高层建筑风环境及其影响研究

袁 静

中核第四研究设计工程有限公司 河北 石家庄 050021

随着城市化进展水平的迅速发展，建筑在建设上增高的也越来越快，其中受到风环境的影响比较显著，在对控制风险对建筑的影响上提出了一些高层建筑设计中风环境的应用，从高层建筑产生的风环境问题出发进行研究分析，人们也越来越关注风这个自然因素对高层建筑造成的影响，风环境对高层建筑在城市规划上会产生什么样的影响？探索高层建筑对气候的适应程度，从中能寻找出在高层建筑上节能和通风的相关措施。

1 高层风环境问题

高层建筑在建设上可能会受到地风的自然环境影响，严重的时候甚至会发生风灾，越来越引起了人们的关注和重视[1]。一般来说，高层建筑物周围的风形成的原因都是来源于地面的流动风，也叫做近地风。近地风的形态结构很急，在形成风的时候会产生漩涡，产生的原因很复杂，会依赖于建筑物，跟建筑物之间有相对的位置体现，在不同的时间和空间上，风速风向也是不同的，近地风绕过建筑物的时候，会有一个流体运动现象，这种运动现象比较紊乱，具有一定的随机性，风大风小，对行人的舒适程度影响也不一样，其实风作用在建筑物上会产生风压差，迎面风会受阻，速度会降低，顺风相反，就会让速度提高。随着高层建筑的建设繁荣，已经在全国范围内建设了大量的高层住宅以及高层的办公住宿等地方[2]。在高层建筑上受到的风环境影响其实是很大的，在广义上讲风环境是指室外自然风，在城市地理位置上形成的，而且也慢慢地受到了的影响，现在这个阶段，风环境最主要的就是在建筑设计和城市规划上能够被重视。

1.1 室内风环境问题

高层建筑室内自然通风是很难实现的，高层建筑的风环境无论是室内还是室外通风都是有很大的影响。一般来说，高层建筑上自然通风存在的问题都是高处风力比较大，风速很快，居住在高层建筑上的居民，不能甚至不敢采用自然通风的形式给建筑物通风，在高层建筑上，不能使用自然通风的情况下，人们会采用空调来保持室内空气的流通，如果室内的空气一直得不到有效的通风，会让居住在这个房间中的人有严重的身体健康问题。城市中的风向不断变化，高层建筑本身就是有遮挡作用的，在建筑的各个部分会产生风压[3]。

1.1.1 城市高度梯度风效应

高层建筑室内风环境的影响因素会受到城市高度梯度风效应的影响，在建筑物一定高度限定内，随着建筑高度越来越高，在建筑外表面的室外风速就会越来越大，风压也随之增大，如果在建筑时直接对外开窗，就会造成很大的气流进入到室内，在高层中，让人无法进行正常工作，现在科学技术的发展，人们已经渐渐地使用上空调，在建筑上完全可以通过自身器械系统，来满足高层建筑不能自然开窗通风的需求，为了能够避免室外强大的气流对室内空间产生的不良影响，现在的高层建筑往往都是封闭的状态，外墙的发展在建筑表皮和界面上会保持分离状态，墙外的维护结构让外界的气候状况无法进入到室内，保持室内独立使用，独立的利用不可再生资源来保持建筑高能效的运转。

1.1.2 技术的发展

目前，我国室内通风系统行业生产企业众多，行业集中度较低，不具备竞争优势的中小生产厂商占据了大量市场空间。未来随着行业内具有一定规模优势和知名度的专业品牌生产厂商对技术研发的持续投入、生产工艺的不断改进、经营渠道的不断拓宽下沉，行业优胜劣汰和横向整合加快，行业集中度将进一步提升。随着社会对能源消耗及环境污染问题的日益重视、公众对空气净化需求的提升和对生活品质的追求，高效化、低噪声化、智能化将成为室内通风系统行业的技术发展方向，生产厂商致力于不断促进产品的更新换代，改进产品的性能和用户体验，使产品使用更加人性化，更加符合绿色环保的要求。随着公众对室内通风系统认知程度的加深，对中小型通风系统的需求不断增加，同时，受生活方式和理念升级的影响，公众对于通风产品的消费正在从选购单纯的产品向获取整体解决方案过渡，在注重产品自身性能的同时，更加关注通风效果以及对所应用环境的适用性。

