风环境模拟在城市空间形态优化中的应用研究--以上海崇明陈

AJ ACDEMIC ARTICAL ISSUE由于数值模拟相当于在计算机上做实验，相比模型实验方法具有周期较短，成本低等特征，并可以用较为形象和直观的方式将结果展示出来（图４）。

本文采用数值分析的方法对小区内的空气流动情况作出初步的数值模拟，以对该建筑小区内的风环境作出分析和评价。

流体流动的数值模拟即在计算机上离散求解空气流动遵循的流体动力学方程组，并将结果用计算机图形学技术形象直观地表示出来，这样的数值模拟技术就是所谓的计算流体动力学（ＣＦＤ：Ｃｏｍ－ｐｕｔａｔｉｏｎａｌ　Ｆｌｕｉｄ　Ｄｙｎａｍｉｃｓ）技术［４］（图５）。

该技术从１９７４年以后大量应用于制造业领域。

但近年来研究者将ＣＦＤ技术应用于建筑环境的模拟研究工作，到目前为止虽然还没有得到深入和普及的应用，但已经取得了很大的发展。

本文采用ＣＦＤ软件（Ａｉｒ－ｐａｋ）进行ＣＦＤ技术分析，该软件主要采用多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而能达到最佳的收敛速度和求解精度［５］。

Ｆｌｕｅｎｔ　Ａｉｒ－ｐａｋ是面向工程师、建筑师和设计师等专业领域工程师的专业人工环境系统分析软件，特别是ＨＶＡＣ２　建造中的同济设计中心Ａ楼３　风洞模拟实验４　计算机模拟５　数值计算技术领域。

它可以精确地模拟所研究对象内的空气流动、传热和污染等物理现象，并且可以准确地模拟通风系统的空气流动、空气品质、传热、污染和舒适度等问题，并依照ＩＳＯ　７７３０标准提供舒适度、ＰＭＶ、ＰＰＤ等衡量室内空气质量（ＩＡＱ）的技术指标。

２ 模拟分析２．１ 外部环境上海地理位置为：东经１２１°４’，北纬３１°２’（图６），平均海拔高度７ｍ，时区：东８区，同济新村位于上海市杨浦区，通过Ｅｃｏｔｅｃｔ软件气象数据查询，我们可以得到上海地区的全年气象数据（图７、８）。

图７中从上往下的第１条线为全年最高温度分布曲线、第２条线为全年平均温度分布曲线、第３条线为全年最低温度分布曲线、第４条线为全年每日早上９时的相对湿度分布曲线、第５条线为全年每日下午３时的相对湿度分布曲线。

基于风环境改善的城市开敞空间设计研究报告01211131马浩宇摘要：气候是影响自然环境和人类活动的一个重要因素。

近年来,随着气候问题越来越严重,人类逐渐认识到气候对人类生活的重要性,从气候学角度进行城市设计能够营造更加舒适的空间环境,降低能耗,并能够为城市规划提供新的设计思路。

本文在归纳总结相关学科研究基础上,从微气候的风环境角度切入，通过通风廊道、街区廊道和开敞空间风环境设计三个专项研究，并结合scSTREAM软件的风环境模拟，掌握开敞空间风环境设计的要素和基本方法，并运用到城市设计方案中，以期营造一个风环境理想的城市生活空间。

关键词：风环境设计，开敞空间，廊道，风环境模拟。

一、研究背景和研究意义1、研究背景（1）全球气候局势严峻气候问题近些年来越来越明显,冰川融化,海平面上升,极端气候频繁,人们对这一系列关系生死存亡的变化越来越担忧,减少碳排放,减弱温室效应,成为人类必须面对的关键问题。

（2）能源危机世界范围的能源危机，为人类敲醒了警钟。

从设计行业的角度出发，应该减少人们主动方式避免气候影响所带来的高能耗问题，营造舒适的户外环境，延长户外休闲活动时间，减少室内停留时间所引起的能耗。

（3）地域景观特色的趋同随着科学技术的发展，针对气候设计的相关作品却比较少，设计领域内的趋同现象越来越严重，缺乏地域特色。

2、研究意义针对开敞空间微气候特征和变化规律研究，可以指导改进建筑布局以及下垫面的配置，从而改善空间微气候，提高室外环境热舒适性，降低建筑空调能耗。

本专题从城市景观规划设计角度出发，弥补“城市微气候”与“景观设计”交叉学科之间的研究不足。

使得在城市景观设计的实践过程中，对于城市气候因素的思考与应对得以规范、科学，也为“景观空间形态布局气候合理性”的实现提供一种可能的途径，最大限度的实现景观设计中环境舒适度和能源低消耗的可持续发展。

