我国城市住区风环境研究现状及展望*

王伟武 王智伟 梁静宜 WANG Weiwu, WANG Zhiwei, LIANG Jingyi

0 引言

随着我国城镇化进程的不断推进，到2020 年内地城镇人口将超过8亿[1]，庞大的人口基数给城市带来了沉重的负担，也由此引发了譬如交通出行、疗养福利和环境卫生等一系列城市问题，其中，居住问题是推动城镇化继续稳步前行所面临的首要难题。高层建筑的发展提高了城市容纳居民的能力，满足了居民的基本住房需求，但是以往的居住区设计以经济效益为规划目标，即以最少的地容纳最多的人。随着城镇居民生活质量的提高和健康舒适理念的普及，居住质量的改善成为维持城市吸引力，提高居民生活幸福感的客观条件，因此，居住区风环境的优化逐渐成为住区规划设计的标准之一。

城市住区作为城市最基本的功能区，其建设面积一般占据城镇建设用地的25.0%~40.0%[2]，居住区风环境的改善能够有效缓解城市的热岛效应、雾霾影响等环境问题[3]，提高城市宜居水平。同时，住区是人类日常起居的生活空间，良好的风环境能够降低建筑能耗[4]，提高人体舒适度[5]，有助于居民的身心健康[6]。近年来，关于城市住区风环境的理论和实践层出不穷，但是缺乏系统的梳理和整合，因此，对城市住区风环境的研究现状进行总结和展望是固化现有研究基础，深化研究能力，指导研究方向的必要前题。

1 研究方法与研究数据

CiteSpace是基于Java平台开发的专业化文献计量软件，能够以可视化的方式来呈现某一研究热点及动态前沿。本文利用该软件追踪筛选了国内外关于我国住区风环境的研究文章，通过研读并结合CiteSpace的数据结果，归纳了相关成果、剖析了关键问题，并提出优化建议。

研究资料中文献来自于中国知网（CNKI）数据库和和Web of Science（WOS）核心合集数据库，截取发表时间至2019 年12 月31 日之前的文章，包括国内外期刊文章、重要会议论文以及国内硕博士毕业论文。中文选取主题词“风道”“风廊”“风环境”“通风”和“居住区”“住区”“小区”，将前四个主题词和后三个主题词进行两两叠加组合搜索，英文文献中分别以“residential”“urban settlement”“community”和“wind”“ventilation”以同样的方法进行组合检索，剔除卷首语、报道、重复以及与检索主题偏离的无关文章，整理后得到我国关于城市居住区中风环境的各类中文研究共311 篇，英文文献共56篇，并以此367篇文章作为基础进行分析。

2 我国城市住区风环境的研究阶段

文章的刊发时序能够反映研究主题的受关注程度和发展趋势，根据对时间维度的分析，得到我国住区风环境相关文章刊发的年代分布图（图1），总体而言，我国住区风环境大体呈现三个阶段。

图1 关于我国住区风环境研究的文章刊发年代分布图Fig.1 publication time of relevant papers on wind environment research in residential areas

起步阶段（2001—2005年）：根据CiteSpace的关键词共现显示（图2），住区风环境研究往往和数值模拟、CFD等计算机辅助软件关联。我国计算机在19世纪80年代掀起首轮普及高潮，于21世纪初得到全面的推广，借助计算机对居住区风环境进行定量化研究得到了客观条件的支撑。在2001年唐毅[7]等人首先借助Phoenics软件对广州江南新苑小区的风环境进行了评测，开启了我国住区风环境定量化研究的先河。但是在这一阶段相关文章检索较少，进展较为缓慢。

图2 住区风环境研究的主题词共现Fig.2 co-occurrence of subject words in residential wind environment research

快速发展阶段（2006—2013年）：人口的高度密集带来居住环境的恶化，产生了诸多的负面样本，研究空间骤增。城市居民对于舒适宜居生活环境的向往，诱发了学者们对于城市居住环境改善的研究兴趣，而技术规范的相继出台，明确了研究重点，使得该阶段的文献数量大幅度增加。

