基于風(fēng)環(huán)境多情景模擬的舊城住區(qū)微更新策略研究

石晗玥， 朱驍， 黃飛飛

（1. 江蘇省城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司；2. 東南大學(xué)建筑學(xué)院；3. 南京大學(xué)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司）

1 引言

在低碳城市與后疫情時(shí)代，科學(xué)有效地協(xié)調(diào)城市風(fēng)環(huán)境與城市形態(tài)關(guān)系，是提升氣候舒適度、疏散大氣污染的重要保障[1]。在城市更新過(guò)程中，存在大量環(huán)境舒適度亟待改善的老舊住區(qū)，其既有建成環(huán)境復(fù)雜且居民改造意愿存在差異，往往難以對(duì)老舊住區(qū)進(jìn)行大拆大建[2]。因此，如何科學(xué)合理地把脈住區(qū)風(fēng)環(huán)境癥結(jié)，采取漸進(jìn)式的微更新方式，是當(dāng)前提升老舊住區(qū)宜居空間品質(zhì)的重要挑戰(zhàn)。

城市風(fēng)環(huán)境與城市建成環(huán)境緊密相關(guān)，在規(guī)劃中應(yīng)用包括風(fēng)環(huán)境與城市形態(tài)、城市熱島、城市污染等關(guān)聯(lián)分析[3]。關(guān)于風(fēng)環(huán)境與城市空間形態(tài)關(guān)系分析主要分為實(shí)測(cè)分析與計(jì)算機(jī)模擬分析，在住區(qū)層面相關(guān)研究主要包括以下三類：針對(duì)住區(qū)風(fēng)環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)與CFD模擬，提出適應(yīng)風(fēng)環(huán)境的住區(qū)綠地布[4-5]；針對(duì)板式住區(qū)形態(tài)與風(fēng)環(huán)境相關(guān)性分析，提出“孔隙率”等風(fēng)環(huán)境控制的引導(dǎo)性指標(biāo)[6]；針對(duì)老舊住區(qū)適老化改造，通過(guò)微氣候模擬分析改善住區(qū)風(fēng)熱環(huán)境的舒適度[7]。

綜上，本研究以南京老城某住區(qū)為例，采用風(fēng)環(huán)境數(shù)字模擬軟件進(jìn)行多情景分析，并通過(guò)行人高度的風(fēng)舒適度感知評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，精準(zhǔn)找出當(dāng)前老舊住區(qū)的靜風(fēng)區(qū)及渦流區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)宜居空間品質(zhì)提升。

2 研究區(qū)域概況

研究選取南京老城內(nèi)某板式住宅區(qū)，東南側(cè)臨城市次干道，北側(cè)臨城市次干道并有另一條次干道從小區(qū)穿過(guò)。小區(qū)北側(cè)是居住區(qū)，南側(cè)為商業(yè)中心，東側(cè)為老舊社區(qū)。小區(qū)內(nèi)有點(diǎn)式高層及板式多層和少量底商，建筑密度為25%，容積率為1.5。研究根據(jù)《江蘇省綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)要求，對(duì)建筑區(qū)域周圍風(fēng)環(huán)境、微氣候狀況進(jìn)行模擬分析。模擬計(jì)算采用scSTREAM軟件，該軟件是目前主流的CFD軟件，在中小尺度風(fēng)環(huán)境模擬方面準(zhǔn)確性較高[8]。

3 風(fēng)環(huán)境模擬模型構(gòu)建

3.1 住區(qū)空間形態(tài)預(yù)處理

在CAD中建立帶有周邊環(huán)境的3D模型。由于建筑形態(tài)復(fù)雜且主要模擬特定建筑排列方式下的風(fēng)環(huán)境，出于計(jì)算時(shí)間的考慮，采用簡(jiǎn)化建筑體塊的方式，用體量相當(dāng)?shù)姆綁K實(shí)體代替建筑單體，建立對(duì)象模型（見圖1a）并導(dǎo)出為.dxf格式。

