城市中心风环境研究背景与优化设计

经济社会的发展和城市化进程的推进，不仅为人类带来了物质财富，同时也在一定程度上恶化了城市生存环境，导致城市环境问题日趋严重。同时，随着生活水平的不断提高，人们对生活质量的要求也相应提升，作为与人们关系最为密切的城市空间环境，其舒适性的优劣直接关系到人们生活品质的高低。创建宜居的城市空间环境逐渐成为了当今建筑、城市规划学科的主题，城市风环境等微气候研究也逐渐成为了学科关注的热点。城市风环境作为城市微气候的重要要素，对大气污染物的扩散、热岛效应的消解、开放空间热/风舒适度的感知、高层建筑的风安全均具有重要的作用，对城市综合的气候环境起着不容忽视的作用。良好的城市风环境，特别是行人高度处的风环境，能够为城市居民提供更加健康舒适的户外活动平台。因此，应对气候变化的城市规划响应在当下显得尤为迫切，但是我国并没有相关的法律法规来监管约束城市风环境的优劣，对于城市风环境的研究也远不及城市规划建设的速度。城市风环境的研究对于城市发展以及城市规划工作都具有重要意义。

1)“高密度、高强度、高高度”——城市集约化立体化发展的趋势

基于土地集约利用、城市集约化立体化发展的理念，城市发展倡导一个高密度、混合功能的城市形态(Breheny，1993)，在城市中注入更多新鲜的血液来吸引人们从城郊返回城市中，来抑制城市的无序蔓延，同时通过高效的生活方式来节约时间和能源，提供良好的生活质量。对于中国的城市来说，由于突出的人口与土地资源之间的矛盾等发展条件的限制，集约化立体化的城市形态也似乎成为了城市发展的必然选择。

城市中心区相对于其他城市区域更是以“高密度、高强度、高高度”为主要特征，是城市空间形态变化最为剧烈的区域。但中心区内高密度、高强度的开发模式下，高层建筑不断增加，导致中心区内形成了大区域的高层建筑的集聚。大区域的高层建筑群，大大增加了地表的粗糙度，将直接影响城市冠层的气流运动，加剧了近地面处湍流运动的复杂性，使建筑周边形成下冲流、角流、尾流等，使局部气流加速或减速，形成强风区、静风区、涡流区等风环境特征区域，给人的安全、健康、舒适，以及室外工作、活动带来不利的影响。因此，基于良好风环境目标下的中心区空间形态的研究就显得尤为重要。

2)快速城市化下的城市气候与环境问题

城市作为人类活动、资源消耗和废物产生的集中地，现代城市的建设会大大改变城市气候，甚至会形成不舒适、不卫生的居住环境，直接影响城市居民的生活质量，导致城市通风、采光不良，热岛效应显著，空气污染，环境卫生不佳等问题。目前全球城市化速度在规模上和强度上是前所未有的，为发展中国家的城市建设提供了一个难得的契机。随着中国城市化程度的深化，至2025年中国人口将超过14亿，其中8.51亿将居住在城市，剧烈的城市化转变在一定程度上提高了生活水平，但也将加重环境负担。高密度的人口集聚促使中国城市不断向高密度城市发展，如何建造健康的城市环境，应对种种城市问题，是未来中国城市发展所面临的巨大挑战。城市通风作为城市居民生活最基本的问题，如何在城市规划与设计中提供解决方案来应对城市中易出现的风环境问题，是城市健康发展的迫切需求。

3)城市风环境对人的健康舒适的重要性

城市风环境对人的健康舒适的影响主要体现在风机械舒适性、热舒适性及对空气污染的消减三个方面。

风机械舒适性是用来描述人在户外活动中由于风速过大所感受到风压迫而产生的不舒适感，具体表现在当风速较大时，正常行走会稍感困难或者衣帽被吹起、无法撑伞等，而当风速过大时，则可能会使人难以平衡走路甚至被吹倒或者吹落广告牌等建筑构件，使人的生命财产安全受到威胁，就会产生风害、风安全的问题。(www.xing528.com)

人的热舒适性方面，近年来我国南方很多城市都出现了大范围的高温天气，持续时间长、覆盖范围广、强度大、影响重，部分地区高温持续的时间和强度都突破了历史记录。持续的高温会影响正常的生活工作、损害健康，甚至危及生命，尤其是夏季户外公共空间的热舒适度，极大地影响着人们从事户外活动的积极性。在局部城市热环境当中，近地面风的大小是影响人热舒适性的重要要素之一^[1]，在城市夏季炎热的气候条件下，城市公共空间中应尽量避免产生大面积的静风区，应通过调整城市空间形态来使区域风速在大部分时间内处于一定范围内，以缓减夏季户外的炎热，提高热舒适性。

对空气污染的消减方面，城市化进程带来的城市空气环境的污染，尤其是中国很多城市所面临的雾霾问题，不仅会降低能见度，影响人们的日常出行，而且直接导致环境空气质量的下降，严重危害人们的身体健康。其中PM2.5由于粒径小且富含大量的有毒、有害物质且在大气中停留时间长、输送距离远，因而对人体健康影响更大，将会引起呼吸系统、心血管系统、神经系统的疾病甚至致癌^[2]。城市雾霾的形成不仅仅是城市生活生产、汽车尾气排放等污染源单方面所导致的，同时城市静风、无风以及涡流等风环境问题也导致污染物不能够迅速地扩散，形成高浓度的污染，严重影响局部地区的空间质量。同时，2003年我国爆发的SARS(严重急性呼吸道综合症)也使人们开始重视通过城市设计来优化区域空间的通风效益，以达到抑制类似疾病传播的目的。

综合来看，风环境对于城市公共空间的舒适性以及人的健康具有重要的意义，城市内部的通风透气是提高城市空间品质和人们生活质量的迫切需求。

4)城市中心区风环境研究的缺失

迄今为止的城市风环境研究在研究的空间尺度上基本呈现了两端分布的状态，多数为宏观尺度或小尺度的研究。宏观尺度上主要表现在研究城市下垫面性质与形态对城市局地风环境的影响，以此来形成宏观的城市规划引导与优化设计措施，诸如城市气候图、城市气候规划建议图^[3]、城市通风道、城市“风墙效应”^[4]以及城市空气污染的消解等相关内容。而在小尺度上，研究对象则多集中在中高层建筑群体规划布局的室外风环境模拟研究，高层建筑室外风环境特性的研究，以及城市街道峡谷内风环境特征的研究上，尺度一般在居住区、局部的商业商务高层建筑群规模内。

而对于城市中心区这样成片的高密高容区域风环境的研究相对较少。随着我国城市的发展，城市中心区的集聚形态特征会愈加显著，作为城市公共活动的核心区域，其风环境的状况是不容忽视的，基于现有的宏观尺度和小尺度的风环境研究均难以全面真实地来反映。

鉴于此，选择城市中心区风环境研究这一课题，并以南京新街口中心区为例，通过计算机数值模拟的技术手段，对新街口中心区夏季、冬季风环境的状况和分布特征进行分析与评价，同时，从规划的角度，将中心区空间形态与风环境进行耦合分析，分析总结其相关性以及改善城市中心区风环境的优化策略。