CN105913135A - 一种基于风环境效应场模型的街区三维形态格局优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于风环境效应场模型的街区三维形态格局优化方法，属于城市规划技术领域，首先确定风环境效应的表征指数；接着通过现场调研绘制街区及建筑情况矢量图纸，然后以格栅法确定街区周边风环境效应的观测点，并确定各观测点的坐标，在现场同时测量各观测点的各表征指数的具体数据；接着根据观测数据计算各观测点的风环境效应指数，并构建风环境效应场模型；最后根据获得模型，调整街区的形态格局，优化提升街区周边风环境效应。本发明提出了有效的针对城市街区形态格局的量化评价及调整方法，提升了传统的以美学等感性方法为主的街区形态设计方法，并充分考虑街区形态带来的风环境效应变化，能使城市街区发挥更大的风环境调节作用。

Description

一种基于风环境效应场模型的街区三维形态格局优化方法

技术领域

本发明属于城市规划技术领域，具体涉及一种基于风环境效应场模型的街区三维形态格局优化方法。

背景技术

随着经济水平发展程度的不断攀升以及城市化进程的逐步深化，我国城市正在经历着空间规模快速拓展、建设容量急剧增大的飞速发展时期，剧烈的城市化转变在一定程度上提高了生活水平，但也加重了环境负担，城市风环境作为城市微气候的重要内容，对大气污染物扩散、热岛效应消解、室外环境舒适以及建筑节能等方面均具有重要的作用，成为了多学科研究关注的热点。城市中心区作为城市中建筑密集、功能重叠以及人口集聚的核心区域，对城市通风的影响和存在的风环境问题更为突出。

目前对于街区形态格局的既有研究主要体现在以下2个方面：(1)基于城市设计美学的规划方法。根据地形条件及现状基础，运用城市设计美学的方法，通过人为的判断进行街区建筑的布局设计，设计的成果完全取决于设计师个人的素质，属于一种感性的设计方式，难以评价与比较，街区的环境效应也难以衡量与评价。(2)基于开发建设控制的规划方法。根据在街区内开发建设的一般规律及开发强度需求，安排不同的建筑类型及空间组合模式，并根据组合方式的不同，配置不同的公共活动空间，以达到分隔不同活动，塑造灵活多变的街区建筑，提供良好的街区活动观赏的目的。但这一方法也没有考虑街区的生态环境效应，忽视了街区建筑对周边风环境的影响。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种基于风环境效应场模型的街区三维形态格局优化方法，以客观的理性数据为基础，较为简化的评价及提升方式，且数据较易获得，精确度高。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于风环境效应场模型的高强度街区形态格局优化方法，包括以下步骤：

1)设定环境效应的表征指数，分别包括平均风速，静风区面积比，强风区面积比，舒适风速比；

2)通过现场调研、测绘，利用AUTOCAD软件绘制街区边界、街区道路、建筑及周边城市建设情况矢量图纸；

3)以矢量图纸为基础，利用矢量编辑软件，采用格栅法确定风环境效应的观测点；

4)测量各观测点的风环境效应的表征指数的具体数据；

5)根据风环境效应计算公式：

S＝0.6(|V-5|)+0.5(|R-0.5|)+0.3(|M1-0.5|)+0.3(|M2-0.5|)

结合步骤4)中测量的具体数据计算各观测点的环境效应指数；式中，S为风环境效应指数，V_[m/s]为观测点的平均风速，R_[％]为观测点的舒适风速比，M1_[％]为观测点的静风区面积比，M2_[％]为观测点的强风区面积比；

6)以风环境效应指数为基础，构建风环境效应场模型；其中，风环境效应场模型是将街区周边相同风环境效应指数的点依次相连，形成以街区为中心的，反应周边风环境效应场变化情况的模型；

