泉州海絲文化史跡風環境舒適度評價

王澤發

劉庭風*

城鎮化進程的加快、高層建筑密度的增加、旅游業基建工程的盲目發展，使得城市及近郊休閑旅游點的環境問題日趨嚴重。于是，創建宜居宜游的微氣候環境成為風景園林學科研究的熱點，也是新時代園林營造內核的延續[1]。風環境自古以來就是風景園林微氣候研究的組成部分，在古代由于受技術所限，風環境的研究主要以描述為主，重點關注風與時間、空間、強度、陰陽五行、吉兇、動作、嗅覺、聽覺、品性等方面的關系[2-8]；隨著技術的發展，現代風環境的研究則以定量為主，重點關注風電場、風荷載、風數值模擬、風壓、風速等方面的內容[9-17]，由于對技術的偏向，其主要關注對古代風環境中風強度的深入研究，缺乏古代與現代結合的研究，并且遠沒有古代風環境研究得廣泛與全面?；诖耍狙芯吭诓捎矛F代技術對風景園林建筑進行風環境定量分析的同時，又融入風環境與文化感知關系的分析，彌補古代和現代風環境強度感知研究中存在的斷裂。

泉州海絲文化史跡是以園林建筑式樣存在的一種文化史跡類型，其不僅承載著地方文化及鄉愁記憶，也是泉州城市旅游目的地發展的重要依托。海絲文化史跡特殊的分布位置，使得其在城市化快速發展所帶來的環境問題不斷突出的背景下，面臨的環境問題更加復雜和嚴峻。泉州作為深受亞熱帶海洋性季風氣候影響的城市，不合理的風環境規劃引發諸多問題。如冬季，風大導致游客停留時間減少；夏季，風小使場所內熱、悶熱異常以及因氣流交換減緩污染物滯留，并且不利于場地原有文化的傳承等。因此，對泉州市海絲文化史跡風環境身體感知與文化感知的綜合分析，便于了解其風環境現狀，對改善風環境舒適度具有重要現實意義，同時對同類海絲文化史跡風環境的優化和保護也起到一定的參考作用。

圖1 泉州2020年2月20日全天風向變化圖(引自泉州氣象網)

圖2 8處海絲文化史跡場所模型圖

1 研究對象概況

1.1 泉州海絲文化史跡分布

泉州市位于中國東南沿海，是海上絲綢之路的起點，保存有豐富的海絲文化史跡資源，具體有：六勝塔、萬壽塔、石湖碼頭、江口碼頭、磁灶窯系金交椅山窯址、真武廟、九日山祈風石刻、天后宮、草庵摩尼光佛造像、清凈寺、老君巖造像、開元寺、伊斯蘭教圣墓、府文廟、洛陽橋、德濟門遺址16處[18]，主要分布在晉江流域沿線，少量分布在洛江流域與九十九溪流域沿溪。

1.2 泉州市風環境特征

根據泉州氣象網的氣候資料統計，2018年泉州夏季最高月平均氣溫30℃，極端最高氣溫38.5℃；冬季最低月平均氣溫13℃，極端最低氣溫7℃。夏季的季節平均風速為4.7m/s，季節極大風速為32.5m/s，季節最多風向為西南；冬季的季節平均風速為6.13m/s，季節極大風速為35.2m/s，季節最多風向為東北(表1)。最多風向一般出現在日間，凌晨時分風向會出現逆反(圖1)。海絲文化史跡點每日人流活動主要集中在日間，因此選取季節最多方向和平均風速作為模擬實驗中的風速與風向。

2 研究方法

2.1 模型建立

依據現有構筑物類型與周圍環境類型的相似程度，從16處海絲文化史跡點中選取六勝塔、江口碼頭、伊斯蘭教圣墓、九日山祈風石刻、尼光佛造像、清凈寺、真武廟、天后宮8處作為具體的調研點進行現場實測。目前，很多論文已證實Phoenics軟件能夠準確模擬風環境[19-20]，并將清凈寺實測結果與模擬結果進行對比，2組數值吻合性較好，因此本次采用Phoenics軟件進行風環境模擬分析。風環境模擬實驗具體步驟：首先根據實測數據在CAD軟件中繪制各個場景的平面布置圖、立面圖、剖面圖；其次利用Sketchup軟件建立各個場所的室外風場計算三維模型，其中在不影響計算結果的前提下對模型的細節做適當的簡化取整(表2，圖2)；然后將三維模型轉換成STL格式導入Phoenics軟件，使用Phoenics模擬軟件對每個海絲文化史跡場景的風環境分別進行模擬。

