重點地區城市設計的風環境評估及規劃管控分析

安徽省城鄉規劃設計研究院有限公司 張小遠

城市化的加快和經濟水平的提升，讓城市人口數量急劇增加，大量的人類生產和生活造成城市的氣候與環境狀況發生著改變。根據聯合國經濟社會事務所的計算，預計到2050年，全球在城市生活的人口數量將達到約62億人。由于傳統城市規劃管理在風環境問題上的關注度不夠，在理論和實踐方面的研究相對匱乏，運用較多的方式僅僅采用單一的風玫瑰圖和污染系數玫瑰圖，無法根據不同區域、不同功能主導的城市空間形態規劃良好舒適的氣候環境。為此，文章旨在通過對相關資料數據的研究與整合，站在不同功能城市空間風環境問題的優化以及城市風道規劃視角，分析運用科學的規劃管控方法，改善城市通風問題，從而建設城市生態宜居空間環境。

一、國際關于城市風環境評估以及規劃管控的相關研究背景分析

德國學者Kress最早根據局地環流運行規律提出下墊面氣候功能評價標準，將城市通風系統分為需要改善風環境的作用空間、作為風源的補償空間以及引導風流動的通風廊道，在城市規劃管控中采用“通風走廊”“綠色風廊”等描述，認為風道規劃管控是基于自然空間環境與城市正廳規劃建設的綜合性生態實施管理過程，需要由點及面、由線及面綜合規劃。在20世紀70年代末，德國斯圖加特作為早期進行城市氣候與環境規劃管控的代表，通過制定技術標準，指導城市風環境評估和規劃。同時，在前者研究基礎上，日本東京、德國卡塞爾等地區也先后針對城市氣候環境以及規劃管控進行相應的研究。但隨著城市日趨嚴重的城市熱島效應問題，還需要進一步結合具體區域空間形態和環境安全問題開展風道規劃實踐，編制針對特定城市區域環境的通風廊道規劃技術指南。

根據國家統計局針對我國城鎮常住人口所占比重的數據分析，在2019年城市常住人口比重已達到了總人口的60.6%，這一數據也標志著我國城市工業化和城鎮化發展取得了突出的進步。雖然城鎮化加速發展對城市經濟效益提升有著推動意義，但是加速城鎮化會增加大量的城鎮人口，造成城市人居環境與城市可持續發展的矛盾不斷加深。而且大規模進行城市環境開發、推動城鎮化進程發展會導致自然環境發生很大改變，其明顯變化是建筑密度的增加，自然山水林田生態要素減少，產生城市病態氣候，這些問題都嚴重影響著城市居民生產、生活以及健康安全。為了控制城鎮化加速發展帶來的負面環境影響，滿足城市居民對生態宜居的需求，2016年2月，國家發改委與住房和城鄉建設部圍繞“城市發展與氣候變化”的研究課題，聯合印發了《城市適應氣候變化行動方案》，明確提出了要“做好城市通風廊道規劃，增強城市空氣流動能力，減緩城市氣候惡化趨勢，解決城市熱島效應問題”。同時國內風道規范相關研究和實踐中，唐春對于風道形態設計和規劃基于伯努利定律提出了城市風道的具體形態設計要點；李鹍、朱亞斕分別在城市尺度提出了建設城市風道的方法；馮嫻慧從城市的不同發展模式和規模入手，提出了改善其城市內部通風的規劃途徑。總體來說，不管是國家政策還是實施力度，風道規劃都受到了廣泛的重視，并在一定程度上取得了成效。但是國內現階段關于風道的研究還處于不夠全面和系統的基礎性研究階段，提高風道規劃的科學性還有待進一步探索。

二、當前風道規劃問題與管控的難點

（一）風道規劃的主要問題

一是傳統規劃缺少系統性和前瞻性。風道規劃是基于風場、地形、水系和植被等進行設計的規劃，其規劃目的是在原有城市空間布局的基礎上進行優化和完善，以此改善城市生態環境，打造舒適良好的人居環境。由于城市風環境規劃缺少前瞻性，對城市空間通風因素綜合考慮不到位，在實際規劃中沒有預留通風廊道，使得城市規劃區域淪為了“風阻”地帶。二是城市風環境規劃比較復雜，城市穩定的風向是建設和規劃風道的前提和基礎。一些小尺度風場因受地形地貌和局部氣流的影響難以準確預測風向，這為城市風道建設與規劃增加了很大難度。三是風道量化標準很難制定，在風道實際建設中容易受到環境、經濟、社會、生態、景觀、排污、降噪等方面因素的影響和限制。通常寬度80米以下的城市風道效果并不突出，只有風道寬度為150米以上才能達到理想效果。

