師曉帆

(遼寧省生態(tài)環(huán)境事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 沈陽 110161)

1 引言

在城鎮(zhèn)化高速發(fā)展的背景下，難以避免產(chǎn)生各種各樣的城市問題，如城市大量集聚的大氣污染物就嚴(yán)重影響了城市居民的生產(chǎn)生活環(huán)境。把風(fēng)環(huán)境模擬技術(shù)引入城市空間營造中，基于流體力學(xué)理論，應(yīng)用ENVI-met軟件對設(shè)計地塊進(jìn)行模擬分析。通過對設(shè)計地塊的通風(fēng)環(huán)境問題進(jìn)行總結(jié)，并提出優(yōu)化原則與優(yōu)化目標(biāo)。后期對方案在城市布局與形態(tài)層面、道路系統(tǒng)層面、街區(qū)與建筑布局層面等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，達(dá)到優(yōu)化地塊空間布局、改善其風(fēng)環(huán)境、實現(xiàn)大氣污染物擴(kuò)散的目的。

2 研究區(qū)與研究方法

2.1 研究區(qū)概況

奧體中心區(qū)域位于遼寧省沈陽市渾南新區(qū)，是渾南新區(qū)城市空間特征較為代表性的區(qū)域，也是大氣環(huán)境污染較為嚴(yán)重的區(qū)域之一。該區(qū)域存在不少高密集建筑群，通風(fēng)也相對不佳。該地塊北鄰渾河，南鄰渾南大道，東臨富民南街，西鄰青年大街，周邊均為城市主干道，多條主干道相交位置，擁有渾南地區(qū)最大的人流與車流，大氣污染物問題較周邊區(qū)域嚴(yán)重。

2.2 模擬軟件

研究采用ENVI-met三維城市微氣候模擬軟件，軟件版本是ENVI-met4.4.4，其模擬的水平分辨率為2～10 m的尺度網(wǎng)格，網(wǎng)格模數(shù)為150×150，模擬時間一般為24～48 h。ENVI-met是由三維的模型，包括土壤、大氣以及植被模型組成，其在三維模型內(nèi)主要可以設(shè)置建筑、植被、水體、下墊面以及污染源等，由一個垂直方向的二軸以及2個水平方向的x，y軸組成。

2.3 研究方法

運用ENVI-met軟件模擬奧體中心區(qū)域的現(xiàn)狀大氣污染物濃度?；诂F(xiàn)狀濃度分布情況分析大氣污染物分布特點，在實地調(diào)研基礎(chǔ)上歸納總結(jié)，提出優(yōu)化目標(biāo)。結(jié)合奧體中心區(qū)域空間形態(tài)特征，從城市布局與形態(tài)層面、道路系統(tǒng)層面、街區(qū)與建筑布局層面等提出優(yōu)化設(shè)計策略進(jìn)行空間形態(tài)優(yōu)化。最后運用ENVI-met軟件模擬奧體中心區(qū)域的優(yōu)化后大氣污染物濃度，驗證優(yōu)化策略的有效性。

3 研究區(qū)大氣污染物濃度現(xiàn)狀與優(yōu)化目標(biāo)

3.1 大氣污染物現(xiàn)狀濃度模擬

本節(jié)對奧體中心區(qū)域進(jìn)行大氣污染物濃度分布模擬。依據(jù)沈陽全年氣候條件，在參數(shù)設(shè)置上風(fēng)向選擇冬季主導(dǎo)風(fēng)向北風(fēng)風(fēng)向，在風(fēng)速上選擇沈陽冬季平均風(fēng)速2.9 m/s作為邊界條件。在污染源布置上以周邊道路做為線源污染為主，地塊內(nèi)部適當(dāng)布置點源污染為輔。

從模擬結(jié)果可以看出，道路的線源污染難以擴(kuò)散，同時區(qū)域內(nèi)部部分建筑同時背風(fēng)面存在大氣污染物集聚的現(xiàn)象，容易使得空氣難以流動，容易造成有害空氣污染物的堆積，尤其在沈陽冬季的采暖期內(nèi)，大氣污染物容易積聚于街區(qū)內(nèi)，難以迅速擴(kuò)散，將對居民的健康產(chǎn)生危害。

