一种基于风环境评价的城市天际线美学量化因子范围的提取方法与流程

本发明属于建筑技术领域，涉及一种基于风环境评价的城市天际线美学量化因子范围的提取方法。

背景技术：

随着一些滨水城市的不断发展，沿江、沿湖、沿海等高层建筑群组成的天际线，成为了代表城市整体形象的重要内容，是广大群众和城市建设者们关注的焦点。

在城市规划、建筑设计行业中，如何建立天际线美观程度的标准，即对天际线的美学量化也愈发重要起来。亚瑟(arthur)等人提出天际线整体形状(凹、平、凸)、建筑屋顶轮廓的转折数量、建筑单体在面宽、净高、进深等属性的变化三者对于天际线的美观影响；黄立、罗文静以武汉沿江大道滨水区为例，从天际线的轮廓线形状、平均转折点数、建筑高度变化三个方面对汉口沿江大道的天际线轮廓进行量化评价；杨君宴、潘奕巍以香港为例，研究出在天际线轮廓中，轮廓识别、轮廓节奏、轮廓波动三者能反映出天际线美观性，也是评价城市的整体景观形象也是必不可少的一环。这些研究证明了，评价一个天际线的美观程度除了直观的视觉感受评价，通过对城市轮廓、建筑形态的因子提取，形成定量的方式，更能揭示天际线美感的深层意义，对城市规划也会产生深远影响。

滨江区往往是一个城市里功能最为丰富的区域，居住、商业、旅游等功能的集中，大量高层建筑群的出现，直接影响城市热环境，也直接影响到这一区域中人们的室外活动舒适度。对于高层建筑群来说，其形态、高度与密度对室外风环境的影响重大。高层建筑的体量的显著，可能会对风的通行有一定阻碍；高层建筑群的布局产生的强气流，会在冬季影响到行人的舒适程度。因此高层建筑群与对风环境的关系是一个需要探讨的问题。

对高层建筑群对风环境的研究中，谢振宇、杨讷通过不同平形式的高层建筑平面在相同气候环境条件下进行风环境模拟，得到在相同基底面积的情况下不同建筑平面形式的优劣；陈飞对群体建筑平面形式与室外风环境研究出，非垂直/平行的建筑群布置对室外风环境造成复杂影响；应小宇、朱炜、外尾一则通过对6种不同的高层建筑群布局进行风环境模拟，得到非均质分布的建筑布局对室外风环境的作用机制。

总的来说，对天际线来说，虽然现有对城市天际线美观程度的评价，却缺少其评价体系与评价标准的具体量化范围。对于城市风环境来说，目前的研究仅体现在若干高层建筑组合对室外风环境的影响，关注其平面布局、相邻高层建筑高度、高层建筑的朝向，缺少对大范围高层建筑群的影响研究，尤其缺乏对城市天际线形态对城市风环境的影响研究。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于风环境评价的城市天际线美学量化因子范围的提取方法，以解决现有存在的天际线无法得到量化范围问题。

为了达到上述目的，本发明实施例所采用的技术方案如下：

本发明实施例提供一种基于风环境评价的城市天际线美学量化因子范围的提取方法，包括：

获取不同城市天际线的总体布局、实际高度与建筑形态；

根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》中的室外气象参数与当地气象资料，得到当地冬夏两季风向与平均风速；

在cfd软件中根据所述的城市天际线总体布局、实际高度与建筑形态建立城市天际线模型；

根据所述的冬夏两季风向与平均风速设定模拟的工况条件，进行风环境模拟，得到城市天际线人行高度处风速比；

根据所述的城市天际线模型，分别计算出轮廓曲折度与建筑起伏度，得到城市天际线不同的轮廓曲折度与建筑起伏度的范围区间；

将所述的轮廓曲折度与所述的城市天际线人行高度处风速比进行比较，分别得到轮廓曲折度与风速比的关系；

通过比较所述的轮廓曲折度与城市天际线人行高度处风速比的波动程度，在满足《绿色建筑评价标准》中风环境评价标准的情况，判断轮廓曲折度的好坏，得到最优的轮廓曲折度量化范围；

