蔡攀峰，彭蓉

（長江大學(xué) 城市建設(shè)學(xué)院，湖北荊州 434020）

1 沙市勝利街民居概況

1.1 沙市基本氣候條件

荊州市沙市區(qū)位于湖北省中南部，江漢平原腹地，地處夏熱冬冷氣候區(qū)，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候。沙市區(qū)四季分明，年平均溫度13 ℃，冬季盛行風(fēng)向西北風(fēng)，夏季盛行風(fēng)向東南風(fēng)。當(dāng)?shù)孛窬咏ㄖ嚎臻g風(fēng)環(huán)境設(shè)計應(yīng)同時兼顧夏季通風(fēng)和冬季防寒的要求。

1.2 民居特點與場地概況

沙市勝利街民居建筑群以江漢平原荊楚風(fēng)格為主，建筑大多數(shù)屬于清朝時期的建筑，極少數(shù)為明朝和民國時期民居，具有典型的荊楚地域性風(fēng)格特征。前店后宅是勝利街常采用的分區(qū)布置形式，建筑高度多為2～3 層，建筑平面多為合院式并由多進多厝院落組成，多為四進到八進院落。

勝利街整體呈西北-東南走向，全長約1.5km，其被江漢南路分為東、西兩部分，本文主要研究西段。此段東起于大賽巷，西至沙隆達廣場，全長約480m，面積約8 公頃。周邊建筑的高度和形態(tài)對勝利街的風(fēng)環(huán)境有一定的影響，所以本文調(diào)研了勝利街周邊建筑的高度。勝利街西北邊有11 層、14 層、15層和28 層的高層住宅；北邊大多為7～8 層的住宅，多為上世紀(jì)建設(shè)的老舊居民小區(qū)，一層也有少許商業(yè)功能，如圖1。也有個別3～4 層的建筑；南邊大多為5～6 層的住宅建筑；東南角建有一棟14 層的現(xiàn)代化辦公建筑。

圖1 勝利街周邊建筑形態(tài)（來源：作者自攝）

2 風(fēng)環(huán)境的建立與評價標(biāo)準(zhǔn)

2.1 建立模型

根據(jù)勝利街的調(diào)研測繪結(jié)果，通過CAD 軟件繪制勝利街街區(qū)及周邊可能對其風(fēng)環(huán)境有影響的區(qū)域的建筑輪廓。然后將CAD 線稿導(dǎo)入SketchUp 軟件中結(jié)合測繪數(shù)據(jù)建立簡化的三維模型。目前許多論文已經(jīng)證明Phoenics 軟件可以準(zhǔn)確模擬建筑群外部空間風(fēng)場環(huán)境[1-3]，因此本文采用了Phoenics 軟件模擬分析，并采用標(biāo)準(zhǔn) k-ε 湍流模型進行勝利街的室外風(fēng)場環(huán)境的建模與計算模擬分析。

2.2 條件設(shè)定

荊州地屬夏熱冬冷地區(qū)，一年中夏季和冬季占大部分時間，所以本文僅針對于沙市勝利街典型的夏季和冬季進行分析。根據(jù)《綠色建筑設(shè)計與工程驗收標(biāo)準(zhǔn)》DB42/T1319—2017 中表C.5 可知[4]，沙市冬季盛行風(fēng)向西北風(fēng)，平均風(fēng)速2.1m/s；夏季盛行風(fēng)向東南風(fēng)，平均風(fēng)速為2.83 m/s，因此選取上述風(fēng)向和風(fēng)速數(shù)據(jù)作為勝利街建筑群CFD 模擬的數(shù)值。建筑室外風(fēng)環(huán)境的評估主要針對的是人行活動區(qū)域1.5m 高處的舒適度，所以在Phoenics 軟件中應(yīng)設(shè)置1.5m 高處的風(fēng)速和風(fēng)壓為評估對象。

2.3 評價標(biāo)準(zhǔn)

《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50378—2019 中指出：場地內(nèi)人活動區(qū)不應(yīng)出現(xiàn)渦旋或無風(fēng)區(qū)；在冬季典型風(fēng)速和風(fēng)向條件下，建筑物周圍人行區(qū)距地高1.5m 處風(fēng)速小于5m/s，除迎風(fēng)建筑外，建筑迎風(fēng)面與背風(fēng)面表面風(fēng)壓差不大于 5Pa[5]。國外也有作者通過大量實驗提出，室外使人舒適的風(fēng)速應(yīng)當(dāng)介于1.6～3.3m/s 之間，風(fēng)速大于3.4m/s 小于5.4 m/s 僅適合人短時間親站立或行走，室外風(fēng)速大于5.4m/s 會使人感到不適甚至行動不便。

3 CFD 模擬與結(jié)果評價

3.1 室外風(fēng)速特點

分析居民對于建筑外部風(fēng)環(huán)境的感受一般采用地面以上1.5m 高處作為模擬計算分析對象。如圖2 為勝利街及周邊建筑冬季位于地面1.5m 高度處的CFD 風(fēng)速模擬分析圖，其中紅色虛線所框部分是勝利街歷史街區(qū)，其它部分為周邊建筑。從圖1 中可以看出大部分勝利街歷史街區(qū)風(fēng)速小于1.09m/s，這遠(yuǎn)小于《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》中所以要求的5m/s 的要求。本研究選取沙市冬季平均風(fēng)速2.1 m/s，但街區(qū)內(nèi)風(fēng)速下降明顯，其原因是西北主要來風(fēng)向西北方有11～28 層的高層建筑遮擋，正北方也有4～5 層的多層建筑遮擋，這使得勝利街街區(qū)內(nèi)的風(fēng)速得以緩和。沙市區(qū)地處夏熱冬冷地區(qū)，冬季空氣較濕潤，氣溫較低，如若室外風(fēng)速較高，體感溫度會低于氣溫，使人們感覺寒冷。勝利街歷史街區(qū)冬季被北方大部分建筑遮擋，這使街區(qū)內(nèi)大部分室外風(fēng)速低于1.09m/s，所有室外部分低于1.96m/s，勝利街歷史街區(qū)內(nèi)冬季室外風(fēng)速宜人[6]。