3.2 現(xiàn)狀問題總結(jié)

3.2.1 街區(qū)形式問題

奧體中心區(qū)域的街區(qū)劃分存在部分街區(qū)尺度過大的問題，對內(nèi)部的通風(fēng)產(chǎn)生較大的影響。同時，在朝向上，部分街區(qū)未能順應(yīng)城市主導(dǎo)風(fēng)向布置，對主導(dǎo)風(fēng)向產(chǎn)生一定程度的遮擋。導(dǎo)致地塊內(nèi)部形成大面積的靜風(fēng)區(qū)域，一方面阻礙了來流順利進(jìn)入街區(qū)內(nèi)，另一方面使得氣流難以從街區(qū)內(nèi)流出，導(dǎo)致街區(qū)內(nèi)局部的風(fēng)通路的阻塞。同時奧體中心區(qū)域緊鄰作為城市天然氧源的渾河，渾河又是城市天然風(fēng)廊之一，空氣質(zhì)量較好。內(nèi)部街區(qū)的形態(tài)對新鮮空氣以及風(fēng)的導(dǎo)入能力有待提高。內(nèi)部缺少主次分明的開放空間組成的導(dǎo)風(fēng)路徑。

3.2.2 建筑形式問題

奧體中心區(qū)域內(nèi)部的建筑多為長條型板式建筑，迎風(fēng)面積較大，對來風(fēng)產(chǎn)生了較大阻礙，同時建筑的布置位置等也有不足。

3.3 優(yōu)化原則與目標(biāo)

3.3.1 優(yōu)化原則

通過對渾南新區(qū)的大氣污染物與城市空間形態(tài)的分析得知，城市空間形態(tài)對大氣污染物的濃度有著重要影響?；谇罢鹿?jié)具體優(yōu)化策略，本章對其進(jìn)行應(yīng)用實踐，對奧體中心區(qū)域的優(yōu)化應(yīng)從城市布局與形態(tài)、道路系統(tǒng)、街區(qū)與建筑布局3個層面進(jìn)行優(yōu)化。在優(yōu)化過程中，從經(jīng)濟(jì)利益上保證原新舊方案容積率基本不大，并使街區(qū)大氣污染物濃度降低。

3.3.2 優(yōu)化目標(biāo)

對渾南新區(qū)奧體中心區(qū)域進(jìn)行空間形態(tài)優(yōu)化設(shè)計，要在多個層面進(jìn)行考量。奧體中心區(qū)域大氣污染物濃度偏高，并且通風(fēng)能力相對較差。在研究中應(yīng)分析現(xiàn)區(qū)域存在的問題，通過對空間形態(tài)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，以使大氣污染物濃度有效降低，改善大氣環(huán)境。本次優(yōu)化以實現(xiàn)大氣污染物濃度有效降低為優(yōu)化城市大氣環(huán)境的體現(xiàn)，同時盡量避免在建筑之間產(chǎn)生大氣污染物的沉積。

4 空間形態(tài)優(yōu)化

奧體中心區(qū)域優(yōu)化設(shè)計為街區(qū)中尺度城市設(shè)計，在優(yōu)化策略運用上，運用了城市布局與形態(tài)層面、道路系統(tǒng)層面、街區(qū)與建筑布局層面3個層面的優(yōu)化策略。

4.1.1 城市布局與形態(tài)層面優(yōu)化

基地緊鄰渾河，渾河是天然的氧源綠地，為基地內(nèi)部提供源源不斷的新鮮空氣。在綠地優(yōu)化方法上，在基地內(nèi)部布置進(jìn)氣口，與渾河與渾河綠地相結(jié)合，并結(jié)合通風(fēng)廊道形成有機(jī)的綠地體系。同時在部分適宜進(jìn)行屋頂綠化的公共建筑的屋頂進(jìn)行綠化設(shè)計，在豐富第五立面的同時進(jìn)一步加強(qiáng)對大氣污染物的消減作用。