2.2 CFD模擬設置

根據8處海絲文化史跡場所現狀，按照構筑物及場所空間自身的尺寸、建筑之間的相對位置和周邊地形，對Phoenics軟件內的相關指標進行參數設置，進而進行室外風場計算模型。為了更好地實現模擬效果，參數設置中各個場所計算區域高度為場所中最高建筑的3倍，計算區域寬度為場所平面長度與寬度的5倍，具體參數設置如表3。

表1 2018年泉州氣候數據

表2 8處海絲文化史跡場所簡化取整數值(單位：m)

2.3 風環境舒適度評價標準

圖3 古代風氣結構轉化圖

圖4 古代與現代風論研究關系圖

圖5 海絲文化史跡場所夏季風速對比圖

圖6 海絲文化史跡場所風速監測點布局圖

表3 Phoenics模擬求解參數設置

表4 風速身體感知與文化感知對應表

中國古代風氣論自成一體。氣可分為2種類型，其一文化之氣，其二自然之氣。文化之氣又可細分為高級文化之氣(又稱哲學之氣)、普通文化之氣(俗稱文化之氣)。其中，哲學之氣，《道德經·第四十二章》中提道：“萬物負陰而抱陽，沖氣以為和”[21]，即道是萬物之母，氣是萬物生成的基礎，一為氣，二為陰陽，三為天地人，天地人構成萬物；文化之氣，《撼龍經》中寫道：“兇氣消磨生吉氣，定是星辰巨浪波”[22]24，兇氣與吉氣為此消彼生的關系，又如《黃帝內經·素問》中提道：“天食人以五氣，地食人以五味”[23]，人生存靠呼吸以納天氣、飲食以納地氣。自然之氣，《莊子·齊物論》中指出：“夫大塊噫氣，其名為風”[24]，名為風，實為氣，外形為大塊。事實上“氣”和“風”是相互轉化的，如《呂氏春秋·音律》中提道：“天地之氣，合而生風”[25]，即表示自然的氣和風可彼此轉化。同時，《地學歌訣集成·葬經》中提道：“夫陰陽之氣，噫而為風，升而為云，降而為雨，行乎地中，謂之生氣”[22]1，表示陰陽之氣運行在地下為生氣(哲學之氣轉化為自然之氣)，噴出地面為風(自然之氣轉化為自然之風)；《撼龍經》中提到：“海門旺氣連閩越，南水兩夾同抱纏”[22]25，即水抱藏風而生旺氣(自然之風轉化為文化之氣)，基于此，通過堪輿學中“氣”主要是哲學之氣、文化之氣與自然之氣混合與泛化的表示，再次說明“氣”和“風”是可以相互轉化的。

通過對《園冶》《長物志》《閑情偶寄》《中國古代畫論精讀》《園綜》《四庫全書術數類全編》《永樂大典·地字》中“風”詞條進行全面檢索分析，中國古代的風可歸納為2類：其一是自然之風，如八風、春風、風吹等，即指現代的風的空間、風的時間、風的動作；其二文化之風，如風雅、風俗、風旺等，在現代主要代表氣度、習俗、舒適。在堪輿論著《葬法倒杖》中提道：“若有風殺，則氣隨風散”[22]51，即為兇風是，自然之風吹會導致自然之氣的飄散，這也說明文化之風與自然之風是彼此轉化的。由此，構成“氣”與“風”結構轉化圖(圖3)。

在古代，風速文化感知是文化之風的一部分，主要表現為風的吉兇，具體使用風旺、藏風、風射、風傷、風殺等詞條來描述。將古代代表風吉兇的詞條與現代風速描述相比較，藏風主要表示風速比較小，體現在文化感知上即該處藏風聚氣，有利于人類生存，吉；風沖對應的是風速比較大，體現在文化感知上即該處瘟神入屋，不利于人類生存，兇。在現代，已有學者關注風環境舒適度評價研究，如：《綠色建筑評價標準》(GB/T 50378—2019)提出“建筑物周圍人行區距地高1.5m處風速小于5m/s”[26]；《風對結構的作用：風工程導論》提出人的舒適度與風速的關系[27]；而現代風環境舒適度(風速身體感知)與古代風速文化感知是相對應的關系(圖4)。綜上，本研究形成了基于風速視角，與身體感知和文化感知相對應的風環境舒適度評價標準(表4)。

