基于室外风环境与热舒适度的城市设计改进策略——以北京西单商业街为例

Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｕ ｒｂａｎ Ｄｅｓｉｇｎ Ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｏｕｔｄｏｏｒ Ｗｉｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎ－
Ｃｏｍｆｏｒ卜一Ａ ｍｅｎｔ ａｎｄ Ｔｈｅｒｍａｌ
Ｃａｓｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｘｉｄａｎ Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ
Ｄｉｓｔｒｉｃｔ
ＳＨｌ Ｙｕａｎ。ＲＥＮ Ｇｈａｏ，ＮＧ Ｅｄｗａｒｄ
（Ｃｈａｎｇ Ｃ Ｈ．Ｍｅｒｏｎｅｙ Ｒ Ｎ，２００３；
Ｓｔａｔｈｏｐｏｕｌｏｓ Ｔ，Ｂａｓｋａｒａｎ Ａ，１ ９９６；
Ｓｔａｔｈｏｐｏｕｌｏｓ Ｔ。ＷＵ Ｈ，１９９５），
在热舒适度评价方面。相关评价指 标众多，其中由Ｆａｎｇｅｒ教授创立的ＰＭＶ 模型（Ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ Ｍｅａｎ Ｖｏｔｅ Ｍｏｄｅｌ） （Ｆａｎｇｅｒ Ｐ ０。１９７２）综合考虑了人的活 动特征，人体能量平衡以及着装的隔热 性能，因其设定更贴近人体感受且评价 结果客观而被广泛的应用，其最初主要 被应用于室内热舒适度分析，后被Ｇ．
２．６ ２．８ ３．Ｉ ３．２ ２．９ ２．５ ２Ｉ １．８
２．０
２ｌ
图４北京夏季风玫瑰（左）与冬季风玫瑰｛右）
瘸襞鳓Ｆ一： ，‘ｔ’ｍｄ Ｉ＇Ｏ～Ｃ ｃｈａｒｔ ｈ＇ｆｔ）ａｎｄ ｗｉｎｔｅｒ［１ｉｌｌｅ ｎ ｍｄ Ｈ，≮ｃ‘ｃｈ。｜Ｈ ｏｔ—ｌ｛ｃｕｍｇ（ｒｉｇ
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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｒｂａｎ ｏｕｔｄｏｏｒ ｗｉｎｄ ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｐｌａｙｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ
ｉｎ ｄｅｆｉｎｉｎｇ ｕｒｂａｎ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｌｉｆｅ．Ｉｎ ｔｅｒｍｓ ｏｆ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ｓｔｒｅｅｔｓ，ｗｉｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎ—
ｃａｓｅ ｓｔｕｄｙ．Ｂｙ ｔａｋｉｎｇ ｉｎｔｏ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏｃａｌ ｃｌｉｍａｔｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ＣＯｌＴｅ—
ｓｐｏｎｄｉｎｇ ｕｒｂａｎ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓｓｕｅｓ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ
ｄｅｓｉｇｎ；ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｃｔ
中图分类号ＴＵ９８４ 文献标识码Ａ 文章编号１０００—３３６３（２０１２）０５—００９２—０７
作者简介 史源，香港中文大学建筑学院，硕士生，
ｓｈｉｙｕａｎｌ９８８０８１６＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ 任超，香港中文大学建筑学院，博士后研究
