基于CFD不同布局下的高层建筑群风环境模拟

针对高层建筑群因为不恰当建筑布局导致的恶性气流问题，及对高层居住区居民日常生活造成的困扰。研究6幢方形高层建筑组成的建筑群周围的风环境特征，利用FLUENT软件模拟不同建筑布局下的气体流动特点。通过对比、分析不同建筑布局下室外人行高度(1.5 m)处的风速云图和风速矢量图，得出建筑布局与风环境优劣之间存在的关系。

近年来， 随着现代化进程日益加快， 大量人口涌入城市， 导致城市土地资源越来越稀缺。

高层建筑、密集型建筑的出现，在一定程度上解决了土地利用问题，节约了土地资源，但必然导致一些负面影响。

不当的建筑布局易形成“狭管效应”，导致建筑区域内局部风速过大，对行人的活动造成不便。或引起建筑背风面风速过小，不利于有害气体的排除，影响市民的健康。探讨不同建筑布局下风环境的优劣， 从而提出合理有效的改善措施十分重要。

Murakami 在1986 年发表的论文中，提出采用雷诺时均方法的数值模拟，不但能确保模拟精度，而且还可以充分利用有限的计算资源， 提高模拟的效率[1]。

Stathopoulos 等通过对平行排列布局下的七幢矩形截面进行数值模拟，验证了建筑群周围风速分布与风洞试验结果吻合良好[2]。T. R. Oke 等人在城市建筑布局形态与热环境相关性方面做了大量的研究，指出了建筑布局形态对室外环境温度的影响关系[3]。

Chang 等应用FLUENT 软件和四种不同的k-ε 模型对房屋平行布局时相邻建筑间的涡流集中情况进行了模拟分析，并且考虑了街道宽度和房屋高度之比取不同的数值时对峡谷涡流的影响[4]。周莉等人利用FLUETN 软件对3 幢平行排列的高层建筑进行数值模拟， 考虑了不同建筑间距对建筑表面风压的影响[5]。

C. W. Tsang 等人通过模拟、对比、分析高层建筑室外人行高度处的风速分布图，利用风洞试验从宽度、高度、建筑间距及角度对试验结果进行了总结与分析[6]。Garry Palmer 等以剑桥大学一栋新建楼房为研究对象，介绍了CFD 计算法则对该建筑进行数值模拟的过程，同时以另外一个建筑实例为对象，研究了建筑群体的风环境舒适性问题[7]。Tetsu 对22 个住宅小区进行风洞试验，分析了住宅小区建筑物密度与整个小区内部风速变化、行人舒适度之间的关系，并为住宅区建筑覆盖率的改善提出指导意见[8]。王泰等[9]利用FLUENT 软件，对同一地块在3 种不同建筑布局形式下，高层建筑对周围低层、多层建筑的风环境模拟，得出了高层建筑布置在住区四周、内部以及两侧时，对周围低层、多层建筑会存在不同的影响。

赵凝等[10]以中国北方的养老建筑的组团实例为主， 结合日本案例作为补充， 提出了行列式、围合式、串联式三种建筑布局方式为北方地区适宜的建筑组团布局样式。

本文利用FLUENT 软件模拟不同建筑布局下室外人行高度(1.5 m)处的风速云图和风速矢量图， 得出建筑布局与风环境优劣之间的关系，为居住区环境建设、特别是高层建筑群建筑布局的规划提供参考意义。

2. 模型的建立 2.1. 建筑模型 2.1.1. 建筑模型的确定 建筑模型由6 幢同尺寸大小的建筑组成，分别标记为A、B、C、D、E、F，具体尺寸为20 m × 20 m × 100 m (长 × 宽 × 高)。建筑布局共8 种，整体呈中轴对称。根据布局形式特点，分别命名为H、Y、反Y、V、反V、U、反U、O 型(图1，表1)。从图1，表1 中可知LAF’(量符号为LLAF’)代表各个建筑群