西安地區下沉式廣場風環境的測試與分析

狄育慧,陶 鈺，蔣 婧,2，李東林

(1.西安工程大學 城市規劃與市政工程學院，陜西 西安 710048；2.西安建筑科技大學 西部綠色建筑國家重點實驗室，陜西 西安 710055)

0 引 言

隨著我國城市空間不斷向立體化演進，地下空間的開發已成為國際上正在興起的穩步發展趨勢。下沉式空間是一種新型的城市公共空間。隨著現代城市化的快速發展加之城市地下空間的大規模開發，不同類型和大小的地下空間均得以利用。下沉式空間極大地豐富了城市公共空間，對城市建設具有重要意義[1-3]。

LI分析了城市地下空間利用的成功經驗，提出了如何將地下空間作為擴大區域城市功能影響的重要手段并加以治理的建議[4]。LI等分析了國際地下商業空間開發的優點與不足[5]。楊釗針對城市下沉式廣場的現狀提出現階段城市下沉廣場空間的空間構成及空間環境要素的設計方法[6]。黨春紅等以西安幸福林帶項目為例，從人性化、舒適度、全齡化等方面展開研究，為其他下沉式商業街的理論研究和實踐設計提供借鑒[7]。城市風環境作為城市微氣候的主要組成部分，是影響室外空間熱舒適度感知和城市熱島效應的重要因素[8-10]，而位于地下的公共空間由于受氣候、建筑結構、建筑周圍的微環境的影響[11-13]，了解這類空間的風環境特征以及對其進行科學的調控尤為重要。

現有研究雖然指出下沉空間在城市立體化發展中的重要性，但大多仍是從建筑學或城市規劃學的角度對下沉空間本身的研究，從室外環境層面的城市街區風環境角度對下沉式開放空間的研究較少。為了滿足人類對優質公共空間環境氛圍的追求。本文通過對商區導入型和中庭廣場型下沉廣場風環境及其相關參數進行實測分析，從城市街區層面人行高度的行為舒適度、空氣質量舒適度、熱舒適度等3方面對2類下沉式廣場的風環境進行評價。

1 實地測試

1.1 實測對象

下沉式開放空間按照下沉位置劃分為3類：商區導入、中庭廣場和商業過道[14]。商區導入型：下沉式開放空間設在商業建筑入口處，在形態方面一般結合建筑和道路之間的空間來設計，可與平面的入口廣場形成錯落的立體空間形態；中庭廣場型：在商業建筑圍合的中庭空間內設置的下沉式開放空間，通常以廣場形式的空間呈現；商業過道型：下沉空間設在建筑圍合的過道之間，順著過道形成長條型的空間。

選擇實測商區導入類、中庭廣場類。下沉式廣場為商區導入類選取西安市碑林區幸福林帶C-2段下沉式廣場，下沉面積793.5 m2。廣場建筑尺寸37.8 m×22.6 m×3.5 m(長×寬×下沉深度)。中庭廣場類選取西安市臨潼區西恩奧萊中心區下沉廣場，廣場下沉面積155 m2，下沉深度5.5 m。

1.2 測試儀器

選取德國Testo410-2高精度葉輪風速測量儀對測點的風速、溫度和濕度進行監測，測量儀顯示分辨率0.1 ℃。測量精度：±(0.2 m/s+2%測量值)、±0.5 ℃、±2.5%RH；測量范圍0.4～20 m/s、-10～+50 ℃、0～100%RH。

1.3 測點布置及氣象參數

鑒于城市街區層面風環境舒適度評價標準中功能區分類為室外休閑區與室外步行通過區，因此確定在對應功能區布置測點。實測從地面空間和下沉廣場內2個層面布置總計4個測點：商區導入型下沉廣場地面入口開敞空間處記作測點1，商區導入型下沉廣場內記作測點2，中庭廣場型下沉廣場地面入口開敞空間處記作測點3，中庭廣場型下沉廣場內作測點4。測試時間選取2020年冬季12月19日陰天和12月20日晴天2天周末人流量較大的時間段10∶10—17∶20進行測量。高度標準為人行高度1.5 m。為減少時間差帶來的風速差異，時間間隔以每10 s記錄1次，記錄3次，以3次的平均值作為該點的風速測量結果。