二、国内外研究现状1、国外研究现状（1）希腊学者道萨迪亚斯——“人类聚居学”：把人类聚居与生态学、环境学结合起来，这一理论于20世纪50年代至70年代流行起来。

风环境导向的城市地块空间形态设计1——以同济大学建筑与城市规划学院地块为例叶钟楠1 陈懿慧2(1.华东建筑设计研究院，上海，200092； 2.同济大学，上海，200092)摘要：风环境影响着城市的舒适度、空气质量以及建筑能耗等诸多要素，城市风环境的优化是生态城市规划和建设必须考虑的问题。

本文站在设计师的角度，从城市地块空间形态入手，首先建立了四项风环境评价指标，进而提出了优化风环境的五项空间手法，并在此基础上建立了基于风环境营造的地块空间形态设计思路，最后，本文通过同济大学建筑与城市规划学院地块的风环境优化模拟论证了通过空间手法来改善地块风环境的可行性。

关键词：风环境，城市地块，空间形态设计1 风环境对城市的影响1.1 风环境与公共空间舒适度城市公共空间的局部风环境会影响室外活动者的感官，适宜的风速、风压使人感到舒适，不适宜的风速、风压则会造成不适，从而降低城市空间的品质。

对于城市的广场、公园等重要的公共空间而言，不适宜的风环境将会降低空间的使用率。

1.2 风环境与城市空气质量城市中的汽车，建筑等均会产生的大量的气体污染物，这些污染物如果不能够迅速地扩散就会在局部地区形成高浓度的污染，严重降低局部地区的空气质量，并影响在该地区活动的人群的健康。

而气体污染物的扩散依赖于空气的流动，只有在足够的风速条件下，污染物才能够及时扩散，得到稀释。

如果在城市某一局部地区的风速很低，或者有涡流区，那么这一地区则很可能成为空气高污染区域。

1.3 风环境与建筑节能建筑能耗是城市能耗的重要组成部分，而在建筑的各种能耗中最主要的是制冷和和制热。

建筑周边的风速过大会增加建筑的冷热负荷,表面放热系数增大,加重建筑能耗。

在计算通过围护结构的得热量或热损失时,为确定壁体的总传热系数,需确定表面放热系数，而外表面放热系数的大小首先取决于风速。

可见合理的风速将能够降低建筑的能耗，进而降低城市的能耗。

2 城市地块风环境描述指标设计2.1 指标设计的意义城市地块的风环境是地块内各点风环境的总合，实际情况中，城市某一地块内各点的风向，风速可能各不相同，因此单纯的风速或者风向指标无法描述一个城市地块内的风环境情况。

沿海台风风暴潮灾害复合情景模拟与应急避难研究-以上海为例【摘要】：全球突发性自然-人为复合灾害事件日渐频繁,造成严重的生态环境破坏和人员伤亡,如何构建科学合理的防灾减灾体系已成为全球、国家和区域可持续发展进程中共同面临的科学难题。

沿海地区因人口聚集、经济发达和气象灾害频发成为当前防灾减灾的重点区域。

区域海平面的上升,叠加城市化过程中负面因素的干扰,促使沿海地区孕灾环境的加速演变,承灾系统抗灾能力下降。

在监测预警技术和应急响应能力仍滞后的背景下,加强灾害情景模拟、风险评估与应急响应的集成研究将有助于沿海地区科学有效地应对各类突发性灾害事件。

在国家自然科学基金重点项目“沿海城市自然灾害风险应急预案情景分析(40730526)”、“中国沿海城市自然灾害风险评估体系研究(40571006)”和上海市科技启明星计划项目“基于情景分析的上海市自然灾害风险评估与区划研究(09QA1401800)”、华东师范大学优秀博士培养基金(No.2010033)等科研项目的支撑下,本论文紧密结合沿海地区应对极端台风风暴潮灾害的迫切需求,基于区域台风风暴潮灾害风险系统的驱动力-压力-状态-响应(DPSR)作用机制,提出构建集灾害复合情景模拟、灾害风险区划与预警、应急疏散模拟为一体的防灾应急避难理论与方法体系,并以上海为例开展实证研究。