深化完善阶段（2014年至今）：有关住宅环境的政策文件和技术规范不断完善更新，不同地区间的风环境评分和影响要素也开始有针对性的设置，再加上信息技术的不断革新，有关住区风环境的相关文章也呈现上升态势。可以预见随着技术设计标准与评价指标的进一步完善，未来我国住区风环境的研究也将迎来新的高潮。

3 我国城市住区风环境的研究现状

3.1 基于文献特征的研究现状分析

通过对检索到的三百余篇文章进行主旨定位和关键词归纳，城市住区风环境的研究主流集中在模拟技术、建筑组合布局以及实证案例优化。该三方面在不同文章中的体现或有侧重，但基本上涵盖了我国城市住区风环境研究的所有重点文献。

3.1.1 数值模拟与应用技术

在建筑规划领域，对于城市住区风环境的模拟研究主要有现场实测、风洞试验以及计算机辅助模拟三种方式。虽然现场实测能够获得第一手资料，但是获取数据的同时需要进行长时间的观测计量，往往需要耗费大量的精力和时间，具有较大的局限性，因此，通常作为风洞试验和计算机辅助模拟的佐证，予以检验模拟数据的准确性，譬如彭云龙[8]、叶宗强[9]、王彦飞[10]等将实测数据分别和Fluent、正交试验设计、Envi-met结合进行住区风环境的研究。风洞试验是最早使用的风环境模拟方法，可以更加准确的模拟风环境情况。自20 世纪60 年代起，风洞试验逐渐被引入城市风环境的研究中[11]，包括公建[12]、商业[13]等，但是由于进行风洞试验时，需要制作等比模型，其要求较高，成果昂贵，因此在风环境模拟中应用并不广泛。相较于前两种，计算机模拟具有方便快捷、节约成本的优点，逐渐成为了数值模拟研究的主流方法。同时，也有学者对上述三种研究方法进行优劣比较，最早是赵彬等人在2002 年发表的《建筑群风环境的数值模拟仿真优化设计》，文章比较了风洞试验和计算机模拟[14]。随后，Phoenics、Airpak、Fluent等计算机辅助技术在住区风环境测定和优化中得到大量应用[15-17]，并逐渐深入到住区景观塑造[18-19]、节能优化[20-21]等诸多方面。在住区风环境模拟的应用技术方面，计算机辅助模拟具有较高的应用频次，随着时代的进步和技术的优化，三维数据模拟的完善将为住区风环境的定量研究提供更强力的技术支撑和决策参考。但是，并不能摒弃现场实测和风洞试验的做法，很多学者正是借助两种甚至是三种方法的融合，从而大幅度的提升数据精度，保障研究的科学性，多种应用技术的交叉融合必将成为研究的重点。

3.1.2 建筑布局与空间形态优化

一般而言，住宅用地占居住区总用地的50%以上，居住建筑是影响居住区风环境的重要因素。建筑组合形式的不同能够营造出不同的住区空间形态，同时，也会导致风环境特征的差异。针对建筑布局，李晓峰[22]、马剑[23]、刘政轩[24]等通过CFD辅助技术，探讨了周边式、围合式、行列式、并列式、错列式等不同住宅组合形式的风环境特征，并根据不同的地域环境选择了最佳的建筑布局形式。蒋新波等人通过对居住区周围风环境的耦合模拟与分析，研究了风环境之间的接触与围堵关系[25]，彭立等人通过研究建筑的簇群式和条带式的布局形式，确定了建筑高度、围合数量和风环境之间的关系[26]。曾穗平[27]和李晓峰[28]等人则是解析了不同组合模块的通风效率与建筑布局形态的耦合规律，探索了多模式空间组合状况下住宅的自然通风潜力。针对建筑形式与影响要素方面，马剑[29]、王旭[30]、王辉[31]、应小宇[32]等人分别从出入口间距、相邻建筑间距、建筑布局、建筑形态、建筑开口角度等影响因素，讨论了其对于住区风环境的影响。当前我国城市住区风环境的优化研究还较为狭窄片面，大多利用住区建筑的布局形式、空间组合方式等进行研究，未来的城市住区风环境不应当仅仅从建筑规划层面分析影响要素，而是应该扩展到美学、环境学、气象学等多学科领域，以交叉互促的方式提高住区风环境质量。