将所述的建筑起伏度与所述的城市天际线人行高度处风速比进行比较，找到建筑起伏度与风速比的关系；

通过所述的建筑起伏度与风速比的关系，在满足《绿色建筑评价标准》中风环境评价标准的情况，判断建筑起伏度的好坏，得到最优的建筑起伏度量化范围。

进一步地，在cfd软件中根据所述的城市天际线总体布局、实际高度与建筑形态建立城市天际线模型，具体包括：

根据所获取不同城市天际线的总体布局、实际高度与建筑形态的具体数值导入cfd软件中，建立城市天际线模型；

在cfd软件中建立计算区域，建筑覆盖区域小于整个计算区域面积3％，以目标建筑为中心，半径5h范围内为水平计算域，建筑上方计算区域要大于3h，其中h为建筑主体高度；

在cfd软件中建立好天际线模型。

进一步地，根据所述的冬夏两季风向与平均风速设定模拟的工况条件，得到城市天际线人行高度处风速比，具体包括：

根据所述的冬夏两季风向与平均风速设定模拟的工况条件，进行风环境的模拟；

在风模拟完成后，测取城市天际线模型不同位置的人行高度处的测点的风速；

将不同人行高度处的测点风速，转换成风速比，由于在实际室外环境中，风速比的计算公式为：

r＝vs/v.

式中，r为风速比，vs为行人高度处的测点风速的绝对值，v为同高度下初始来风风速绝对值。

进一步地，根据所述的城市天际线模型，分别计算出轮廓曲折度与建筑起伏度，得到城市天际线不同的轮廓曲折度与建筑起伏度的范围区间，具体包括：

根据所述的城市天际线模型的立面，选取天际线立面之中的局部制高点与局部制低点，连接成样条曲线，显示城市天际线轮廓的主走向，轮廓曲折度的计算公式是：

式中，k为轮廓曲折度指数，△h1+△h2为每个波段的低点与高点差值之和，△l水平距离；

根据所述的城市天际线模型的立面，建筑起伏度按每n米水平距离为一个单元，所有单元内最高建筑和最矮建筑的差值，其中最矮建筑中裙房除外，即城市天际线的建筑的起伏度；

根据所计算的轮廓曲折度与建筑起伏度的最大、最小值，分别得到城市天际线的轮廓曲折度与建筑起伏度的范围区间。

根据以上技术方案，本发明的有益效果如下：

该方法通过得到风环境波动程度与轮廓曲折度的曲线、与风环境与建筑起伏度的关系，在建筑风环境的评价标准下，得到适宜人体最舒适环境下的最优的曲折度与起伏度范围，从而更直观地评价城市天际线，为天际线设计提供参考依据。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种基于风环境评价的城市天际线美学量化因子范围的提取方法的流程图；

图2为本发明实施例中模拟区域模型；

图3为本发明实施例中本实例天际线轮廓的主走向；

图4为本发明实施例中滨江方向天际线建筑起伏度；

图5为本发明实施例中东南风、西北风下风速比波动程度曲线；

图6为本发明实施例中轮廓曲折度曲线；

图7为本发明实施例中天际线对应的11个起伏

图8为本发明实施例中根据地块功能分成11部分；

图9为本发明实施例中东南风方差；

图10为本发明实施例中西北风方差。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参考图1，本发明实施例提供一种基于风环境评价的城市天际线美学量化因子范围的提取方法，包括以下步骤：

步骤s101，获取不同城市天际线的总体布局、实际高度与建筑形态；具体地，通过谷歌地图得到本实例天际线的总体布局，因天际线组成较为复杂，从而选择本实例天际线组成部分中最富有识别性的前景部分，选择范围为从之江路与富春路之间，庆春路隧道起至复兴大桥结束，商住混合的区域，继而对此区域的建筑进行考察调研，利用相机对选择范围内的建筑进行拍摄，记录建筑高度与建筑形态及相关信息，并与获取的地图进行比对更新。

