建筑群风环境数值模拟仿真优化设计

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1、城市规划汇刊　　2002年第2期总第138期573　　建筑群风环境的数值模拟仿真优化设计赵　彬　林波荣　李先庭　江　亿提　　要　文中就建筑群风环境与住区环境舒适性的重要关系作了简要阐述后,介绍预测仿真建筑群风环境的不同方法,并着重比较了自各的特点。鉴于数值模拟方法价廉、快速、信息多、不受条件限制的优点,提出基于数值模拟方法的建筑群风环境优化设计思路,并给出两个典型的用数值模拟方法优化设计建筑群风环境的实例。由所举实例可以看出,数值模拟技术可作为建筑群风环境优化设计分析的有力工具,从而有效地对建筑群风环境问题进行研究和分析。关键词　建筑群　风环境　数值模拟　计算流

2、体力学　仿真　预测文章编号　1000-3363(2002)02-0057-03中图分类号　TU111文献标识码　A风环境的风洞一般是境界层形风洞,它首先再现接近地面的1前言境界层,然后将需要测定的建筑物和周围的环境模型化,模型比例大小取决于建筑物侧面积和风洞剖面面积的比例关系。是构成室外环境的重要因素之一。随着高层建筑近年来,一些研究者通过风洞实验,了解了建筑物周围风环境风和超高层建筑的出现,再生风和环境二次风环境问的一些基本规律,如单栋建筑物迎风面和背风面的气流规律、题逐渐凸现出来。在高低层建筑鳞次栉比的“山谷”中,由于具有规则外形的建筑遵循一定规律的平面布置

3、情况下的气流②③建筑单体设计和建筑群体布局不当而导致行人举步维艰或强流动情况等。但是,实际的小区建筑群布局形式是多种多①风卷刮物体撞破玻璃的报导是屡见不鲜的。最为极端的莫样的,而且建筑物形状也较为复杂,并非都是规则形状,用风过于1982年美国纽约曼哈顿岛世界贸易中心附近一栋高层洞实验的方法难以一一对其进行研究。另外,风洞实验的代建筑前的广场上,一位女士在行走时被强风刮倒而受伤,一怒价非常昂贵,周期也较长(通常为数月甚至1～2年),这给实之下向纽约最高法院控告建筑设计和施工上的缺点并要求赔际应用带来了较大的困难。偿650万美元,室外风环境设计的重要性由此可见一斑。

4、这2.2　计算机数值模拟些事例提醒规划师和建筑师,风环境和再生风环境问题已不　　计算机数值模拟是在计算机上对建筑物周围风流动所遵容忽视。然而,可能是对室外风环境的预测不够重视或缺乏循的动力学方程进行数值求解(通常称为计算流体力学CFD:有效的技术手段,当设计师们在对小区进行规划时,更为常见computationalfluiddynamics),从而仿真实际的风环境。由于的做法是过多地把注意力集中在了总平面的功能布置、美观近年来计算机运算速度和存储能力的大大提高,对住区建筑设计及空间利用上,而很少(或仅仅凭经验)考虑高层、高密度风环境这样的大型、复杂问题可以在较短

5、周期(20～50天)内建筑群中气流流动情况对人的各种影响。事实上,良好的室完成数值模拟,并且可借助计算机图形学技术将模拟结果形外风环境,不仅意味着在冬季盛行风风速太大时不会在小区象地表示出来,使得模拟结果直观,易于理解。同时,由于计内出现人们举步维艰的情况,还应该是在炎热夏季能利于室算机模拟不受实际条件的限制,因此不论实际小区布局形式内自然通风的进行(即避免在过多的地方形成旋涡和死角)。如何、建筑物形状是否规则等,都可以对其周围风环境进行模从这一点上来说,在规划设计中仅仅考虑对盛行风简单设置拟,获得详尽的信息。并且,利用计算机数值模拟方法可以方屏障的做法显然是不

6、够的了。便地仿真不同自然条件下的风环境,只需在计算机程序中改　　伴随着国民经济的发展和人们环保意识和健康舒适理念变相应的边界条件即可,如对于北京地区,若要对某小区的风的提高,住区环境质量越来越受到更多人的重视;对住区风环环境进行预测,往往要考虑北风、西北风、南风等主导风向下境进行优化设计,必将成为小区和城市规划的重要环节。为的情况,用计算机数值模拟方法只需分别定义不同来流风向此,为了营造健康、舒适的小区微环境,就需要在规划设计阶和风速就可以方便地对不同条件下室外的风环境进行仿真研段对小区内气流流动情况作出预测评价,以指导、优化建筑群究。当然,数值模拟方法最大的缺

7、陷在于其可靠性,即仿真结的规划设计。果的可信程度,这往往可通过先验性的研究解决,即对同类流动采用合适的数学物理模型进行模拟,并和实验对比确定其2预测建筑群风环境的方法和特点可靠性,然后将经过验证的程序用于类似的小区气流流动模拟,从而保证模拟结果的相对可靠性。近年来,各国学者不断　　目前通常有如下两种方法用于建筑群风环境的预测:利用算机数值模拟对建筑周围的风环境进行仿真分析并与风2.1　风洞实验洞实验结果对比,结果表明,数值计算能够较好预测建筑物周④⑤⑥　　风洞实验是可靠性比较高的建筑风环境预测方法。研究围气流流动情况。3本文系国家重点自然科学基金资助项目(批准号

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