圖1 住區(qū)空間形態(tài)預(yù)處理圖

3.2 計(jì)算范圍與網(wǎng)格劃定

將住區(qū)周邊環(huán)境一同納入實(shí)體模型模擬范圍，以增加環(huán)境對(duì)氣流影響的準(zhǔn)確度。同時(shí)計(jì)算范圍擴(kuò)大一倍，高度擴(kuò)大4倍，保證足夠計(jì)算空間?？紤]計(jì)算時(shí)間和計(jì)算精確度要求，劃定最小網(wǎng)格為100mm，最大網(wǎng)格為1000mm（見圖1b）。

3.3 人行高度風(fēng)環(huán)境影響

由于地表摩擦的作用，接近地表的風(fēng)速隨著離地高度的減小而降低。只有離地300km～500km以上的地方，風(fēng)速才不受地表影響，因此本研究模擬設(shè)置考慮梯度風(fēng)影響。此外，由于本研究所選的計(jì)算區(qū)域比小區(qū)的范圍大，且將周邊建筑部分建出，故上空和兩側(cè)的空氣流動(dòng)幾乎不受建筑物的影響。

4 多情景風(fēng)環(huán)境模擬結(jié)果分析

研究選擇南京老城地區(qū)的主導(dǎo)風(fēng)向和風(fēng)速，夏季盛行西南風(fēng)（SE），冬季盛行東北偏東風(fēng)（ENE），而過(guò)渡季盛行西南偏西風(fēng)（WSW）。根據(jù)《中國(guó)建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集》對(duì)南京市夏季、冬季風(fēng)向及風(fēng)速特征進(jìn)行分情景總結(jié)[9]。由于過(guò)渡季風(fēng)速暫無(wú)明確資料，故將年平均風(fēng)速風(fēng)向作為過(guò)渡季風(fēng)速模擬情景（見表1）。

表1 風(fēng)環(huán)境模擬多要素統(tǒng)計(jì)

4.1 情景一模擬分析：夏季平均風(fēng)速/風(fēng)向

從模擬結(jié)果可以看出，夏季情景下場(chǎng)地內(nèi)1.5m高度處風(fēng)速基本在0.8m/s之內(nèi)，主要人行通道處風(fēng)速在0.5m/s～0.8m/s間；風(fēng)速均小于5m/s，不會(huì)對(duì)人員活動(dòng)造成影響。建筑周邊風(fēng)速小于1m/s，符合室外出行舒適度要求。有明顯無(wú)風(fēng)區(qū)和一處旋渦區(qū)，影響較大。1.5m高度處建筑迎風(fēng)面風(fēng)壓在0.2Pa～2Pa之間，建筑背風(fēng)面風(fēng)壓小于-1.6Pa，前后壓差在1Pa～1.5Pa，有利于夏季自然通風(fēng)（見圖2）。

圖2 夏季1.5m高度場(chǎng)地風(fēng)速-風(fēng)壓模擬圖

4.2 情景二模擬分析：冬季平均風(fēng)速/風(fēng)向

從模擬結(jié)果可以看出，冬季情景下場(chǎng)地內(nèi)1.5m高度處風(fēng)速基本在1m/s～1.5m/s內(nèi)，主要人行通道處風(fēng)速在1.05m/s～1.2m/s間；風(fēng)速均小于5m/s，不會(huì)對(duì)人員活動(dòng)造成影響。建筑周邊風(fēng)速小于1.6m/s，與來(lái)流方向開闊地表風(fēng)速相比，1.5m高區(qū)域內(nèi)風(fēng)速放大系數(shù)均小于2，符合室外出行舒適度要求。場(chǎng)地風(fēng)場(chǎng)流線較為明顯，無(wú)氣流死區(qū)無(wú)明顯漩渦區(qū)。初迎風(fēng)面的底商風(fēng)壓較高，1.5m高度處建筑迎風(fēng)面風(fēng)壓1.2Pa左右，建筑背風(fēng)面風(fēng)壓小于-0.6Pa，前后壓差均小于5Pa左右，符合冬季通風(fēng)要求（見圖3）。