步骤s102，根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》中的室外气象参数与当地气象资料，得到当地冬夏两季风向与平均风速；

具体地，由《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》可知本实例常见风向为夏季东南风与冬季西北风；设定平均风速为3.0m/s；

步骤s103，在cfd软件中根据所述的城市天际线总体布局、实际高度与建筑形态建立城市天际线模型；具体地，包括以下子步骤：

步骤s1031，根据所获取不同城市天际线的总体布局、实际高度与建筑形态的具体数值导入cfd软件中，建立城市天际线模型；具体地，根据所得到的具体数值在cad软件中进行绘制本实例的天际线的总平面图，并设置建筑高度，导入sketchup软件中将建筑形态根据调研数据进行设置，导出3ds文件后导入cfd软件中，如图2；

步骤s1032，在cfd软件中建立计算区域，建筑覆盖区域小于整个计算区域面积3％，以目标建筑为中心，半径5h范围内为水平计算域，建筑上方计算区域要大于3h，其中h为建筑主体高度；具体地，模拟区域大小为22000m×6200m×600m；

步骤s1033，在cfd软件中建立好天际线模型。

具体地，调整导入cfd软件中的天际线模型，将其位置向计算区域中心移动，即将模型从计算区域的坐标(0,0,0)调整至计算区域的1/2处即(11000,3100,0)。

步骤s104，根据所述的冬夏两季风向与平均风速设定模拟的工况条件，进行风环境模拟，得到城市天际线人行高度处风速比；具体地，包括以下子步骤：

步骤s1041，根据所述的冬夏两季风向与平均风速设定模拟的工况条件，进行风环境的模拟；

具体地，在cfd软件中windattributes选项中设置室外压力101325.0pa，室外温度为20℃，风速设置10m/s,参照高度为1.5m，风向分别设置为东南与西北，设置梯度风为指数/对数风，垂直方向为z轴，粗糙度设置为2.00e-4m，即可进行模拟，得到结果。

步骤s1042，在风模拟完成后，测取城市天际线模型不同位置的人行高度处的测点的风速；

具体地，在风模拟结束后，选取了本实例模型北侧测点41个，在吹夏季东南风时进行测量，选取与南侧测点40个，在吹冬季西北风时进行测量，其中测点应提前计算出相应其在cfd软件中的具体坐标，输入坐标后得到各个测点对应的风速值；

步骤s1043，将不同人行高度处的测点风速，转换成风速比，由于在实际室外环境中，风速比的计算公式为：

r＝vs/v.

式中，r为风速比，vs为行人高度处的测点风速的绝对值，v为同高度下初始来风风速绝对值。

步骤s105，根据所述的城市天际线模型，分别计算出轮廓曲折度与建筑起伏度，得到城市天际线不同的轮廓曲折度与建筑起伏度的范围区间；具体地，包括以下子步骤：

步骤s1051，根据所述的城市天际线模型的立面，选取天际线立面之中的局部制高点与局部制低点，连接成样条曲线，显示城市天际线轮廓的主走向，轮廓曲折度的计算公式是：

式中，k为轮廓曲折度指数，△h1+△h2为每个波段的低点与高点差值之和，△l水平距离；

具体地，将本实例天际线按照起伏程度分为11个波段，分别对这11个波段进行△h1、△h2与△l的取值继而计算这11个波段的曲折度指数，对应其波段位置将其连成曲线，显示其实例天际线的轮廓走向，如图3；

步骤s1052，根据所述的城市天际线模型的立面，建筑起伏度按每n米水平距离为一个单元，所有单元内最高建筑和最矮建筑的差值，其中最矮建筑中裙房除外，即城市天际线的建筑的起伏度；

