李運(yùn)江 徐瑾丹 葉 雋 范 波

(1.三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院,湖北宜昌443002;2.深圳市建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司,深圳 518031;3.武漢科技大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院,武漢 430065)

物理環(huán)境是人們生存環(huán)境的重要組成部分.在人們所處的各種物理環(huán)境中,總伴有聲、光、熱等外部因素的刺激.一個(gè)好的建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)方案就是要控制和優(yōu)化物理環(huán)境刺激量,使之處于一個(gè)最佳的范圍之內(nèi).只有這樣,才能最大限度地節(jié)約各種資源、保護(hù)環(huán)境和減少污染,為人們提供健康、適用和高效的綠色使用空間,從而符合人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的基本原則.

圖1為深圳市某高新住宅小區(qū)的建筑規(guī)劃方案,建筑沿道路方向布局,南北兩排共7棟塔樓.這種布局的好處在于住宅朝向上絕大多數(shù)朝向東南和西南,庭院尺度大,對(duì)視少.通過對(duì)建筑錯(cuò)落擺放,每棟建筑物均有良好的景觀視野,沿街立面形象整體.結(jié)合建設(shè)部《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》和《深圳市綠色建筑設(shè)計(jì)導(dǎo)則》的相關(guān)原則和指導(dǎo)意見,采用了 ECOTECT、PHEONIX以及ODEON等商用專業(yè)仿真軟件對(duì)該小區(qū)的噪聲分布、日照時(shí)間及遮擋、太陽輻射、可視度以及風(fēng)環(huán)境(風(fēng)速、風(fēng)壓和弱風(fēng)區(qū)分析)進(jìn)行了模擬和計(jì)算,并根據(jù)得到的結(jié)果對(duì)該小區(qū)建筑方案和布局進(jìn)行了優(yōu)化.

1 主要生態(tài)模擬參數(shù)

1.1 光環(huán)境模擬

光是建筑環(huán)境的重要組成部分,優(yōu)秀的建筑光環(huán)境設(shè)計(jì)會(huì)全面綜合人、建筑以及經(jīng)濟(jì)與環(huán)境等多方面因素,滿足居住者復(fù)雜的生理與心理主客觀需求.

圖1 某小區(qū)建筑規(guī)劃方案

(1)日照模擬分析.太陽不斷以電磁波的形式向宇宙空間發(fā)射出巨大的能量,雖然距離遙遠(yuǎn),但在地球上依然能夠時(shí)刻感受到太陽的影響.作為建筑物外部最主要的氣候形成條件之一,日照對(duì)于建筑和建筑設(shè)計(jì)都有著深遠(yuǎn)的影響.優(yōu)秀的日照設(shè)計(jì)可以提高建筑的舒適度和衛(wèi)生條件,降低照明、采暖能耗并提供清潔的能源.圖2～4是模擬某一建筑物在大寒日的日照時(shí)間以及小區(qū)建筑當(dāng)天日照陰影變化關(guān)系.

經(jīng)計(jì)算,發(fā)現(xiàn)小區(qū)只有東北角那一棟住宅樓日照時(shí)間不能滿足規(guī)范要求,經(jīng)與建筑師溝通,最終決定對(duì)該樓方案的平面布局進(jìn)行調(diào)整,將公共交通空間部分和住戶輔助用房擺放到日照時(shí)間不足的立面上.經(jīng)過調(diào)整后,小區(qū)所有建筑均滿足《民用建筑設(shè)計(jì)通則》(GB 50352-2005)和《城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50180-93)規(guī)定的日照時(shí)間要求.

(2)太陽輻射分析.對(duì)小區(qū)場(chǎng)地的太陽輻射進(jìn)行了定量分析計(jì)算,得到了如圖5～6所示的建筑用地范圍內(nèi)全年日平均輻射分布.根據(jù)這些輻射強(qiáng)度,建議在靠近建筑周邊的紅色區(qū)域中,由于太陽輻射較弱,將種植干高冠大、且夏天茂盛、冬天落葉的喬木;在輻射較強(qiáng)的區(qū)域種植落葉喬木和灌木,不僅夏季可以降低熱島效應(yīng),冬季還可以降低室外風(fēng)速.

1.2 可視度模擬

由于本區(qū)域建筑較為密集,高度也較高,希望其中的某些樓宇能夠成為本小區(qū)一個(gè)標(biāo)志性建筑,讓盡可能多的區(qū)域能夠看到該建筑的大部分立面,使得人們對(duì)本小區(qū)留下較為深刻的印象.圖7～8展示了場(chǎng)地和道路上的規(guī)劃可視度,分析結(jié)果表明該建筑相對(duì)來說還是較為醒目的.

1.3 環(huán)境噪聲模擬

有關(guān)研究表明,我國的城市噪聲主要來源于道路交通噪聲.在小區(qū)周邊的3條道路科裕路、科發(fā)路和十八號(hào)路上分別布置線聲源來模擬各道路的噪聲源情況,噪聲源聲壓級(jí)SPL分別為:科裕路90dB、十八號(hào)路80dB、科發(fā)路80 dB,然后模擬計(jì)算出小區(qū)距地1.2m平面及各主要沿街立面的噪聲分布云圖,如圖9～11所示,計(jì)算結(jié)果表明:由于建筑的遮擋,小區(qū)圍合部分內(nèi)場(chǎng)地SPL為45dB以下;靠科裕路與十八號(hào)路的建筑立面絕大多數(shù)房間SPL分布均小于50 dB.為降低道路交通噪聲對(duì)臨街建筑的影響,本小區(qū)將在道路與建筑物之間種植大片草坪和高大的常綠喬木與灌木組成的綠化帶(寬度大于1.5 m),除此之外,住戶的所有門窗也應(yīng)選擇隔聲效果較好的產(chǎn)品.采取上述降噪措施后,本小區(qū)所有建筑完全能夠滿足《民用建筑設(shè)計(jì)通則》(GB 50352-2005)、《住宅建筑規(guī)范》(GB 50368-2005)和《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》(GB GB3096)對(duì)允許等效聲級(jí)LAeq的相關(guān)要求.

