西安地区下沉式广场风环境的测试与分析

狄育慧,陶 钰，蒋 婧,2，李东林

(1.西安工程大学 城市规划与市政工程学院，陕西 西安 710048；2.西安建筑科技大学 西部绿色建筑国家重点实验室，陕西 西安 710055)

0 引 言

随着我国城市空间不断向立体化演进，地下空间的开发已成为国际上正在兴起的稳步发展趋势。下沉式空间是一种新型的城市公共空间。随着现代城市化的快速发展加之城市地下空间的大规模开发，不同类型和大小的地下空间均得以利用。下沉式空间极大地丰富了城市公共空间，对城市建设具有重要意义[1-3]。

LI分析了城市地下空间利用的成功经验，提出了如何将地下空间作为扩大区域城市功能影响的重要手段并加以治理的建议[4]。LI等分析了国际地下商业空间开发的优点与不足[5]。杨钊针对城市下沉式广场的现状提出现阶段城市下沉广场空间的空间构成及空间环境要素的设计方法[6]。党春红等以西安幸福林带项目为例，从人性化、舒适度、全龄化等方面展开研究，为其他下沉式商业街的理论研究和实践设计提供借鉴[7]。城市风环境作为城市微气候的主要组成部分，是影响室外空间热舒适度感知和城市热岛效应的重要因素[8-10]，而位于地下的公共空间由于受气候、建筑结构、建筑周围的微环境的影响[11-13]，了解这类空间的风环境特征以及对其进行科学的调控尤为重要。

现有研究虽然指出下沉空间在城市立体化发展中的重要性，但大多仍是从建筑学或城市规划学的角度对下沉空间本身的研究，从室外环境层面的城市街区风环境角度对下沉式开放空间的研究较少。为了满足人类对优质公共空间环境氛围的追求。本文通过对商区导入型和中庭广场型下沉广场风环境及其相关参数进行实测分析，从城市街区层面人行高度的行为舒适度、空气质量舒适度、热舒适度等3方面对2类下沉式广场的风环境进行评价。

1 实地测试

1.1 实测对象

下沉式开放空间按照下沉位置划分为3类：商区导入、中庭广场和商业过道[14]。商区导入型：下沉式开放空间设在商业建筑入口处，在形态方面一般结合建筑和道路之间的空间来设计，可与平面的入口广场形成错落的立体空间形态；中庭广场型：在商业建筑围合的中庭空间内设置的下沉式开放空间，通常以广场形式的空间呈现；商业过道型：下沉空间设在建筑围合的过道之间，顺着过道形成长条型的空间。

选择实测商区导入类、中庭广场类。下沉式广场为商区导入类选取西安市碑林区幸福林带C-2段下沉式广场，下沉面积793.5 m2。广场建筑尺寸37.8 m×22.6 m×3.5 m(长×宽×下沉深度)。中庭广场类选取西安市临潼区西恩奥莱中心区下沉广场，广场下沉面积155 m2，下沉深度5.5 m。

1.2 测试仪器

选取德国Testo410-2高精度叶轮风速测量仪对测点的风速、温度和湿度进行监测，测量仪显示分辨率0.1 ℃。测量精度：±(0.2 m/s+2%测量值)、±0.5 ℃、±2.5%RH；测量范围0.4～20 m/s、-10～+50 ℃、0～100%RH。

1.3 测点布置及气象参数

鉴于城市街区层面风环境舒适度评价标准中功能区分类为室外休闲区与室外步行通过区，因此确定在对应功能区布置测点。实测从地面空间和下沉广场内2个层面布置总计4个测点：商区导入型下沉广场地面入口开敞空间处记作测点1，商区导入型下沉广场内记作测点2，中庭广场型下沉广场地面入口开敞空间处记作测点3，中庭广场型下沉广场内作测点4。测试时间选取2020年冬季12月19日阴天和12月20日晴天2天周末人流量较大的时间段10∶10—17∶20进行测量。高度标准为人行高度1.5 m。为减少时间差带来的风速差异，时间间隔以每10 s记录1次，记录3次，以3次的平均值作为该点的风速测量结果。

依据西安市气象局对西安市2020年气候数据统计可知，西安市12月盛行南风，西安市12月19日天气阴，平均风速为1.0～2.5 m/s，风向为西南风。平均温度3 ℃，平均湿度54%。12月20日天气晴，平均风速为1.0～1.5 m/s，主要风向为西北风。平均温度5 ℃，平均湿度50%。

2 结果与分析

2.1 城市街区层面风环境评价标准

城市街区级风环境舒适度应同时满足行为舒适、空气质量舒适和热舒适的要求[15-16]。在行为舒适方面，选择风力数值评价法用于风环境评价。目前主流评价方法有蒲福风级[17]、Kevin Lynch与Gary Hack的风速舒适度等级[18]、Robert.H.Scanlan和Emil Simiu的风速舒适度等级[19]，将我国政策法规规定的风速值[20]与这3种评价方法的舒适度值进行比较。鉴于不同评价标准所采用的风力数值存在差异，宜综合各评价指标取最小值作为室外行人行为舒适度的最佳风速值，得出户外行人通过区舒适风速值小于5 m/s，户外休闲区舒适风速值小于3.3 m/s，风速警戒值为10 m/s。

在空气质量舒适性方面，风速为1～7 m/s时，室外通风效果较好，有利于污染物的扩散和稀释[21]；在热舒适方面，春、夏、秋三季街区级的风环境只能满足行为舒适和空气质量舒适的要求，而冬季还需要满足热舒适的要求[22-23]。由于冬季平均气温不同，满足热舒适的风速值也不同。西安市属于我国的寒冷地区，冬季户外休闲区适宜的风速为0～1.85 m/s，户外步行通过区适宜的风速为0～4.4 m/s[24]。