4.1.2 道路系統(tǒng)層面優(yōu)化

窄街區(qū)密路網(wǎng)有利于加強(qiáng)通風(fēng)能力，在設(shè)計中調(diào)整街區(qū)走向與尺度，通過對基地內(nèi)部的路網(wǎng)進(jìn)行加密，使得對地塊原有的大街區(qū)進(jìn)行分割，同時使之形成兩個小街區(qū)，更利于通風(fēng)能力的提高。

4.1.3 街區(qū)與建筑布局層面優(yōu)化

(1)設(shè)置通風(fēng)廊道。在基地內(nèi)部依托道路，布置四條通風(fēng)廊道，使風(fēng)可以從基地內(nèi)部貫通。同時對通風(fēng)廊道周邊的建筑高度進(jìn)行控制，形成倒梯形的街道峽谷斷面。

(2)適當(dāng)布置開放空間。在基地內(nèi)部調(diào)整開放空間與建筑的位置關(guān)系，首先對通風(fēng)廊道節(jié)點處布置開放空間，強(qiáng)化通風(fēng)廊道的通風(fēng)效應(yīng)。其次對于高密度街區(qū)內(nèi)部，設(shè)置開放空間，以保證街區(qū)形態(tài)不至于過于密集而導(dǎo)致大氣污染物的集聚。

(3)建筑布局優(yōu)化。在基地內(nèi)部對現(xiàn)有建筑形式進(jìn)行優(yōu)化。首先對部分建筑的形式進(jìn)行優(yōu)化，使其從大迎風(fēng)面的形式，通過打破、變形等方式，轉(zhuǎn)變?yōu)樾∮L(fēng)面的建筑布局形式。同時對于高層建筑與群房關(guān)系影響行人區(qū)通風(fēng)的建筑進(jìn)行調(diào)整。

4.2 優(yōu)化后奧體中心區(qū)域大氣污染物濃度模擬

通過調(diào)整奧體中心區(qū)域存在的街區(qū)形式問題與建筑形式問題。進(jìn)行街區(qū)的空間形態(tài)改造，對街區(qū)的尺度和走向進(jìn)行優(yōu)化，對開放空間進(jìn)行梳理，對通風(fēng)廊道進(jìn)行設(shè)立。同時調(diào)整建筑形態(tài)與綠地景觀布置，增加大氣污染物的擴(kuò)散。在這樣的城市街區(qū)空間優(yōu)化策略的調(diào)整下，街區(qū)大氣污染物濃度較優(yōu)化前相比，整體街區(qū)空間中，幾乎不存在的大氣污染物高濃度區(qū)，而且同樣位于高度5 m的水平截面，出現(xiàn)大氣污染物不連續(xù)的空間現(xiàn)象，明顯較優(yōu)化前的大氣污染物濃度降低(圖1)。

圖1 奧體中心區(qū)域改造后大氣污染物濃度模擬(圖片來源：ENVI-met)

從圖1中模擬結(jié)果可以看出，奧體中心區(qū)域在改造后的道路線源污染大幅度減少，并且建筑背風(fēng)區(qū)的大氣污染物濃度也顯著降低。本文對奧體中心區(qū)域運用前文提出的優(yōu)化設(shè)計方法進(jìn)行設(shè)計，得出有利于降低大氣污染物濃度的街區(qū)空間布局形態(tài)，優(yōu)化后的效果達(dá)到了優(yōu)化目標(biāo)。

5 結(jié)論

研究選取沈陽市渾南新區(qū)奧體中心區(qū)域，以城市規(guī)劃視角出發(fā)，通過對城市空間形態(tài)優(yōu)化設(shè)計方法進(jìn)行應(yīng)用，優(yōu)化奧體中心區(qū)域的空間形態(tài)，以區(qū)域大氣污染物濃度變化作為優(yōu)化效果的反映。通過對城市布局與形態(tài)、道路系統(tǒng)、街區(qū)與建筑布局3個層面的優(yōu)化，形成新的城市空間形態(tài)。通過驗證后的奧體中心地區(qū)大氣污染物濃度變化，證明優(yōu)化策略具有可行性。