城市中心风环境优化设计：迎风面积比和面积密度分析

迎风面积比(Frontal area index)^[6]是建筑迎风面面积与建筑用地面积的比值(图4-1)，描述了整个城市冠层的城市形态的平均值，是一个能够反映城市空间形态对空气流通的影响的参量，用λf(θ)表示，其计算公式为：

式中：AF——面对θ风向的建筑物的前部迎风区域面积；

AT——总的建筑用地面积。

图4-1　迎风面积比计算示意图

*资料来源：Wong M S.etal.(2010)

迎风面积比的基本特征反映在群体性和方向性上。首先迎风面积比是一个针对群体建筑的参量，单一建筑周边的风环境受到其自身的朝向、尺度以及形式等因素的影响，计算单体建筑的迎风面积比来评估其对空气流通的影响意义有限。其次迎风面积比与风向直接相关，风向不同则建筑的迎风面不同，迎风面积比就也不同，因此迎风面积比反映的是特定风向下城市空间形态对城市空气流通的影响。一般认为，某一特定风向下，城市地块的迎风面积比越大则说明该地块空间形态对空气流通的阻碍作用越大，反之亦然。Wang M S等利用GIS技术计算迎风面积比，绘制了迎风面积比地图(图4-2)来研究发现香港九龙半岛的通风路径，并指出λf(θ)＞0.9的区块中建筑的迎风面积过大，引发了风的阻滞，提出了“风墙效应(Wall effect)”^[7]。该研究体现了迎风面积比在总体城市宏观层面研究中的可行性和实用性。

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图4-2　香港迎风面积比地图

*资料来源：Wong M S.et al.(2011)

迎风面积密度(Frontal area density)^[8]与迎风面积指数的不同在于，迎风面积密度λf(z，θ)描述的是城市特定高度层的城市形态的密度，其计算公式如下：

式中：A(θ)proj(Δz)——θ风向下，对于一个特定高度增量Δz的建筑迎风面的面积；

AT——总的建筑用地面积。

由于香港的裙房层和城市冠层存在很大的空间差异，因此吴恩融等认为各层应该使用各自的迎风面积密度才能更好地描述香港复杂的城市形态。其在研究中将城市空间竖向划分为裙房层(Podium layer)0～15 m、建筑层(Building layer)15～60m、城市覆盖层(Urban canopy layer)0～60 m三个特定高度区域，利用截面研究方法(Cross Section Method)计算不同高度层的迎风面积密度，并与行人高度处平均风速比进行了相关性分析，表明0～15m的裙房层的迎风面积密度相关度最高，因此行人高度处的风速比主要取决于基座层的风渗透性，而香港高密度和高高度的城市形态致使城市冠层以上的飞掠气流很难进入到底层来改善行人高度处的风环境。研究进一步表明规划设计中常用的建筑密度(原文为Ground coverage ratio)与裙房层迎风面积密度存在正相关性，因此可用来预测区域的平均步行高度城市通风绩效。