賴林鳳冉茂宇彭軍芝王建飛

(1．廈門市建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司;2．華僑大學(xué)建筑學(xué)院福建廈門361021)

杏林灣CBD人行區(qū)域風(fēng)環(huán)境模擬評(píng)價(jià)與實(shí)測(cè)對(duì)比

賴林鳳1，2冉茂宇2彭軍芝1王建飛1

(1．廈門市建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司;2．華僑大學(xué)建筑學(xué)院福建廈門361021)

為了評(píng)估廈門地區(qū)高層建筑對(duì)周圍人行高度風(fēng)環(huán)境安全性和舒適性的影響，選取杏林灣CBD為研究對(duì)象，通過(guò)PHOENICS軟件對(duì)不同工況的風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬與評(píng)價(jià)。分析模擬結(jié)果，結(jié)論表明:(1)該片區(qū)夏季人行區(qū)域風(fēng)環(huán)境良好，冬季和過(guò)渡季節(jié)部分區(qū)域風(fēng)速偏大導(dǎo)致舒適度下降。(2)該片區(qū)大風(fēng)天氣行人區(qū)域發(fā)生危險(xiǎn)的概率較高，需引起重視。(3)將模擬結(jié)果同實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，風(fēng)速分布較一致，大小存在一定的誤差。其次，針對(duì)風(fēng)環(huán)境舒適性和安全性，提出了相應(yīng)的措施和建議。

高層建筑群;風(fēng)環(huán)境評(píng)價(jià);數(shù)值模擬;實(shí)測(cè)對(duì)比

0 引言

高層建筑隨著社會(huì)和科技的發(fā)展而發(fā)展。由于區(qū)域發(fā)展不平衡導(dǎo)致城市人口急速增加，有限的土地資源不足以承擔(dān)過(guò)重的人口負(fù)荷，高層建筑已經(jīng)成為未來(lái)建筑的發(fā)展趨勢(shì)。高層建筑風(fēng)環(huán)境問(wèn)題一直是城市風(fēng)環(huán)境問(wèn)題研究中的重點(diǎn)，由于風(fēng)環(huán)境復(fù)雜且混亂，研究起來(lái)有一定的困難。根據(jù)前人經(jīng)驗(yàn)可得，研究風(fēng)環(huán)境主要有現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法、計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬法、風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)法三種方法。其中計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬法相對(duì)比較方便操作且有一定的準(zhǔn)確性，備受研究者們的青睞。但計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬法僅在理論上對(duì)風(fēng)環(huán)境進(jìn)行研究，實(shí)際上的風(fēng)環(huán)境要復(fù)雜得多，來(lái)流風(fēng)繞過(guò)建筑或障礙物會(huì)產(chǎn)生穿堂風(fēng)、下沖風(fēng)、風(fēng)影區(qū)等現(xiàn)象，造成區(qū)域風(fēng)紊亂?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)風(fēng)速和風(fēng)向均為瞬時(shí)值，由于實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)儀器的限制，實(shí)測(cè)法只能獲取一段時(shí)間內(nèi)的風(fēng)速風(fēng)向?yàn)闃颖緮?shù)據(jù)。為了能更準(zhǔn)確研究高層建筑周圍風(fēng)環(huán)境，本文采用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬法輔助現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法，以廈門杏林灣CBD高層建筑群為研究對(duì)象進(jìn)行對(duì)比分析，探討其人行區(qū)域的風(fēng)環(huán)境舒適性和危險(xiǎn)性，并提出建議措施。