1.2 室外风环境问题

高层建筑室外风环境的问题表现是，在建筑物高度上由于体量大会形成建筑风影，出现这种情况对于下风向建筑物和室外部分空间都会产生不良影响，由于循环气流在高层建筑上部受到阻碍，会改变路线沿着建筑物表面直接向下运动。直到建筑物的底部与地面上的近地面气流相混合。高层建筑物的底部空间对城市空间的品质和人们的生活环境质量具有重要的作用，而且群体建筑空间规模在布局上会有狭管效应，因为局部的风速过大过强，会直接导致人们无法正常生活。而且高层建筑和室外通风之间产生的联系不一定是增大风速还是减少风速。根据不同的高层建筑形式，形成的风速在不同的位置也会不一样。要是局部的风速快，在高层建筑群体上就会形成对流风，由于风速过大，严重地影响到了人们的正常出行。如果要在建筑群体上减少风速，那么高层建筑起到了阻挡的作用，成功地降低了风速，但是这也同时有了另外的麻烦，风速停滞造成污染物发生滞留影响到了空气的质量，而且高层建筑占地面积大，风一直处于流动状态下，会形成大规模的风景区，这大大地降低城市空气质量，空气中气流在混乱的情况下，高层建筑会形成回流风，与地面的近地风产生碰撞影响到高层建筑上的气流，从而产生涡流。群体布局应当适当的改变，可以对风导向有一定的影响，全部都围起来的布局，让空气流通性比较差，如果与风有迎面布局，就会形成对流风，可以有一定的通风效果，实际上，高层建筑在区域内比较密集，会让地区的环境都发生改变，高层建筑遇到自然环境风的影响，会形成涡流，气流和阵风，这不仅影响到了人们的正常生活，还会因为风吹落比较重的物品，造成行人也受伤。

1.2.1 高层建筑风景区

由于高层建筑阻挡了风向的流动，让风和高层建筑碰撞时，有一部分会越过高层建筑的顶部和侧边流向建筑的后部，另外一部分风会沿着建筑物表面向下流动，形成下中风，向下的下中风，风速较快，对地面人行高度风环境产生了不利影响，也会形成迎面风涡流区，由于高层建筑周边有不同的风压差，迎面风由于空气流动受到阻碍，速度就会降低，背风面和侧风面受到的气流影响较小，形成负压状态，高层建筑物在较大的程度上改变了建筑物周围的风场环境，从而形成了高层风。高层建筑风根据气流流向的变化分成回流风和分流风，回流风是迎面风，逆风和风景区漩涡。改变气流运动的方向，提高风速，让室外风环境成功得到干扰，风景区的长度相当于建筑物高度的十多倍左右，在风景区内，风速会减少，如果遇到障碍物的时候，风向也会发生改变，形成涡流。

1.2.2 高层下行风

高层下行风也可以叫做下冲风，一部分风流向高层建筑物受到阻碍之后，沿着建筑物的表面向下流动，这种高层建筑物的下行风，风速较快，与地面的近地风产生碰撞，形成迎面风的涡流，严重地影响到了人们的正常生活行走，大风遇到了高层建筑的阻挡，迎面风和背风面有一定的回流，风，回流风和其他风向气流混杂在一起，造成局部的气流混乱现象，所以，高层建筑更容易形成强烈的下冲气流，下冲的风速是近地面建筑的很多倍，尘土纸屑飞扬，这些问题显而易见，建筑物风景区垂直在高层建筑物的外表的气流上遇到障碍，在建筑物的背风向上，一定距离内就会产生很长的风景区。

1.2.3 街道峡谷风

边角强风发生在建筑物的边角处，会有漩涡分流的现象，在高层建筑物的边角两侧，有较强的风速，根据高层建筑物的形态，优化来弱化气流，对风有一定的阻滞作用，狭管效应也叫峡谷效应，就像峡谷中的风，比原来的风更猛烈，会造成灾害，风力越大，灾害就会越大，高层建筑中造成的狭管效应会加重对风灾的影响，如图1所示。

图1 不同类模拟风速比较

2 高层建筑对内部空间的影响

2.1 高层建筑阻碍室内自然通风

一般来说，高层建筑上自然通风存在的问题都是高处风力比较大，风速很快，居住在高层建筑上的居民，不能甚至不敢采用自然通风的形式给建筑物通风，在高层建筑上，不能使用自然通风的情况下，人们会采用空调来保持室内空气的流通，如果室内的空气一直得不到有效地通风，空气没有及时地流通，会让居住在这个房间中的人有身体健康问题。

2.2 风噪声影响

通常风会影响声音传播的方向，是因为地面和高空中的风速不同，在高层建筑上，常常会发生传播方向被改变的现象，逆风时将声音送往高空，顺风时方向则压向地面，高空的表现就是风速，比起声速来说更小，极其微弱。

