城市中心风环境与空间形态耦合方案

通过对常用城市室外风环境评价方法的整理与分析可以看出，各评价方法都针对了风环境的某一方面特征和表现来进行评价，存在一定的局限性。因此本书在城市中心区风环境评价中综合考虑各评价标准和评估方法，以行人高度处(1.5m)风环境的风速数值评价为主，结合风速比评估法、风速离散度评估法，对城市中心区风环境进行综合判断。

本书的大尺度城市风环境评价策略主要包含总体层面和街区层面两个层面的评价内容(图2-10)。首先是总体层面，主要基于风速数值评价方法对中心区行人高度处风环境进行评价。由于南京处于夏热冬冷气候区，夏季炎热、冬季寒冷，不同气候条件下人对风的舒适度需求不同，因此夏季和冬季行人高度处风环境评价应采用不同的风速划分标准，按照各自的风速标准对中心区夏季、冬季典型风速的空间分布进行评价。其次是街区层面，主要采用多个量化指标从不同角度对街区内部的风环境进行评价，评价指标包括街区平均风速、测点舒适风速比率、风速离散度、静风区面积比以及强风区面积比等，综合评价城市街区内风环境的优劣。

图2-10　大尺度城市风环境评价策略

*资料来源：作者自绘

1)夏季行人高度处风环境的风速数值评价标准

对于夏季行人高度处风环境的评价，首先应该考虑的是热舒适度对风速的需求，其次是风舒适与风安全，同时还应适当考虑风速对扬尘、热岛效应、空气污染扩散的影响等问题。

热舒适度方面，以香港中文大学吴恩融教授基于香港热舒适度研究提出的5类划分标准作为参考(静风：Vp＜0.3m/s；差：0.3m/s≤Vp＜0.6m/s；低：0.6m/s≤Vp＜1.0m/s；基本满意：1.0m/s≤Vp＜1.3m/s；好：Vp≥1.3m/s)。南京夏季与香港夏季的气候条件较为相似，都具有高湿热气候特征。历年的气象统计数据显示，南京和香港夏季平均空气温度分别为26.3℃与27.5℃，平均相对湿度为79%与81%，空气温度与相对湿度都较为接近，并且7、8月份的两项数据基本一致(表2-8)。因此该评价标准对于南京新街口中心区行人高度处风环境评价具有较高的适用性。

表2-8　香港、南京历年夏季空气温度与相对湿度统计

资料来源：根据ENERGY.GOV提供的气象统计数据整理绘制

风舒适与风安全方面，在不考虑人行为差异的情况下，前文中Simiu(表2-5)与Soligo(表2-6)提出的评价标准，以及吴恩融总结的香港户外热舒适度图(图2-7)中，均将5m/s作为风舒适的临界风速，因此本书将5m/s作为是否影响人的风舒适度的界限指标。对人活动会产生较大影响的临界风速，Simiu的标准为10m/s，而蒲福风级为风速达到6级强风(撑伞难)，即10.8～13.8m/s，按照城市一般区域0.22的粗糙度幂指数进行换算，则行人高度处风速为7.1～9.1m/s，为了更大程度地保证风速区段划分的准确性，本书采用较小风速7.1m/s作为是否对人活动产生较大影响的界限指标。对于风环境无法忍受的临界风速，Simiu的标准为15m/s，Soligo指标中为14m/s，同样本书选取最小风速，认为当行人高度处风速V≥14m/s时，人无法忍受，风环境较为严峻，且可能产生危险。由于更大的风速在城市内部除极端天气下一般很少存在，所以不再继续划分。

其他方面，根据《防治城市扬尘污染技术规范》(FJ/T 393—2007)中指出当风速达到4级以上时则应采取一定的扬尘防治措施，4级风速为5.5～7.9m/s，换算为行人高度处风速为3.6～5.2m/s，因此本书将5.2m/s作为是否扬尘的界限指标。此外，还有学者Kim和Baik^[15]建议，当风速达到0.8 m/s及以上时，城市热岛效应会开始降低；《北京城市规划建设与气象条件及大气污染关系研究》课题组还建议以1m/s作为城市空气污染扩散的基准。

综合以上，即可构建出夏季行人高度处风环境的风速数值评价标准(基于夏季湿热气候特征)，如表2-9所示。

表2-9　夏季行人高度处风环境的风速数值评价标准(www.xing528.com)

