MK_20.基于数值模拟技术对拟建CBD风环境优化研究——以成都天府新区秦皇寺中央商务区为例

基于数值模拟技术对拟建CBD风环境优化研究

——以成都天府新区秦皇寺中央商务区为例

吴亚芯，柯亚东，古利军

摘要:在我国的城市化进程还在不断加快的同时，经济繁荣的背后也带来了环境问题。雾霾重，热岛强，能耗大成为了大城市的普遍状态。近年来，为了改善恶化的环境质量，住建部开始推行绿色建筑，环保部出台新的环境保护法。相比对既有区域的环境整改，对拟建区域进行可持续环境规划更有意义。本文应用CFD 数值模拟技术，模拟城市拟建中央商务区的自然风环境，参考多种风环境指标，分析拟定方案，并针对方案的风环境问题提出建筑形态优化的调整建议，以达到改善通风环境，提高城市行人舒适度的目标，使城市风环境模拟成为可持续发展城市的重要技术支撑。最后，建议政府相关部门鼓励风环境模拟技术的应用，同时制定城市气候分析图和风环境设计导则，使之成为建设智慧城市实现可持续发展的重要基础资料。

关键词：CBD 风环境 CFD 气候适应性

1 引言

1.1风环境研究现状

城市在快速发展的过程中，常常面临着雾霾、热岛等空气和热环境问题。近年，这些高速城市化进程带来的问题引起专家学者的注意。对于大型城市与气候适应性的共存关系，斯图加特规划机构要求所有规划层面无论大小都要考虑生态气候因素，这是保障城市可持续发展的基本手段之一。斯图加特也随之成了在城市环境治理方面的成功案例[1]。此外，日本通过对城市绿地和风道的优化规划，提高城市的换气效率，改善了生活环境[2]。在2003年，由于香港的高密度建筑使街道通风不畅，导致非典型性肺炎在香港肆意扩散。此事受到全港对风环境○1的极度重视。事后香港规划署通过科学化参数模拟和学术验证制订了都市气候规划建议图和城市设计指引，以期减少城市热负荷、促进空气流通，从而改善生活质量[3]。

虽然斯图加特在改造时考虑到了生态气候因素，先绿化后建设，但是其城市开发强度远没有中国大，对于人均用地紧张的中国来说，城市预留大面积绿地的可操作性并不是很强。对于日本旭川市实施的绿化体与周边河流连接的工程研究看出绿地拼接优于在城市中集中建设绿地，其风道计划如果能与绿化连接结合意义将更加重大。所以，本论文主要达成六项

规划和实施重点：（1）绿化（2）地面覆盖率（3）与开敞空间的距离和联系（4）建筑物体积（5）建筑物通透度（6）建筑物高度，对高建筑密度低风速的区域进行风环境优化[4]。1.2风环境研究在城市设计中的必要性

就城市风环境问题而言，高大密集的建筑群一方面会弱化城市的自然通风，让城市的空气更新速度放缓，让有害气体淤积街道的，恶化城市热岛效应；另外一方面高大紧密的建筑之间会在较大风速时形成很大的风压不利于行人安全[5]。中央商务区作为城市的经济极核具有高密度的人口、建筑和交通，环境情况最为严重。该区域（如图1）的高密建筑增加了下垫面的粗糙程度，妨碍自然风的流动。因此对中央商务区的风环境优化迫在眉睫。

图 1 自然风受下垫面影响的速度变化示意图[6]

合理改善风环境可以：1）让风小的地方增速，风大的地方减速，提高行人舒适度；2）让城市内部气体流动起来，缓解温室效应；3）通风廊道与道路叠加，降低城市中的雾霾；4）适度的建筑风压形成自然风引入室内，降低主动能耗5）通过合理的通风廊道连接，减少建筑物之间的涡旋，让污染物流通出去，提高空气质量；6）改善通风环境可以去除空气死区，降低有害病菌浓度的堆积；7）良好的风环境可以降低城市的湿度。

因而，在城市规划和设计期间将物理环境研究融入传统方法对城市可持续发展有着重要作用。而对于新建设区域，风环境研究不仅可以作为评估拟定方案的生态可持续性，还可以优化设计，为决策者提供更科学的判断。

1.3数值模拟○2技术

随着城市设计研究方法和技术的不断革新，物理环境模拟技术在城市优化设计中已经逐步成熟应用。相比传统的现场实测，利用电脑演算，卫星遥感，GIS分析等多种手段可以获得更科学准确的数据，提供更加高效全面的理论支持。城市的形态设计也不再局限于空间关系的推演，结合物理环境，城市设计将会更加生态可持续。

通过风环境模拟研究，可以看到峡谷效应明显区域和涡群，通过改造可以保证行人及行

车安全，也可提高居住舒适度，利用规律的建筑高低差分离涡群。另一方面，通过连接通风廊道和空气通道，降低空气污染聚集[7]。当了解环境要素的分布和运动状况后，可以总结城市生态改造的多种可能性，优化建筑形态和布局。

1.4研究区域

本案位于成都天府新区秦皇寺中央商务区，武汉路东段以南，广州路东段以北，通州路以西，天府大道南二段以东，总面积约9平方公里[8] (图2)。

图 2 项目区位图及示意图

(资料源于：天府新区规划建设和城市管理局提供)

成都是盆地地形，常年处于静风气候，年平均风速在1m/s-1.3m/s间，全年主导风向为NE东北风，最大风速出现在夏季，高达8.7m/s[9]。

表1 成都风向频率

（资料源于成都气象网站 [9]）

秦皇寺中央商务区的城市设计原方案○

3“一带两轴一环”如图3所示，分别是一条文化带，两条主要轴线和一个生态环。从风环境的角度来看，由于该区域的高强度开发，会显著影响城市的风速。再加之成都的风速常年较小，如若不进行合理疏导，雾霾与热岛现象在城市建成后将比较明显，对城市和市民健康都会造成较大的负面影响。因此笔者希望通过研究该区域的风环境，合理进行物理环境改善、优化城市设计方案，从而让秦皇寺中央商务区的规划设计可持续地应对气候变化。

图 3 天府新区CBD 的城市设计原方案 (资料来源：天府新区规划建设和城市管理局提供)

本研究主要参考中国住建部颁发的2014版《绿色建筑评价标准》的室外风速、风压、风速放大系数等要求，以Fluent 作为模拟工具，分析和评价成都天府新区CBD 区域的风环境现状与自然通风的潜力，提出建筑形态优化的调整建议，成为提高城市行人舒适度，改善街道通风环境，实现城市可持续发展的技术支撑。