杏林灣CBD人行區域風環境模擬評價與實測對比

賴林鳳冉茂宇彭軍芝王建飛

(1．廈門市建筑科學研究院集團股份有限公司;2．華僑大學建筑學院福建廈門361021)

杏林灣CBD人行區域風環境模擬評價與實測對比

賴林鳳1，2冉茂宇2彭軍芝1王建飛1

(1．廈門市建筑科學研究院集團股份有限公司;2．華僑大學建筑學院福建廈門361021)

為了評估廈門地區高層建筑對周圍人行高度風環境安全性和舒適性的影響，選取杏林灣CBD為研究對象，通過PHOENICS軟件對不同工況的風環境進行模擬與評價。分析模擬結果，結論表明:(1)該片區夏季人行區域風環境良好，冬季和過渡季節部分區域風速偏大導致舒適度下降。(2)該片區大風天氣行人區域發生危險的概率較高，需引起重視。(3)將模擬結果同實測數據進行對比，風速分布較一致，大小存在一定的誤差。其次，針對風環境舒適性和安全性，提出了相應的措施和建議。

高層建筑群;風環境評價;數值模擬;實測對比

0 引言

高層建筑隨著社會和科技的發展而發展。由于區域發展不平衡導致城市人口急速增加，有限的土地資源不足以承擔過重的人口負荷，高層建筑已經成為未來建筑的發展趨勢。高層建筑風環境問題一直是城市風環境問題研究中的重點，由于風環境復雜且混亂，研究起來有一定的困難。根據前人經驗可得，研究風環境主要有現場實測法、計算機數值模擬法、風洞實驗法三種方法。其中計算機數值模擬法相對比較方便操作且有一定的準確性，備受研究者們的青睞。但計算機數值模擬法僅在理論上對風環境進行研究，實際上的風環境要復雜得多，來流風繞過建筑或障礙物會產生穿堂風、下沖風、風影區等現象，造成區域風紊亂。現場實測風速和風向均為瞬時值，由于實驗條件和實驗儀器的限制，實測法只能獲取一段時間內的風速風向為樣本數據。為了能更準確研究高層建筑周圍風環境，本文采用計算機數值模擬法輔助現場實測法，以廈門杏林灣CBD高層建筑群為研究對象進行對比分析，探討其人行區域的風環境舒適性和危險性，并提出建議措施。

1 研究對象的介紹

杏林灣商務運營中心是杏林建設的標桿項目，地處園博苑水域中心地帶，與園博苑隔水相望，設計時特別加入閩南建筑元素，建成后將成為廈門集美區地標性建筑和城市景觀。杏林灣運營中心區域高層建筑類型較多，其中1#、2#、3#、4#、5#、6#樓主要建筑高度在60m～80m，有方形裙房，且在這六棟建筑中包圍有高達10m的架空層;7#樓高度約為100m，有不規則形狀的裙房;8#樓為弧形建筑，無裙房，約24m;9#、10 #樓為相似建筑，高度約70m，裙房平面形式為弧形; 11#樓高度為80m，弧形裙房;12#樓為超高層建筑，弧形裙房，高度超過250m，如圖1所示。且根據前期調研，發現風速較大區和靜風區分界明顯，且主要來風方向(東南向)無其他建筑物遮擋。作為未來集美區地標性建筑、商區等功能，在舒適性、安全性等方面需達到一定的要求。

圖1 杏林灣運營中心平面圖(資料來源:XMHOUSE．COM)

2 舒適性和危險性研究

2．1舒適性研究

廈門市夏季主要盛行東南風，平均風速為2.8m/s，將其作為模擬的初始風速，如圖2a所示，從圖2a中可得，模擬區域建筑室外風環境良好，平均風速為2.76m/ s，最大值出現在12#樓裙房南向的角落，風速為3.78m/ s，風速放大系數為1.35;過渡季節盛行東風，平均風速為2.95m/s，將其作為模擬的初始風速，如圖2b所示，從圖2b中可知，模擬區域建筑室外風環境較好，平均風速為2.94m/s，其中5#樓東北角、11#樓東北角風速較大，12#樓南向角落達到最大值5.48m/s，風速放大系數為1.86;冬季主要盛行東風，平均風速為3.03m/s，將其作為模擬的初始風速，如圖2c所示，從圖2c中可知，模擬區域建筑室外風環境大部分較好，平均風速為2.99m/s，其中風速較大區域與過渡季節差不多，出現在5#、11#、12#樓周圍，最大值達到5.67，風速放大系數為1.87。值得注意的是，冬季風速過大容易導致行人舒適度下降，所以應針對冬季做一些防風措施。

