梁 濤, 甘義猛, 陳珂珂, 何瑞珍

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，河南鄭州 450002)

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鄭州市居住區(qū)建筑布局對(duì)風(fēng)環(huán)境的影響

梁 濤, 甘義猛, 陳珂珂, 何瑞珍*

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，河南鄭州 450002)

快速的城市化進(jìn)程中，高密度城市中的不同建筑布局帶來的風(fēng)環(huán)境改變的問題日益受到關(guān)注。研究選取鄭州市區(qū)不同方位上離市中心不同距離、不同布局的“寶景花園”“東郡香域巴黎”“帝湖花園”和“非常國(guó)際”4個(gè)住宅小區(qū)，并對(duì)其風(fēng)速進(jìn)行測(cè)量記錄,研究小區(qū)的建筑布局對(duì)風(fēng)環(huán)境的影響。結(jié)果顯示：春季靜風(fēng)狀態(tài)下，距離市中心由遠(yuǎn)及近的小區(qū)風(fēng)速有減小趨勢(shì)；不同布局特點(diǎn)的建筑風(fēng)速大小有差異，呈現(xiàn)為點(diǎn)狀式>行列式>圍合式。

鄭州市；住宅小區(qū)；建筑布局；風(fēng)環(huán)境

快速的城市化改變了氣候的下墊面，高層的出現(xiàn)增加了城市的粗糙度，使得市區(qū)的平均風(fēng)速有減小的趨勢(shì)，同時(shí)也造成局部地區(qū)風(fēng)速過大，甚至形成災(zāi)害。如何通過規(guī)劃控制城市的規(guī)模和城市冠層高度成為亟需研究的問題。由于城市化的快速發(fā)展、人口快速增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)的客觀要求，高層高密度的集約城市建筑形態(tài)已成為未來城市建筑布局發(fā)展的主要選擇。城市氣候環(huán)境的好壞及如何改善當(dāng)前城市建筑布局的風(fēng)環(huán)境引起了學(xué)界的廣泛思考。住宅小區(qū)戶外綠色空間是居民日常活動(dòng)的主要場(chǎng)所，小區(qū)的風(fēng)環(huán)境是影響其居住舒適性的重要因素之一。然而,當(dāng)前隨著“城市熱島”問題、城市靜風(fēng)問題和空氣顆粒物污染問題的頻發(fā)，如何實(shí)測(cè)分析小區(qū)風(fēng)環(huán)境并以此為基礎(chǔ)探討景觀環(huán)境的優(yōu)化，進(jìn)而改善小區(qū)風(fēng)環(huán)境成為值得關(guān)注的焦點(diǎn)[1-3]。

Gordon.B.Bonan在測(cè)量Crestview和Greenfild的居住區(qū)風(fēng)速變化時(shí)發(fā)現(xiàn)，住宅的建筑布局對(duì)風(fēng)速有明顯的減弱作用[4]。通常針對(duì)城市中的一塊綠色棲息地中的空氣溫度、濕度、風(fēng)速、太陽輻射的滲透和表面輻射溫度進(jìn)行測(cè)量，以確定綠色空間微氣候影響因素及對(duì)周邊地區(qū)的影響[5]。風(fēng)環(huán)境的舒適性是建筑使用者對(duì)建筑進(jìn)行評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要微氣候因子，住宅小區(qū)的風(fēng)環(huán)境通常與小區(qū)室外熱環(huán)境、居民生活舒適度、建筑的安全節(jié)能水平有密切聯(lián)系[6-10]。

1　研究對(duì)象和研究小區(qū)概況

1.1研究對(duì)象鄭州市位于112°42′～114°13′E，34°16′～34°58′N，氣候類型為北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，春季盛行風(fēng)向是東南風(fēng)，年平均氣溫在14.0～14.3 ℃，年平均降雨量約為640.9 mm，主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)為春季干旱少雨，夏季炎熱多雨，秋季晴朗日照長(zhǎng)，冬季寒冷少雪。為此，在鄭州市主城區(qū)內(nèi)抽樣了4個(gè)典型小區(qū)(圖1)。在相同條件下測(cè)量各小區(qū)中開敞空間的風(fēng)速變化情況，并對(duì)12 h的瞬時(shí)風(fēng)速測(cè)量值進(jìn)行方差分析，對(duì)比得出各小區(qū)不同建筑布局對(duì)風(fēng)速造成的影響。