2.4 風速監測點設定

根據建筑物周圍流場理論的相關研究，建筑物周邊風環境的流場區共分為迎風區、穿流區、渦流區、風影區、角流區5個區塊[28]。根據前期預實驗發現，8處海絲文化史跡點夏季平均風速為2.1～4.7m/s(圖5)，僅真武廟風速有較大起伏，其他各點風速趨于穩定，身體感知表現為“舒適”，文化感知表現為“藏風”，不存在惡劣風環境情況。惡劣風環境主要發生在冬季，因此本實驗選擇在冬季(主導風向為東北)將CFD模擬風速測點分別布置在5個區的代表點位，由于8處海絲文化史跡場所各自的獨特性，對流場區中存在缺失風環境區塊的情況則不設監測點(圖6)。

圖7 海絲文化史跡無植栽冬季風速對比圖

圖8 海絲文化史跡場所有植栽模型圖

圖9 海絲文化史跡有植栽冬季風速對比圖

3 模擬結果與分析

為了準確模擬8處海絲文化史跡點的真實情況，本文分別模擬了無環境植栽和有環境植栽2種情景下冬季風速特點，并對2種情景下的風速進行對比分析。

3.1 無環境植栽冬季風速

本著實驗從易到難的原則，首先對冬季8處海絲文化史跡點不考慮周圍環境植物栽種的風環境情景進行模擬，獲取H=1.5m處風環境模擬數值，得出風環境數據(表5)與圖7。

1)風速特征方面，8處海絲文化史跡點冬季平均風速為1.789～6.102m/s，尼光佛史跡點風速變化最大(最低1.789m/s，最高5.348m/s，風差3.559m/s)，真武廟史跡點風速變化次之，其他6處文化史跡點的風速變化較平緩，圣墓史跡點的風速變化最小(最低6.061m/s，最高6.102m/s，風差0.041m/s)；結合圖6，發現尼光佛、真武廟2處史跡點場所圍合性高、場地豎向變化性大、透氣性較弱，而其他6處史跡點存在不同的圍合性低、豎向變化小、透氣性強的情況。六勝塔、江口碼頭、清凈寺、圣墓4處史跡點的最高風速出現在風影區，祈風石刻史跡點的最高風速出現在渦流區(該史跡點場景中市民與游客活動范圍內不存在風影區)，尼光佛、真武廟、天后宮3處史跡點的最高風速分別出現在迎風區、角流區、穿流區。究其原因，尼光佛、真武廟、天后宮3處史跡點通過建筑物與地形對市民與游客室外活動形成有效圍合；而其他5處史跡點無植栽環境開敞，因此會出現最高風速在風影區與渦流區的異常情況。

2)身體感知方面，總體表現為“舒適”與“不舒適”并存，其中，只有尼光佛、真武廟2處史跡點存在低于5m/s的流場區塊，處在使人感覺“舒適”的范圍；其他6處史跡點流場區區塊的風速均高于5m/s，處在使人感覺“不舒適”的范圍。整體講，8處海絲文化史跡點冬季風環境總體比較惡劣。

3)文化感知方面，總體表現為“藏風”與“風沖”并存。尼光佛與真武廟史跡點5個流場區中，都是4個為“藏風”、1個為“風沖”；其他6處史跡點的所有流場區則均表現為“風沖”，存在明顯的擇址營造問題。

3.2 有環境植栽冬季風速

將無環境植栽風環境模擬數值與使用風速儀現場實測風速數值進行對比，發現兩者之間出現明顯差異，其中偏差較大的情況多位于實際環境植栽較多的史跡點。究其原因可能是：實測數據樣本少、點位還原偏差、實際環境植栽作用等因素所致。已有研究也證明，植栽對風速的降低效果主要作用于樹群下風向的樹高3～5倍范圍，且效果明顯，可降低近35%[29]。因此，課題組在現有模型的基礎上增加現狀植載模擬。根據已有研究所做的風洞試驗，在各樹冠形狀的風洞測試中，長方體樹形雖有簡化，但在多數指標實驗中仍符合良好，且較之其他模型，建模簡易，便于計算，收斂性優[30]。所以，本次模擬也將單株植栽設置為長方體冠形，冠高7m，長寬截面3m×3m，樹干高3m；單排密植，樹冠間距設定為0m，樹冠孔隙率設為0.5[31]。對比8處海絲文化史跡點環境植栽現狀，六勝塔、江口碼頭2處無環境植栽，其他6處的環境植栽現狀模擬簡化模型如圖8。

