高層建筑小氣候和風環境對植物影響的分析

畢奮

1 前言

由于地球表面性質的不均一，或人類與動物的活動所造成的小范圍內的特殊氣候，稱為小氣候，也稱為微氣候。建筑小氣候對于人類生活的影響早在幾千年前就被重視；中國傳統風水文化中強調“外山環抱者，風無所入，而內氣聚。外山虧疏者，風有所入而內氣散。氣聚者暖，氣散者冷。”所謂的風水建筑不僅強調建筑的選址和以相形取勝，同時也相當注意建筑的辨別方位和藏風聚氣，其實也就是為了創造有利人居的建筑內部小氣候。然而，上海世博會提出的“城市讓生活更美好”這一口號，同樣是強調了建筑與自然交融的關系。

2 高層建筑下小氣候的影響和問題以及現狀

2.1 高層建筑下小氣候的影響和問題

20世紀以來，以科技為支撐的現代建筑雖然在某種意義上成為人類生活的庇護者。但從調節小氣候的角度講，人工建筑卻似乎仍在扮演著相反的角色。高層建筑增加過快，建筑密度也越來越高，占用了可活動的開敞空間和景觀綠地，并給日照、通風帶來影響。自然的風速會隨著建筑的高度增高而相應變大；據研究高層建筑周邊的風速可以比平地范圍自然風速大三倍。高層建筑環境中的風環境極易產生漏斗效應和縫隙效應；不適宜的風環境嚴重影響建筑周邊環境和人體體感。當風經過成排的高層建筑之間時形成風力加強，即漏斗效應。風遇到建筑內的孔隙也形成強勁的大風，即縫隙效應。

2.2 目前解決高層建筑下小氣候以及風環境影響的現狀

目前國內建筑開發商為了提高土地使用效率和城市現代化觀感，新建項目布局主要以高層建筑為主；規劃設計高層建筑的樓距的加大使得景觀規劃呈現以錯落式布置為主，以大塊組團綠地的間隔空間為體現的規劃方向。此類處理方式對于環境景觀方面僅針對進一步的環境總體布置設計的提升；而具體的景觀設計中植物軟景部分在功能上的定位還停留在對環境的優化和提供必要的休憩遮蔽等簡單的功能上，針對小氣候和風影響的問題以及相應的應用還沒有被重視。

2.3 植物自生因素對生態景觀的影響

筆者曾經參與了上海北外灘改造第一個高層建筑項目的建設，項目位于楊樹浦路、秦皇島路、黃浦江和周邊地塊的圍合區域，主要景觀設計區域位于黃浦江濱江沿線，配合整體規劃，進行了兩個階段的設計及施工。第一階段完成后，由于造價控制等因素，綠化設計主要采用了地被及喬木組合，喬木采用局部組團密植和大量散植相結合的手法，由于黃浦江和道路的氣流在建筑的影響下形成了復雜的風環境，氣流的聚集，導致大風、低溫使得景觀區域整體體感不佳的同時也導致很多本土樹種葉面水分蒸騰非常快，更有嫩葉剛發芽，就被大風吹落吹蔫，大量喬木生長狀態是長勢不佳甚至弱化。使得此景觀區域視覺越來越稀疏，當時設計拔高的地形也未能通過植被的表現達到預期設計效果。

植物葉表面的蠟層具有防止水分蒸發、保護葉片免受機械刺激、紫外輻射以及昆蟲和病原體侵害的功能，風作用下會造成片葉相互摩擦，損傷蠟層，從而導致植物普遍矮化，影響植物的內部結構，繼而影響其水分調節和光合生理，冠幅減小。極大的影響預想的景觀效果。

3 綜合相關因素解決建筑小氣候以及風環境影響的改造和優化對策

高層建筑使城市布局網格化、產生了空間的獨立性，向上發展的城市空間也縮小了平面空間，同時相關的氣象因素，在高層建筑群里也會形成特有的小氣候，這一點在高層建筑風環境和景觀環境的相互影響時應該充分的被考慮。

3.1 建設初期的基地規劃

在基地規劃建設初期，即應考慮高層、超高層建筑所處的風環境，從規劃總圖開始就思考如何改善風環境而進行設計。高層建筑的規模與外觀造型在減少風的影響方面具有引導作用：①相較于大開面的立面，當大樓的小面積立面朝向風向時，風力會顯著降低。從而得到了一個結果，建筑的長邊應與主要風向相同。風僅被高層建筑體的外形影響。建筑體的窄面作為迎風面，氣流就很容易被被引導至建筑兩側，氣流通行流暢了，風力相應的就被減小。而如果氣流在高層建筑上方被阻擋，就會沿著建筑表面向下行進，到達建筑下方，與地面的氣流混合，造成復雜的風環境；②建筑體較多時，建筑群的布局在建筑外部空間形成峽谷效應，形成了穿堂風，局部風速過強，導致植物生長緩慢或退化。