圖2 冬季風(fēng)速模擬（來源：作者自繪）

圖3 是勝利街及周邊建筑夏季位于地面1.5m 高度處的CFD 風(fēng)速模擬分析圖，其中紅色虛線所框部分是勝利街歷史街區(qū)，其它部分為周邊建筑。由圖2 可見街區(qū)內(nèi)夏季風(fēng)速大部分低于2.78m/s，極少部分地區(qū)達到3.7～4.17m/s。雖然符合《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》低于5m/s 的要求，但國外Soligo 等人的研究指出室外使人舒適的風(fēng)速應(yīng)當(dāng)介于1.6～3.3 m/s 之間[7]。處于夏熱冬冷地區(qū)的沙市區(qū)夏季氣溫較高，空氣濕度較大，體感溫度較高，人們感覺炎熱。然而夏季風(fēng)速越大體感溫度越低，人們感覺更舒適。而CFD 模擬顯示勝利街存在0.46m/s 風(fēng)速以下的靜風(fēng)區(qū)，基本沒有風(fēng)感。其產(chǎn)生的原因是勝利街街區(qū)內(nèi)道路密集，建筑密度高，周邊建筑高度較高阻礙了空氣流通，這使得街內(nèi)室外悶熱，優(yōu)化夏季風(fēng)速是勝利街歷史街區(qū)風(fēng)環(huán)境改造的主要方向。

圖3 夏季風(fēng)速模擬（來源：作者自繪）

3.2 室外風(fēng)壓特點

圖4 和圖5 分別是沙市勝利街及其周邊建筑冬季和夏季位于地面1.5m高度處的室外風(fēng)壓模擬分析圖，其中紅色虛線所框部分是勝利街歷史街區(qū)，其它部分為可能影響其風(fēng)壓分布的周邊建筑。由圖可知，冬季在歷史街區(qū)內(nèi)的風(fēng)壓介于-1.92～0.91Pa之間，這顯著低于《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》中建筑迎風(fēng)面與背風(fēng)面表面風(fēng)壓不大于5 Pa 的要求，夏熱冬冷地區(qū)冬季陰冷，較小的室外風(fēng)壓差能有效緩解荊州地區(qū)冬季風(fēng)壓過大造成的老舊小區(qū)門窗漏風(fēng)等問題。

圖4 冬季風(fēng)壓模擬（來源：作者自繪）

圖5 夏季風(fēng)壓模擬（來源：作者自繪）

勝利街夏季室外風(fēng)壓差則介于-2.00～2.00Pa 之間，同樣也符合《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》中建筑迎風(fēng)面與背風(fēng)面表面風(fēng)壓不大于5 Pa 的要求。并且大部分風(fēng)壓值都介于0～1Pa 之間，這表明了勝利街歷史街區(qū)內(nèi)氣流分布合理，不存在渦旋區(qū)和大風(fēng)區(qū)。但考慮到沙市地區(qū)夏季潮濕悶熱，過低的風(fēng)壓差也影響了場地內(nèi)空氣流通，使得體感溫度較高。

4 勝利街民居街巷空間風(fēng)環(huán)境優(yōu)化策略

根據(jù)上文的CFD 模擬分析結(jié)果，可見主要的問題有：勝利街外圍一圈建筑高度過高形成遮擋；街區(qū)內(nèi)部本身建筑密度過高；街巷內(nèi)道路尺度過小。這導(dǎo)致了地處夏熱冬冷地區(qū)的勝利街在炎熱濕潤的夏季通風(fēng)性很差，體感溫度較高，夏季風(fēng)環(huán)境問題亟待解決。

可從以下幾點進行改善：（1）調(diào)整街區(qū)內(nèi)部道路：勝利街內(nèi)部多為石板路面，其中最寬的主街寬度為5m 左右，并且道路多為建筑建好后自然形成的，形態(tài)趨于不規(guī)則，并不筆直。在后續(xù)的改造中，可以拆除部分占用道路的違章建筑或構(gòu)筑物，減少道路通行阻礙，讓風(fēng)順利通過，形成穿堂風(fēng)，以改善夏季通風(fēng)不良的現(xiàn)狀；（2）減少街區(qū)內(nèi)部建筑密度：勝利街作為歷史建筑，多始建于清代，因此內(nèi)部建筑密度過高，雖其特有的“四水歸堂”式建筑布局形態(tài)有一定的拔風(fēng)效應(yīng)，但建筑密度過高使得街區(qū)內(nèi)部通風(fēng)仍然不佳。在改造設(shè)計中，應(yīng)著重于少量拆除原有建筑或構(gòu)筑物，降低古建筑群建筑密度，這才能使其它建筑的風(fēng)環(huán)境改善，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展；（3）優(yōu)化勝利街南部建筑高度：沙市夏季主導(dǎo)風(fēng)向為東南，然而在規(guī)劃階段對于勝利街風(fēng)環(huán)境的欠考慮，使得勝利街東南部建有14 層的辦公建筑，并且南部存在大量5～6 層的高密度多層住宅建筑?？紤]到建筑高度過高對勝利街風(fēng)環(huán)境的影響，在對南部老舊居民區(qū)的后續(xù)規(guī)劃設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)著重控制建筑高度，避免其對勝利街風(fēng)環(huán)境的影響。