3.1.3 住区风环境的实证研究

城镇化的推进带动了经济的发展，但是也导致了城市住区环境恶化的问题，实证研究往往以该类住区为例，通过理论架构、数理模型推导等方式探讨风环境优化提升策略。按照文献关键词进行检索，以行政地域进行数量统计。我国住区风环境研究主要集中在广州、深圳、南京、北京等开放发达城市[7,33-35]，另外，学者们也偏爱于研究西安、天津、郑州等空气质量不佳的城市[9,36-37]。与此相对，一些偏远城市如沈阳、长春、昆明、聊城等地住区的风环境研究[38-41]，不仅数量较少，而且基本上为当地建筑类院校的硕博士学位论文，研究深度不足。因此，住区风环境的实证研究与我国城镇化特征吻合，即案例中南方城市普遍多于北方城市，大城市多于中小城市。事实上，中小城市才是吸引就近农业人口入城落户的重要枢纽，今后，我国城镇化进程的平稳推进需要大中小城市齐头并进，持续发力，这就需要我国住区风环境研究更多的涉及北方城市和中小城市。

3.2 基于文献成果的研究现状分析

3.2.1 特殊气候影响下的城市住区风环境

按照《民用建筑热工设计规范》GB50176—2016的现行标准，我国基本气候区分别为严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区、温和地区五类[42]，不同气候区的住区风环境特征也不尽相同。在基本气候区划分标准的基础上，依据通风作用将当前住区风环境研究成果归纳为夏热地区、寒冷地区以及温和地区。

对于南方的夏热冬暖和夏热冬冷地区，研究风环境的主要目的是为了在炎热的夏季提高住区通风效率，为住区带来干净凉爽的空气，从而达到改善住区积热积污的问题。迎小宇等人以夏热冬冷气候区典型城市浙江杭州为例，通过确定建筑体积率，建筑密度和建筑层数之间的关系，作为室外风环境影响的主要规划指标，证实了随着楼层高度的增加，室外防风区会使行人更加舒适，良好的通风效果能够显著提高改善住区通风环境[43]。王薇等则模拟了安徽合肥市混合居住区与该气候区风环境的耦合关系，运用Phoenics分别模拟了在夏季主导风向与冬季主导风向影响下规划布局、建筑朝向和建筑高度对室外风环境的影响，总结得出建筑组合形式、建筑开口朝向以及住宅建筑空间布局在住区通风模拟中的变化[44]。

在严寒地区和寒冷地区，住区通风的作用是为了有效的抵抗寒风侵袭，减小风的直吹力度。姚雪松等以哈尔滨某小区为例，通过实测确定了风速最高区域为迎风向处和建筑之间的狭窄区域，该设计会导致气流加速, 形成狭管效应，加剧严寒地区气候环境的不舒适性, 极大地影响了住区的环境质量和居民的生活质量[45]。金虹等扩大了研究范围，通过借助Envi-met构建了3D模型，得出哈尔滨行人平均风速比与高层住宅建筑密度、风投射角度呈现的线性关系[46]。吴晓冬以高层低密度住区风环境设计为主题，从总体规划布局、组团、宅间空间设计等层面论述了寒冷地区预防冬季寒风侵袭和局部强风影响的举措，得出了建筑物的前后压差在保证除迎风面之外，应该不大于5 Pa，以防出现冬季高层建筑之间出现过激狭管效应[47]。

我国温和气候区主要指的是云南和贵州两省区，该气候区气温变化小，冬暖夏凉，气候宜人，基本不存在夏季集热问题，居住区风环境需要考虑的因素较少，规划布局较为容易。但是就昆明而言，冬季与“干季”之间重合，强烈的太阳辐射使得地表扬尘问题严重，需要做好控制冬季风速的问题。因此，黄怡在其硕士论文中详细研究了昆明地区住区风环境的特征，提出了在建筑布局方面的建议，认为围合型建筑布局更适宜昆明的环境特点，有利于提高下风向区域的室外人体舒适性[40]。