研究成果旨在为上海等沿海城市防灾应急疏散预案编制提供理论和技术支撑。

本论文主要从以下方面开展理论与实证研究：首先,从城市系统动力学角度,提出并构建沿海城市台风风暴潮灾害风险系统的D-P-S-R理论研究模式,即以台风-风暴潮等致灾因子为驱动力(D),分析海平面上升、地面沉降和冲淤变化等环境演变压力(P)背景下承灾体的风险状态(S),从风险区划、预警发布和应急疏散探讨响应策略(R),深入探讨了风险系统各要素的自身内涵以及要素间的作用关系,由此初步形成城市灾害风险系统动力学研究范式,补充和完善当前自然灾害风险评估与控制的理论方法体系。

用WRF模式研究土地利用类型与城市热岛的关联——以上海市为例王剑（复旦大学环境科学与工程系，上海，200433）摘要：随着经济的快速发展和城市化进程的加速，土地利用情况发生了巨大的变化，由此带来的城市气候和环境问题引起了广泛关注，其中，城市热环境是当前城市气候、环境研究的热点问题。

近几年来，城市地表温度逐步升高，城市热岛现象突出，本文试利用中尺度空气污染的大气模式WRF来研究热岛现象与土地利用类型的关系。

关键词：WRF，土地利用类型，城市热岛Analysis of urban landuse and heat island of Shanghai by using WRFmodelWANG Jian(Department of Environmental Science and Engineering, Fudan University, Shanghai 200433, China) Abstract：Landuse condition is tremendously changed by the rapid development of economic and accelerated process of urbanization, bringing about the broad concern of the climate and environmental issues in urban areas, in which thermal environment becomes the hot spot in current environmental research. In recent years, land surface temperature is gradually increasing and the problem of urban heat island effect is becoming more and more significant. Study the thermal environmental effect makes it possible to reveal the reasons of thermal environment change and propose reasonable suggestions to urban planning.Keywords: Landuse, Urban Heat Island, WRF1.引言：城市热岛[1]定义为城市内部气温比周围郊区高的现象，城市气候中最典型的特征之一，无论是在中高纬度或低纬度地区，这一现象均普遍存在。

计算机教学与教育信息化本栏目责任编辑：王力信息时代背景下的虚拟仿真技术在环境设计教学中的应用研究俞冠伊（广西师范大学设计学院，广西桂林541006）摘要：随着信息技术革命的不断进步与发展，虚拟仿真技术已成为多种领域中的技术开源。

为满足当下环境设计领域的新需求，该文针对虚拟现实技术及其在环境设计新型教学模式需求的情感化、多样化、复合化三者中的实际应用状况进行研究，通过导入虚拟现实技术对实际设计过程所带来的深远影响，以及虚拟现实技术环境下的情景化教学、可触碰化教学和复合化教学的策略要点，来应对信息时代背景下的虚拟仿真技术在环境设计教学中的挑战和机遇，以期为拓宽环境设计教学改革思路提供借鉴。

关键词：虚拟仿真技术；情感需求；智能复合；多元化；应用研究中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1009-3044(2021)01-0097-02开放科学（资源服务）标识码（OSID ）：21世纪随着网络信息技术的加快发展，各类多媒体技术的涌现，形成多元化的技术空间。