员，ｒｅｎｃｈａｏ＠ｃｕｈｋ．ｅｄｕ．ｈｋ 昊恩融，香港中文大学建筑学院。教授，
史源 任超 吴恩融 基于室外风环境与热舒适度的城市设计改进策略一以北京西单商业街为例
——以北京西单商业街为例
史源 任超 吴恩融
提要 城市室外风热环境对于城市生 活品质起着不容忽视的作用，对于城市室 外公共空间，如商业街，行人层高度风环 境与热舒适度的优劣对其商业价值有着直 接的影响。选取北京西单商业街为案例进 行研究，基于北京夏季炎热高温冬季寒冷 风强的地域气候特征，结合其数次城市设 计环境改造，通过数值模拟手段，对北京 西单商业街冬夏两季室外开放空间行人层 风环境与热舒适度进行综合评价，针对现 存导致室外风热环境恶化的城市设计问题 提出改进措施，并总结提升城市户外风热 环境品质的普适性城市设计策略。结果可 从户外舒适度的角度提供同类型商业街区 的城市设计参考，从而创造宜居的城市户 外环境与空间。 关键词 风热环境；数值模拟；城市设 计：商业街区
见，春秋两季北京室外环境宜人，风环 境不舒适的情况可能伴随强风天气…现 于冬季．热舒适度低的情况则有可能伴 随着高温天气ｍ现于夏季，．
，
２ 研究方法
２．１研究方法 随着计算机模拟技术的进步，映ｊ：
汁算流体，Ｊ’攀歼发的数值模拟软件也被 广泛应用于城市环境研究领域，其中城 市微气候模刭ＥＮＶＩ—ｍｅｔ涉及ｒ包括ｉｆ－ 算流体力学．热力学以及城市‘ｔ象学等 多个模刷体系，因而可以对复杂城市环 境内的微气候状况以及相臆环境下人体
Ｊｅｎｄｒｉｔｚｋｙ．（Ｊｅｎｄｒｉｔｚｋｙ Ｇ，Ｎｔｉｂｌｅｒ Ｗ，
１９８ １）拓展应用于城市室外热舒适度评 价。
作为北京最重要的商业街区之一， 西单商业街同时承载着购物、休闲、娱 乐与文化体验多重功能。该商业街发展 模式在北京市乃至全园范同内为数众多 的商业街区中都具有较高的典型性与代 表性。鉴于西单在城市区域内的蕈要 惟，以及其对城市发展的促进作用，近 １０年内，已经有众多规划师、学者在城 市设计方面对西单商业街进行了相关设 计研究（西单文化广场设计组，２０００）、 （张伟一，梁玮男，２００７）、（梁玮男， ２００９），因而街区城市综合环境和行人舒 适度都得到了比较明显的改善．只是迄 今为止，还没有关于该商业街风环境与 行人热舒适的研究：
２．２建模与参数设置 根据北京的地理位置．案例街区的
尺寸，以及建筑物分布位置及高度，在 城市微气候分析模型ＥＮＶｉ—ｍｅｔ中建立 ＣＦＤ分析网格，并依据街区实际情况对 街区内建筑物，植物覆盖绿化分布以及 下垫面属性进行建模（图５），建筑墙体 以及屋顶隔热系数等热ｌ：属性参数则依 照现行相火同家标准没定（ＧＢ ５０１７６—１９９３），初始风环境分别依据北 京冬夏两季主导风风向！Ｊ高频风速（罔 ４）没定；ＰＭＶ计算参数没定方【ｆ【ｉ．根 据北京Ｉｌ『民普遍情况，行人步行速度被 没定为３ｋｍ／ｈ（０．８ｒｄｓ），夏零和冬季服装 隔热系数则分别没定为０．３ｃｌｏ和 ２．Ｏｅｌｏ。基于西单商业街主要公共场所营 业时间以及客流高峰时段分布，冬｜Ｉ与 复日上７｝：９：００一１０：００以及Ｆ，｝．．１３：００一１４： ００共４个时段被选定为模拟分析时段，，
ｔｈｅ ｕｒｂａｎ ｏｕｔｄｏｏｒ ｗｉｎｄ ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｍｆｏｒｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｓｉｍｕ—
ｌａｔｉｏｎ．Ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｗｉｎｄ ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｒｅ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ ａｎｄ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄ— ｉｎｇ ｕｒｂａｎ ｄｅｓｉｇｎ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ａｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ．Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｒｅｓｕｌｔ ｉｓ ｅｘｐｅｃｔｅｄ ｔｏ ｂｅ ｓｈａｒｅｄ ｂｙ ｕｒｂａｎ ｄｅｓｉｇｎｅｒｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｅｓｓｏｎｓ ｌｅａｒｎｔ ｍａｙ ｈｅｌｐ ｉｎ—
