城市室外风环境的评价方法整合及策略初探

城市室外风环境的评价方法整合及策略初探赵倩，张涛摘要：在“新常态”背景下，生态宜居城市的建设对城市微气候、城市物理环境的多学科联动提出了更高的要求，基于城乡规划角度，针对城市风环境的评价，梳理与总结了常用室外风环境评价方法，综合考虑实际的可操作性和实用性，初步构建了由室外风环境的风速数值评价标准和平均风速、平均风速比、风速离散度、测点舒适风速比率、静风区面积比、强风区面积比6项指标因子组成的城市室外风环境的评价策略，并结合案例进行了实际应用，以期为城市风环境研究和规划设计实践提供切实可行的方法。

关键词：室外风环境风环境评价方法风环境评价策略1 引言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人们生活品质的高低。

创建宜居的城市空间环境逐渐成了当今城乡规划、建筑学科的主题，城市风环境等微气候研究也成了交叉学科的关注热点。

城市风环境作为城市微气候的重要因素，对开放空间热/风舒适度的感知、热岛效应的消解、大气污染物的扩散、高层建筑的风安全等均具有重要的作用，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，特别是人行高度处的风环境，能够为城市居民提供更加健康舒适的户外活动环境。

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。

在“新常态”背景下，城市规划的变革应将城市物理环境纳入到城市规划工作的考量内容中，逐步建立、健全应对城市气候环境变化的城市规划响应机制。

本文从城市室外风环境评价的角度出发，梳理与总结常用的室外风环境评价方法，综合考虑实际的可操作性、实用性，初步构建城市室外风环境的评价策略。

2 常用的室外风环境评价方法城市风环境问题的研究应有一套切实可行的标准，用来衡量其优劣程度，同时也将成为城市风环境评价所依据的参考。

合理有效的评价策略的构建是城市风环境研究的重要内容，也是解决风环境问题的基础。

然而对于城市风环境评价的理论与实践仍处于发展阶段，目前存在的评价方法种类繁多，在实践中选取评价方法时往往无规律可循，存在较大随意性。

目前，常用的室外风环境评价方法主要包含以下6类。

2.1 蒲福风级表1：蒲福风级（Beaufort Scale）资料来源：作者整理绘制最早的风力研究可以追溯到19世纪初期，英国海军上将Francis Beaufort于1905年根据风对地面物体或海面的影响程度而定出的风力等级——蒲福风级（Beaufort Scale），按强弱将风力划为“0-12”共13个等级。

到目前仍是世界气象组织所建议的风级标准，其风速相当于地面上10米高度处风速水平（表1）。

当风速达到6级时，表现为撑伞有困难，说明人在户外的行为活动已经受到影响；而当风速达到8级以上时则极有可能危害人的生命财产安全。

蒲福风级对于影响人活动以及风安全的风速标准的确定具有一定的指导意义，但需要换算为行人高度1.5米处风速值。

2.2 相对舒适度评估法1972年，Davenport1基于蒲福风级对行人高度处人的风舒适度感觉进行了研究，探讨了从事不同活动、行为的情况下，不同风速等级对人的风舒适度的影响，并结合了风速频率来描述人所能接受的不舒适风速的发生次数。

结合表2可以看出，不同行为活动对风速1Davenport A G. An approach to human comfort criteria for environmental wind conditions[C]//Colloquium on Building Climatology, Stockholm. 1972.的要求也不同，同时偶尔有较大风速发生，但若能控制在一定时间范围内，人还是可以忍受的，不会产生较大影响。

相对舒适度评估法丰富了室外风环境的评价，在实际中可针对不同使用性质的区域进行评估标准的选择，不需要采用同样的标准，对于详细城市空间的风舒适度评价具有较大的指导意义。

2.3 风速概率数值评估法表2：Davenport基于蒲福风级的相对舒适度评价标准注：发生次数中一次，指历时1.7-2.5h左右的一场风。

资料来源：Davenport,A. G. An approach to human comfort criteria for environmental wind conditions. CIB/WMO Colloquium onBuilding Climatology. Stockholm, 1972.表3：Simiu行人高度处风速与风舒适度的评价标准资料来源：Simiu E, Scanlan R. H. Wind effects on structures: an introduction to wind engineering[M]. New York :A WileyInterscience Publication, 1978.表4：Soligo行人高度处临界风速与频率评价标准资料来源：M.J.Soligo, P.A.Irwin,CJ.Williams, et al. A comprehensive assessment of pedestrian comfort including thermal effects [J].Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 1998: 753-766.1978年，Simiu E与Scanlan R. H.2依据大量的现场实测、访问调查以及风洞实验的研究，在充分考量了人的风舒适度与基地平均风速及风速频率之间的关系，提出了表32Simiu E, Scanlan R H. Wind effects on structures: an introduction to wind engineering[M]. John Wiley, 1986.图1 Khedari.J.温度、湿度、风速与人体热舒适度的关系*资料来源：Khedari J, Yamtraipat N, Pratintong N, et al. Thailand ventilationcomfort chart[J]. Energy and Buildings, 2000, 32(3): 245-249.所示的研究结果。