植被群落結構類型、面積、綠量、植被蓋度、以及葉面面積、孔隙率、植物種類、植物冠形、樹高、凈生長量等幾個方面均會對小氣候造成影響。也就有了White等提出通過在建筑物周圍適當位置種植小型綠化林帶的方法來消除或減弱建筑群周圍強風。

3.2 景觀植物的自身作用

根據相關研究表明：氣流更容易通過高大的喬木，而通過高中低層次分明的種植手法的組團種植是能夠對風起到很好的阻擋作用。通過高大喬木和組團種植的組合手法，擋風效果是可以成倍增加的。同時，景觀植物具有導風、擋風的作用，在建筑物周圍合理的種植喬木及綠籬等，可以有效的引導建筑區域內氣流流動，從而形成良好的風環境。

3.3 植被設計使用對氣候調節的作用

植被是風景園林中最主要的自然要素，植被其本身具有氣候調節的作用。關于植被的小氣候效應已有相對系統完善的研究。植物通過自身蒸騰及光合作用降低周圍環境的溫度、增加濕度、從而改善城市小氣候；而不同綠地結構，不同植物種類都對周圍環境的影響不同。因此除了考慮景觀效果和植物生長因素以外，從江浙地區植物應用來說應多選用防風抗風植物品種，如楓香，烏桕、無患子等。在場地開敞空間種植疏密有致的防風組團，在樓群中間處種植疏林防止漏斗效應。利用空間效應減弱高層建筑所受的風環境。

植被綠地的覆蓋密度與綠地的溫度有相關性關系。在城區密度大的綠地降溫效果比郊區密度大的好，但是城區密度小的綠地降溫效果卻小于郊區密度小的綠地。國內學者多注重植被面積和植被指數與降溫效果的相關性研究，發現葉面面積對溫度的影響最大，風速、葉面尺寸與輻射消散系數對溫度的影響依次減小。植被濃度越大葉面指數越高，降溫效應越強。

3.4 垂直綠化對小氣候環境的影響作用

在建筑的立面空間，垂直綠化作為豎向景觀引入；與平面景觀形成多維空間的立體綠化系統。垂直綠化對高層建筑上方水平氣流具有相應的緩沖效果，地面上的植物種植的設計也能很大程度減小高層建筑下行風的風速，與垂直綠化的結合使得到達地面的氣流對環境影響降到最小。同時，垂直綠化的設計和布置還能形成保溫作用，夏季吸收太陽熱量。冬季則可以阻擋低溫對建筑內溫度的影響，提高建筑綠色節能標準。因此垂直綠化又或稱為綠墻也成為近幾年風景園林行業大力提倡使用的景觀元素，其一能營造更多的城市綠量，其二能提高生態環境，降低全球氣溫。更多的開發商要求設計師將綠色搬到屋頂，安置到墻面。Rabah等在2015年的研究中指出綠墻可以很有力的改善小氣候遮陽面積、增加濕度、降低城市熱島效應進而改善城市街道的舒適度。

4 結語

高層建筑下小氣候、風環境對景觀造景的影響，以及景觀植物對整個生活生態環境的改善作用，兩者相互關聯、相互制約影響。風環境既是對景觀植物的生長具有重要的影響因素，也是建筑小氣候環境形成的主要因素。同時因地制宜的景觀綠化環境又在悄悄改善著我們的生態環境。在建筑總體規劃設計時充分考慮建筑布局方式、景觀種植等因素與風環境的相互影響，通過前期調研與后期優化等方式，營造一個建筑與自然交融的景觀環境。使城市建筑環境的自然、健康得到有效的保障；城市和居民可獲得持續的自然服務。改善解決城市生態環境問題的根本之道在于改善和恢復大地生命系統的肌能，增強其生態服務能力。

——“天之所臨，地之所盛。形止氣蓄，萬物化生。”

[1]White B R．Analysis and wind tunnel simulation of pedestrianlevel winds in San Francisco[J]．Journal of Wind Engineeringand Industrial.

[2]武建，馬曉燕.高層居住區風環境影響下的植物造景研究[J].北京農學院學報，2012，2（27）.

[3]Smith P.F.Architecture in a climate of change[M].Oxford:Butterworth-Heinemann，2001.

[4]袁秀嶺．高層建筑風環境探析[J]．工業建筑，2007，7（增刊）：4～7.

[5]張慧文，張德順.城市濱水帶小氣候研究現狀及前景分析[J].風景園林規劃與設計，2014（下冊）：494～500.

[6]Gerhardt H.J.Effects of wind[M].Eisele J.Kloft E.（eds）High-rise Manual.Basel：Birkhauser，2003.

[7]Rabah，D，Emmanuel，B，Rafik，B，Experimental study of the urban microclimate mitigation potential of green roofs and green walls in street canyons.International Journal of Low-Carbon technologies，2015，10，34～44.