1.4 風(fēng)環(huán)境模擬

建筑環(huán)境有別于自然環(huán)境,是人為的建筑物和構(gòu)筑物形成的人工環(huán)境.建筑環(huán)境有舒適與非舒適之分,人們追求的總是舒適性環(huán)境.就小區(qū)室外熱環(huán)境來說,可以通過優(yōu)化建筑布局、引入自然通風(fēng)等建筑設(shè)計(jì)手法,盡量利用當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn),采用被動(dòng)式的建筑物理技術(shù),在節(jié)能和生態(tài)的前提下獲得最大限度的熱舒適,這正是綠色建筑所追求的發(fā)展方向.本項(xiàng)目的研究就是結(jié)合具體的建筑設(shè)計(jì)及小區(qū)規(guī)劃布局方案,對(duì)夏季室外風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬分析,從而說明本方案的生態(tài)設(shè)計(jì)亮點(diǎn).

根據(jù)《綠色建筑平靜標(biāo)準(zhǔn)GB/T50378-2006》的相關(guān)要求,住宅區(qū)的風(fēng)環(huán)境設(shè)計(jì)應(yīng)該著重考慮過渡季及夏季的自然通風(fēng).而《深圳市居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范》也規(guī)定,在對(duì)居住小區(qū)的自然通風(fēng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)以夏季為主,將夏季主導(dǎo)風(fēng)引向建筑主立面,并應(yīng)避免居住小區(qū)內(nèi)出現(xiàn)滯流區(qū);而在確定建筑物相對(duì)位置時(shí),應(yīng)使建筑物處于周圍建筑物的氣流漩渦區(qū)外.此外,深圳屬于夏熱冬暖氣候區(qū),借鑒南方地區(qū)傳統(tǒng)的被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)手法,夏季及過渡季節(jié)適宜采用穿堂風(fēng)來進(jìn)行通風(fēng)降溫,因此要求在建筑物的前后形成適當(dāng)?shù)膲翰?使其具備自然通風(fēng)的潛力.

(1)風(fēng)壓模擬結(jié)果

小區(qū)室外風(fēng)環(huán)境風(fēng)壓模擬結(jié)果如圖12～13所示.從圖中可以看出,建筑單體前后形成較合理的風(fēng)壓差,增大了建筑內(nèi)部采用自然通風(fēng)降溫的潛力.若配合適當(dāng)?shù)拈_窗及合理的平面布局,夏季完全可采用自然通風(fēng).

(2)風(fēng)速模擬結(jié)果

小區(qū)室外風(fēng)環(huán)境風(fēng)速模擬結(jié)果如圖14～15所示.模擬結(jié)果顯示,在小區(qū)內(nèi)居民休憩的主要場(chǎng)所,行人高度(1.5m高)的平均風(fēng)速約為1.06m/s,為舒適風(fēng)速范圍內(nèi).小區(qū)內(nèi)自然通風(fēng)狀況良好,無滯流區(qū),各建筑單體均位于氣流漩渦區(qū)之外.

圖14 1.5m高處風(fēng)速分布

(3)弱風(fēng)區(qū)分布

小區(qū)內(nèi)弱風(fēng)區(qū)分布狀況如圖16所示.相關(guān)研究顯示,當(dāng)夏季室外風(fēng)速小于0.5m/s時(shí),人體熱感覺下降,會(huì)出現(xiàn)不舒適的情況.因此,風(fēng)速不足0.5m/s的弱風(fēng)區(qū)分布狀況也是評(píng)價(jià)小區(qū)室外風(fēng)環(huán)境指標(biāo)之一.從圖中可以看出,小區(qū)內(nèi)不存在大面積的弱風(fēng)區(qū),表明室外風(fēng)環(huán)境情況較理想.

圖15 風(fēng)速分布矢量圖

圖16 小區(qū)內(nèi)行人高度處弱風(fēng)區(qū)(風(fēng)速＜0.5m/s)分布情況

2 結(jié) 語

建筑節(jié)能減排是我國可持續(xù)發(fā)展策略的重要組成部分,建筑技術(shù)人員應(yīng)在建筑規(guī)劃方案階段就加以介入,并運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬手段,對(duì)方案進(jìn)行模擬和評(píng)估,并配合建筑師對(duì)其方案進(jìn)行優(yōu)化和完善,從而使建筑方案滿足綠色生態(tài)建筑的相關(guān)要求.

[1] 柳孝圖.人與物理環(huán)境[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1987.

[2] 王福軍.計(jì)算流體力學(xué)分析——CFD軟鍵原理與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2007.

[3] 金招芬,朱穎心.建筑環(huán)境學(xué)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2001.

[4] 田 軍.綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)在某公建項(xiàng)目中的應(yīng)用簡析[J].華中建筑,2009,29(11):63-66.