建筑物风影区优化设计，实现高层建筑形态的生态效益评价与设计

6.2.3.1　平面形式

1. 基本平面形式的比较

通过基本形体的CFD模拟分析，圆形、正方形、三角形的平面比较，圆形是所有基本几何形中风影区范围最小的。

位于德国的莱茵集团总部（图6—36）采用圆形平面的形式，尽可能地减小风的阻力，圆筒形的体量可以将外表面积减到最小，体型系数也很小。

另外，建筑的形式，朝向和平面的宽度的变化会形成不同范围的风影区。

图6—36　莱茵集团总部大楼

图片来源：《高技术生态技术》

图6—37显示了不同建筑造型和朝向产生的模式。通过这些基本模式，就可以使设计根据气候条件以及建筑物的通风和挡风的需要，做出基本的选择。同样也可以预测室外空间在不同季节的风效应。

图6—38显示了当建筑物宽度相同时，不同高度产生的效应。当风影区的长度随着宽度而增加时，同样的模式也发生在扁而宽的建筑上，但却不是直接按照比例变化的。建筑物的宽度需要增加很多才会使涡流区的长度增加一点^[4]。

图6—37　建筑平面形式、朝向和风影区的关系

图片来源：《太阳辐射·风·自然光》

图6—38　建筑平面宽度和风影区的关系

图片来源：《太阳辐射·风·自然光》

2. 平面形式的优化设计

表6—2　针对基本的几何形体关系，可以进行的优化策略

（续表）

6.2.3.2　立面和剖面形式

1. 倾斜面形体

利用倾斜面造型也是高层建筑体形塑造的常用手段。斜面所带来的动感和韵律感可以使建筑外观舒展、流畅而富有个性。高层建筑高度较高，但是考虑到消防分区的面积要求，标准层平面尺寸相对较为固定，所以利用一定的斜面处理可以减小高层建筑的体量感。倾斜面体形一般采取下大上小，随着高度的增加逐渐减小平面的特点，整个形体的形体形成内收的特征，这样所形成的建筑物风影区范围也相应的减小。图6—39为CFD室外风环境模拟图，和正方体相比，倾斜面形体的风影区面积较小，迎风面的风速也较慢，同时该形体的造型感也很强。

根据斜面在建筑外观上的数量与位置的关系，可以分为单面倾斜、双面倾斜、四面倾斜、下部倾斜等几种构成方式（图6—40）。倾斜面造型奇特，容易形成一定的标志性。

图6—39　倾斜面形体CFD室外风环境模拟图

图6—40　倾斜面体形构成方式(www.xing528.com)

图6—41　旧金山泛美大厦

图片来源：网络下载

图6—42　横滨标志性塔楼

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高层建筑中四面倾斜的实例如旧金山泛美大厦（图6—41）、吉隆坡马来西亚银行大厦、横滨标志塔楼。旧金山泛美大厦是一个48层、高260 m的方尖塔。建筑平面为正方形，自下而上每一层的楼板都向中间缩进，形成直线形的倾斜外墙。其类似金字塔的锥形体形缩小了主体在地面上的投影面积，减小了建筑风影区地范围，改善了周边的风环境，有利于街道获得更多的阳光和空气，也因此成为20世纪60—70年代国际式方盒子建筑在美国盛行以来的第一栋在形式上有所创新的高层建筑。

横滨标志性塔（图6—42）楼高70层，它的倾斜方式又有所不同，由正方形平面再四个边的中间挖槽，切割形成平面上突出的四个角，方形的塔身分三段向中心退台，每段的标准层平面不变，底下一、二段的四个凸角向内收进，形成倾斜面。这一组合减小了建筑的风影区的范围，同时在造型上形成收束的效果，简洁中有变化。

2. 贯通的洞口

高层建筑随着高度和宽度的加大，会受到风振效应和背部涡流区等众多不良风环境的影响。为了避免高层建筑由于过于封闭的形体而造成强大气流的互相混合、交汇，给高层建筑本身带来巨大的冲击力，可以在高层建筑形体处理上预留出贯通整个建筑的洞口，又可称之为“掏空”的处理，化解从正面各个方向吹来的风力，弱化强风对高层建筑的破坏力。由于形体被洞口所打破，一定程度上减小了高层的体积，同时也缩减了高层建筑背面风影区的范围，加强了空气的流动。开敞空间的设置也增加了高层建筑公共空间的活力，改善了局部微气候环境（图6—43）。

图6—43　贯通的洞口CFD室外风环境模拟图

这种手法常用于室外气流比较突出的环境中，如海边、开阔地及超高层建筑中（不排除有许多建筑“掏空”的处理是纯美观目的）。该方法同时要解决好洞口处本身部分的风流加强问题。

上海环球金融中心（KPF事务所设计）（图6—44）高460 m，由95层主体大厦和3层裙楼组成。造型特征为正方形平面，从对角线分为两个三角形，其余两个对角自下而上逐渐收分，至460米高处呈一对平行的直线。顶端开圆洞，减小了风荷载，缩小了风影区的范围，又可作为屋顶观光的开口部。

图6—44　上海环球金融中心

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图6—45　NEC外观

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日本的NEC总部大楼（图6—45）是一个很好的案例。该大楼由日本现代主义建筑师丹下健三设计，建于20世纪70年代的日本电信大厦形体经过反复推敲，对风环境的考虑成为建筑方案最终敲定的关键因素，建筑体量关系分为上下两部分，以斜面形体过度处理上下体量之间的联接，上部体量的缩小是在综合评定几种体量关系所造成的风环境状况后做出的最后选择，中部斜面的处理成为上部气流下行的缓冲并顺势改变了气流运动方向，减弱上部气流对下部体量中屋顶带来的压力（图6—46）。方案中最为典型的是在建筑的下部体量中部挖出一个极大的透空门洞（图6—47），透空处理一方面相当于减小了建筑垂直于迎风面的跨度，减小体量过大造成的风影区范围及对下风向建筑通风带来的影响，通过建筑底层下部空间的屋顶开洞，创造了一个有顶光的多层地下大厅，使建筑物地下空间通风更加通畅。

中庭空间的设计也是该建筑的另外一个亮点。建筑中间的开口风道不仅可以降低风对于建筑底部的干扰，也为建筑下部中庭空间创造了采光的条件，中庭空间45 m高，30 m宽，整体呈正方形，12层的办公区域面向中庭，中庭本身就具有调节室内温度，气流的作用，在享受到良好办公环境的同时，也加强了办公室的通风。中庭上部的玻璃顶是可移动的，当温度适宜，气候较舒适的时候，玻璃顶可以打开，使中庭暴露于室外，有利于建筑的整体通风。当夏天的晚上，玻璃顶的开启可以给炎炎夏日带来一丝丝凉意，室内中庭就好比一个可呼吸的绿肺，为整个建筑带来良好的环境。

图6—46　高层形体周边气流走向

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图6—47　贯穿建筑的洞口

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