由于模擬時沒有考慮建筑周圍環境對其的影響，所以，實際風速應比模擬風速小。

圖2 不同季節風速分布圖(1.5m高度處)

為了探討來風方向的不確定性對建筑風環境的影響，選取冬季風速3.03m/s，分別模擬8個來風方向(紅色箭頭表示)，得到風速分布狀況，結果如圖3所示。

圖3 不同來風方向下的風速分布圖(1.5m高度處)

表1 不同風向工況模擬結果對比

模擬結果從表1可以看出，模擬區域的平均風速介于2.83m/s～2.99m/s之間，差值很小，為0.16m/ s。最大風速介于3.8m/s～5.67m/s之間，差值較大，為1.87m/s。最小風速為0.02m/s～0.20m/s，差值很小，為0.18m/s。其中，當來風方向為東風時，人行區域最大風速達到5.67m/s，大于5m/s，在無防風措施的情況下，該區域舒適度較低。

當來風方向不同時，出現的最不利點位置不相同:當來風方向為N、NE、E、SE時，最不利點均出現在12#樓，主要位置位于東向和南向，且當來風方向為E、SE時，最大風速均超過5m/s;當來風方向為S、SW時，最不利點出現在2#樓西向;當來風方向為W時，最不利點出現在4#樓南向，但風速不大;當來風方向為NW時，最不利點出現在5#樓東北向，但風速不大，整體比較平均。

2.2 危險性研究

根據歷年極大風速資料，選取東南風向，大小為40.2m/s的風速作為邊界條件進行危險性探討，由圖4可知，整體風速較大，其中大于七級風速(13m/s)的區域達到74％;大于50m/s的區域為0.6％，主要分布在9#、10#、11#、12#樓的部分人行區域，瞬時風作用下，很大可能會卷起建筑周邊的物體對行人造成傷害。

2.3 風環境評價

根據文獻［1－2］，在進行我國建筑風環境人體舒適度評價時，建議參照“Davenport建議風舒適準則”。肖丹玲［2］結合該準則通過風洞試驗對人在不同狀態下進行舒適風速、不舒適風速、危險風速測試，得出適應國內具體情況舒適風速、危險風速界定標準，建立與對應建筑風環境人體舒適性評價指標體系，如表2所示。其中當風速小于10m/s～12.5m/s時，可界定為室外人體不舒適風速，但尚未達到危險程度;達到15m/s～17.5m/s以上的風速對于坐、站立或行走狀態的人體可以界定為危險風速。

依據表2，可以得出杏林灣運營中心的建筑人行區域風環境狀況良好，大部分時間均可達到舒適的狀態，冬季部分區域風速超過5m/s，考慮到冬季氣溫較低，風速過大易導致行人區域舒適度下降，所以該區域需要防風措施。而夏季溫度較高，一定的風速還可以提高人體熱舒適度，若建筑朝向布置合理，利用室外風對室內通風也有一定的好處。

圖4 極大風速工況下的風速分布圖(1.5m高度處)

表2 不同活動狀態下風舒適度風速

對于該區域的危險性討論，結果表明，風速大于17.5m/s的區域高達66.19％，也就是說一半以上的區域都為危險狀態，一旦強風吹起建筑周邊物體，對建筑和行人均會造成不同程度的傷害。在大風天氣，應對該區域進行危險性分析，設置一系列防風措施盡量將損失降到最低。

3 實測對比分析

為了研究模擬結果的準確性，本論文對杏林灣商務運營中心進行了一天的實測，以每20min為時間點，記錄連續1min風速平均值，測點布置如圖1所示，實測結果如表3所示，結果整理如圖5所示。