3 高层建筑对外部空间的影响

高层建筑在群体上的布局，对自身和周围的环境，都有风环境的影响，甚至会出现风灾，在如今的城市规划上，对环境问题非常重视，能否在高层建筑的规划上，事先考虑到优化风环境，这已经是最重要的一点，良好的建筑风环境是为了能够让人们正常生活，工作有舒适的环境，满足广大人民安居乐业。高层建筑物体量巨大，给街道空间产生压迫感，就城市的整体规划来说，有点格格不入，高层建筑的主体设计，不仅仅是空间上的布局和功能性的问题，也要把握城市中的参照物，立体设计的结构要有明确的划分因素，城市设计和城市规划要与建筑高层集中设计，我们必须在高层和城市的发展中争取到平衡发展，才能够创造更好的城市和适合人们生活的环境。扩大生存空间，缓解城市的用地紧张，也可以提高绿化使用地率，降低城市的噪音。高层建筑内外风环境舒适度的测试，根据高层建筑群体的外形布局进行模拟，在不同的风力作用下，根据他们的建筑物布局不相同，往往会产生一些破坏性影响，比如房顶的覆盖物会被吹飞，对广场街道上的行人和交通安全也造成了危险，风速一旦过大，让人们行动起来比较不容易，甚至难以控制，当风垂直地吹向错开排列的高层建筑物时，建筑物的距离一旦小于建筑物的高度，就会有较强压力的风流向建筑物的背面，形成街道风，就会让人们产生不舒适的感觉。

3.1 周边环境的风力、风速的影响

高层建筑是反映现代信息技术成就的一项重要举措，现在很多高层建筑的设计与城市空间发展上格格不入，那是因为高层建筑对外部空间上有一定的影响，在高层建筑集中的地区，建筑物周围的风力，风速会受到影响，瞬间会变大，这就是高层建筑物群峰环境的主要体现，也是我们要避免和减少的风环境影响要素之一，建筑物设计高层建筑要考虑到风荷载问题，根据高层建筑物的风振效应，受到风影响会产生振动，晃动的效果，在强风的冲击下，整个建筑物会晃动不止，高层建筑受到强风，让建筑物的结构安全不稳定，而且遇到强风的情况下，会有物体被吹落到地面直接影响到了高层建筑的安全[4]。

3.2 周边的空气质量影响

高层建筑群受到了不良风环境影响，空间的局部空气质量也产生了影响，在高层建筑上形成的涡流，在空气质量上造成了一定的污染，会让空气的流动比较缓慢，不利于空气正常交换，如果长时间产生一些污染的废气，没有得到有效的流通，久而久之造成的空气污染会影响人们的身体健康。

3.3 对周围居民和行人生活与行动的影响

高层建筑物周围生活和行动的人们对于周围风环境影响感受最深，最直接，人们身处高层建筑群的风力风速比较大的情况下，产生的漩涡涡流处，风速会让人们的行动受到阻碍，人们的安全得到了威胁。

3.4 排列方式对风环境的影响

全体高层建筑风环境的好坏直接就会影响到内部以及周边环境的空气质量，居住者使用的情况也受到了高层建筑风环境的直接影响。单从整个建筑物自身来说，不同的位置风速就会有不一样的效果，排列方式让我们更直观地感受到了风环境的影响，建筑物高度布局上，直接影响了风的走向和风力的大小，和风环境的效应，合理地利用风环境效应，改善环境的质量，提高人们居住的舒适度。

3.5 建筑朝向对风环境的影响

根据实践调查来分析建筑物朝向对风环境的影响。如果根据高层住宅小区布局案例第一个，在一号楼和六号楼，按照楼高号到十楼之间对夏季室外风速进行相关的模拟实验，根据夏季风的风向和风速来进行模拟，会发现，风速在最大口的表现会形成一个导风港，而且风速到每个楼梯间都有巷道风效应，在每个楼的背风侧形成漩涡的死角区，所以就会让高层建筑，其中两号楼挡风部分比较大，楼房的风速大致就会形成一个负压区。小区的风速变高了，就会改变建筑物的布局，根据楼房的高度进行对比分析，发现不同楼高虽然一样，但是他受到的风速和迎风方向是不一样的，通过模拟会发现建筑物的布局的改变，对风速场会产生影响。进一步就会验证了建筑物的布局方式，对室外风环境也产生了影响。如果要改变小区建筑布局，随着建筑物高度降低，夏季迎风方向在通道内风速就会减小，到了各个楼之间，风速形成一个导向风依次到出口处递减，随着风速越来越低，到高层建筑户楼后，负压区的区域就会减小，由此可知，随着楼高度的改变，小区内风速场就会发生明显的变化，建筑物的布局和朝向可以改变整个小区的风流场，让居住更加适宜。

4 结束语

人类社会生产力的发展，对高层建筑水平，也提高得非常迅速，现在的高层建筑受环境和人类需求的直接影响，在使用和空间构成上对城市起到了很重要的作用，同时也让城市整体规划有很大的变化，高层建筑的设计观念经过不断的变化，才建设了如今高楼大厦、摩天大楼。在进行高层建筑的建设时，除了要设计建筑的整体结构，也要适当地考虑高层建筑结构会受到风环境的影响，确保高层建筑有一个良好的风环境，在设计规划的一开始就要根据具体的设计方案进行模拟的风实验，对周边的建筑物进行风压测试，避免造成损失，也能够提高人们的居住舒适感。