虚拟仿真技术可以说是未来世界发展的一个导向载体。

使用者只需要通过模拟器或者由计算机生成的虚拟仿真系统，就可以体验到最“真实”的物化环境。

同时，信息技术的迅猛发展也给传统教环境设计课堂教学带来了新的挑战。

环境设计本科专业主要以培养应用型学生为目标，课程主要分为理论学时（30%课程量）和实践学时（70%课程量）。

传统课堂多为理论教学以教师为主，学生为辅的扁平式讲授教学；实践考察课虽以学生实践调研为主导，但也会因施工安全性及项目场所限定性导致学生参与感较低。

由此可见，如何将传统的环境设计课堂教学手段与环境设计学生的实践行为得到有效发挥，是目前信息时代背景下的环境设计专业课堂教学改革的挑战和机遇。

1“VR+”环境设计的新途径1.1虚拟现实技术Virtual Reality ，即虚拟现实技术，是借助网络技术将仿真技术与人机接口技术、多媒体技术、计算机图形、传感技术等多种技术集合而实现的极具挑战性的交叉技术前沿学科[1]。

基于风环境模拟的城市更新规划方案优化研究——以深圳上步一单元为例李晓君俞露摘要：现代城市不断发展，旧城的历史遗留问题开始出现，土地配置低效日益突出，住宅拥挤与房屋破旧严重，基础设施滞后等现象制约着城市的发展。

城市更新成为改善城市环境、产业升级和解决城市土地资源紧缺的重要手段。

常见的城市更新规划主要关注单元地块居住环境改善、基础设施配置、产业结构调整等，主要用调整用地类型的方式，较少从城市风环境的角度来考虑地块环境的改善。

本文运用CFD流体力学法，模拟城市更新规划方案与现状项目地块及周边地区风环境，分析规划方案对城市风环境的影响，提出相应建筑外形优化调整措施，以不对现状城市风环境产生恶化影响为基准，为规划方案达到改善城市物理环境的目标做技术支撑。

从风环境模拟分析的角度对城市更新规划优化进行初步研究与探讨。

关键词：城市更新；城市规划；风环境；CFD ；1 引言改革开放后，由于前期的较为粗放式开发，城市发展已经开始面临土地紧缺及相关环境问题，经济增长推动城市化不断发展，但是空间扩展受到土地的制约，因此建成区的空间改善和土地循环利用将成为未来重要的城市发展内容[1]。

为了保护生态环境和控制城市增长边界，同时保障城市经济正常稳定运行、并逐步优化服务格局和实现社会和谐发展，通过城市更新对存量土地空间进行潜力挖掘和优化调整，已经逐步成为中国城市在产业、空间、社会等全面转型期间的重要发展政策之一[2]。

由于城市建筑物与人群的高密度聚集，在城市空间形成了特殊的城市物理环境（风环境、热环境、声环境、光环境），城市物理环境是支撑城市生态系统运作的重要无机环境。

城市物理环境的性态在很大程度上受制于人类活动、建筑物的密度和类型[3]；同时，又影响气候环境、城市生物种类与分布、建筑能耗特性、城市居民舒适度及健康程度等。

城市更新单元规划主要体现在产业升级、用地布局、市政支撑等研究，但是极少关注及明确提出对城市物理环境进行研究。

requirement of comfort for outdoor activities. In order to improve the outdoor micro-climate, a canopy that covered the project site was proposed. The simulation results showed that optimizing the shading coefficient of the canopy while designing the openings forms can improve the overly heating conditions during summer.Key words outdoor microclimate; thermal sensational index; Ladybug & Honeybee; computational fluid dynamics (C FD)近年来，城市空间布局中室外或半室外的活动场所逐渐增加，鼓励市民增加室外活动、亲近自然，为健康生活创造了良好的物理空间条件。

