(chǎn)效率，更現(xiàn)代化的生活方式。但是，由于人類的盲目發(fā)展帶來了許多環(huán)境問題，尤其是人類居住環(huán)境開始不斷惡化。這種變化也引起了全球的關(guān)注，城市高層建筑與高密度住宅小區(qū)的建造，雖然能夠提高城市資源利用效率，減少城市生存成本，但是也有負面的影響，比如降低了城市的通風狀況、日照時間減少、影響市區(qū)的散熱等等，這里面對城市風環(huán)境的影響問十分突出。所以，建筑風環(huán)境這一課題重新受到人們的重視。

一、風環(huán)境的概況

1、風環(huán)境的定義

城市的風環(huán)境一般是指空氣在建筑內(nèi)外的流動以及其對建筑物壽命、人類生存環(huán)境的影響。因為，風環(huán)境不僅本身就是一個獨立的體系，而且還是建筑環(huán)境這個大課題中的一個重要組成部分。對它的研究要從宏觀和微觀兩個方面進行整體性探索。風環(huán)境與溫度、聲環(huán)境、光環(huán)境一起被稱為建筑環(huán)境，是現(xiàn)代城市建筑設(shè)計所必須考慮的一項主要內(nèi)容。

2、風環(huán)境研究的重要意義

現(xiàn)代城市因其發(fā)展的需要，在城市規(guī)劃中，為了容納更多的居民，不可避免的要對住宅結(jié)構(gòu)進行改革，高層建筑模式是一項有效的措施。高層建筑在高度與體量上，與其他建筑結(jié)構(gòu)明顯不同，突出表現(xiàn)就是對城市環(huán)境的改變。動輒幾十層的超高層建筑物伴隨著極高的容積率，嚴重阻礙了城市空氣的橫向流動。

3、風環(huán)境研究的現(xiàn)狀

我國風環(huán)境的研究相對世界其他國家較落后，主要是由于我國在近十年來才開始興建高層住宅小區(qū)，而且房地產(chǎn)的發(fā)展，帶動了一大批相關(guān)產(chǎn)業(yè)的繁榮。地產(chǎn)商在建造住宅小區(qū)時，沒有站在城市整體的角度去設(shè)計。使得高層住宅小區(qū)以及商業(yè)地產(chǎn)在城市規(guī)劃上存在滯后性。

近年來，隨著我國對風環(huán)境研究的逐漸重視，城市相關(guān)部門通過現(xiàn)場實測、風洞試驗、數(shù)值模擬等多種實驗手段，對當?shù)氐娘L環(huán)境進行了初步的測量和數(shù)據(jù)統(tǒng)計，并逐漸發(fā)現(xiàn)一些相關(guān)的規(guī)律。建筑風環(huán)境影響因素包括建筑物的形狀、高度、朝向、寬度、樓間距等因素。

二、高層建筑物對風環(huán)境影響的主要研究內(nèi)容

1、主要研究方式

風環(huán)境的研究主要是在不同風向的情況下，對住宅小區(qū)單體及高層建筑的內(nèi)外底層風環(huán)境進行研究。這個研究內(nèi)容，為住宅小區(qū)與高層建筑相互影響的風環(huán)境分析提供基本參數(shù)。主要是從建筑群的橫向通道、縱向通道及道路拐角這三個關(guān)鍵點著手收集數(shù)據(jù)，聯(lián)系建筑群的建筑高度、樓間距以及樓寬數(shù)據(jù)以及風速比平均數(shù)、風速比峰值、風速比變異系數(shù)這些參數(shù)來綜合分析住宅小區(qū)內(nèi)外部底層風環(huán)境的變化，通過對數(shù)據(jù)的計算和分析，得出相關(guān)的規(guī)律。

2、主要研究成果

從建筑物排列位置來看，當氣流沿小區(qū)規(guī)劃設(shè)計方向流動，前排建筑物對后排建筑物形成了明顯的遮蔽效應，嚴重影響了馬鞍形禍在下風向的離析效果。建筑物縱向夾道形成了明顯的“峽谷風”，不利于建筑物橫向間道的氣流流動。