依據西安市氣象局對西安市2020年氣候數據統計可知，西安市12月盛行南風，西安市12月19日天氣陰，平均風速為1.0～2.5 m/s，風向為西南風。平均溫度3 ℃，平均濕度54%。12月20日天氣晴，平均風速為1.0～1.5 m/s，主要風向為西北風。平均溫度5 ℃，平均濕度50%。

2 結果與分析

2.1 城市街區層面風環境評價標準

城市街區級風環境舒適度應同時滿足行為舒適、空氣質量舒適和熱舒適的要求[15-16]。在行為舒適方面，選擇風力數值評價法用于風環境評價。目前主流評價方法有蒲福風級[17]、Kevin Lynch與Gary Hack的風速舒適度等級[18]、Robert.H.Scanlan和Emil Simiu的風速舒適度等級[19]，將我國政策法規規定的風速值[20]與這3種評價方法的舒適度值進行比較。鑒于不同評價標準所采用的風力數值存在差異，宜綜合各評價指標取最小值作為室外行人行為舒適度的最佳風速值，得出戶外行人通過區舒適風速值小于5 m/s，戶外休閑區舒適風速值小于3.3 m/s，風速警戒值為10 m/s。

在空氣質量舒適性方面，風速為1～7 m/s時，室外通風效果較好，有利于污染物的擴散和稀釋[21]；在熱舒適方面，春、夏、秋三季街區級的風環境只能滿足行為舒適和空氣質量舒適的要求，而冬季還需要滿足熱舒適的要求[22-23]。由于冬季平均氣溫不同，滿足熱舒適的風速值也不同。西安市屬于我國的寒冷地區，冬季戶外休閑區適宜的風速為0～1.85 m/s，戶外步行通過區適宜的風速為0～4.4 m/s[24]。

綜合上述3個方面風速值的要求，以表1作為本文所研究的人行高度風環境舒適度評價標準。表1中風速均為人行高度1.5 m的平均風速。

表1 冬季風環境評價標準

2.2 測試數據

本次實測分別對冬季陰天和晴天2種天氣情況下的下沉式廣場風環境及其相關參數進行測試。冬季陰天和晴天實測下沉式廣場風環境及參數見表2。

表2 冬季陰天實測下沉式廣場風環境及參數

2.3 廣場特征及對比

2.3.1 商區導入型 陰天風速變化如圖1所示。

圖 1 商區導入型陰天風速變化Fig.1 Variation of wind speed on cloudy day in business district

從圖1可以看出：測試期間陰天測點1風速變化范圍為0.35～1.95 m/s，溫度平均值約為(2.9±4) ℃。濕度平均值約為(52.8±12)%；測點2風速變化范圍為0.4～1.15 m/s；溫度平均值約為(5.1±4) ℃。濕度平均值約為(47.6±17)%。

晴天風速變化如圖2所示。從圖2可以看出：晴天測點1風速變化范圍為0.8～1.9 m/s，溫度平均值約為(4.2±4) ℃，濕度平均值約為(51.3±12)%；測點2風速變化范圍為0.6～1.15 m/s，溫度平均值約為(6.7±4) ℃，濕度平均值約為(47.8±14)%。

測點2的風速均大于測點1，說明下沉式建筑對風速有一定的削減作用。測點1風向在相應時間段內與主導風向基本一致，商區導入型下沉廣場在地面空間周圍建筑群體布局較密且高，起到一定的圍護作用。

圖 2 商區導入型晴天風速變化Fig.2 Variation of wind speed on sunnyday at business district

在人行為舒適和熱舒適方面，商區導入型下沉廣場測點1和測點2的風速平均值分別滿足室外步行通過區舒適值和室外休閑區的風速舒適值，且為舒適風速。在空氣質量舒適性方面，地面入口處風環境質量較好，但下沉廣場內不滿足較好標準，不利于污染物的擴散和稀釋。