3.2.2 特殊地形影响下的城市住区风环境

除了以上气候区的划定外，我国疆域辽阔、地形复杂，住区所处的地理环境不同往往会导致风环境特征的差异，相较于平原城市，具有特殊地理环境的城市住区风环境更为复杂，以滨水住区风环境和山地住区风环境为代表都成为了学者关注的热点，取得了较为突出的成果。

滨水环境下住区的风环境由于受到水体的影响，其气候特征与其他区域不同。杨召等以深圳滨河住区为研究对象，探讨了河流与住区平均风的关系，通过实测探讨了滨河住区建筑与河流的最优夹角[48]。张璐以深圳蛇口片区为研究对象，得出了滨河地区建筑迎风面最佳角度，以及住宅内部开敞空间的布局方位[49]。我国是一个多山国家, 山地已占国土面积的2/3以上[50]，山地住区环境的优化对于健康人居环境的推进起着至关重要的作用，时至今日，风环境的考量已经成为山地住区开发建设的必要流程。徐煜辉以重庆山地生态住区建设为导向，认为住区布局平行或垂直山体等高线的模式有利于山谷风等风体顺应山体走势进入住区，提高住区的通风状态[51]。而杨华则以华北地区的山地城市— —承德市为例，深入研究了山地住区与风环境的适应关系，认为要充分利用地方小气候风，使住宅布局与风向形成适当的风向投射角，同时可以根据风压、风向、风速的变化情况，灵活处理住宅群体布局形式，从而改善通风效果[52]。

4 我国城市住区风环境研究不足与建议

4.1 当前研究的不足

经过近20年的探索，我国住区风环境相关研究取得了丰硕的成果。在模拟技术、实测校对和优化策略等方面提出了很多具有代表性意见。但是，目前我国住区风环境的研究也存在一定的不足和缺陷。

4.1.1 在风环境测定方面，存在评价标准繁多复杂的问题

住区是一个复杂的空间体系，影响住区风环境的因素有很多，尽管学者们对建筑围合、单体结构、间距角度、开敞空间、绿化体系等作出了研究和建议，但是仍然有很多影响因素未得到考虑，缺乏系统性的考量。因此，很少有文献研究住区风环境的评价指标体系，即使有些文章有所涉及，也是根据不同的规划需求，选择不同的影响因素建构规划指标，从而导致我国住区风环境的评价标准繁多复杂。例如《中国生态住宅技术评估手册》等规范文本将风速、风压、风速比率等要素作为评价内容[53]。刘天琪等采用响应面回归法来评价香港住宅的通风环境[54]。香港中文大学吴恩融教授团队在开展“空气流通评估可行性研究”时，将风速比作为风环境评测标准[55]。曾穗平利用低风速区域的面积与建筑体积比来评价通风效应，但是众多评价标准存在“规定风速上限，未限制风速下限”“不同气候区风速标准无差异化”“针对不同目标, 无理想风速标准”等局限[27]，我国尚未形成完善的评价体系[11]。

4.1.2 在规划理论层面上，缺乏系统的指导与保障

研究住区风环境的过程是寻找风与空间作用规律的过程，而研究的最终目的在很大程度上是为了探索如何优化住区风环境[56]。然而，在住区风环境优化建议方面，当前文献大多就事论事，以点治点，规划层面重视不足，缺乏系统规划流程。我国住区风环境研究遵循着以解决实际住区风环境问题为导向，通过借助实测、风洞试验或者计算机辅助的方式，选定住区进行模拟研究，并提出优化该住区风环境的一些策略。这种研究方法具有很强的真实性和目的性，能够较好地解决个例问题。但是由于地域环境、小区结构以及规划设计条件等方面存在差异，缺乏共性研究，无法上升到规划理论层面，对他地甚至是当地其他住区缺乏普遍的指导意义。