ｆｏｒｍ ｓｉｍｉｌａｒ ｓｔｒｅｅｔ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ｉｎ ｈｉｇｈ－－ｄｅｎｓｉｔｙ ｃｉｔｉｅｓ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｕｒ··
ｂａｎ ｌｉｖａｂｉｌｉｔｙ ０６ｊｅｃｔｉｖｅｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉｎｄ ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｕｒｂａｎ
２６．（）
３０．２
３０．９
２９．７
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１９．Ｉ
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最低平均气温
Ａｖｇ．１０ｗ（。Ｃ）
－８ ４ —５．６ ０４ ７．９ １３．６ ｌ Ｓ．８ ２２０ ２０．８ １４．８ ７．９
泓度
Ｈｕｍｉｄｉｔｙ．ｆ％１
４４ ４４ ．４６ ４６
５３
６ｌ ７５ ７７ ６８ ６ｌ
ｊ｝￡均风速
Ｗｉｎｄ Ｓｐｅｅｄ（ｍｔｓ）
舒适程度进行详细的解析．ＥＮ ＶＩ—ｍｅｔ在
城市室外环境舒适度分析方面适用性 高，模拟结果准确（Ｂｒｕｓｅ Ｍ，２０００）， 因而被选择运用于西单商业街冬夏两季 的城市风热环境模拟分析；其中行人高 度风速（ｍ／ｓ）与ＰＭＶ预测平均投票数（Ｐｒｅ． ｄｉｅｔｅｄ Ｍｅａｎ Ｖｏｔｅ Ｖａｌｕｅ）分别用于街区 风环境与热舒适度的评价。
万方数据
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图１西单商业街区位图
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资料皋；永：作静绘彬
行人层高度风速是室外风环境舒适 与否的决定因素．１９６０年代，风洞 （Ｗｉｎｄ Ｔｕｎｎｅｌ）的应用使得对建筑周边 气流运动的准确模拟成为可能，进而建 筑空气动力学被广泛的应用于室外风环 境的研究（Ｂｅｒｔ Ｂｌｏｅｋｅｎ．Ｊａｎ Ｃａｒｍｅ— ｌｉｅｔ，２０１ １）．而伴随着计算机模拟技术的 进步，计算流体力学模拟以其相比于风 洞模拟更为灵活高效节约成本的特点被 更广泛地应用于建筑群风环境研究领域
季风大陆性气候区，在中【竭建筑气候区 划（同济大学建筑与城市规划学院， ２００４）中属于第二分区一寒冷分区．北京
气候的主受特点足四季分明ｉ，春季干 旱．复季炎热多雨，秋季天高气爽，冬 季寒冷ｔ二燥；Ｊｘ【向有明显的季节变化， 冬季盛行西北风，夏季盛行东南风（图 ４），从北京的伞年气象数据（表１）ｒｆｌ可
包括西单文化广场、中困银行、西草图 书大厦．以及许多大型百货商店（网 ３）。从街区现状地形图可以清楚的发 现。和北京旧城内大部分区域相似，地 区原有的分散式小尺度城市肌理被大体 量建筑的“肿瘤式”发展模式所取代， 街区内原有小体量建筑已经？肖失殆尽 （陈熹微，史源，２０１１）。建筑体量过大 既可能产生楼宇风．也可能阻碍城市通 风．从而导致城市街区室外风热环境恶 化。
Ｆｉｇ．２
图２西单商业街各时段客流量分布图
ＨｏｕｒＬｙ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ｔｒａｌ隔ｃ ｆｌｏｗ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｈａｒｔ ｏｆ Ｘｉｄａｎ ｃｏｎｌｍｅｒｃｌａｌ ｓ”ｃｅｔ