该标准指出，当行人高度1.5米处的风速维持在5m/s 以内，说明这个区域的风速不会对人造成明显影响，属于人的舒适风。

而当风速超过5m/s ，则成了不舒适风，并且人的不舒适度不仅与风速相关，而且与不舒适风出现的频率也相关：出现频率低于10％，人们感觉尚可，基本不会产生什么不良情绪；当出现频率处于10％-20％之间时，人们会对这样的风环境产生一些不满，感到不舒适，抱怨会增多；而当出现频率超过20％，人们会感到很不舒适，此种情况下则应针对风环境采取一些减小风速的措施。

Shuzo Murakami 和Kiyotaka Deguchi 3于1981年提出了临界风速的概念，并提出了满足舒适性的具体条件。

之后加拿大学者Michael J. Soligo 等研究者在研究中又引入统计以及概率的理念，提出了超越风速概率数值评价标准，其评价方法是利用某个时间跨度内风速超过某一标准的比率来形成的。

Soligo 在1998年对诸多研究者的研究成果进行了总结与分析，并结合其自身关于风环境的研究和应用，提出了一套基于不同行为的临界风速及其频率的评价标准，来评价行人高度处风舒适度（表4）。

其频率标准可以使风环境评价从动态风的角度来综合考虑某个时间段内的各种状况，而不仅仅从一个特定的时间点来考虑，进一步丰富了室外风环境的评价角度和方法。

2.4 基于热舒适度的评价方法除了人的风舒适度评价角度以外，人的热舒适度也是评价城市风环境的重要依据之一。

空气流动是影响人体热舒适的六个主要因素之一，另外五个因素包括空气温度、平均辐射温度、相对湿度三个环境物理参数和新陈代谢率、服装热阻两个个体参数。

大量研究表明在湿热的气候条件下，空气流动可以通过潜在蒸发来帮助身体散热，从而影响人的热舒适性。

3Murakami S, Deguchi K. New criteria for wind effects on pedestrians[J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 1981, 7(3): 289-309.表5：生理等效温度、空气温度、平均辐射温度与风速*Ta—空气温度，Tmrt—平均辐射温度，V—风速资料来源：Hong Kong Planning Department. Urban Climatic Map and Standards for Wind Environment-Feasibility Study[R].Hong Kong:2008.香港中文大学的吴恩融教授等对香港的热舒适度进行了系统研究，总结整理了与香港气候相近的其他地区的城市热舒适度相关研究成果，结合测试研究，构建了香港室外热舒适度的评价图表4（图2）。

该图中灰色区域代表的是在户外空气温度、太阳辐射强度以及风速综合作用下的热舒适区域，而灰色区域右侧为炎热的热感觉区域，左侧则是寒冷的热感觉区域。

从图中可以看出在香港夏季平均空气温度约28℃，以及人处于树荫下（太阳辐射强度约为100w/m2）的情况下，风速在1-1.5m/s之间则基本能满足人的热舒适度。

在香港的《都市气候图及风环境评估标准可行性研究》当中，吴恩融等人基于香港的室外热舒适度，采用生理等效温度5（PET，Physiological Equivalent Temperature）舒适模型进行了调查研究，来获得行人高度处的热舒适度的风速阈值。

在典型的夏季日间，当空气温度为27.9℃、相对湿度为80％的情况下达到中性生理等效温度nPET=28.1℃（既不冷也不热的热感觉在生理等效温度中叫作中性生理等效温度nPET）的风速要求为0.9-1.3m/s，风速的取值取决于平均辐射温度（Tmrt，Mean Raditant Temperature）（表5），香港的平均辐射温度一般高于空气温度4-6℃，但当采取在行人高度处广泛植树以及增加绿化面积等测试降低平均辐射温度，则也可以接受更多的风速标准。

在其另一项香港热舒适性调查中，指出静风天气将进一步恶化城市室外空间的热舒适性和空气污染的扩散，夏天风速从1m/s降到0.3m/s相当于温度上升了1.9℃6。