圖3 冬季1.5m高度場(chǎng)地風(fēng)速-風(fēng)壓模擬圖

4.3 情景三模擬分析：過(guò)渡季平均風(fēng)速/風(fēng)向

從模擬結(jié)果可以看出，過(guò)渡季情景下場(chǎng)地內(nèi)1.5m 高度處風(fēng)速基本在1.2m/s之內(nèi)，主要人行通道處風(fēng)速在 0.8m/s～1.4m/s間；風(fēng)速均小于5m/s，不會(huì)對(duì)人員活動(dòng)造成影響。場(chǎng)地風(fēng)場(chǎng)流線較為明顯，無(wú)明顯漩渦區(qū)，但在底商后有部分靜風(fēng)區(qū)。1.5m高度處除底商迎風(fēng)面風(fēng)壓較大，場(chǎng)地內(nèi)建筑迎風(fēng)面風(fēng)壓在0.9Pa左右，建筑背風(fēng)面風(fēng)壓小于-0.6Pa，前后壓差在1.5Pa 左右，有利于過(guò)渡季自然通風(fēng)（見圖4）。

圖4 均季1.5m高度場(chǎng)地風(fēng)速-風(fēng)壓模擬圖

5 風(fēng)環(huán)境優(yōu)化下的住區(qū)微更新策略

5.1 微更新策略一：優(yōu)化底商，拓展風(fēng)廊

在老舊住區(qū)更新中，尋找潛力風(fēng)廊道，在適度拆遷的條件下增加主導(dǎo)風(fēng)向風(fēng)廊道對(duì)提升住區(qū)風(fēng)環(huán)境品質(zhì)意義重大。本研究中住區(qū)在沿街底商處有部分靜風(fēng)區(qū)，可適度打通切斷住宅建筑間的底商空間，增加夏季與過(guò)渡季主導(dǎo)風(fēng)向的通風(fēng)口數(shù)量，減小靜風(fēng)區(qū)。

5.2 微更新策略二：局部拆除，避免渦流

老舊住區(qū)由于建筑間距過(guò)近以及違建建筑等，在住宅間往往會(huì)形成渦流區(qū)，不利于空氣污染排放。在條件允許下可適度改建部分建筑，從而使主導(dǎo)風(fēng)向下主要風(fēng)廊道能夠擴(kuò)散到住宅間中，形成適度“穿宅風(fēng)巷”避免住區(qū)風(fēng)場(chǎng)旋渦區(qū)的存在（見圖5）。

圖5 住區(qū)空間更新前后方案對(duì)比圖

5.3 微更新策略三：點(diǎn)狀綠化，清風(fēng)滲透

在住區(qū)規(guī)劃中一般采用集中綠地形式，通過(guò)風(fēng)環(huán)境數(shù)字模擬發(fā)現(xiàn)，過(guò)大面積的綠地植被對(duì)風(fēng)環(huán)境影響不大，而梳型綠地則能較好地形成住宅建筑間的風(fēng)巷，形成舒適度較高的住區(qū)微氣候空間。因此在住區(qū)更新規(guī)劃中更多采取點(diǎn)狀綠化，在住區(qū)中的穿流區(qū)、宅角區(qū)、渦流區(qū)合理種植，對(duì)于冬季風(fēng)速過(guò)快區(qū)域形成植被風(fēng)墻，對(duì)于夏季靜風(fēng)區(qū)通過(guò)植被間風(fēng)巷引入涼爽清風(fēng)，并增加住區(qū)內(nèi)植被蔭蔽效應(yīng)[10]。

6 結(jié)語(yǔ)

本研究通過(guò)多情景風(fēng)環(huán)境模擬分析對(duì)比，采取“循證設(shè)計(jì)”思路判斷了在不同季節(jié)情景下住區(qū)風(fēng)速風(fēng)壓等與環(huán)境舒適度關(guān)系，并提出“優(yōu)化底商，拓展風(fēng)廊；局部拆除，避免渦流；點(diǎn)狀綠化，清風(fēng)滲透”的微更新方式，對(duì)老舊住區(qū)的更新改造具有借鑒意義。