资料采源：西单商业街客流量现状调查报告
１ 案例概况
１．１北京西单商业街现状
西单是北京历史最悠久的三大商业
街区之一（图１），西单商业街南起宣武 门，北至新街口豁口，其中地铁西单站 与灵境胡同站之间的区域人流最为密 集，其平日１３均人流量约为１４．５万人， 双休日日均人流量约为１６万人，而节日 期间日均人流量则高达２３万人（图２） （北京西城区统计局，２００４）：此区域内
Ｔａｂ Ｉ Ｈｎｃｔ‘ｃｌｉｍａｔｅ ｄａｔａ ａｂｏｕｔ ｈｉｇｈｅｓｔ ａｖｅｒａｇｅ（Ａｖｇ．ｈｉｇｈ）ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｌｏｗｅｓｔ ａｖｅｒａｇｅ 阳１１１ｐｃｒＪｃＬｌｒｃ（Ａ。辱 ｌｏｗ）。ｈｕｍｉｄｉｇ＇ａｎｄ ａｖｅｒａｇｅ ｗｉｎｄ ｓｐｅｅｄ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ ｆｒｏｍ １９７１—２ｔ１０（
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图５西单商业街地形图（左）与ＥＮＶＩ—ｍｅｔ模型（右
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１．２北京气候特征分析 北京在气候区划中属暖温带半湿润
图３西单商业街地形图
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万方数据
史 源 任超 吴恩融 基于室外风环境与热舒适度的城市设计改进策略一以北京西单商业街为例
表１ 北京（１ ９７１—２０００）气候平均数据，最高平均气温，最低平均气候，湿度以及平均风速
ｅｄｗａｒｄｎｇ＠ｃｕｈｋ ｅｄｕ．ｈｋ
Ｉｔｓ＊－着全球城市化水平的迅速提升，越来越多的城市居民将面对包括热岛效应在内
｜．刈２日趋严重的城市问题，依据联合国经济社会事务署的预测，到２０５０年，全球
城市居民总数将达到约６２亿人（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｃｏｎｏｍｉｃ ａｎｄ Ｓｏｃｉａｌ Ａｆｆａｉｒｓ Ｕｎｉｔｅｄ Ｎａｔｉｏｎｓ，２０１２），约为当今城市居民总数的１．７倍，创建宜居城市环境也随之成为了当 代城市规划设计学科的关注热点，与此同时，中国的城市化水平也将在未来近４０年 内迅速增长近三成达到７７．３％，因此中国城市对于室外环境研究有着更为急迫的需 求。城市室外风热环境对于城市生活品质起着不容忽视的作用，对于城市室外公共 空间，如商业街，行人层高度风环境与热舒适度的优劣对其吸引力与商业价值有着 直接的影响，因此在城市规划与设计过程中，应当充分考虑到室外风热环境品质的 优化与提升。
月份Ｍｏｎｔｈ
一』ｊ Ｊａｎ｛冬） ：ＪＩ ｒ·－ｂｆ冬） ｉ月Ｍａｒ（存１
旧Ｊ｛Ａ¨ｒ（存） ｉｌｉ｛］Ｍａｙ（榫） ／、ｉ』Ｉ，｛ｔｉｌｌ｛碰） Ｌ Ｊ Ｊ Ｊｕｌ（鹱１ 八Ｊ Ｊ ＡＩｌＥ（鹱） 几门如Ｉ，（秋） ｆ．ｊｊ‘，ｔ·“秋）
最高 ｆ均气温Ａｖｇ．ｈｉｇｈ（１：）
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ｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｍｆｏｒｔ ａｔ ｔｈｅ ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ ｌｅｖｅｌ ｈａｖｅ ｄｉｒｅｃｔ ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｍ·
ｍｅｒｃｉａｌ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｅｅｔ．Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｘｉｄａｎ Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ ｉｓ ｃｈｏｓｅｎ ｆｏｒ ｔｈｅ