具体地，将实例天际线立面按每100m水平距离分为59个单元，得到每个单元内的最高建筑与最低建筑的差值，即为此实例天际线的建筑起伏度，如图4；

步骤s1053，根据所计算的轮廓曲折度与建筑起伏度的最大、最小值，分别得到城市天际线的轮廓曲折度与建筑起伏度的范围区间。

具体地，分别得到城市天际线的轮廓曲折度与建筑起伏度的范围区间：轮廓曲折度为0.08-0.46，建筑起伏度为0-93m。

步骤s106，将所述的轮廓曲折度与所述的城市天际线人行高度处风速比进行比较，分别得到轮廓曲折度与风速比的关系；

具体地，将天际线轮廓曲折度与风速比波动程度值分别拟合成曲线后如图5、6，得到轮廓曲折度与两个方向的风速比的波动程度的趋势关系，可知本实例天际线轮廓曲折度与两个方向的风速比的波动程度的趋势是一致的，都是逐步升高。

步骤s107，通过比较所述的轮廓曲折度与城市天际线人行高度处风速比的波动程度，在满足《绿色建筑评价标准》中风环境评价标准的情况，判断轮廓曲折度的好坏，得到最优的轮廓曲折度量化范围；

具体地，根据《绿色建筑评价标准》中风环境评价标准是评价城市天际线布局类型风环境状况优劣的参考依据。建筑物周围人行区1.5m处风速宜低于5m/s，以保证人们在室外的正常活动；同时，人的不舒适度还与不舒适风(v>5m/s时)出现的频率有关：出现频率<10％，行人不会抱怨；10％<出现频率<20％，行人抱怨开始增多；出现频率>20％，应采取措施减小风速；当某区域的风速比大于2.0时，行人会感觉风过于强烈；风速比小于0.5时，该区域风速过低，不利于空气流动，且场地内人活动区不出现涡旋或无风区，因此，风环境评价标准为最大风速低于5m/s，风速比介于0.5～2.0之间；

将本实例天际线将天际线轮廓根据起伏波动分为11个部分，如图7，通过对本实例天际线的曲折度，与保证在室外的正常活动的舒适度风速比进行比较，得到最优轮廓曲折度的量化范围：商业区处0.22-0.46之间，居民区处0.08-0.30之间，其中最能带来愉悦感的区间为0.39-0.46。

步骤s108，将所述的建筑起伏度与所述的城市天际线人行高度处风速比进行比较，找到建筑起伏度与风速比的关系；

具体地，将本实例天际线将天际线按照不同的功能区块进行分类，以道路为界，将其分为11部分，如图8，对其风速比也进行分区，为了更准确地得到风速比与建筑起伏度的差异程度，将不同风向下起伏度与风速比进行方差计算，通过计算散点分布情况，然后进行曲线拟合，可以得到方差下的建筑起伏度x与方差下的风速比y之间的关系，东南风，如图9，与西北风，如图10，下列公式分别为：

东南风y＝-0.000003x³+0.0003x²-0.0027x+0.1861

西北风y＝-0.000007x³+0.0008x²-0.022x+0.337

步骤s109，通过所述的建筑起伏度与风速比的关系，在满足《绿色建筑评价标准》中风环境评价标准的情况，判断建筑起伏度的好坏，得到最优的建筑起伏度量化范围。

具体地，根据《绿色建筑评价标准》中风环境评价标准是评价城市天际线布局类型风环境状况优劣的参考依据。建筑物周围人行区1.5m处风速宜低于5m/s，以保证人们在室外的正常活动；同时，人的不舒适度还与不舒适风(v>5m/s时)出现的频率有关：出现频率<10％，行人不会抱怨；10％<出现频率<20％，行人抱怨开始增多；出现频率>20％，应采取措施减小风速；当某区域的风速比大于2.0时，行人会感觉风过于强烈；风速比小于0.5时，该区域风速过低，不利于空气流动，且场地内人活动区不出现涡旋或无风区，因此，风环境评价标准为最大风速低于5m/s，风速比介于0.5～2.0之间；

根据以道路为界的不同的功能区块，共11部分，计算不同部分所对应的高度差平均值，与保证在室外的正常活动的舒适度风速比进行比较，得到最优建筑起伏度的量化范围商业区26-93m之间，居住区0-43m之间，其中最能带来愉悦感的区间为50-93m。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。