摘要:快速的城市化，居民環(huán)境意識(shí)的提高，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注影響自身生活質(zhì)量的小區(qū)室外環(huán)境;而小區(qū)的室外風(fēng)環(huán)境是小區(qū)環(huán)境的重要組成部分。從目前對(duì)住區(qū)風(fēng)環(huán)境的研究成果和要素來(lái)看，更多的研究只單純從風(fēng)環(huán)境模擬技術(shù)的角度，又或是單一地從風(fēng)環(huán)境影響要素進(jìn)行研究，系統(tǒng)性不夠。因此，探索不同布局形式下住宅小區(qū)容積率與其風(fēng)環(huán)境的關(guān)系，是住區(qū)環(huán)境研究的重要方向。從實(shí)驗(yàn)成本、成果周期、表現(xiàn)方法、應(yīng)用程度等方面綜合考量，選用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬方法進(jìn)行研究。依據(jù)前人的研究成果，將城市住宅小區(qū)分為4種典型的布局模式:錯(cuò)列式、行列式、圍合式、點(diǎn)群式;通過(guò)實(shí)地調(diào)研收集眾多贛州中心城區(qū)住宅小區(qū)的平面圖、容積率、建筑密度、戶型等基礎(chǔ)資料后，綜合考慮日照間距、防火間距和衛(wèi)生距離等要求，結(jié)合各布局模式的空間特點(diǎn)，抽象歸納總結(jié)得到4種建筑高度下4種典型布局的16種接近極限的容積率住宅小區(qū)理想化空間布局模式，作為模擬研究的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀Ｒ罁?jù)贛州市區(qū)的氣象數(shù)據(jù)，來(lái)設(shè)置模擬的具體環(huán)境參數(shù)，借助CFD數(shù)值模擬技術(shù)手段進(jìn)行模擬研究;以小區(qū)人行高度處的風(fēng)速、風(fēng)速頻率作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，得到各住宅小區(qū)的風(fēng)環(huán)境數(shù)據(jù);通過(guò)對(duì)模擬數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析，總結(jié)得出容積率與小區(qū)室外風(fēng)環(huán)境的定量和定性關(guān)系，發(fā)現(xiàn)小區(qū)的平均風(fēng)速與建筑容積率、建筑密度存在拋物線性關(guān)系，小區(qū)的最大風(fēng)速與建筑容積率、建筑密度存在線性正相關(guān)，小區(qū)最大風(fēng)速都與建筑高度呈線性正相關(guān);進(jìn)而對(duì)不同容積率的城市住宅的風(fēng)環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到一個(gè)不同布局形式下不同容積率的風(fēng)環(huán)境評(píng)價(jià)表，供規(guī)劃設(shè)計(jì)人員參考選用。在規(guī)劃建設(shè)中給出住宅容積率和空間布局的具體策略及建議，以便在住宅小區(qū)設(shè)計(jì)的初級(jí)階段，就做好小區(qū)方案的風(fēng)環(huán)境評(píng)價(jià)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)對(duì)風(fēng)環(huán)境的不利因素，進(jìn)而修改規(guī)劃設(shè)計(jì)，以改善住宅小區(qū)的室外通風(fēng)環(huán)境。

　　關(guān)鍵詞:住宅小區(qū);容積率;布局形式;贛州市;風(fēng)環(huán)境；環(huán)境論文發(fā)表

　　1城市住宅容積率的風(fēng)環(huán)境模擬研究現(xiàn)狀目前對(duì)住區(qū)風(fēng)環(huán)境的研究，已取得一定的成果。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的李云平研究了冬季風(fēng)影響下，寒地不同平面組合形式高層住宅小區(qū)的風(fēng)環(huán)境狀況，得到一些定性和定量的影響規(guī)律[1]。湖南大學(xué)的楊濤通過(guò)對(duì)夏熱冬冷地區(qū)住宅小區(qū)空間布局模式和要素的分析，得到各高層住宅小區(qū)空間布局模式的風(fēng)環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)策略[2]。華南理工大學(xué)的張卓鵬以廣州市圍合式住宅小區(qū)組團(tuán)作為研究對(duì)象，結(jié)合現(xiàn)狀實(shí)測(cè)和計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬手段，研究得到了室內(nèi)風(fēng)壓通風(fēng)能力和組團(tuán)規(guī)劃設(shè)計(jì)參數(shù)之間的數(shù)量關(guān)系[3]。張磊、黃欣等人針對(duì)綠色住宅小區(qū)建筑布局的風(fēng)環(huán)境設(shè)計(jì)，提出針對(duì)季風(fēng)導(dǎo)向住宅小區(qū)的風(fēng)環(huán)境優(yōu)化策略[4]。

