城市风道的类型与特征分析及规划设计

1.道路型风道

城市道路与人类活动联系紧密，且数量众多、等级分明，可利用良好的道路网改善城市通风环境。道路型风道是城市风道的一种重要类型。城市道路分为不同的类型和等级，各自的通风特征也不尽相同。

城市道路承载着大量的城市交通运输，是城市重要的“血管”，同时也是城市空气“藏污纳垢”的主要场所。城市道路之所以可以被用来作为主要的城市风道类型，与其数量多以及自身特点有关。首先，道路作为连通城市的脉络，通常具有笔直顺畅、宽阔通达的特点，例如城市主干路和快速路通常具有几十米的路幅宽度，这为城市通风营造了良好的条件。其次，城市道路两侧的建筑对道路围合形成峡谷，根据流体力学原理，这种空间结构更容易形成空气湍流，从而促进空气的持续流动。

对于城市道路而言，粗糙单元的平均高度可以近似为铺路材料颗粒的平均高度。城市道路基本上都为沥青路面。以该材料为例，沥青混合料包含细集料、骨料、填料和沥青，其中沥青、填料和细集料主要产生抗拉应力及弯拉应力，剪应力和压应力则主要由骨料提供。在沥青混合料多孔隙、大粒径的发展趋势下，骨料在混合料中的作用越来越突出。研究表明，沥青路面材料的几何特征主要由骨料粒径决定，当骨料的近似容积V趋近于1.10cm3，圆形度Q趋近于0.82时，沥青路面的动稳定度DS能达到最佳，路面能发挥最佳的性能^[20]。因此，当沥青路面材料几何粒径近似为1cm时，路面效果发挥最佳。在构建道路型风道的三维模型中，如果将道路型风道的路面材料的粗糙单元平均高度设为1cm，根据J.L.Monteith的经验公式，道路型风道的粗糙度为0.13×0.01m，即0.0013m。

（1）交通型道路风道

交通型道路主要包括城市中的快速路、主干路以及交通繁忙的次干路。此类型道路以快速通行的交通为主，车流量庞大、尾气污染较重，是城市中特殊的风道，用于将道路中的污染物快速排出城市，以免扩散到周边居住、商业等空间中。但另一方面，交通型道路风道虽然尾气污染较严重，但道路红线宽度较大，两侧及中间隔离带常植有灌木、乔木等行道树和绿篱，能有效阻止污染气流向四周扩散。部分快速路、主干道两侧有数十米甚至上百米的防护绿带，将绿带与道路结合能形成宽度可观的风道，利于空气的快速流动（见图1-3）。

图1-3　交通型道路风道示意图

图1-4　生活型道路风道示意图

（2）生活型道路风道

生活型道路主要包括城市中的部分次干路、支路以及城市慢行系统等。此类型道路尾气污染小，要尽量保持开敞，尽可能地串接城市的绿地区块，最大限度地发挥其在城市中引导风流通交换的能力。在城市规划中，可将城市慢行系统与河道、公园、分隔绿带等空间相结合，设置景色撩人、尺度宜人的漫步环境，既可提高公众的生活品质，也有利于风的流通和交换（见图1-4）。

步行街道是城市居民活动最活跃的场所，状如城市中数量庞大的“毛细血管”，通达城市的每个角落，也是生活型道路风道的重要组成部分。应将连续畅通的街道体系与两侧的建筑体型、主导风向等相结合进行规划，形成利于改善街区内部通风状况的风道。两侧切忌连续密集的建筑营造模式，以免不利于街道内污染物排放和空气的交换。(www.xing528.com)