1.2研究小區(qū)概況東部的測(cè)量區(qū)域包括“寶景花園”和“東郡香域巴黎”兩個(gè)地方，在“寶景花園”設(shè)立5個(gè)樣點(diǎn)，在“東郡香域巴黎”設(shè)立3個(gè)樣點(diǎn)；“帝湖花園”測(cè)量區(qū)規(guī)劃建筑位于河南省鄭州市中原區(qū)，在多層區(qū)共設(shè)立了9個(gè)樣點(diǎn)，在高層區(qū)共設(shè)立了3個(gè)樣點(diǎn)；“非常國(guó)際”位于河南省鄭州市金水區(qū)，小區(qū)共設(shè)立了6個(gè)樣點(diǎn)。將各測(cè)量區(qū)數(shù)據(jù)整理如表1。

2　研究方法和測(cè)量?jī)?nèi)容

主要以各樣點(diǎn)在同一時(shí)間定點(diǎn)測(cè)量為主，測(cè)量實(shí)驗(yàn)采用路昌LM-8000溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速、照度四合一環(huán)境測(cè)量?jī)x對(duì)各測(cè)量點(diǎn)1天中12 h的每小時(shí)時(shí)段數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，研究小區(qū)內(nèi)不同地點(diǎn)，如主干道、林蔭道以及湖邊或人工水池附近設(shè)置測(cè)量樣點(diǎn)，主要測(cè)量行人高度(距地 1.5 m)處的空氣溫度、相對(duì)濕度及風(fēng)速風(fēng)向等數(shù)據(jù)。具體測(cè)量時(shí)間為2015年4月22～24日(3 d的氣象臺(tái)天氣均為晴朗凈空，云量<2 oktas,平均風(fēng)速<2 m/s)，測(cè)量時(shí)間段為8:00～ 19:00，測(cè)量間隔時(shí)間為1 h，測(cè)量持續(xù)時(shí)間10 min以上，每組數(shù)據(jù)內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)采集時(shí)間間隔為10 s。測(cè)量樣點(diǎn)垂直高度 1.5 m 處的瞬時(shí)風(fēng)速，每個(gè)數(shù)值讀取2次，取該時(shí)間段的平均值作為最終的試驗(yàn)數(shù)值，并記錄該測(cè)量點(diǎn)的瞬時(shí)風(fēng)向。得到的數(shù)據(jù)采用SPSS分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以此進(jìn)一步分析總結(jié)，以研究小區(qū)內(nèi)部風(fēng)環(huán)境的差異，以及不同小區(qū)建筑布局，如建筑密度、容積率、建筑高度及建筑排列方式等情況對(duì)這些差異造成的影響。

圖1　鄭州市測(cè)量小區(qū)分布Fig.1　The layout of four measured residential districts in Zhengzhou City

地點(diǎn)Site建成年代Buildtime建筑結(jié)構(gòu)Buildingstructure建筑形態(tài)Architecturalform建筑距市中心距離Distancefromthebuildingtourbandistrict建筑布局方式Buildinglayoutmode“帝湖花園”高層“High-storybuildingsofDihuGarden”2007鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高層塔樓較遠(yuǎn)點(diǎn)狀式布局“帝湖花園”多層“Multi-storybuildingsofDihuGarden”2007鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)多層板樓較遠(yuǎn)行列式布局“非常國(guó)際”“FeichangInternationalCommunity”2006鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高層塔樓較近點(diǎn)狀式布局“東郡香域巴黎”“DongjunXiangyuPairs”2008鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)多層板樓中等行列式布局“寶景花園”“BaojingGarden”2003磚混結(jié)構(gòu)多層板樓中等圍合式布局地點(diǎn)Site建筑寬高比Width-heightratioofthebuilding建筑密度Buildingdensity%建筑平均層數(shù)Averagelayernumberofthebuilding容積率Plotratio%綠地率Ratioofgreenspace%SVF(各樣點(diǎn)的開敞程度平均值Meanofopendegreeofeachsamplesite)“帝湖花園”高層“High-storybuildingsofDihuGarden”W/H=1/1或W/H=1/519.89336.5627.2047.82“帝湖花園”多層“Multi-storybuildingsofDihuGarden”W/H=3/139.8062.3919.8062.77“非常國(guó)際”“FeichangInternationalCommunity”W/H=1/119.11336.3048.2154.75“東郡香域巴黎”“DongjunXiangyuPairs”W/H=3/135.6362.1426.9060.44“寶景花園”“BaojingGarden”W/H=5/133.0461.9819.0543.10