2.3.2 中庭廣場型 陰天風速變化如圖3所示。從圖3可以看出，測試期間陰天測點3風速變化范圍為1.45～2.2 m/s。平均值約為(2.6±4) ℃。濕度平均值約為(48.6±12)%。測點4風速變化范圍為：0.45～1.05 m/s。溫度平均值約為(7.9±5) ℃。濕度平均值約為(41.7±10)%。

圖 3 中庭廣場型陰天風速變化Fig.3 Variation of wind speed on cloudyat atrium square

晴天風速變化如圖4所示。從圖4可以看出:晴天測點3風速變化范圍為1～1.8 m/s,溫度平均值約為(3.5±4) ℃,濕度平均值約為(47.1±12)%。測點4風速變化范圍為0.6～1 m/s，溫度平均值約為(6.2±3) ℃,濕度平均值約為(43.6±10)%。

從風速平均值及最值來看，測點3的風速均大于測點4，說明下沉式建筑對風速有一定的削減作用。測點3的風向在不同時段略有較短時間的變化，是由于中庭廣場型下沉廣場在地上空間周圍建筑群體布局較稀疏且低。

在人行為舒適和熱舒適方面，中庭廣場型下沉廣場測點3和測點4的風速平均值分別滿足室外步行通過區舒適值和室外休閑區的風速舒適值，且為舒適風速。在空氣質量舒適性方面，地面入口處室外通風效果較好，但在下沉廣場內不滿足較好標準，不利于污染物的擴散和稀釋。

圖 4 中庭廣場型晴天風速變化Fig.4 Varation of wind speed in sunny day at atrium square

2.3.3 風環境舒適度對比 中庭廣場型下沉廣場內的風速小于商區導入型下沉廣場內的風速且較穩定，說明2種類型的下沉式廣場在滿足人行為舒適和熱舒適標準的前提下，中庭廣場型下沉廣場內的風環境舒適度更高。中庭廣場型下沉廣場地面入口處風速大于商區導入型，更有利于室外污染物的擴散和稀釋，但在下沉廣場內中庭廣場型下沉廣場的自然通風效果較差。

綜上所述，在人行高度風環境舒適度方面，中庭廣場型下沉廣場的風環境舒適度更高。在空氣質量舒適性方面，2類下沉廣場的廣場內的室外通風效果均不滿足較好標準，相比之下商區導入型下沉廣場內的風環境質量更好，空氣質量舒適性更高。

2.3.4 下沉式廣場特征及對比 商區導入型下沉廣場的主要特征為下沉高度小、下沉圍合度低、周圍建筑群體布局較密且高。地面入口區風速較小，測試期間風向主要來自西南偏西方向。下沉廣場內風速低于地面入口區，溫度高于地面入口區；中庭廣場型下沉廣場的主要特征為下沉高度較高、下沉圍合度高、周圍建筑群體布局較稀疏且低。地面入口區風速較大，測試期間風向主要來自西北偏北方向。下沉廣場內風速低于地面入口區，溫度高于地面入口區。

測試表明，商區導入型下沉廣場地面入口處風速大于中庭廣場型，說明在地面入口區域周圍建筑群體布局形式在一定程度上會影響風速和風向。

3 結 論

1) 下沉廣場內區域與地面入口區域與測量結果區別明顯，商區導入型下沉廣場地面入口處風速是下沉廣場內的1.2倍。中庭廣場型下沉廣場地面入口處測點風速是下沉廣場內的2.15倍，風速在下沉廣場內有明顯的下降幅度。

2) 下沉空間內由于其特殊的建筑形式，存在空氣質量較差的問題，下沉高度及下沉圍合度的增加不利于自然通風，下沉空間的設計尺寸應控制在合理的區間內，以改善此空間通風效果。