分析高层建筑与住宅小区相互影响的风环境试验

封正奎

【摘要】随着经济的不断发展，城市化程度不断提高，各国纷纷出现了许多大城市、特大城市群。随着这些城市的发展，对居住、交通以及工作生活等各方面的要求不断增加，城市可利用的土地资源变得稀缺。传统的城市发展模式难以应对现代城市的新要求。在这种情况下，高层建筑以及高密度住宅小区开始普及。本文在研究住宅小区与高层建筑风环境的影响时，从拐角、迎风面、背风面和侧风面区域这四个角度入手，针对建筑的高度、建筑宽度等因素，对高层建筑与住宅小区相互影响的风环境进行分析，希望能为高层住宅和小区的设计工作提供帮助。

【关键词】高层建筑；现状；风环境；建筑参数

人类社会的发展离不开科学技术的进步，科学技术的进步源自人类的钻研。先进的技术变革可以为人类社会带来更高的生产效率，更现代化的生活方式。但是，由于人类的盲目发展带来了许多环境问题，尤其是人类居住环境开始不断恶化。这种变化也引起了全球的关注，城市高层建筑与高密度住宅小区的建造，虽然能够提高城市资源利用效率，减少城市生存成本，但是也有负面的影响，比如降低了城市的通风状况、日照时间减少、影响市区的散热等等，这里面对城市风环境的影响问十分突出。所以，建筑风环境这一课题重新受到人们的重视。

一、风环境的概况

1、风环境的定义

城市的风环境一般是指空气在建筑内外的流动以及其对建筑物寿命、人类生存环境的影响。因为，风环境不仅本身就是一个独立的体系，而且还是建筑环境这个大课题中的一个重要组成部分。对它的研究要从宏观和微观两个方面进行整体性探索。风环境与温度、声环境、光环境一起被称为建筑环境，是现代城市建筑设计所必须考虑的一项主要内容。

2、风环境研究的重要意义

现代城市因其发展的需要，在城市规划中，为了容纳更多的居民，不可避免的要对住宅结构进行改革，高层建筑模式是一项有效的措施。高层建筑在高度与体量上，与其他建筑结构明显不同，突出表现就是对城市环境的改变。动辄几十层的超高层建筑物伴随着极高的容积率，严重阻碍了城市空气的横向流动。

3、风环境研究的现状

我国风环境的研究相对世界其他国家较落后，主要是由于我国在近十年来才开始兴建高层住宅小区，而且房地产的发展，带动了一大批相关产业的繁荣。地产商在建造住宅小区时，没有站在城市整体的角度去设计。使得高层住宅小区以及商业地产在城市规划上存在滞后性。

近年来，随着我国对风环境研究的逐渐重视，城市相关部门通过现场实测、风洞试验、数值模拟等多种实验手段，对当地的风环境进行了初步的测量和数据统计，并逐渐发现一些相关的规律。建筑风环境影响因素包括建筑物的形状、高度、朝向、宽度、楼间距等因素。

二、高层建筑物对风环境影响的主要研究内容

1、主要研究方式

风环境的研究主要是在不同风向的情况下，对住宅小区单体及高层建筑的内外底层风环境进行研究。这个研究内容，为住宅小区与高层建筑相互影响的风环境分析提供基本参数。主要是从建筑群的横向通道、纵向通道及道路拐角这三个关键点着手收集数据，联系建筑群的建筑高度、楼间距以及楼宽数据以及风速比平均数、风速比峰值、风速比变异系数这些参数来综合分析住宅小区内外部底层风环境的变化，通过对数据的计算和分析，得出相关的规律。

2、主要研究成果

从建筑物排列位置来看，当气流沿小区规划设计方向流动，前排建筑物对后排建筑物形成了明显的遮蔽效应，严重影响了马鞍形祸在下风向的离析效果。建筑物纵向夹道形成了明显的“峡谷风”，不利于建筑物横向间道的气流流动。

为了进一步了解气动布局的规律，科学家采用数值模拟的方式对不同风向的过道风速进行了测试，发现风速较高的地方一般分布在顺风国道和迎风侧拐角内。同时发现漏斗型风场所出现的侧向流动空气促进垂直气流的互动，增高了建筑物背风向的负压，这个情况会使得人们在该区域内略微不适。

住宅小区内高层建筑与普通建筑形成的城市居住群是影响城市风环境的主要因素。高层建筑群对空里流动的阻碍作用，是城市风环境质量的决定性因素。对住宅小区内高层与低层建筑进行科学的规划与设计，改善高层建筑的规划方案，合理制定建筑物迎风面的面积，对高层建筑内外部的风场情况有重要影响。

髙层建筑与街道的连接点是小区内居民活动最为频繁的地带。如果小区的布局采用围合式，那么高层建筑通常以单面临街或者两面临街，建筑物围成的地域通常设计成辅助空气流动的通道。这里容易形成“峡谷风”，所以要掌握好间距。防止空气突然的加速影响居民正常生活。

三、高层建筑物与小区住宅相互影响对风环境的影响因素

通过对各个区域不同风速变化的监测，发现高层建筑群体再加入住宅小区后，高度差异的变化对风环境有较大的影响。

首先，在高层建筑峰值点，相对于最小高度，内部拐角的边际风速为80km/h，平均边际风速为30km/h，迎风面风速比增加59%，平均风速比增大55%；背风面风速比峰值为31km/h，平均风速比增加9%。所以可以看到，加入住宅小区后，平角的风速与建筑高度成正比，其他位置的风速比也逐渐增加，反映了住宅小区受高层建筑对风环境的影响大。这说明高层建筑的高距比过于悬殊会对住宅小区内风环境带来不利的影响。

其次，高层建筑物的宽度，对建筑群体内部风环境也有显著的影响。0°风向角下，居民主要活动区域的风速最大点（上文提到的拐角区域），高层建筑物随着宽度增加，不同楼间距下的风速峰值比与平均风速比分布离散状态成反比。在背风面，随着高层建筑宽度的减少，不同楼间距下其风速峰值比与风速平均值比的分布状态也成反比，这反映了住宅小区的存在，容易提高高层建筑临近小区一面风环境的风速变化程度。但是从整体角度来看，宽度对风环境的住宅小区整体影响没有高度带来的影响大。

结论：

高层建筑是伴随着市场进步而出现的新兴建筑模式，所以在建筑形式、设计方向、施工顺序上都与传统的建筑物有着显著的差别。对于高层建筑物各方面的的研究，还处在初级阶段。所以在城市发展中，高层建筑与传统低层小区的并存必然会在一定时间内持续存在。二者之间的相互影响会对城市风环境形成新的影响。这势必会影响居民的生活环境，涉及到城市规划对新旧建筑形式的协调和规划。根据不断探索和总结，要想在两者相互影响之间寻找最佳的风环境，需要做到以下两点：首先要减少高层建筑物迎风面的面积，尽量减少空气在城市区域流动的障碍；其次要注意高层建筑在人群密集处的布局，避免强风场以及“峡谷风”的出现。相信随着研究的深入，风環境必将会不断改善。

参考文献：

[1] 覃力. 高层建筑设计的一种倾向——大规模高层建筑的集群化和城市化[J]. 中外建筑，2004（5）： 10-12.

[2] 秦彤，艾晓秋，翟永梅.基于数值风场的高层建筑对临近低层建筑群影响分析[J]. 灾害学，2010， 25（B10）

[3] 张赫. 城市摩天时代：基于数理模型的高层建筑建设布局决策研究[J]. 天津大学，2008