表3 杏林灣商務運營中心實測平均風速

圖5 杏林灣商務運營中心實測平均風速對比

由圖1可得，其中測點1屬于區域來風方向無遮擋狀態，由于所測風速與氣象臺風速均為瞬時值，故存在的誤差比較大。但從測點整體趨勢上看，可知測點4風速較大，測點5、6、7風速相對較小，其中測點6的風速最小。實測當天風速較大，風速較大區和靜風區相對明顯，實測結果有一定的代表性。主要來流風向為西南偏西和西南偏南，測點1、2、3主要無建筑遮擋，所測值相接近。綜合(圖3)西南風向的計算機數值模擬結果看，測點4主要風向為東南風，位于三條道路的交叉口，從西南方向的風碰到8#樓形成下沖風，同時9#、10#樓對風向產生影響，使測點4處的風環境比較紊亂，且風速較大。而測點5、6、7均處于建筑背面風影區，導致風速較低。

將上午10:00～11:00的來流風速和風向作為模擬的條件進行模擬，可得測點1～7的模擬風速，分別為3.39m/s、1.36m/s、3.26m/s、3.2m/s、1.2m/s、0.33m/s、1.34m/s。將其與實測風速進行對比，如圖5中兩條虛線所示，可以看出，模擬風速與實測風速大小數值雖存在一定的偏差，但趨勢分布較一致。其中測點1、測點3的模擬值大于實測值，這是由于該區域建筑周圍種植有行道樹和低矮灌木，故模擬結果與實測結果存在一定的誤差;測點4實測風速大于模擬風速，原因是測點4位于交叉口，實際風環境相比模擬更加復雜;測點2、5、6、7實測值與模擬值相差不大，故實測值有一定的參考意義。

4 結論

本文通過PHOENICS軟件對杏林灣運營中心風環境舒適性和危險性進行模擬分析與評價，主要結論有:

(1)在夏季、過渡季節、建筑人行區域的總體風環境良好;可以利用一些導風措施(如可調節格柵)的導風和阻風作用，進一步增加風環境舒適性;在建筑設計中，可以適當考慮增加中庭，兼顧高層建筑采光和通風要求;冬季部分區域風速大于5m/s，應對風速較大區域采取防風措施，如種植適應本土的高大喬木。

(2)過渡季節和冬季，風環境出現最不利點的位置相同，主要位于5#樓、11#樓和12#樓，可以在建筑周圍種植樹木和灌木，降低風環境的不利影響。

(3)在大風速下，片區大于7級風(13m/s)的區域達到74％，大于17.5m/s危險風速的區域達到66.19％，風速大于50m/s的區域達到0.6％，故宜對片區9#、10#、11#、12#樓做出防強風措施:在人行區域較大風速區種植根系發達的行道樹，以達到減弱風速的目的;加固高層建筑的玻璃、窗框、幕墻、遮陽等可活動性構件連接;加強管理，在強風來臨之際盡量避免車輛、構筑物、路燈等重物被風吹起;劃分風速區域，放上警示牌提醒行人盡量走風速較低的區域。

(4)將模擬結果與實測結果對比可得，該區域模擬風速分布與實測情況較一致，但大小存在一定的誤差，這是由于模擬時未考慮植被對風環境的影響。

［1］許偉，李慶祥，楊仕超．建筑風環境測試與評價研究進展與綜述［J］．建設科技，2013(09):62－63+66．

［2］肖丹玲．建筑風環境人體舒適性指標試驗研究［J］．城市建設理論研究，2013(10):1－4．

Comparison of simulated and measured on pedestrian－level wind environment of Xinglin Bay CBD

LAI LinfengRAN MaoyuPENG JunzhiWANG Jianfei
(1．Xiamen Academy of Building Research Group Co．，Ltd．;2．College of Civil Engineering，Huaqiao University，Xiamen 362021)

In order to assess the wind environmental safety and comfort around high－rise buildings in Xiamen，this paper selects Xinglin Bay CBD for the study，by PHOENICS software for different operating conditions of the wind environment simulation．Analysis of simulation results and conclusions show that:(1)In summer，the wind area of the pedestrian is good，and the wind speed is too high leads to decreased comfort in winter and transition season．(2)The probability of occurrence of danger in the windy weather pedestrian area is high，which needs attention．(3)Comparing the simulation results with the measured data，we can obtain the wind velocity distribution is more consistent，and the data has a certain error．The second，according to the comfort and safety of wind environment，put forward the corresponding measures and suggestions．

High－rise buildings;Wind environmental assessment;Numerical simulation;Measured contrast

TU－023

:A

:1004－6135(2017)01－0032－04

賴林鳳(1992．9－)，女。

E-mail:413817463@qq．com

2016－10－19