（二）風環境管控的難點

一是風環境評估和管控不到位，在宏觀管控、中觀管控和微觀管控所涉及城市風環境建設的各個環節，需要完善規劃傳導機制，奠定風環境有效管控的基礎。尤其是受地形地貌和城市建筑布局影響較大的城市環境，若缺少健全的規劃傳導機制，風環境規劃會因受自然環境因素和建筑因素的影響而變得復雜，難以將編制完成的城市風廊規劃向下傳導落實[1]。二是缺乏健全的制度管控依據，我國多數城市風環境管控存在難點為礙于綠色建筑的相關規定要求，管控指標圍繞建筑高度、建筑工程風環境舒適度和安全性，缺少對生態文明建設、對不同層面人居風環境的管控要求，缺少相關管理條例以及法律依據，造成風環境評估和規劃管控缺少法律，喪失權威性。三是技術難以支撐風環境評估和規劃管控工作落實，進行風環境評估基于流體力學原理，其邊界條件與參數設置均需要一定技術支持。但是目前國內風環境評估及參數制定標準在缺少了技術的支撐下難以獲得準確的基礎數據，直接影響了風環境評估和管控的實效性。

三、從不同維度分析城市通風廊道規劃管控的實施要點

城市通風廊道規劃管控的實施主要從三個維度分析，即宏觀管控維度、中觀管控維度和微觀管控維度，從三者之間的管控要點促使城市建筑空間形態緊密結合，實現通風降溫的目的和規劃效果，讓城市可以“自然呼吸”。但是不同方面的規劃管控側重不同，宏觀管控重點圍繞總體通風系統規劃；中觀層面著重挖掘中心城區潛在風道，控制風道具體寬度、形態及網絡聯系；微觀層面重點對風道內及兩側控制范圍的具體建筑形態提出控制要求。

（一）宏觀管控維度

宏觀管控城市通風廊道其主要目的是為了充分利用規劃區域范圍內的自然通風能力，借助城市空間形態特點，指引城市空間科學布局、優化產業功能、合理規劃生態控制線和人口密度，發揮城市“健康呼吸”的重要作用。但是在傳統城市規劃和管控中，主要側重城市形體和風貌的設計與管控，缺少對城市環境舒適性方面的考量，導致城市通風能力逐漸弱化，并且狹窄的環境和通風不良也會傳播疾病，影響城市居民的健康和安全[2]。因此，規劃設計城市通風廊道系統，應站在宏觀層面，將該區域山川河谷等自然地形地貌、盛行穩定的風環境條件作為重點規劃和研究要點，根據廊道自然生態要素進行合理控制和分析，掌握夏季海陸風和山谷風的時空特點，找出城市風道入口，結合城市總體規劃、城市綠網規劃、生態控制線規劃等，規劃城市空間，以提升通風率為目的，確保氣流高效連通。此外，進行宏觀管控需要著重控制通風廊道的走向、寬度和風道口[3]。通風廊道的長度應在500-1000米以上，寬度為邊緣界面高度的1.5-4倍以上，最少達到200米，較為理想的寬度達到400-500米左右，這樣才能更好地提升通風效率。

（二）中觀管控維度

中觀管控維度以城市中心城區或者城市建成區為規劃尺度，規劃與設計內容圍繞城市管轄范圍內各行政區空間規劃、土地分類空間分布、綠地、城市形態控制等。進行中觀層面通風廊道規劃需要在充分了解城市內部路網系統、開放空間系統、建筑密度、開發強度、污染物濃度、局地風環流規律等相關內容的基礎上，挖掘城市內部通風潛力，開發潛在通風廊道，構建一級通風廊道、二級通風廊道等不同層級的城市通風體系，從外向內層層深入，將自然通風通向城市內部。在規劃實施過程中，需要將城市中心城區或者城市建成區內部的大型水系流域、城郊綠地和城市公共開工建設等通風潛力較好的區域劃定為補償空間，實現城市局部空間空氣對流[4]。此外，中觀管控需要著重圍繞通風廊道走向、寬度、形態等進行控制，按照不同層級風道控制要求進行規劃管控。一級風道需要控制在100-150米以上，二級風道控制在50-60米以上，要以城市主導風向為中心，順應城市主風向。當通風廊道與風向存在30°至60°夾角情況時，此時可以獲得良好的通風效果。

（三）微觀管控維度

微觀管控層面主要圍繞居住區、建筑單體和景觀設計等方面進行規劃，規劃與設計內容分別根據居住區域空間形態控制、建筑高度與街道寬度、建筑朝向控制、綠地與休閑用地建設等；建筑單體形態、朝向控制及周邊空地控制等；景觀樹木配置、景觀構筑物設計等。在規劃控制指標上重點針對局部風環境流通的建筑形態控制進行研究，重點圍繞地塊布局、街道走向、場地間口率、建筑布局、建筑高度、建筑密度等建筑要素進行綜合布局[5]。地塊的劃分應避免采用長且直的形狀，需要讓地塊較長一側與風向保持平行，適宜將城市主干道路方向與夏季主導風向形成30°到60°的夾角，讓街道建筑物形成理想的穿堂風。但同時也需要注意合理控制建筑物的寬度和間距，處理好對風向流動有阻礙和遮蔽的要素，尤其在沿江、沿河等地區，需要將場地間口率控制在60%-70%[6]。