1 研究對(duì)象的介紹

杏林灣商務(wù)運(yùn)營(yíng)中心是杏林建設(shè)的標(biāo)桿項(xiàng)目，地處園博苑水域中心地帶，與園博苑隔水相望，設(shè)計(jì)時(shí)特別加入閩南建筑元素，建成后將成為廈門集美區(qū)地標(biāo)性建筑和城市景觀。杏林灣運(yùn)營(yíng)中心區(qū)域高層建筑類型較多，其中1#、2#、3#、4#、5#、6#樓主要建筑高度在60m～80m，有方形裙房，且在這六棟建筑中包圍有高達(dá)10m的架空層;7#樓高度約為100m，有不規(guī)則形狀的裙房;8#樓為弧形建筑，無(wú)裙房，約24m;9#、10 #樓為相似建筑，高度約70m，裙房平面形式為弧形; 11#樓高度為80m，弧形裙房;12#樓為超高層建筑，弧形裙房，高度超過(guò)250m，如圖1所示。且根據(jù)前期調(diào)研，發(fā)現(xiàn)風(fēng)速較大區(qū)和靜風(fēng)區(qū)分界明顯，且主要來(lái)風(fēng)方向(東南向)無(wú)其他建筑物遮擋。作為未來(lái)集美區(qū)地標(biāo)性建筑、商區(qū)等功能，在舒適性、安全性等方面需達(dá)到一定的要求。

圖1 杏林灣運(yùn)營(yíng)中心平面圖(資料來(lái)源:XMHOUSE．COM)

2 舒適性和危險(xiǎn)性研究

2．1舒適性研究

廈門市夏季主要盛行東南風(fēng)，平均風(fēng)速為2.8m/s，將其作為模擬的初始風(fēng)速，如圖2a所示，從圖2a中可得，模擬區(qū)域建筑室外風(fēng)環(huán)境良好，平均風(fēng)速為2.76m/ s，最大值出現(xiàn)在12#樓裙房南向的角落，風(fēng)速為3.78m/ s，風(fēng)速放大系數(shù)為1.35;過(guò)渡季節(jié)盛行東風(fēng)，平均風(fēng)速為2.95m/s，將其作為模擬的初始風(fēng)速，如圖2b所示，從圖2b中可知，模擬區(qū)域建筑室外風(fēng)環(huán)境較好，平均風(fēng)速為2.94m/s，其中5#樓東北角、11#樓東北角風(fēng)速較大，12#樓南向角落達(dá)到最大值5.48m/s，風(fēng)速放大系數(shù)為1.86;冬季主要盛行東風(fēng)，平均風(fēng)速為3.03m/s，將其作為模擬的初始風(fēng)速，如圖2c所示，從圖2c中可知，模擬區(qū)域建筑室外風(fēng)環(huán)境大部分較好，平均風(fēng)速為2.99m/s，其中風(fēng)速較大區(qū)域與過(guò)渡季節(jié)差不多，出現(xiàn)在5#、11#、12#樓周圍，最大值達(dá)到5.67，風(fēng)速放大系數(shù)為1.87。值得注意的是，冬季風(fēng)速過(guò)大容易導(dǎo)致行人舒適度下降，所以應(yīng)針對(duì)冬季做一些防風(fēng)措施。

由于模擬時(shí)沒(méi)有考慮建筑周圍環(huán)境對(duì)其的影響，所以，實(shí)際風(fēng)速應(yīng)比模擬風(fēng)速小。

圖2 不同季節(jié)風(fēng)速分布圖(1.5m高度處)

為了探討來(lái)風(fēng)方向的不確定性對(duì)建筑風(fēng)環(huán)境的影響，選取冬季風(fēng)速3.03m/s，分別模擬8個(gè)來(lái)風(fēng)方向(紅色箭頭表示)，得到風(fēng)速分布狀況，結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同來(lái)風(fēng)方向下的風(fēng)速分布圖(1.5m高度處)

表1 不同風(fēng)向工況模擬結(jié)果對(duì)比

模擬結(jié)果從表1可以看出，模擬區(qū)域的平均風(fēng)速介于2.83m/s～2.99m/s之間，差值很小，為0.16m/ s。最大風(fēng)速介于3.8m/s～5.67m/s之間，差值較大，為1.87m/s。最小風(fēng)速為0.02m/s～0.20m/s，差值很小，為0.18m/s。其中，當(dāng)來(lái)風(fēng)方向?yàn)闁|風(fēng)時(shí)，人行區(qū)域最大風(fēng)速達(dá)到5.67m/s，大于5m/s，在無(wú)防風(fēng)措施的情況下，該區(qū)域舒適度較低。