7)根据构建的风环境效应场模型，调整街区边界形态及内部建筑空间组合情况。

所述步骤2)包括以下步骤：

2.1)通过全站仪进行现场测绘，获取街区及路、建筑、构筑物的坐标点及各类尺寸数据；

2.2)利用GPS定位仪器，现场标注街区内建筑现状情况及坐标；

2.3)通过AUTOCAD将步骤2.1)和步骤2.2)中获取的测绘数据绘制为矢量图纸，图中坐标与实际坐标保持一致。获取街区及周边情况的详细矢量图纸，可以较为准确的获取街区风环境效应的实际影响区域，便于观测实际的风速数据，也能较为明确的得到街区形态格局的可调整范围，便于后期的街区形态格局的调整。

所述步骤3)包括以下步骤：

3.1)利用AUTOCAD的OFFSET命令，根据街区周边的实际情况，将街区边界向外扩展50-100m形成一个新的边界，向内收缩50-100m形成一个新的边界；所述的两条新边界之间形成街区风环境效应的观测范围；风环境效应影响范围受建筑阻碍较大，特别是连续的建筑界面，可根据实际情况选择观测的边界范围，同时城市内风环境影响因素较多，街区对风环境的影响范围一般不会超过100米，所以将街区边界内外扩展50-100m形成街区风环境效应的观测范围最为合适；

3.2)利用AUTOCAD的PLINE命令，在观测范围内绘制正交的栅格网络，形成间距为10-20米的方格网络，栅格网络的每一个交汇点即为一个观测点，如遇建筑物、构筑物等阻挡，则该观测点取消；可以根据街区及观测范围的大小确定栅格网络间距，一般以10-20米为宜，如果栅格网络间距过小，则观测的数据变化不大；如果栅格网络间距过大，则难以反映数据变化情况；

3.3)利用AUTOCAD的PROPERTIES命令，获取每一个观测点的坐标。

所述步骤4)包括以下步骤：

4.1)选择晴朗的白天，在9:00-17:00之间进行实测；

4.2)设定风速观测高度为1.5m；因为人类大部分户外活动是在离地2m的范围内进行，所以选择1.5m作为风速的观测高度最为适宜；

4.3)采用TD905型数显风速测量仪，测定风速，并记录相关数据；

4.4)数据每1小时观测记录一次，并输入EXCEL软件，制作成数据表格。

所述步骤5)包括以下步骤：

5.1)计算获得各观测点一天的平均风速，静风区面积比，强风区面积比，舒适风速比数据；

5.2)将得到的风环境数据输入环境效应计算公式，求得各观测点环境效应指数。

所述步骤6)包括以下步骤：

6.1)将求得的风环境效应指数输入AUTOCAD软件，作为各观测点的纵向坐标；

6.2)打开GIS，利用Join命令将观测点点坐标的Excel表语Shapefile建立关联关系；其次，利用add xy命令自动生成等值线，形成风环境效应场模型。

工作原理：本发明首先确定风环境效应的表征指数；接着通过现场调研绘制街区及周边建筑矢量图纸，然后以格栅法确定街区内部风环境效应的观测点，并确定各观测点的坐标，在现场同时测量各观测点的各表征指数的具体数据；接着根据观测数据计算各观测点的环境效应指数，并构建风环境效应场模型；最后根据获得模型，调整街区的形态格局，优化提升街区风环境效应。

有益效果：与现有技术相比，本发明提供的一种基于风环境效应场模型的高强度街区形态格局优化方法，提出了有效的针对城市街区形态格局的量化评价及调整方法，提升了传统的以美学等感性方法为主的街区形态设计方法，并充分考虑街区形态带来的风环境效应变化，能使城市街区发挥更大的风环境调节作用。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为案例城市平面空间街区选址图；

图3为案例城市局部：德基广场风环境效应场图。

具体实施方式

下面结合南京市新街口中心区某街区和附图来详细地说明本发明的技术方案。

如图1-2所示，一种基于风环境效应场模型的街区三维形态格局优化方法，包括如下步骤：

1)设定环境效应的表征指数，分别包括平均风速，静风区面积比，强风区面积比，舒适风速比；

2)通过现场调研、测绘，利用AUTOCAD软件绘制街区边界、街区道路、建筑及周边城市建设情况矢量图纸；

2.1)通过全站仪进行现场测绘，获取街区及路、建筑、构筑物的坐标点及各类尺寸数据；

2.2)利用GPS定位仪器，现场标注街区内建筑现状情况及坐标；

2.3)通过AUTOCAD将步骤2.1)和步骤2.2)中获取的测绘数据绘制为矢量图纸，图中坐标与实际坐标保持一致。获取街区及周边情况的详细矢量图纸，可以较为准确的获取街区风环境效应的实际影响区域，便于观测实际的风速数据，也能较为明确的得到街区形态格局的可调整范围，便于后期的街区形态格局的调整。