為了進一步了解氣動布局的規(guī)律，科學家采用數(shù)值模擬的方式對不同風向的過道風速進行了測試，發(fā)現(xiàn)風速較高的地方一般分布在順風國道和迎風側(cè)拐角內(nèi)。同時發(fā)現(xiàn)漏斗型風場所出現(xiàn)的側(cè)向流動空氣促進垂直氣流的互動，增高了建筑物背風向的負壓，這個情況會使得人們在該區(qū)域內(nèi)略微不適。

住宅小區(qū)內(nèi)高層建筑與普通建筑形成的城市居住群是影響城市風環(huán)境的主要因素。高層建筑群對空里流動的阻礙作用，是城市風環(huán)境質(zhì)量的決定性因素。對住宅小區(qū)內(nèi)高層與低層建筑進行科學的規(guī)劃與設(shè)計，改善高層建筑的規(guī)劃方案，合理制定建筑物迎風面的面積，對高層建筑內(nèi)外部的風場情況有重要影響。

髙層建筑與街道的連接點是小區(qū)內(nèi)居民活動最為頻繁的地帶。如果小區(qū)的布局采用圍合式，那么高層建筑通常以單面臨街或者兩面臨街，建筑物圍成的地域通常設(shè)計成輔助空氣流動的通道。這里容易形成“峽谷風”，所以要掌握好間距。防止空氣突然的加速影響居民正常生活。

三、高層建筑物與小區(qū)住宅相互影響對風環(huán)境的影響因素

通過對各個區(qū)域不同風速變化的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)高層建筑群體再加入住宅小區(qū)后，高度差異的變化對風環(huán)境有較大的影響。

首先，在高層建筑峰值點，相對于最小高度，內(nèi)部拐角的邊際風速為80km/h，平均邊際風速為30km/h，迎風面風速比增加59%，平均風速比增大55%；背風面風速比峰值為31km/h，平均風速比增加9%。所以可以看到，加入住宅小區(qū)后，平角的風速與建筑高度成正比，其他位置的風速比也逐漸增加，反映了住宅小區(qū)受高層建筑對風環(huán)境的影響大。這說明高層建筑的高距比過于懸殊會對住宅小區(qū)內(nèi)風環(huán)境帶來不利的影響。

其次，高層建筑物的寬度，對建筑群體內(nèi)部風環(huán)境也有顯著的影響。0°風向角下，居民主要活動區(qū)域的風速最大點（上文提到的拐角區(qū)域），高層建筑物隨著寬度增加，不同樓間距下的風速峰值比與平均風速比分布離散狀態(tài)成反比。在背風面，隨著高層建筑寬度的減少，不同樓間距下其風速峰值比與風速平均值比的分布狀態(tài)也成反比，這反映了住宅小區(qū)的存在，容易提高高層建筑臨近小區(qū)一面風環(huán)境的風速變化程度。但是從整體角度來看，寬度對風環(huán)境的住宅小區(qū)整體影響沒有高度帶來的影響大。

結(jié)論：

高層建筑是伴隨著市場進步而出現(xiàn)的新興建筑模式，所以在建筑形式、設(shè)計方向、施工順序上都與傳統(tǒng)的建筑物有著顯著的差別。對于高層建筑物各方面的的研究，還處在初級階段。所以在城市發(fā)展中，高層建筑與傳統(tǒng)低層小區(qū)的并存必然會在一定時間內(nèi)持續(xù)存在。二者之間的相互影響會對城市風環(huán)境形成新的影響。這勢必會影響居民的生活環(huán)境，涉及到城市規(guī)劃對新舊建筑形式的協(xié)調(diào)和規(guī)劃。根據(jù)不斷探索和總結(jié)，要想在兩者相互影響之間尋找最佳的風環(huán)境，需要做到以下兩點：首先要減少高層建筑物迎風面的面積，盡量減少空氣在城市區(qū)域流動的障礙；其次要注意高層建筑在人群密集處的布局，避免強風場以及“峽谷風”的出現(xiàn)。相信隨著研究的深入，風環(huán)境必將會不斷改善。

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