4.1.3 在规划编制过程中，不同尺度风环境规划衔接不畅

我国的规划种类繁多，规划法规也比比皆是。正是由于国家和地方法规的完善，才能有效的指导规划的进行，使得建造实践顺利开展，然而，目前有关住区风环境的法规文件较少，仅在《绿色建筑评价标准》等相关文件中出现寥寥数笔。面对这一问题，却很少有学者进行研究，对三百余篇文章进行通读，仅有一些硕博士学位论文谈到了住区风环境的规划体系不全、不同空间层次风环境衔接不畅的问题，但是，通常都是泛泛而谈，没有给出具体的规划建构建议，无法为接下来的研究做出切实有效的指导。

4.2 面向未来发展的建议

4.2.1 建立科学合理的评价指标

风速、风压、涡旋等表征风特征的要素有很多，这些特征如果都用来作为住区风环境标准，不仅会导致构建体系复杂，造成运算验证的不便，而且，可能因为选取的无关变量太多，反而有损指标的科学性。因此，从风环境评价标准的建构意义来看，可以将指标概括为：风环境舒适度评估和风环境安全性评估。夏热地区以风环境舒适度评价为主要评测目标，依据《居住建筑风环境和热环境设计标准》等地方性法规文件完善指标，侧重考虑夏季风热舒适度的评测标准。寒冷地区需要从风环境安全的角度，将风力机械舒适度以及风寒评估标准纳入住区风环境的指标体系中。

4.2.2 完善事前规划评估机制

城市规划的工作程序分为三个阶段：规划编制前、规划编制过程、规划编制后。对实际住区进行大量的工程测定和规划修复不仅耗时耗力，而且可能收效甚微，倘若在规划编制前给予一定的关注，并在规划编制后及时组织评估，将可能从根本上扭转“以点治点”的局面。现有以特定城市住区作为研究对象的案例已然不在少数，通过建立风环境数据资料库的方式，按照环境或地形差异进行采集，并通过不断补充更新，建立住区理想库的风环境模型。在实际住区规划之前，调用当地气候区的风环境特征，参照已建成住区状况，从而控制参数变量进行住区风环境模拟研究。

4.2.3 注意多层级风环境规划的衔接

风是流畅贯通的，城市或片区的风特征对于住区风环境规划具有重要的参考意义，以专题研究的形式将风环境规划纳入总规层面，在“多规合一”的背景下，将城市风道总体规划纳入“一张蓝图”中。住区风环境规划属微观层面的详细规划，应当借鉴控规单元分区的做法，通过风环境数据资料库划定风环境控规单元，在控规中明确风环境的控制指标和规划要求，如街区的形态、街区建设强度等，设定不同住区应当满足的风环境条件，从而有效的指导下辖片区中的住区规划。同时，参考住区日照条件的规定，开发住区风环境分析软件来保障设计的标准化，在规划设计说明书中明确住区风环境的设计标准，并说明与建筑、绿化等其他住区要素的协调冲突关系。增加风环境在规划图纸中所占的比重，分析住区公共空间和每栋单元楼的风环境，为居民购房时提供参考。

5 总结与展望

人类对于美好生活的不断向往促使规划要以人为本、贴近生活。住区作为和人民日常生活休戚相关的空间场所，其品质的提升得到了多方的关注。因此，住区风环境的研究日益受到学界的重视。

20年来，我国住区风环境的相关研究进展飞快，在风环境评测技术和模拟方法、住区空间布局优化等方面进行了深入的研究，同时，基于气候区差异和特殊地理影响的住区风环境研究也趋于完善。在可预见的未来，随着计算机技术的进步和多学科的交叉融合发展，住区风环境的研究必将被推入一个崭新的高度，迎来科学性和专业性的突进。但是，也要看到目前的研究还存在着缺陷和不足，例如住区风环境评价标准繁多复杂以及规划体系不健全等问题迫在眉睫，相关研究还处于探索阶段，在未来具有很大的进步空间。

图表来源：

图1-2：作者绘制