當(dāng)來(lái)風(fēng)方向不同時(shí)，出現(xiàn)的最不利點(diǎn)位置不相同:當(dāng)來(lái)風(fēng)方向?yàn)镹、NE、E、SE時(shí)，最不利點(diǎn)均出現(xiàn)在12#樓，主要位置位于東向和南向，且當(dāng)來(lái)風(fēng)方向?yàn)镋、SE時(shí)，最大風(fēng)速均超過(guò)5m/s;當(dāng)來(lái)風(fēng)方向?yàn)镾、SW時(shí)，最不利點(diǎn)出現(xiàn)在2#樓西向;當(dāng)來(lái)風(fēng)方向?yàn)閃時(shí)，最不利點(diǎn)出現(xiàn)在4#樓南向，但風(fēng)速不大;當(dāng)來(lái)風(fēng)方向?yàn)镹W時(shí)，最不利點(diǎn)出現(xiàn)在5#樓東北向，但風(fēng)速不大，整體比較平均。

2.2 危險(xiǎn)性研究

根據(jù)歷年極大風(fēng)速資料，選取東南風(fēng)向，大小為40.2m/s的風(fēng)速作為邊界條件進(jìn)行危險(xiǎn)性探討，由圖4可知，整體風(fēng)速較大，其中大于七級(jí)風(fēng)速(13m/s)的區(qū)域達(dá)到74％;大于50m/s的區(qū)域?yàn)?.6％，主要分布在9#、10#、11#、12#樓的部分人行區(qū)域，瞬時(shí)風(fēng)作用下，很大可能會(huì)卷起建筑周邊的物體對(duì)行人造成傷害。

2.3 風(fēng)環(huán)境評(píng)價(jià)

根據(jù)文獻(xiàn)［1－2］，在進(jìn)行我國(guó)建筑風(fēng)環(huán)境人體舒適度評(píng)價(jià)時(shí)，建議參照“Davenport建議風(fēng)舒適準(zhǔn)則”。肖丹玲［2］結(jié)合該準(zhǔn)則通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)對(duì)人在不同狀態(tài)下進(jìn)行舒適風(fēng)速、不舒適風(fēng)速、危險(xiǎn)風(fēng)速測(cè)試，得出適應(yīng)國(guó)內(nèi)具體情況舒適風(fēng)速、危險(xiǎn)風(fēng)速界定標(biāo)準(zhǔn)，建立與對(duì)應(yīng)建筑風(fēng)環(huán)境人體舒適性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如表2所示。其中當(dāng)風(fēng)速小于10m/s～12.5m/s時(shí)，可界定為室外人體不舒適風(fēng)速，但尚未達(dá)到危險(xiǎn)程度;達(dá)到15m/s～17.5m/s以上的風(fēng)速對(duì)于坐、站立或行走狀態(tài)的人體可以界定為危險(xiǎn)風(fēng)速。

依據(jù)表2，可以得出杏林灣運(yùn)營(yíng)中心的建筑人行區(qū)域風(fēng)環(huán)境狀況良好，大部分時(shí)間均可達(dá)到舒適的狀態(tài)，冬季部分區(qū)域風(fēng)速超過(guò)5m/s，考慮到冬季氣溫較低，風(fēng)速過(guò)大易導(dǎo)致行人區(qū)域舒適度下降，所以該區(qū)域需要防風(fēng)措施。而夏季溫度較高，一定的風(fēng)速還可以提高人體熱舒適度，若建筑朝向布置合理，利用室外風(fēng)對(duì)室內(nèi)通風(fēng)也有一定的好處。

圖4 極大風(fēng)速工況下的風(fēng)速分布圖(1.5m高度處)