注：SVF是Sky view factor的縮寫。

Note:SVFis the abbreviation of sky view factor.

3　結(jié)果與分析

測(cè)量結(jié)果主要用于說明建筑布局與風(fēng)速的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)中所討論的建筑布局包括實(shí)驗(yàn)小區(qū)樓層高度、所處位置(距市中心距離)、布局方式、綠化布局4個(gè)方面。由于各實(shí)驗(yàn)小區(qū)的樓層高度都高于底部的綠化種植高度，因此研究不對(duì)綠化布局做重點(diǎn)討論(表2)。

3.1建筑高度與風(fēng)速之間的關(guān)系5個(gè)小區(qū)根據(jù)建筑高度可以分為高層和多層兩種，“寶景花園”“東郡香域巴黎”“帝湖花園”多層同屬于多層布局形式，“帝湖花園”高層、“非常國(guó)際”屬于高層布局形式(圖2)。

由于測(cè)量的風(fēng)速為瞬時(shí)風(fēng)速，每次測(cè)量的風(fēng)速大小并不呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，但總體而言多層建筑高度的風(fēng)速大于高層建筑高度的風(fēng)速，且通過建筑類型與風(fēng)速的單因素分析可得高層建筑布局形式與多層建筑布局形式的建筑外部風(fēng)環(huán)境具有顯著性差異(表3)。

3.2到市中心距離與風(fēng)速的關(guān)系5個(gè)小區(qū)根據(jù)到市中心的距離可以分為近、中、遠(yuǎn)3種，“帝湖花園”距離市中心較遠(yuǎn)、“寶景花園”與“東郡香域巴黎”距離市中心中等，“非常國(guó)際”距離市中心較近。

由表4可知到市中心距離不同的小區(qū)，其風(fēng)速變化模式也不同，且距離市中心遠(yuǎn)的風(fēng)速最大，其次是距離市中心近的，風(fēng)速最小的是距離市中心中等的。具體分析其原因可知，鄭州市在測(cè)量日內(nèi)主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)，并且距離市中心越遠(yuǎn)，建筑密度以及建筑高度越小，越有利于導(dǎo)風(fēng)。由于“帝湖花園”距離市中心較遠(yuǎn)，且位于鄭州市的南部稍偏西的方向，因此風(fēng)速最大；而“寶景花園”與“東郡香域巴黎”雖然距離市中心中等且位于鄭州市東南方向，但是其建筑布局較為封閉，導(dǎo)致其內(nèi)部風(fēng)流動(dòng)不通暢，風(fēng)速最小。為研究距離對(duì)風(fēng)速是否具有影響，對(duì)不同距離居住區(qū)風(fēng)速進(jìn)行了方差分析?？芍嚯x中等和遠(yuǎn)之間沒有顯著性差異，但近跟中等、遠(yuǎn)之間存在顯著性差異。

圖2　不同建筑高度的平均風(fēng)速Fig.2　Average wind speed of different building heights

測(cè)定時(shí)間Time風(fēng)速Windspeed∥m/s“非常國(guó)際”“FeichangInterna-tionalCommunity”“帝湖高層”“High-storybuildingsofDihuGarden”“帝湖多層”“Multi-storybuildingsofDihuGarden”“東郡香域巴黎”“DongjunXiangyuPairs”“寶景花園”“BaojingGarden”8:002.80.32.20.91.19:001.11.82.51.21.110:001.71.41.80.60.911:001.41.81.91.61.312:000.41.72.21.31.113:001.71.72.01.51.214:000.21.71.80.61.615:000.61.81.11.10.516:001.02.51.90.21.217:000.82.21.40.80.718:000.61.70.90.60.619:000.41.80.71.61.0

注：風(fēng)速值為3 d所測(cè)風(fēng)速的平均值。

Note: Wind speed is the mean in 3 d.