因此，热舒适度成为室外或半室外活动场所的评价要点之一。

极端的热环境可能对室外活动人员造成感官上的不适，更有甚者会对身体造成一定的伤害。

例如：降低器官生理机能、提升心血管疾病的发病率等[1，2]。

在全球气候变暖的大趋势下，更加需要关注城市微气候中人员活动的安全性和舒适性[3]。

影响室外热环境的因素较为复杂。

其中，一类因素是自然环境条件，主要包括风速、太阳辐射等；另一类因素是人为设计，主要包括建筑群的布局安排、下垫面的形式等[4]。

除了前述客观因素以外，有的评价标准也将人员主观行为列为影响因素之一[5]。

针对人员热舒适，国内外已有多种舒适度评价指标，各个评价指标包含的参数各不相同，且评价标准的侧重点各不同。

本文将对常见的几种室外热舒适评价指标进行文献综述对比，并通过结合实际项目案例进行室外热舒适度的模拟分析计算。

高层建筑的风环境优化设计在现代城市的天际线中，高层建筑如林立的巨人般拔地而起，成为城市繁荣与发展的象征。

然而，这些高耸的建筑在为人们提供广阔视野和丰富空间的同时，也面临着风环境带来的挑战。

风，这个无形的力量，对高层建筑的舒适度、安全性和能耗等方面都有着显著的影响。

因此，优化高层建筑的风环境设计成为了建筑领域中一个至关重要的课题。

风对高层建筑的影响是多方面的。

首先，强风可能会在建筑周围形成漩涡和气流分离，导致风荷载的增加。

这不仅会对建筑结构的稳定性造成威胁，还可能加大建筑材料的疲劳损伤，缩短其使用寿命。

其次，不合理的风环境会引起建筑表面的压力分布不均，从而导致窗户、幕墙等围护结构的渗漏和损坏。

此外，风在建筑之间的通道和峡谷中加速流动，会产生令人不适的风噪，影响室内的声环境质量。

对于居住和办公在高层建筑中的人们来说，风还可能直接影响到他们的舒适度。

例如，在冬季，强风可能会带走人体表面的热量，让人感到寒冷；而在夏季，不稳定的气流可能会影响空调系统的效率，增加能耗。

为了优化高层建筑的风环境，建筑师和工程师们需要从多个方面入手。

在建筑的外形设计上，流线型的外形通常能够有效地减少风的阻力和漩涡的形成。

例如，采用逐渐收缩的锥形或弧形的建筑轮廓，可以使风更加顺畅地流过建筑表面，降低风荷载。

此外，通过在建筑的边缘和角落进行倒角处理，也能够减少气流的分离和漩涡的强度。

建筑的朝向和布局对于风环境的优化同样重要。

合理的朝向可以利用当地的主导风向，减少风对建筑的不利影响。

例如，在季风地区，将建筑的长边与主导风向平行布置，可以降低风的阻力，并促进自然通风。

同时，在建筑群的布局中，要考虑到建筑之间的间距和相互关系。

避免建筑之间过于紧密的排列，以防止形成狭窄的风道，导致风速的急剧增加。

在建筑的开口设计方面，精心规划窗户和通风口的位置和大小可以有效地调节室内的风环境。

例如，在迎风面设置较小的窗户可以减少风的渗透，而在背风面设置较大的窗户则可以促进自然通风。

基于
SO2
（年均、日均、小时均）、PM10
VOCs（一次浓度）。

预测采取网
轴从西向东为正，轴从南到北为正，各网格计算点取各网格中心。

民产生潜在影响。

本研究借园区开展规划环评的契机，通过定量化的手段提出园区产业空间布局优化建议。

2.2
2.2.1
（a）SO2年均
（b）SO
2日均
（c）SO2小时均
（d）NO
2
年均
（e）NO
2
日均
（f）NO
2
小时均
（g）PM10年均
（h）PM10日均
（i）VOCs一次浓度
图1 ADMS预测结果
预测结果显示，研究区域内，SO2、NO2、PM10年均污染物浓度以工业区范围向四周均匀扩散；日均污染物浓度从工业区范围向西侧扩散；SO2、NO2小时均污染物浓度从工业区范围向东北方向扩散；VOCs一次浓度从工业区范围向东南方向扩散。

（年均、日均、
（年均、日均、小时均）、PM10（年
项指标中，单因
一次浓度，其次为
图2 ArcGIS大气污染物叠加影响结果
3 结论
一是运用ADMS模型对区域内大气污染物进行数值模拟计算，通过单因子评价对预测数据进行评价，用yaahp软件对各指标赋予权重。

通过ArcGIS的空间叠加功能，得到产业空间布局指数，提出了I～V
（下转第176页）
相结合，完成注浆施工，应用时要先使用高压旋喷注浆法进行注浆，
最终将浆液注入岩土层中，
应根据岩土工程项目的不同来选择合适的注浆施工工艺，保证注浆质量。