將以上6 處有環境植栽的場景模型導入Phoenics軟件，進行冬季風環境模擬，獲取H=1.5m處風環境模擬數值，得出風環境數據(表6)和圖9。

增加環境植栽后，由表6和圖9可以得出以下結論。

1)風速特征方面，6 處海絲文化史跡點冬季平均風速為0～6.645m/s，尼光佛史跡點風速變化最大(最低風速0m/s，最高風速5.350m/s，風速差值5.350m/s)，真武廟史跡點風速變化次之，天后宮史跡點的風速變化最小(最低風速5.614m/s，最高風速5.926m/s，風速差值0.312m/s)。6處史跡點的最高風速所在流場區區塊分布均勻，其中只有清凈寺、天后宮起伏較大，最高風速出現在穿流區。

2)身體感知方面，6處海絲文化史跡點依然表現為“舒適”與“不舒適”并存——圣墓風速為3.320～4.141m/s，風環境身體感知為“舒適”；尼光佛與真武廟各自除1個流場區外，風速都低于5m/s，風環境身體感知表現為“舒適大于不舒適”，主要是因為植栽的正面阻風而形成了靜風區；清凈寺、祈風石刻、天后宮的風速全部高于5m/s，使人感覺“不舒服”。總體而言，身體感知“不舒服”的情況多于“舒服”的情況。

3)文化感知方面，總體依然表現為“風沖”的情況多于“藏風”的情況。其中，圣墓、尼光佛、真武廟3處史跡點在風沖方向正確布置植栽，已解決風沖；而清凈寺、祈風石刻、天后宮現有植栽未位于正確的阻擋風沖的方向。

3.3 無環境植栽與有環境植栽風速對比

將無環境植栽與有環境植栽2種模擬情景中共有的6處海絲文化史跡點冬季流場區5處區塊風速進行對比(圖10)，發現在場景中增加環境植栽后的情況如下。

圖10 海絲文化史跡冬季有無植栽風速對比圖

1)風速特征方面，6處海絲文化史跡點的風速多數呈現不同程度的減緩，僅祈風石刻、天后宮在增加環境植栽后各流場區風速有所增強；6處海絲史跡點的最高風速所在流場區區域分布都趨于均勻，最高風速出現在風影區與渦流區的異常情況得到明顯改善。

2)身體感知方面，在添加環境植栽之后6處海絲文化史跡點中，已經出現1處史跡點(圣墓)風環境“舒適”，2處史跡點(尼光佛、真武廟)風環境“舒適多于不舒適”，身體感知舒適度得到較大程度的改善。

3)文化感知方面，將植物種在正確的阻擋風沖的方向，能有效解決較差的擇址營建帶來的風沖問題。

4 結語

在夏季，由于泉州市以西南向為主導風，而泉州海絲文化史跡點大部分都是主體建筑或山體面朝西南方(西南方開口或形成開闊廣場)，因此室外通風順暢；根據預實驗夏季風環境模擬數據可知，各處海絲文化史跡點中，身體感知都表現為“舒適”，文化感知表現為“藏風”。在冬季，泉州市主導風向為東北向，大部分海絲文化史跡點都是主體建筑或山體或樹林位于東北方，為整個場所營造高大寬厚的靠背，對東北向寒風起到了一定的阻隔作用。根據各場所風環境模擬數據可知，在增加環境植栽后，部分海絲文化史跡點已消除“不舒適，風沖”的感受，風環境身體感知與文化感知舒適度得到較大程度的改善。在東北向增加適當的橫向成排環境植栽，能有效改善各處海絲文化史跡點的風環境舒適度；但縱向成排環境植栽會形成局部穿流使得風速增高，風環境舒適度反而變得更差。在增加環境植栽后各處史跡點最高風速所在流場區區塊分布趨于均勻，出現極端高風速區塊的異常情況能得到改善；在正確的阻擋風沖的方向種植樹能有效解決不良擇址營建帶來的風沖問題。

表5 海絲文化史跡無植栽冬季風速表(單位：m/s)

表6 海絲文化史跡有植栽冬季風速表(單位：m/s)

注：文中圖片除注明外，均由作者繪制。