2.绿地型风道

绿地型风道主要包括城市公共绿地（公园、游憩林地）、防护林带、生产绿地、交通绿地以及市内或城郊的风景区绿地等。植被绿地对受过污染的空气有过滤吸收的作用。大面积的城市绿地可形成良好的生态环境，并影响和净化周边城市建成区。而风作为载体，对受污染的大气有稀释净化功能。将城市绿地与风流通相互结合可以起到相互补偿、相互增益的效果。一方面，绿地的吸附过滤功能与风的稀释净化功能相结合，对污染空气的净化将达到双倍的效果，有利于形成清新的空气；另一方面，流动的风与绿地结合形成局地环流，能将绿地内的清新空气携带至周边空间，扩大城市绿地的影响范围，增强城市绿地对周边区域的生态效应。

图1-5　绿地型风道示意图

在城市规划中，应充分利用道路、绿带、水系等将大面积的城市公园绿地串接，形成一定规模的、连续的绿色城市风道。在规划建设中，应尽量秉持集中布置的原则。“遍地开花”“见缝插针”式的城市绿地虽然美观价值比较高，但生态效益相对较差，不利于改善城市环境。同等面积的绿地，集中布置的整体绿地效益要远高于分散布置的，更易形成“林源风”。分散式的绿地布局形式还会导致城市下垫面覆盖类型趋于均质，形成较为稳定的近地面空气层，不利于风的流通，容易造成污染物的淤积^[21]。

绿地型风道主要由城市中的公园绿地、防护绿地、风景区绿地以及其他绿地等组成。绿地可过滤空气污染物，通过植物的蒸腾以及降温作用促进局部空气流动。将城市绿地与城市风道结合可有效改善城市空气质量以及通风环境。

对于绿地型风道而言，其作为城市风道时，下垫面粗糙度主要是由植被决定。通常来说，城市住区中主要的绿地为宅旁绿地，而宅旁绿地主要为低矮的草坪。相比于其他绿化植物而言，草坪植物的植株低矮且高度较为均衡。因此，本书将绿地型风道的表面视作由草坪构成。与此同时，在结合实际情况的条件下，为简化模型，将住宅区内部建筑群空隙表面也视为由草坪构成，其粗糙度与绿地型风道的粗糙度相同。鞠英芹通过选取阿柔站涡动相关仪测量数据对祁连县城郊下垫面中草地的空气动力学特性进行的研究发现，草地的零平面位移高度与风速存在复杂函数关系^[22]。张雅静等人也对不同风速下植被零平面位移高度进行了研究，并得到了风速与植被的零平面位移高度之间的关系。当风速在3m/s左右时，植被的零平面位移高度近似等于0.04m^[23]。因此，如果将绿地的零平面位移高度取为0.04m，根据J.L.Monteith的经验公式近似获取的绿地表面的粗糙度约为0.13×0.04m，即0.0052m。

3.河道型风道

河道型风道指的主要是城市中的自然江河（见图1-6），诸多大城市都是顺江发展、临水而建的，如位于长江入海口的上海、两江交汇处的武汉、钱塘江穿城而过的杭州等。河道是纯天然的风道，具有良好的生态环境效益。一方面，水体的粗糙度较低，滨水空间近地层的风速要比周边区域快，是最好的、自然的、无须特意控制的风道；另一方面，由于水体的下垫面性质易形成局地环流——河陆风，对滨水区域的风环境具有良好的改善作用，尤其是静风频率较大的区域。

图1-6　河道型风道示意图

在城市规划中，须严格控制河道两岸的城市建设，尽量在河道两侧预留一定空间的滨河绿地，以便充分利用河道，将空气质量较好的风引入城市。一方面，垂直河道或与河道成钝角地设置绿带或道路，最大限度地引导风；另一方面，严格控制河道两侧的建筑密度和建筑高度。密集的高层排列建筑会阻断河陆风的循环路径，阻碍河风向城市内部渗透。

河道中的水体基本上可视作不可压缩液体，在低风速状态下，水体产生的波高很小^[24]，水体表面受风速影响可以忽略，其零平面位移高度接近于零。根据Monteith的经验公式近似得到的水体表面粗糙度约为0.13×0m，即0m。