资料来源：作者自绘

从表中可以看出，夏季湿热的气候条件下，当该区域风速处于1.0 m/s≤V＜5.0m/s之间时，基本可以认为是舒适的；风速处于0.6m/s≤V＜1.0m/s之间时，热舒适性较低，但当人处于树荫或建筑阴影下太阳辐射温度相对较低时，这种不舒适度是可以忍受的；当该区域风速V＜0.6m/s时，风环境会给人带来很大不舒适感，这种情况下应采取一定措施来提升热舒适度。而当该区域风速大于5m/s时，对人来说已经开始不舒适，其中风速超过5.2m/s的区域则应采取避免扬尘的措施，风速超过7.1m/s的区域则应采取防风加固措施，避免给行人带来危险，风速超过14m/s的情况则应在城市公共空间当中尽量避免出现。夏季风速值的两端均为很不舒适或恶劣的风环境区域，应采取相应措施尽量减少这两个区域的覆盖面积来改善提升风环境的舒适度。

2)冬季行人高度处风环境的风速数值评价标准

冬季寒冷的气候条件下，人对室外风环境的舒适性需求与夏季是完全不同的。此时，风将进一步恶化室外空间内人对寒冷的感受，这样就造成了人们不愿在室外停留，不利于人的户外活动。目前对寒冷气候条件下室外人的舒适度研究相对较少，诸如“冬季保证建筑物前后气压差不大于5 Pa；冬季减少室外风速”^[16]“冬季主导风向上风向外围护界面具有防风措施(植物、防风墙、挡风板)；冬季室内空间的布局满足基本换气量，窗口开洞避开冬季主导风向，减少气流量”^[17]等标准和要求，均缺乏明确的冬季室外风速评价标准。一般认为冬冷夏热地区的建筑布局应满足夏季通风、冬季防风的要求，可以通过建筑群体的组合、建筑的局部处理在水平和垂直方向对寒风形成阻挡，利用风影区来达到避风或减小风速的效果。但同时，由于冬季采暖排放的污染物更多，更易形成空气污染的集聚导致雾霾天气，因此冬季的室外风速水平仍要有益于城市空气污染的扩散。而在风舒适与风安全方面冬季的风速要求应与夏季一致。基于以上所述，本书对冬季室外行人高度处的风速水平不做详细的标准划分，但一般可认为，城市街区内部基于冬季防风的目的，风速应保持相对较低，以满足人在室外活动的舒适性需求，而城市街道内还应保持1.0m/s以上的风速，以利于城市空气污染的扩散，提高空气质量。

3)基于街区单元的风环境评价方法

城市街区或地块的风环境是内部各点风环境的总和，在实际的城市空间当中，城市某一街区或地块内各点的风速、风向可能各不相同，因此单一的风速指标无法描述其实际的风环境状况，因此本书尝试以行人高度处的平均风速、测点舒适风速比率、风速离散度、静风区面积比、强风区面积比五项指标来描述城市街区或地块内的风环境，以便于风环境优劣的评价。

平均风速——指评估区域范围内1.5 m行人高度平面上各点风速的平均值，即平均风速，能够反映研究街区或地块内的总体风速大小情况。

测点舒适风速比率——测点舒适风速比率主要用来反映风速达到一定舒适标准的测点个数占总测点个数的比率，是研究街区或地块行人高度处风环境优劣最直接的评价指标。基于前文所述的“南京·夏季行人高度处风环境的风速数值评价标准”，选取1.0 m/s和0.6m/s作为评价的基准，风速大于1.0 m/s基本能够满足人的舒适需求，风速大于0.6m/s则可避免滞风环境的出现，本书设置：

当区域内80%的测点的风速≥1.0m/s，同时90%的测点的风速≥0.6m/s，且无风速大于5m/s的测点，则可认为该区域行人高度处的整体风环境好；

当区域内70%的测点的风速≥1.0m/s，同时90%的测点的风速≥0.6m/s，且无风速大于5m/s的测点，则可认为该区域行人高度处的整体风环境较好。

风速离散度——采用标准差来描述某一区域内所有测点风速的离散程度。将所有测点的风速值看做一个数据集，求出其标准差σ，即可反映该街区或地块的风速离散度。离散度越小则区域内风速分布越均匀，离散度越大则区域内风速分布越不均匀。

静风区面积比——基于前文所述的“南京·夏季行人高度处风环境的风速数值评价标准”，本书将风速小于1.0m/s的区域定义为静风区。在夏季，静风区内部风速过低易造成体感闷热、空气质量下降等问题，大大影响人的舒适性，由于空气的流动性较差，近似可看做处于静风状态。静风区面积比即为区域内静风区面积与区域内室外空间总用地面积的比值，静风区面积比越大则说明该区域的热舒适性越差。

强风区面积比——基于前文所述的“南京·夏季行人高度处风环境的风速数值评价标准”，本书将风速大于等于5.0 m/s的区域定义为强风区。室外风速超过5.0m/s就会形成较为不利的风环境，会使室外活动者感到不适，影响人在室外的正常活动，甚至造成风灾，这种影响在冬季则更为明显，会形成强烈的寒冷感受。强风区面积比即为区域内强风区面积与区域内室外空间总用地面积的比值，强风区面积比越大则说明该区域的风舒适性越差，且可能产生风安全问题。