基于深度学习的城市风环境优化模拟技术一、城市风环境优化模拟技术概述城市风环境是指城市区域中由自然风和人造结构共同作用下形成的风的分布和特性。

随着城市化进程的加快，城市风环境对居民的生活质量、城市气候以及建筑物的能耗等方面产生了显著影响。

优化城市风环境，不仅能够提升居民的舒适度，还能有效降低城市热岛效应，提高能源效率。

基于深度学习的城市风环境优化模拟技术，利用算法模拟和预测城市风场，为城市规划和建筑设计提供科学依据。

1.1 城市风环境的重要性城市风环境对城市居民的健康、舒适度以及城市的可持续发展具有重要影响。

良好的城市风环境可以改善空气质量，降低噪音污染，提升居民的生活质量。

同时，合理的风环境设计还可以减少建筑物的能耗，实现节能减排。

1.2 城市风环境模拟技术的发展传统的城市风环境模拟技术主要依赖于计算流体动力学（CFD）方法，该方法虽然能够提供较为精确的模拟结果，但计算成本高，耗时长，难以应对大规模和复杂的城市环境模拟需求。

近年来，随着深度学习技术的发展，基于深度学习的城市风环境优化模拟技术逐渐成为研究的热点，该技术能够大幅提高模拟效率，降低计算成本。

二、深度学习在城市风环境模拟中的应用深度学习作为一种高效的机器学习方法，通过构建多层次的神经网络模型，能够从大量数据中学习复杂的非线性关系。

在城市风环境模拟中，深度学习技术主要应用于以下几个方面：2.1 数据驱动的风场预测模型深度学习模型可以从历史气象数据和城市结构数据中学习风场的分布规律，构建数据驱动的风场预测模型。

该模型能够快速预测不同气象条件下的城市风场，为城市规划和建筑设计提供参考。

2.2 城市建筑布局优化基于深度学习的优化算法可以用于城市建筑布局的优化设计。

通过学习不同建筑布局对风环境的影响，深度学习模型能够提出优化建议，改善城市风环境，降低建筑物的能耗。

2.3 城市绿化规划城市绿化是改善城市风环境的重要手段。

深度学习技术可以分析不同绿化布局对风环境的影响，为城市绿化规划提供科学依据。

城市景观空间的风环境设计———以上海浦东地区的公园为例作者：姚翔来源：《现代园艺·下半月园林版》 2018年第5期1 空间中的气流与微气候1.1 气流的定义及特性流动的空气称为气流，也可称之为风。

向上运动的空气称之为上升气流，同理向下运动的空气称之为下降气流。

上升和下降2 种气流在生活中很常见，例如滑翔机、风筝以及在空中飘的物体都会受到这2种气流的影响，在空中划出波浪形的轨迹。

气流的生成非常复杂，受到各种天气、温度、湿度、空气温度递减率、地表温差、气压等数据影响，一般来说，气流是由这些因素的叠加形成的。

气流的特性可以分为以下方面：惰性，气流往往走的是最短、最近的途径；释放点，水平运动状态的气流如果遇到激发物，也就是依托物，就沿着依托物爬升，直到依托物的最顶端即释放点。

在城市景观的地形设计时，可以考虑地形地势的变化进行设计气流的流向；根据场地判断气流，在群山环绕的空中，气流出现的情况比较复杂。

对于山窝里的气流，气流在山窝里流速比沟外的大。

这就可以解释为什么城市里会产生弄堂风；热力气流和动力气流，动力气流即动力上升气流。

平行移动的气流在遇到障碍物激发的情况下，改变自身原本的运动方向继而形成的向上运动的气流。

热力气流即热力上升气流，是受日照、气压、温度、风力等自然条件和地形条件的影响而形成的上升气流。

例如砂石吸收的热量最少，最容易饱和，此时日照还是继续，于是把多余的热量转达给周围的空气，使得空气加热。

而水、湿润的地区受阳光照射后形成热力气流则比较慢，因为水的比热高，需要的热量很大，水周围的空气温度不及沙石周围空气的温度，于是就有了气流的循环。

这就是根据热力气流所产生的景观空间“小气候”。

1.2 气流产生的微气候覆盖在人们周边的气流所产生的气候称为人的微气候。

微气候会直接影响人的情绪、疲劳程度及舒适感等。

影响微气候的因素有很多，比如人体受热辐射获得的热量较多，这时人体会感觉到热，若增大气流的速度会使人感到凉爽。