　　從目前的研究成果來(lái)看，更多的研究只單純地從風(fēng)環(huán)境模擬技術(shù)的角度出發(fā)，系統(tǒng)性不夠，研究成果還停留在定性的結(jié)論階段;從研究要素來(lái)看，眾多的研究還是從單一的風(fēng)環(huán)境影響要素進(jìn)行研究。從住區(qū)容積率的研究成果來(lái)看，容積率的確定方法還不夠系統(tǒng)和科學(xué)，未就風(fēng)環(huán)境與住區(qū)容積率的關(guān)系做相應(yīng)的考量[5]。

　　1.1城市住宅容積率與住區(qū)風(fēng)環(huán)境之間的關(guān)系

　　城市的住宅容積率和住區(qū)的布局和住宅的層數(shù)(高度)密切相關(guān)，不同的容積率對(duì)應(yīng)不同的布局和住宅層數(shù)，這些因素對(duì)住區(qū)的風(fēng)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生不同的影響。住區(qū)的布局方式一般可分為圍合、聯(lián)排、點(diǎn)式等多種布局方面，結(jié)合不同的層數(shù)和日照間距，就可以確定一個(gè)小區(qū)的住宅容積率。因此，城市住宅容積率對(duì)通風(fēng)的影響不是直接的，城市住區(qū)的風(fēng)環(huán)境除了受到所處的地理位置和城市風(fēng)氣候影響，也受到住宅空間布局和層數(shù)的影響。因此，本文的技術(shù)路徑是通過(guò)總結(jié)常見(jiàn)的住宅布局和層數(shù)，來(lái)確定城市住宅容積率，并進(jìn)一步通過(guò)軟件來(lái)進(jìn)行模擬，進(jìn)而評(píng)價(jià)不同容積率的城市住宅的風(fēng)環(huán)境特性。以便在住宅小區(qū)設(shè)計(jì)的初級(jí)階段，就做好小區(qū)方案的風(fēng)環(huán)境評(píng)價(jià)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)對(duì)風(fēng)環(huán)境的不利因素，進(jìn)而修改規(guī)劃設(shè)計(jì)，以改善住宅小區(qū)的室外通風(fēng)環(huán)境[6，7]。

　　1.2風(fēng)環(huán)境模擬方法

　　在風(fēng)環(huán)境的數(shù)值模擬中，針對(duì)住宅小區(qū)的風(fēng)環(huán)境數(shù)值模擬的特點(diǎn)，選擇合適的湍流控制微分方程、數(shù)值模擬方法和模型，以期使數(shù)值模擬更加的精準(zhǔn)和接近實(shí)際。研究采用動(dòng)質(zhì)量守恒的時(shí)均控制方程，雷諾平均法(RANS)作為湍流的數(shù)值模擬方法，RNGk-ε模型作為湍流的數(shù)值模擬模型，有限容積法(FVM)來(lái)對(duì)計(jì)算區(qū)域進(jìn)行離散，分離式壓力修正法對(duì)模型進(jìn)行求解，用SIMPLE算法進(jìn)行壓力與速度的解藕[8-10]。