3)以矢量图为基础，利用矢量编辑软件，采用格栅法确定风环境效应的观测点；

3.1)利用AUTOCAD的OFFSET命令，根据街区周边的实际情况，将街区边界向外扩展50-100m形成一个新的边界，向内收缩50-100m形成一个新的边界。所述的两条新边界之间形成街区风环境效应的观测范围；风环境效应影响范围受建筑阻碍较大，特别是连续的建筑界面，可根据实际情况选择观测的边界范围，同时城市内风环境影响因素较多，街区对风环境的影响范围一般不会超过100米，所以将街区边界内外扩展50-100m形成街区风环境效应的观测范围最为合适；

3.2)利用AUTOCAD的PLINE命令，在观测范围内绘制正交的栅格网络，形成间距为10-20米的方格网络，栅格网络的每一个交汇点即为一个观测点，如遇建筑物、构筑物等阻挡，则该观测点取消；可以根据街区及观测范围的大小确定栅格网络间距，一般以10-20米为宜，如果栅格网络间距过小，则观测的数据变化不大；如果栅格网络间距过大，则难以反映数据变化情况；

3.3)利用AUTOCAD的PROPERTIES命令，获取每一个观测点的坐标。

4)测量各观测点的风环境效应的表征指数的具体数据；

4.1)选择晴朗的白天，在9:00-17:00之间进行实测；

4.2)设定风速观测高度为1.5m；因为人类大部分户外活动是在离地2m的范围内进行，所以选择1.5m作为风速的观测高度最为适宜；

4.3)采用TD905型数显风速测量仪，测定风速，并记录相关数据；

4.4)数据每1小时观测记录一次，并输入EXCEL软件，制作成数据表格。

5)根据风环境效应计算公式:

S＝0.6(|V-5|)+0.5(|R-0.5|)+0.3(|M1-0.5|)+0.3(|M2-0.5|)

结合步骤4)中测量的具体数据计算各观测点的环境效应指数；式中，S为风环境效应指数，V_[m/s]为观测点的平均风速，R_[％]为观测点的舒适风速比，M1_[％]为观测点的静风区面积比，M2_[％]为观测点的强风区面积比；

5.1)计算获得各观测点一天的平均风速，静风区面积比，强风区面积比，舒适风速比数据；

5.2)将得到的风环境数据输入环境效应计算公式，求得各观测点环境效应指数。

6)以风环境效应指数为基础，构建风环境效应场模型；其中，风环境效应场模型是将街区周边相同风环境效应指数的点依次相连，形成以街区为中心的，反应周边风环境效应场变化情况的模型；

6.1)将求得的风环境效应指数输入AUTOCAD软件，作为各观测点的纵向坐标；

6.2)打开GIS，利用join命令将观测点点坐标的excel表语shapefile建立关联关系；其次，利用add xy命令自动生成等值线，形成风环境效应场模型；

7)根据构建的风环境效应场模型，调整街区边界形态及内部建筑空间组合情况。在本实施例中，从街区的风环境效应场模型来看，街区内部空旷地带风环境效应较好且变化较为平稳；而距离道路等级较高、有建筑影响的一侧，风环境效应较低且变化较快，因此应主要强化这一侧的环境效应。由于这一街区被城市道路所环绕，建筑紧临道路边界难以向外拓展。如图3所示，通过在街区西侧合理打破建筑街墙界面的方式优化提升风环境效应，这样能保证舒适风道连贯性，又增加街区活动路径，提升西侧风环境品质。图3(a)表示街区空间形态，图3(b)表示街区风环境效应观测点图，图3(c)表示街区风环境效应场等势图图；图3(d)表示街区形态格局优化图。