综合上述3个方面风速值的要求，以表1作为本文所研究的人行高度风环境舒适度评价标准。表1中风速均为人行高度1.5 m的平均风速。

表1 冬季风环境评价标准

2.2 测试数据

本次实测分别对冬季阴天和晴天2种天气情况下的下沉式广场风环境及其相关参数进行测试。冬季阴天和晴天实测下沉式广场风环境及参数见表2。

表2 冬季阴天实测下沉式广场风环境及参数

2.3 广场特征及对比

2.3.1 商区导入型 阴天风速变化如图1所示。

图 1 商区导入型阴天风速变化Fig.1 Variation of wind speed on cloudy day in business district

从图1可以看出：测试期间阴天测点1风速变化范围为0.35～1.95 m/s，温度平均值约为(2.9±4) ℃。湿度平均值约为(52.8±12)%；测点2风速变化范围为0.4～1.15 m/s；温度平均值约为(5.1±4) ℃。湿度平均值约为(47.6±17)%。

晴天风速变化如图2所示。从图2可以看出：晴天测点1风速变化范围为0.8～1.9 m/s，温度平均值约为(4.2±4) ℃，湿度平均值约为(51.3±12)%；测点2风速变化范围为0.6～1.15 m/s，温度平均值约为(6.7±4) ℃，湿度平均值约为(47.8±14)%。

测点2的风速均大于测点1，说明下沉式建筑对风速有一定的削减作用。测点1风向在相应时间段内与主导风向基本一致，商区导入型下沉广场在地面空间周围建筑群体布局较密且高，起到一定的围护作用。

图 2 商区导入型晴天风速变化Fig.2 Variation of wind speed on sunnyday at business district

在人行为舒适和热舒适方面，商区导入型下沉广场测点1和测点2的风速平均值分别满足室外步行通过区舒适值和室外休闲区的风速舒适值，且为舒适风速。在空气质量舒适性方面，地面入口处风环境质量较好，但下沉广场内不满足较好标准，不利于污染物的扩散和稀释。

2.3.2 中庭广场型 阴天风速变化如图3所示。从图3可以看出，测试期间阴天测点3风速变化范围为1.45～2.2 m/s。平均值约为(2.6±4) ℃。湿度平均值约为(48.6±12)%。测点4风速变化范围为：0.45～1.05 m/s。温度平均值约为(7.9±5) ℃。湿度平均值约为(41.7±10)%。

图 3 中庭广场型阴天风速变化Fig.3 Variation of wind speed on cloudyat atrium square

晴天风速变化如图4所示。从图4可以看出:晴天测点3风速变化范围为1～1.8 m/s,温度平均值约为(3.5±4) ℃,湿度平均值约为(47.1±12)%。测点4风速变化范围为0.6～1 m/s，温度平均值约为(6.2±3) ℃,湿度平均值约为(43.6±10)%。

从风速平均值及最值来看，测点3的风速均大于测点4，说明下沉式建筑对风速有一定的削减作用。测点3的风向在不同时段略有较短时间的变化，是由于中庭广场型下沉广场在地上空间周围建筑群体布局较稀疏且低。

在人行为舒适和热舒适方面，中庭广场型下沉广场测点3和测点4的风速平均值分别满足室外步行通过区舒适值和室外休闲区的风速舒适值，且为舒适风速。在空气质量舒适性方面，地面入口处室外通风效果较好，但在下沉广场内不满足较好标准，不利于污染物的扩散和稀释。

图 4 中庭广场型晴天风速变化Fig.4 Varation of wind speed in sunny day at atrium square

2.3.3 风环境舒适度对比 中庭广场型下沉广场内的风速小于商区导入型下沉广场内的风速且较稳定，说明2种类型的下沉式广场在满足人行为舒适和热舒适标准的前提下，中庭广场型下沉广场内的风环境舒适度更高。中庭广场型下沉广场地面入口处风速大于商区导入型，更有利于室外污染物的扩散和稀释，但在下沉广场内中庭广场型下沉广场的自然通风效果较差。

综上所述，在人行高度风环境舒适度方面，中庭广场型下沉广场的风环境舒适度更高。在空气质量舒适性方面，2类下沉广场的广场内的室外通风效果均不满足较好标准，相比之下商区导入型下沉广场内的风环境质量更好，空气质量舒适性更高。

2.3.4 下沉式广场特征及对比 商区导入型下沉广场的主要特征为下沉高度小、下沉围合度低、周围建筑群体布局较密且高。地面入口区风速较小，测试期间风向主要来自西南偏西方向。下沉广场内风速低于地面入口区，温度高于地面入口区；中庭广场型下沉广场的主要特征为下沉高度较高、下沉围合度高、周围建筑群体布局较稀疏且低。地面入口区风速较大，测试期间风向主要来自西北偏北方向。下沉广场内风速低于地面入口区，温度高于地面入口区。

测试表明，商区导入型下沉广场地面入口处风速大于中庭广场型，说明在地面入口区域周围建筑群体布局形式在一定程度上会影响风速和风向。

3 结 论

1) 下沉广场内区域与地面入口区域与测量结果区别明显，商区导入型下沉广场地面入口处风速是下沉广场内的1.2倍。中庭广场型下沉广场地面入口处测点风速是下沉广场内的2.15倍，风速在下沉广场内有明显的下降幅度。

2) 下沉空间内由于其特殊的建筑形式，存在空气质量较差的问题，下沉高度及下沉围合度的增加不利于自然通风，下沉空间的设计尺寸应控制在合理的区间内，以改善此空间通风效果。