　　1.3風(fēng)環(huán)境評(píng)價(jià)方法

　　選擇合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)，是住宅小區(qū)的風(fēng)環(huán)境評(píng)價(jià)可以更加準(zhǔn)確的重要保證。根據(jù)前人研究成果及參考我國(guó)現(xiàn)有的相關(guān)規(guī)范，將表1的數(shù)據(jù)作為住宅小區(qū)人行高度處的風(fēng)環(huán)境的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)表1)。指標(biāo)認(rèn)為，當(dāng)風(fēng)速低于1m/s時(shí)，行人對(duì)風(fēng)基本沒(méi)有感覺(jué)，該風(fēng)速下的住區(qū)區(qū)域被稱為風(fēng)陰影區(qū);當(dāng)風(fēng)速在1～5m/s之間時(shí)，行人感覺(jué)較舒適[11]。

　　2不同容積率的城市住宅小區(qū)風(fēng)環(huán)境數(shù)值模擬分析

　　2.1住宅小區(qū)風(fēng)環(huán)境數(shù)值模擬物理綜述

　　2.1.1風(fēng)向角的選取

　　選取贛州市的氣象參數(shù)作為數(shù)值模擬的原始計(jì)算參數(shù)。考慮到贛州市區(qū)所處夏熱冬暖、冬夏季較長(zhǎng)、春秋季較短的氣候特點(diǎn)，側(cè)重研究夏季主導(dǎo)風(fēng)向?qū)ψ≌�小區(qū)的風(fēng)環(huán)境影響。贛州市區(qū)夏季盛行西南偏南(SSW)風(fēng)，室外平均風(fēng)速為2.0m/s。

　　2.1.2計(jì)算模型綜述

　　在研究中，以簡(jiǎn)潔明了為原則，把典型住區(qū)模式分為行列式、錯(cuò)列式、點(diǎn)群式和圍合式四種[12]。住宅小區(qū)的容積率按建筑高度和建筑體量的不同來(lái)劃分。為簡(jiǎn)化計(jì)算和接近實(shí)際情況，建筑高度按住區(qū)建設(shè)中較為常見(jiàn)的6層、12層、18層和32層4種來(lái)劃分;其次，綜合考慮日照間距、防火間距和衛(wèi)生距離，得到4種建筑高度下4種典型布局的16種接近極限的容積率住宅小區(qū)布局模型，并以此為模擬研究的對(duì)象，根據(jù)筆者總結(jié)，詳見(jiàn)圖1示意和表2具體建筑系數(shù)。

　　在物理模型的假設(shè)方面，為了使物理模型不會(huì)過(guò)度的復(fù)雜，研究暫不考慮小區(qū)四周商業(yè)建筑裙房、建筑架空、綠化植被、景觀水面等因素對(duì)小區(qū)風(fēng)環(huán)境的影響，而只對(duì)容積率與小區(qū)風(fēng)環(huán)境的關(guān)系做模擬分析，以得到有針對(duì)性的結(jié)論。但在后續(xù)的研究中，可對(duì)以上因素逐一考慮，綜合各種因素來(lái)模擬小區(qū)風(fēng)環(huán)境，使得模擬更加貼近實(shí)際。

　　2.1.3計(jì)算區(qū)域的確定和網(wǎng)格生成

　　對(duì)于住宅小區(qū)的風(fēng)環(huán)境數(shù)值模擬，選擇合適來(lái)流面和流出面，避免互相干擾;可以減少網(wǎng)格數(shù)目，縮短計(jì)算耗時(shí)，同時(shí)提高計(jì)算精度[13];本研究采用內(nèi)部區(qū)域加外部區(qū)域的劃分方法，內(nèi)部區(qū)域?yàn)樾�區(qū)基地所占的區(qū)域(X×Y×3Z)，外部區(qū)域?yàn)檫吔缈刂茀^(qū)域(5X×8Y×3Z)。采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)對(duì)計(jì)算區(qū)域進(jìn)行離散，對(duì)于流場(chǎng)入口流面和出口流面，采用四邊形非結(jié)構(gòu)面狀網(wǎng)絡(luò)，建筑表面采用三角形非結(jié)構(gòu)面狀網(wǎng)絡(luò);對(duì)于小區(qū)基地所占體積的內(nèi)部區(qū)域，采用四面體形狀的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格;對(duì)于區(qū)域用六面體非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行劃分。整個(gè)計(jì)算區(qū)域網(wǎng)格數(shù)量為80萬(wàn)～180萬(wàn)個(gè)，以行列式的住宅小區(qū)為例，網(wǎng)格劃分如圖2所示。