表3　建筑高度與風(fēng)速方差分析

表4　到市中心距離對(duì)風(fēng)速的影響

注：a、b表示的是到市中心不同距離風(fēng)速方差分析的差異性，帶字母a的與帶字母b的之間是具有顯著差異性的，兩個(gè)帶字母b的不具有顯著差異性。

Note: a and b show significance of wind speed due to different distances from city center, and there is significant difference between the numbers with a and b, and insignificant difference between the numbers with b.

3.3建筑布局對(duì)風(fēng)速的影響5個(gè)小區(qū)的建筑可以分為點(diǎn)狀式布局、行列式布局和圍合式布局。不同建筑布局風(fēng)速變化模式如圖3所示，并且總的風(fēng)速大小為：行列式布局>點(diǎn)狀式布局>圍合式布局。行列式布局迎面風(fēng)與來流風(fēng)向垂直時(shí)，在建筑兩側(cè)形成再生風(fēng)速得到增大，從而使外部的氣流能夠很好地進(jìn)入居住區(qū)內(nèi)部，產(chǎn)生較大的風(fēng)速。點(diǎn)狀式布局中，由于迎風(fēng)面與風(fēng)向垂直，且建筑之間的空間是連通的，使整個(gè)居住區(qū)內(nèi)部風(fēng)環(huán)境較為流暢。圍合式布局空間較為封閉，風(fēng)進(jìn)入圍合空間后風(fēng)速會(huì)很快衰減，且空氣流動(dòng)速度也會(huì)減慢。經(jīng)方差分析發(fā)現(xiàn)，不同建筑布局對(duì)小區(qū)風(fēng)環(huán)境影響具有顯著性差異(表5)。

綜合上述原因，對(duì)比5個(gè)不同居住區(qū)瞬時(shí)風(fēng)速逐時(shí)變化情況，可知不同居住區(qū)平均風(fēng)速呈現(xiàn)出“帝湖多層”>“帝湖高層”>“非常國(guó)際”>“東郡香域巴黎”>“寶景花園”的變化情況。

3.4建筑布局與風(fēng)頻的關(guān)系在與鄭州市盛行風(fēng)向進(jìn)行比對(duì)時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)各小區(qū)里建筑的不同布局對(duì)各測(cè)量樣點(diǎn)的風(fēng)向頻率有著不同的影響(圖4～8)。多數(shù)情況下，風(fēng)頻是風(fēng)環(huán)境的一個(gè)考量方面，由于風(fēng)頻具有很大的不確定性，往往難以對(duì)其進(jìn)行描述。比較圖中的各樣點(diǎn)風(fēng)頻圖與鄭州市風(fēng)玫瑰圖發(fā)現(xiàn)，多數(shù)樣點(diǎn)的實(shí)測(cè)風(fēng)頻與鄭州市盛行風(fēng)向是不一致的。試驗(yàn)是在春季靜風(fēng)條件下進(jìn)行的，因此各測(cè)量小區(qū)上風(fēng)向的建筑遮擋作用可以忽略不計(jì)。以“帝湖花園”多層小區(qū)為例，靠近湖邊的樣點(diǎn)四和樣點(diǎn)九的風(fēng)頻主要是東南風(fēng)向?yàn)橹?，樣點(diǎn)十由于地處帝湖二街這條小區(qū)主干道上，風(fēng)向以西風(fēng)為主，其余各樣點(diǎn)均是北風(fēng)向或東北風(fēng)向。研究發(fā)現(xiàn)，同一居住區(qū)下不同樣點(diǎn)的風(fēng)向并不一致且與鄭州市盛行風(fēng)向也不一致。在分析其他各小區(qū)的風(fēng)頻圖時(shí)，可以得到類似的結(jié)論。

