探究北京市区楼房的“狭管效应”

　　一、设计试验
　　
　　1　实地试验方法
　　选择一个在空旷地的测试点，分别与设在两座高大建筑物之间的九个测试点同时测试风速，进行实地采集数据，包括：照相、丈量、列表计算、取值对比分析。研究两楼间位置差异、楼房形状和气候条件对城市“狭管效应”的影响。
　　●平面俯视图(A为空旷处测试点，①～⑨为高大建筑物之间的测试点)
　　●试验地点举例(注：★为空旷地测试点为高大建筑物之间的测试点)
　　抽样地点位于北京市区的北四环路以北，全部为新建建筑。于2009年3月前往做测量风速的试验。
　　2　模型试验方法(见表1)
　　
　　
　　二、开展调查
　　
　　1　走访调查
　　对路人进行随机走访调查，了解社区住宅建筑及高层办公建筑中存在的“狭管效应”，并了解其对居民生活、办公楼工作人员的影响。
　　2　问卷调查
　　就城市中“狭管效应”设计调查问卷，并对高层建筑物中的工作人员、社区居民及路人进行随机问卷调查。调查地点包括西城区、海淀区、石景山区及朝阳区，共发放调查问卷102份。
　　3　个案调查
　　针对典型楼型，对其社区居民、附近学生进行个案调查，并记录调查内容。
　　4　咨询专家
　　(1)咨询建筑专家：对专业建筑设计师江女士进行咨询，了解在设计过程中对城市中“狭管效应”的考虑，以及其形成原因和对楼房设计产生的影响。
　　(2)咨询地理专家：对地理专家崔女士进行咨询，了解“狭管效应”形成原因，以及北京各季节气候对城市“狭管效应”的影响。
　　5　研究结果
　　模拟试验结果：选取、标记两楼间距，并记录实验数据。
　　(1)研究高度相同、风速相同的情况下，间距对“狭管效应”的影响，根据试验结果总结出不同间距的模拟两楼口与模拟空地的风速差值对比数据。
　　(2)研究间距相同、风速相同的情况下，建筑物高度对“狭管效应”的影响。
　　(3)研究间距相同、高度相同的情况下，风速对“狭管效应”的影响。
　　6　分析与讨论
　　(1)北京市区“狭管效应”普遍存在，影响广泛
　　通过对地理专家的咨询了解到，北京冬季多刮北风和西北风。当风遇到高层建筑，高层建筑使风向、风速发生改变。问卷调查、个案调查和走访调查的结果显示，北京市区“狭管效应”没有老旧建筑与新建建筑之分，是一个比较普遍的建筑问题。“狭管效应”对人们的影响除行进困难以外，还有噪音、室内空气污染等多个方面。
　　(2)间距差异影响“狭管效应”的形成
　　通过查阅资料，可知当气流由开阔地带流入地形构成的峡谷时，由于空气质量不能大量堆积，于是加速流过峡谷，风速增大。如图所示：大风刮过来后，进入了有建筑物与建筑物形成的峡谷，无法顺畅通过，都挤入了“峡谷”，就会出现城市中的“狭管效应”。但实地试验与模拟楼房的模型试验结果表明，我们可以减小它的影响。
　　(3)楼房形状影响“狭管效应”的形成
　　在个案调查中的三种典型建筑物形状都形成了比较严重的“狭管效应”。且存在于办公楼密集处、学校等人流量大的场所、居民楼群中。
　　
　　(4)气候条件影响“狭管效应”的形成
　　通过对地理专家的咨询得知，北京的风集中在冬、春、秋三个季节，冬春季的主风向是西北风和北风。在抽样测量地点的测量数据中也可以看出在冬、春、秋三个季节的“狭管效应”的现象比较明显。
　　(5)高度差异影响“狭管效应”的形成
　　在模型试验中，通过控制间距、风速为不变量，改变两个模型的高度，研究了建筑物高度对“狭管效应”的影响。当模拟建筑高30cm时，平均风速为3.72m/s，根据风速表属于三级风：而当模拟楼房高度减至20cm时，平均风速降至3.26m/s，根据风速表风力降至二级。由此说明，当风速、间距相同时，建筑物越高，“狭管效应”越明显。