四、城市風道規劃的優化措施

（一）加強對街區空間形態與通風口的生態空間保護

城市街區空間形態對通風效果的影響性，可以從風的流動過程進行分析，主要體現在街區進風和內部空氣流通兩個方面。在城市規劃建設上，需要對進風口嚴格控制開發，加強進風口空間的保護。進風口是風環境的補償空間，能為城市群提供新鮮空氣。通過軟件模擬和詳細分析，可以得到城市或區域的進風口。街區進風主要與迎風開口、布局朝向有關，并且建筑密度和建筑單體高度變化也會影響內部空氣流通效果。因此，在規劃中應該對進風口嚴格控制，并通過街區的迎風開口來加強外部環境風速，以此強化環境風流量，當城市內部主導風呈現穩定狀態時，迎風口開口越大，進入到內部風流量也越大，可以有效改善城市環境通風效果，達到理想狀態。另外，隨著城市化發展進程的推進，城市中因為受經濟利益的驅動而出現干擾城市風道建設、甚至侵占風道的現象，所以針對這一問題必須通過規范的制度、相關政策來保持與維護城市風道建設和規劃的穩定，按照城市風道建設相關法律法規和制度管理條例，以國家標準為中心，采取相應的氣候變化應對措施，并在城市規劃和設計中得以落實。

（二）以明確的管控目標將風道建設納入空間規劃中

明確的管控目標有助于細化城市通風廊道建設方案，對提升城市通風效率、營造舒適風環境等都有諸多益處。因此，城市風道規劃與設計應該遵循精細化管控原則和實踐思路，確立“打造城市冷島、建構小微風道、導風滲入地塊、減緩建筑阻風”“四位一體”管控目標。打造城市冷島需要在確立規劃設計方案時以城市規劃區域地形地貌為基礎，預留或者設置綠化開敞空間，構建局部區域的溫差條件。建構小微風道是協同城市不同綠地空間、交通干道、空曠區域，以建構城市小微風道為中心，開發各類空間資源和風道潛力。導風深入地塊是基于地塊空間形態將內外環境氣流打通，建構內外流動的風向通道，讓城市主導風向進入到廊道。減緩建筑阻風主要針對建筑單體對空氣流通形成阻礙和遮擋，通過優化設計方案讓阻擋空氣流通的建筑單體與主要風向拉開距離，在面寬和間距上合理設計。通過上述各管控目標的落實，將其納入城市空間規劃體系中，是站在城市整體風道規劃視角，精細化管理各個方面實施內容。因城市風道規劃管控并非一項短期完成的工程，需要從設計、運作、維護、管理等多方面發揮協同作用，并且還需要制度、政策、法律等方面的保障。因此，將各個城市風道管控目標納入空間規劃體系中，不僅突出了城市風道建設的重要性和戰略地位，還能綜合統籌城市風道建設范圍以及周邊地塊的協調關系，確保城市風道實施的有效性。

（三）加強對城市風環境評估技術的模擬與研究分析

目前，國內城市風道建設主要以遙感技術、GIS 和CFD模擬技術作為風環境評估的主要技術手段，制定規范化的技術標注，在相同環境條件下對風道設計方案與預設要求的契合性進行模擬評估，以此提升評估技術的科學性和準確性，讓相關規劃和管控人員更高效利用技術施展工作。同時計算機技術和互聯網技術的進步為精準分析城市風環境和城市環境惡化趨勢以及現狀提供了可靠的技術支持，可以通過技術手段對城市通風能力以及潛在能力進行定量分析，以有效的數據支持為城市風環境建設規劃提供參考，便于管理者進行科學決策。在采用氣象軟件、大數據技術、CFD模擬技術等進行風環境評估分析時，首先，需要確立統一的評估實施標準，規范評估模擬操作流程，確定建模域與計算域，通過模擬軟件和信息技術建立幾何模型，并進行模擬計算和模擬結果解析。其次，對各項邊界條件和參數進行標準化，如計算范圍、建模細度、邊界條件設置等。最后，生成評估報告，明確評估報告的信息，包含數值風洞模型信息、模擬結果等。

（四）基于區域協同合作來優化編制思路

各區域地形地貌、區域風源空氣質量不統一，需要加強區域協同合作，以聯動方式改善和優化編制思路。城市風道建設不是單向工程，并非局限于某個城市，而是應該立足于整體，放眼整個城市區域，以整體規劃為前提，對小范圍中存在無法達到實際環境改善、空氣流通效果的區域，需要通過區域合作、聯動建設與治理的方式，解決區域風環境核心問題。同時針對各城市區域及地塊不同層面進行合理編制，優化規劃和實踐思路。

五、結語

綜合上述分析，城市空間建設對于生態環境的影響日益凸顯，通過對城市風環境的規劃和管控，有助于改善城熱島效應，實現營造城市冷島的規劃目標。盡管城市風道建設并非短期工程，而且也不是單個城市的規劃問題，所以需要樹立長遠規劃目標，立足于整體發展，著眼于未來，秉持城市可持續發展目標，將風道建設納入城市空間整個體系中，突出城市風道的重要性，并通過區域協調、科技手段、進風口設計等方面，實現統籌布局、優化編制、內外環境統一。