圖3　不同建筑布局的平均風(fēng)速Fig.3　Average wind speeds of different building layouts

項(xiàng)目Items平方和Quadraticsumdf(自由度)Freedom均方MeansquareF顯著性Significance組間Amongthegroups1.19820.5993.8730.031組內(nèi)Inthegroup5.104330.155總數(shù)Total6.30235

圖4　“帝湖花園”高層各樣點(diǎn)風(fēng)頻圖Fig.4　Wind frequency diagrams at each site of high-story buildings of “Dihu Garden”

圖5　“非常國(guó)際”各樣點(diǎn)風(fēng)頻圖Fig.5　Wind frequency diagrams at each site of “Dihu International Community”

圖6　帝湖花園多層各樣點(diǎn)風(fēng)頻圖Fig.6　Wind frequency diagrams at each site of multi-story buildings of “Dihu Garden”

圖7　”東郡香域巴黎“各樣點(diǎn)風(fēng)頻圖 Fig.7　Wind frequency diagrams at each site of “Dongjun Xiangyu Paris”

4　結(jié)論與討論

根據(jù)數(shù)據(jù)分析得出以下結(jié)論：在春季靜風(fēng)狀態(tài)下，調(diào)研小區(qū)內(nèi)多層建筑布局內(nèi)部各個(gè)區(qū)域風(fēng)速變化情況基本一致，無明顯差異，而高層布局內(nèi)部各個(gè)區(qū)域風(fēng)速變化差異顯著。在春季靜風(fēng)狀態(tài)下， 調(diào)研小區(qū)之間多層建筑布局與高層建筑布局對(duì)風(fēng)速的影響有顯著差異。高層布局情況下風(fēng)速的平均值比多層布局情況下風(fēng)速平均值大，高層建筑形成的狹長(zhǎng)通道內(nèi)的風(fēng)速比實(shí)際風(fēng)速要大幾倍甚至幾十倍；對(duì)于調(diào)研的多層小區(qū)而言，在春季靜風(fēng)狀態(tài)下，無論是行列式布局、圍合式布局還是混合式布局，風(fēng)速的變化情況基本一致，但在風(fēng)速比較大的條件下，圍合式布局的風(fēng)速最小，主要是圍合式布局自身形成了封閉空間，阻擋了風(fēng)的侵襲。通過對(duì)該課題的研究發(fā)現(xiàn)，目前國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)該課題的研究大多采用的是

圖8　“寶景花園”各樣點(diǎn)風(fēng)頻圖 Fig.8　Windfrequencydiagramsateachsiteof“BaojingGarden”模型構(gòu)造與數(shù)值模擬相結(jié)合的研究手段，通過CFD軟件對(duì)特定模型下的風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬，從而可以直觀辨別不同建筑布局風(fēng)環(huán)境的變化情況。CFD由于沒有考慮建筑外部的綠化布局，模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性有待優(yōu)化。因此，今后的研究中可以結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和CFD數(shù)值模擬，考慮綠化布局對(duì)風(fēng)的拖拽作用，優(yōu)化模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

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Influence of Building Layout in Residential Region of Zhengzhou on Wind Environment

LIANG Tao, GAN Yi-meng, CHEN Ke-ke, HE Rui-zhen*

(College of Forestry, Henan Agricultural University, Zhengzhou, Henan 450002)

In the rapid urbanization process, wind environment change problem brought by different architecture layouts in high-density city is concerned increasingly. Four residential districts with different layout characteristics at different directions of Zhengzhou City were selected, and they were “Baojing Garden”, “Dongjun Xiangyu Pairs”, “Dihu Garden” and “Feichang International Community”. The wind speed was measured and recorded, to find out the influence of different architecture layouts in the residential district on wind environment. Results disployed that under the condition of spring static wind, the wind speed had a decreasing trend in the residential district with the distance from far to near urban district. For different building layouts, wind speed was different, which showed as interspersed>linear>enclosed.

Zhengzhou City; Residential district;Architecture layout; Wind environment

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31470029)。

梁濤(1988- )，男，河南信陽人，碩士研究生，研究方向：風(fēng)景園林規(guī)劃與設(shè)計(jì)。*通訊作者，副教授，博士，從事3S技術(shù)及其應(yīng)用研究。

2016-07-20

TU 241

A

0517-6611(2016)26-131-05