　　(6)风速差异影响“狭管效应”的形成
　　在模型试验中。通过将模型高度、间距控制为不变量，改变初始风速，研究风速对“狭管效应”的影响。当初始风速为6.4m/s时，风速平均值为3.62m/s，相当于三级风的风速；当初始风速改变至5.3m/s时，风速平均值为2.74m/s，属于二级风。这两次的平均风速每秒相差0.88m。可以看出，在楼房高度、间距相同的情况下。风速越大，“狭管效应”越明显。
　　(7)模拟楼房可以在建筑设计中得以运用
　　由模型试验的数据可以看出，楼房的间距、高度及初始风速会对“狭管效应”形成产生影响。生活中，我们没有能力控制风速，但可以通过改变两楼房之间的间距以及高度来减小“狭管效应”的影响。
　　(8)北京市区内“狭管效应”影响行人通行，并形成安全隐患
　　通过问卷调查发现，行走在两栋高大建筑之间，感到风力明显增大，总会吹乱头发，前进困难，如骑车通行，总要推着自行车经过。由此可见，
　　“狭管效应”造成了通行障碍。城市“狭管效应”还形成了的安全隐患。气象部门的测试还显示，在城市刮起六七级大风时，由于“狭管效应”在作怪，通过高楼之间的瞬间风力能够达到十二三级，为“台风级”，其摧毁力极大。
　　(9)经济发展是新能源开发的基础
　　根据对建筑专家的咨询可以看出，在建筑设计中曾考虑风能的利用，但由于受到经济制约而无法运用于实际。然而，通过对地理专家的咨询，我们发现北京城区的风的形成是由北京周边的地理地形等因素决定的，觉有一定的规律性。所以我们应该更加深入的挖掘规律并利用风能。尽量用低廉的价格获得最大的利用率。在这方面，一些经济发达的国家已有部分成功的先例了(参考网上文献)。北京城市的进一步发展也应该借鉴这些成功的例子。使风能在城市中得以运用。
　　(10)政府应加强城市规划
　　解决北京城市“狭管效应”的根本，是政府进一步加强城市规划与管理，合理地对高层建筑进行布局。在北京城市建设迅速发展的背景下，政府对城市进行规划与管理，开展建筑风环境的评估，显得尤为迫切。在城市建设发展中，更要着眼于城市的可持续发展。
　　
　　三、结论及建议
　　
　　1　北京市区楼房“狭管效应”普遍存在。不仅影响行人通行，且形成了安全隐患。
　　2　两栋高大建筑物的间距、高度、形状，及北京的气候条件和风速会对“狭管效应”的形成产生影响。
　　3　北京市区楼房设计可用模拟楼房进行模型试验。以减小“狭管效应”影响。建筑设计应更注重人文关怀，充分考虑“狭管效应”及其影响，建议通过增加绿色植被以减小“狭管效应”带来的不良影响。
　　4　北京城市发展与建设可借鉴成功先例，推广微型风力发电机。使北京市区的风能得以利用，实现环境保护。
　　5　政府应进一步加强城市规划与管理。合理地对高层建筑进行布局。在与开发商进行协调的同时，还要在楼房施工前对其进行风环境评估，使北京的城市建设实现可持续发展。
　　
　　专家点评
　　“狭管效应”即风口风大。是人们都有感受的现象。选题源于生活，做了问卷、走访咨询，获取了有关资料，并在不同地区、不同楼房间进行实地测量，得到相关数据。本项目的特点是：工作到此并未结束，而是进一步在室内构建楼房模型进行验证后，再做结论。体现了科学研究的科学方法和科学态度。
　　建议：室内构建楼房模拟试验中，若能再进一步确定楼高和楼间距的相应比的狭管效应最小的数学公式，为建筑业提供参考，会更有价值。
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