Claims (6)

1.一种基于风环境效应场模型的高强度街区形态格局优化方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)设定环境效应的表征指数，分别包括平均风速，静风区面积比，强风区面积比，舒适风速比；

2)通过现场调研、测绘，利用AUTOCAD软件绘制街区边界、街区道路、建筑及周边城市建设情况矢量图纸；

3)以矢量图纸为基础，利用矢量编辑软件，采用格栅法确定风环境效应的观测点；

4)测量各观测点的风环境效应的表征指数数据；

5)根据风环境效应计算公式：

S＝0.6(|V-5|)+0.5(|R-0.5|)+0.3(|M1-0.5|)+0.3(|M2-0.5|)

结合步骤4)中测量的具体数据计算各观测点的环境效应指数；式中，S为风环境效应指数，V_[m/s]为观测点的平均风速，R_[％]为观测点的舒适风速比，M1_[％]为观测点的静风区面积比，M2_[％]为观测点的强风区面积比；

6)以风环境效应指数为基础，构建风环境效应场模型；其中，风环境效应场模型是将街区周边相同风环境效应指数的点依次相连，形成以街区为中心的，反应周边风环境效应场变化情况的模型；

7)根据构建的风环境效应场模型，调整街区边界形态及内部建筑空间组合情况。

2.根据权利要求1所述的一种基于风环境效应场模型的高强度街区形态格局优化方法，其特征在于：所述步骤2)包括以下步骤：

2.1)通过全站仪进行现场测绘，获取街区及路、建筑、构筑物的坐标点及各类尺寸数据；

2.2)利用GPS定位仪器，现场标注街区内建筑现状情况及坐标；

2.3)通过AUTOCAD将步骤2.1)和步骤2.2)中获取的测绘数据绘制为矢量图纸，图中坐标与实际坐标保持一致。

3.根据权利要求1所述的一种基于风环境效应场模型的高强度街区形态格局优化方法，其特征在于：所述步骤3)包括以下步骤：

3.1)利用AUTOCAD的OFFSET命令，根据街区周边的实际情况，将街区边界向外扩展50-100m形成一个新的边界，向内收缩50-100m形成一个新的边界；所述的两条新边界之间形成街区风环境效应的观测范围；

3.2)利用AUTOCAD的PLINE命令，在观测范围内绘制正交的栅格网络，形成间距为10-20米的方格网络，栅格网络的每一个交汇点即为一个观测点，如遇建筑物、构筑物等阻挡，则该观测点取消；

3.3)利用AUTOCAD的PROPERTIES命令，获取每一个观测点的坐标。

4.根据权利要求1所述的一种基于风环境效应场模型的高强度街区形态格局优化方法，其特征在于：所述步骤4)包括以下步骤：

4.1)选择晴朗的白天，在9:00-17:00之间进行实测；

4.2)设定风速观测高度为1.5m；因为人类大部分户外活动是在离地2m的范围内进行，所以选择1.5m作为风速的观测高度最为适宜；

4.3)采用TD905型数显风速测量仪，测定风速，并记录相关数据；

4.4)数据每1小时观测记录一次，并输入EXCEL软件，制作成数据表格。

5.根据权利要求1所述的一种基于风环境效应场模型的高强度街区形态格局优化方法，其特征在于：所述步骤5)包括以下步骤：

5.1)计算获得各观测点一天的平均风速，静风区面积比，强风区面积比，舒适风速比数据；

5.2)将得到的风环境数据输入环境效应计算公式，求得各观测点环境效应指数。

6.根据权利要求1所述的一种基于风环境效应场模型的高强度街区形态格局优化方法，其特征在于：所述步骤6)包括以下步骤：

6.1)将求得的风环境效应指数输入AUTOCAD软件，作为各观测点的纵向坐标；

6.2)打开GIS，利用join命令将观测点点坐标的excel表语shapefile建立关联关系；其次，利用add xy命令自动生成等值线，形成风环境效应场模型。