　　3模擬評(píng)價(jià)結(jié)果

　　通過(guò)對(duì)相關(guān)風(fēng)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，歸納總結(jié)得到室外風(fēng)環(huán)境評(píng)價(jià)表，具體見(jiàn)表7。

　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)�擬得到各工況的風(fēng)環(huán)境數(shù)據(jù)，以小區(qū)人行高度處的平均風(fēng)速和風(fēng)速低于1m/s的頻率作為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，將各小區(qū)室外風(fēng)環(huán)境劃分為4個(gè)等級(jí)，其中一級(jí)的風(fēng)環(huán)境最優(yōu)，四級(jí)的最差。總體評(píng)價(jià)來(lái)看，各種布局小區(qū)都是6層低容積率的風(fēng)環(huán)境最差，這和小區(qū)較低的容積率時(shí)往往有較高的建筑密度不無(wú)關(guān)系。大部分的容積率模式下，4種布局中，圍合式的通風(fēng)要好于其他3種，其次是點(diǎn)群式，最后依次是錯(cuò)列式和行列式。

　　其次，各種布局方式室外風(fēng)環(huán)境的平均風(fēng)速、低風(fēng)速頻率占比的優(yōu)劣順序:當(dāng)容積率為1.5左右時(shí)，依次為圍合式、行列式、錯(cuò)列式、點(diǎn)群式;當(dāng)容積率為2.0～2.5左右時(shí)，依次為錯(cuò)列式、行列式、圍合式、點(diǎn)群式;當(dāng)容積率為3.2左右時(shí)，依次為圍合式、點(diǎn)群式、錯(cuò)列式、行列式;當(dāng)容積率超過(guò)4時(shí)，依次為圍合式、錯(cuò)列式、行列式。

　　4實(shí)踐的應(yīng)用建議

　　4.1關(guān)于住宅容積率和空間布局的建議

　　一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)容積率在1～2.4左右時(shí)，多采用行列式或者錯(cuò)列式布局，建筑高度多以多層或者小高層為主。當(dāng)容積率在3左右時(shí)，采用圍合式、點(diǎn)群式居多，多以18～22層的高層圍合式住宅;32層左右的高層以點(diǎn)群式住宅為主。當(dāng)容積率超過(guò)4時(shí)，基本都是采用32層左右的圍合式住宅為主。依據(jù)前文對(duì)4種布局模擬分析的結(jié)果來(lái)看，城市住宅容積率和戶外風(fēng)環(huán)境有一定的聯(lián)系。因此，在今后的小區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)中，要注意地塊的容積率對(duì)戶外風(fēng)環(huán)境的影響，可參照表6選擇合適的空間布局形式和住宅層數(shù)。

　　4.2關(guān)于高容積率住區(qū)風(fēng)環(huán)境的改善措施建議

　　在高密度的住區(qū)開(kāi)發(fā)中，特別是行列式或者錯(cuò)列式高容積率住區(qū)布局中，由于建筑群體布局的整齊劃一，形成或大或小的軸線、走廊等，這些區(qū)域往往變成順利通風(fēng)的風(fēng)道;再加之過(guò)高的建筑高度，這些區(qū)域的巷道風(fēng)被顯著加強(qiáng)，就容易出現(xiàn)急速風(fēng)，甚至是“峽谷風(fēng)”，嚴(yán)重影響小區(qū)的風(fēng)環(huán)境品質(zhì)。當(dāng)建筑高度過(guò)高時(shí)，為避免“峽谷風(fēng)”效應(yīng)，可以通過(guò)增加建筑的側(cè)向間距來(lái)弱化巷道風(fēng)、峽谷風(fēng)效應(yīng);在來(lái)流的上風(fēng)向，種植綠化植被，又或是在巷道的中心區(qū)域規(guī)劃設(shè)計(jì)綠地廣場(chǎng)來(lái)弱化巷道效應(yīng)。