分析高層建筑與住宅小區相互影響的風環境試驗

封正奎

【摘要】隨著經濟的不斷發展，城市化程度不斷提高，各國紛紛出現了許多大城市、特大城市群。隨著這些城市的發展，對居住、交通以及工作生活等各方面的要求不斷增加，城市可利用的土地資源變得稀缺。傳統的城市發展模式難以應對現代城市的新要求。在這種情況下，高層建筑以及高密度住宅小區開始普及。本文在研究住宅小區與高層建筑風環境的影響時，從拐角、迎風面、背風面和側風面區域這四個角度入手，針對建筑的高度、建筑寬度等因素，對高層建筑與住宅小區相互影響的風環境進行分析，希望能為高層住宅和小區的設計工作提供幫助。

【關鍵詞】高層建筑；現狀；風環境；建筑參數

人類社會的發展離不開科學技術的進步，科學技術的進步源自人類的鉆研。先進的技術變革可以為人類社會帶來更高的生產效率，更現代化的生活方式。但是，由于人類的盲目發展帶來了許多環境問題，尤其是人類居住環境開始不斷惡化。這種變化也引起了全球的關注，城市高層建筑與高密度住宅小區的建造，雖然能夠提高城市資源利用效率，減少城市生存成本，但是也有負面的影響，比如降低了城市的通風狀況、日照時間減少、影響市區的散熱等等，這里面對城市風環境的影響問十分突出。所以，建筑風環境這一課題重新受到人們的重視。

一、風環境的概況

1、風環境的定義

城市的風環境一般是指空氣在建筑內外的流動以及其對建筑物壽命、人類生存環境的影響。因為，風環境不僅本身就是一個獨立的體系，而且還是建筑環境這個大課題中的一個重要組成部分。對它的研究要從宏觀和微觀兩個方面進行整體性探索。風環境與溫度、聲環境、光環境一起被稱為建筑環境，是現代城市建筑設計所必須考慮的一項主要內容。

2、風環境研究的重要意義

現代城市因其發展的需要，在城市規劃中，為了容納更多的居民，不可避免的要對住宅結構進行改革，高層建筑模式是一項有效的措施。高層建筑在高度與體量上，與其他建筑結構明顯不同，突出表現就是對城市環境的改變。動輒幾十層的超高層建筑物伴隨著極高的容積率，嚴重阻礙了城市空氣的橫向流動。

3、風環境研究的現狀

我國風環境的研究相對世界其他國家較落后，主要是由于我國在近十年來才開始興建高層住宅小區，而且房地產的發展，帶動了一大批相關產業的繁榮。地產商在建造住宅小區時，沒有站在城市整體的角度去設計。使得高層住宅小區以及商業地產在城市規劃上存在滯后性。

近年來，隨著我國對風環境研究的逐漸重視，城市相關部門通過現場實測、風洞試驗、數值模擬等多種實驗手段，對當地的風環境進行了初步的測量和數據統計，并逐漸發現一些相關的規律。建筑風環境影響因素包括建筑物的形狀、高度、朝向、寬度、樓間距等因素。

二、高層建筑物對風環境影響的主要研究內容

1、主要研究方式

風環境的研究主要是在不同風向的情況下，對住宅小區單體及高層建筑的內外底層風環境進行研究。這個研究內容，為住宅小區與高層建筑相互影響的風環境分析提供基本參數。主要是從建筑群的橫向通道、縱向通道及道路拐角這三個關鍵點著手收集數據，聯系建筑群的建筑高度、樓間距以及樓寬數據以及風速比平均數、風速比峰值、風速比變異系數這些參數來綜合分析住宅小區內外部底層風環境的變化，通過對數據的計算和分析，得出相關的規律。

2、主要研究成果

從建筑物排列位置來看，當氣流沿小區規劃設計方向流動，前排建筑物對后排建筑物形成了明顯的遮蔽效應，嚴重影響了馬鞍形禍在下風向的離析效果。建筑物縱向夾道形成了明顯的“峽谷風”，不利于建筑物橫向間道的氣流流動。

為了進一步了解氣動布局的規律，科學家采用數值模擬的方式對不同風向的過道風速進行了測試，發現風速較高的地方一般分布在順風國道和迎風側拐角內。同時發現漏斗型風場所出現的側向流動空氣促進垂直氣流的互動，增高了建筑物背風向的負壓，這個情況會使得人們在該區域內略微不適。

住宅小區內高層建筑與普通建筑形成的城市居住群是影響城市風環境的主要因素。高層建筑群對空里流動的阻礙作用，是城市風環境質量的決定性因素。對住宅小區內高層與低層建筑進行科學的規劃與設計，改善高層建筑的規劃方案，合理制定建筑物迎風面的面積，對高層建筑內外部的風場情況有重要影響。

髙層建筑與街道的連接點是小區內居民活動最為頻繁的地帶。如果小區的布局采用圍合式，那么高層建筑通常以單面臨街或者兩面臨街，建筑物圍成的地域通常設計成輔助空氣流動的通道。這里容易形成“峽谷風”，所以要掌握好間距。防止空氣突然的加速影響居民正常生活。

三、高層建筑物與小區住宅相互影響對風環境的影響因素

通過對各個區域不同風速變化的監測，發現高層建筑群體再加入住宅小區后，高度差異的變化對風環境有較大的影響。

首先，在高層建筑峰值點，相對于最小高度，內部拐角的邊際風速為80km/h，平均邊際風速為30km/h，迎風面風速比增加59%，平均風速比增大55%；背風面風速比峰值為31km/h，平均風速比增加9%。所以可以看到，加入住宅小區后，平角的風速與建筑高度成正比，其他位置的風速比也逐漸增加，反映了住宅小區受高層建筑對風環境的影響大。這說明高層建筑的高距比過于懸殊會對住宅小區內風環境帶來不利的影響。

其次，高層建筑物的寬度，對建筑群體內部風環境也有顯著的影響。0°風向角下，居民主要活動區域的風速最大點（上文提到的拐角區域），高層建筑物隨著寬度增加，不同樓間距下的風速峰值比與平均風速比分布離散狀態成反比。在背風面，隨著高層建筑寬度的減少，不同樓間距下其風速峰值比與風速平均值比的分布狀態也成反比，這反映了住宅小區的存在，容易提高高層建筑臨近小區一面風環境的風速變化程度。但是從整體角度來看，寬度對風環境的住宅小區整體影響沒有高度帶來的影響大。

結論：

高層建筑是伴隨著市場進步而出現的新興建筑模式，所以在建筑形式、設計方向、施工順序上都與傳統的建筑物有著顯著的差別。對于高層建筑物各方面的的研究，還處在初級階段。所以在城市發展中，高層建筑與傳統低層小區的并存必然會在一定時間內持續存在。二者之間的相互影響會對城市風環境形成新的影響。這勢必會影響居民的生活環境，涉及到城市規劃對新舊建筑形式的協調和規劃。根據不斷探索和總結，要想在兩者相互影響之間尋找最佳的風環境，需要做到以下兩點：首先要減少高層建筑物迎風面的面積，盡量減少空氣在城市區域流動的障礙；其次要注意高層建筑在人群密集處的布局，避免強風場以及“峽谷風”的出現。相信隨著研究的深入，風環境必將會不斷改善。

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