表2 不同活動(dòng)狀態(tài)下風(fēng)舒適度風(fēng)速

對(duì)于該區(qū)域的危險(xiǎn)性討論，結(jié)果表明，風(fēng)速大于17.5m/s的區(qū)域高達(dá)66.19％，也就是說(shuō)一半以上的區(qū)域都為危險(xiǎn)狀態(tài)，一旦強(qiáng)風(fēng)吹起建筑周邊物體，對(duì)建筑和行人均會(huì)造成不同程度的傷害。在大風(fēng)天氣，應(yīng)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行危險(xiǎn)性分析，設(shè)置一系列防風(fēng)措施盡量將損失降到最低。

3 實(shí)測(cè)對(duì)比分析

為了研究模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，本論文對(duì)杏林灣商務(wù)運(yùn)營(yíng)中心進(jìn)行了一天的實(shí)測(cè)，以每20min為時(shí)間點(diǎn)，記錄連續(xù)1min風(fēng)速平均值，測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示，實(shí)測(cè)結(jié)果如表3所示，結(jié)果整理如圖5所示。

表3 杏林灣商務(wù)運(yùn)營(yíng)中心實(shí)測(cè)平均風(fēng)速

圖5 杏林灣商務(wù)運(yùn)營(yíng)中心實(shí)測(cè)平均風(fēng)速對(duì)比

由圖1可得，其中測(cè)點(diǎn)1屬于區(qū)域來(lái)風(fēng)方向無(wú)遮擋狀態(tài)，由于所測(cè)風(fēng)速與氣象臺(tái)風(fēng)速均為瞬時(shí)值，故存在的誤差比較大。但從測(cè)點(diǎn)整體趨勢(shì)上看，可知測(cè)點(diǎn)4風(fēng)速較大，測(cè)點(diǎn)5、6、7風(fēng)速相對(duì)較小，其中測(cè)點(diǎn)6的風(fēng)速最小。實(shí)測(cè)當(dāng)天風(fēng)速較大，風(fēng)速較大區(qū)和靜風(fēng)區(qū)相對(duì)明顯，實(shí)測(cè)結(jié)果有一定的代表性。主要來(lái)流風(fēng)向?yàn)槲髂掀骱臀髂掀?，測(cè)點(diǎn)1、2、3主要無(wú)建筑遮擋，所測(cè)值相接近。綜合(圖3)西南風(fēng)向的計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬結(jié)果看，測(cè)點(diǎn)4主要風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)，位于三條道路的交叉口，從西南方向的風(fēng)碰到8#樓形成下沖風(fēng)，同時(shí)9#、10#樓對(duì)風(fēng)向產(chǎn)生影響，使測(cè)點(diǎn)4處的風(fēng)環(huán)境比較紊亂，且風(fēng)速較大。而測(cè)點(diǎn)5、6、7均處于建筑背面風(fēng)影區(qū)，導(dǎo)致風(fēng)速較低。

將上午10:00～11:00的來(lái)流風(fēng)速和風(fēng)向作為模擬的條件進(jìn)行模擬，可得測(cè)點(diǎn)1～7的模擬風(fēng)速，分別為3.39m/s、1.36m/s、3.26m/s、3.2m/s、1.2m/s、0.33m/s、1.34m/s。將其與實(shí)測(cè)風(fēng)速進(jìn)行對(duì)比，如圖5中兩條虛線所示，可以看出，模擬風(fēng)速與實(shí)測(cè)風(fēng)速大小數(shù)值雖存在一定的偏差，但趨勢(shì)分布較一致。其中測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn)3的模擬值大于實(shí)測(cè)值，這是由于該區(qū)域建筑周圍種植有行道樹(shù)和低矮灌木，故模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果存在一定的誤差;測(cè)點(diǎn)4實(shí)測(cè)風(fēng)速大于模擬風(fēng)速，原因是測(cè)點(diǎn)4位于交叉口，實(shí)際風(fēng)環(huán)境相比模擬更加復(fù)雜;測(cè)點(diǎn)2、5、6、7實(shí)測(cè)值與模擬值相差不大，故實(shí)測(cè)值有一定的參考意義。

4 結(jié)論

本文通過(guò)PHOENICS軟件對(duì)杏林灣運(yùn)營(yíng)中心風(fēng)環(huán)境舒適性和危險(xiǎn)性進(jìn)行模擬分析與評(píng)價(jià)，主要結(jié)論有:

(1)在夏季、過(guò)渡季節(jié)、建筑人行區(qū)域的總體風(fēng)環(huán)境良好;可以利用一些導(dǎo)風(fēng)措施(如可調(diào)節(jié)格柵)的導(dǎo)風(fēng)和阻風(fēng)作用，進(jìn)一步增加風(fēng)環(huán)境舒適性;在建筑設(shè)計(jì)中，可以適當(dāng)考慮增加中庭，兼顧高層建筑采光和通風(fēng)要求;冬季部分區(qū)域風(fēng)速大于5m/s，應(yīng)對(duì)風(fēng)速較大區(qū)域采取防風(fēng)措施，如種植適應(yīng)本土的高大喬木。

(2)過(guò)渡季節(jié)和冬季，風(fēng)環(huán)境出現(xiàn)最不利點(diǎn)的位置相同，主要位于5#樓、11#樓和12#樓，可以在建筑周圍種植樹(shù)木和灌木，降低風(fēng)環(huán)境的不利影響。

(3)在大風(fēng)速下，片區(qū)大于7級(jí)風(fēng)(13m/s)的區(qū)域達(dá)到74％，大于17.5m/s危險(xiǎn)風(fēng)速的區(qū)域達(dá)到66.19％，風(fēng)速大于50m/s的區(qū)域達(dá)到0.6％，故宜對(duì)片區(qū)9#、10#、11#、12#樓做出防強(qiáng)風(fēng)措施:在人行區(qū)域較大風(fēng)速區(qū)種植根系發(fā)達(dá)的行道樹(shù)，以達(dá)到減弱風(fēng)速的目的;加固高層建筑的玻璃、窗框、幕墻、遮陽(yáng)等可活動(dòng)性構(gòu)件連接;加強(qiáng)管理，在強(qiáng)風(fēng)來(lái)臨之際盡量避免車輛、構(gòu)筑物、路燈等重物被風(fēng)吹起;劃分風(fēng)速區(qū)域，放上警示牌提醒行人盡量走風(fēng)速較低的區(qū)域。

(4)將模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比可得，該區(qū)域模擬風(fēng)速分布與實(shí)測(cè)情況較一致，但大小存在一定的誤差，這是由于模擬時(shí)未考慮植被對(duì)風(fēng)環(huán)境的影響。

［1］許偉，李慶祥，楊仕超．建筑風(fēng)環(huán)境測(cè)試與評(píng)價(jià)研究進(jìn)展與綜述［J］．建設(shè)科技，2013(09):62－63+66．

［2］肖丹玲．建筑風(fēng)環(huán)境人體舒適性指標(biāo)試驗(yàn)研究［J］．城市建設(shè)理論研究，2013(10):1－4．

Comparison of simulated and measured on pedestrian－level wind environment of Xinglin Bay CBD

LAI LinfengRAN MaoyuPENG JunzhiWANG Jianfei
(1．Xiamen Academy of Building Research Group Co．，Ltd．;2．College of Civil Engineering，Huaqiao University，Xiamen 362021)

In order to assess the wind environmental safety and comfort around high－rise buildings in Xiamen，this paper selects Xinglin Bay CBD for the study，by PHOENICS software for different operating conditions of the wind environment simulation．Analysis of simulation results and conclusions show that:(1)In summer，the wind area of the pedestrian is good，and the wind speed is too high leads to decreased comfort in winter and transition season．(2)The probability of occurrence of danger in the windy weather pedestrian area is high，which needs attention．(3)Comparing the simulation results with the measured data，we can obtain the wind velocity distribution is more consistent，and the data has a certain error．The second，according to the comfort and safety of wind environment，put forward the corresponding measures and suggestions．

High－rise buildings;Wind environmental assessment;Numerical simulation;Measured contrast

TU－023

:A

:1004－6135(2017)01－0032－04

賴林鳳(1992．9－)，女。

E-mail:413817463@qq．com

2016－10－19