攀枝花干坝塘片区城市设计空间形态与风环境耦合性优化设计研究

论文摘要

地处中国西南川滇交界处的攀枝花市,是典型的干热河谷山地城市,其山高谷深的地理环境决定了该市近底层风场受地理形态和城市空间形态影响较大。风环境是决定城市外部空间舒适度的重要因素,科学利用风场和微气候技术,是城市设计的一个辅助和检验,优化城市空间形态是改善城市内部局地风环境的重要技术手段;城市设计的目标是创造和改善城市环境质量,设计的起步是构建安全、健康、宜居、功能合理且有品质的城市空间。本文从城市空间形态与风环境的耦合性角度出发,探讨了攀枝花市的干坝塘片区现有城市设计方案中由城市空间形态所引发的室外空间风环境舒适性问题;通过实地环境物理检测,ArcGIS地理信息模型和CFD技术数值风洞模拟等技术手段,对该区域城市设计方案实施后的局地风环境进行模拟;从热工舒适性这个理性角度去校核;从城市风环境纬度去寻找城市设计中空间生成的逻辑及方式;从宏观、中观、微观,三个层面对其城市肌理、路网格局、绿地和湿地系统、公共空间、建筑布局等多方面解析了该片区城市设计方案的外部空间风环境舒适性与其城市物理空间形态之间的内在的耦合关系;并以城市物理空间形态与风场的耦合性优化为出发点,合理利用城市设计语言,对该区域内地形对气流影响、能量辐射影响、绿地蒸腾作用等城市冠层内质量、能量循环系统善加引导;依据城市热工舒适性的相关指标,提出了关于现有城市设计在尽可能维持其区域发展目标及土地开发强度前提下,提高城市整体通风性能及公共空间人行范围内的局地风环境的热工舒适性的风环境优化技术手段。依据研究结果完成了干坝塘片区城市设计的优化方案,并将优化后的城市设计方案模型再次带入CFD系统中进行数值风洞模拟;在对比了优化前后的城市设计方案中各项城市整体通风性能指标及风环境舒适性指标之后,验证了优化后城市设计方案的合理性与可实施性;全流程解析了具有复杂地理环境的山地城市在进行风环境研究时,从建模到CFD数值风洞模拟过程中所涉及的理论原理、相关难点及技术手段;总结了具有相似气候环境的城市在进行室外风环境优化设计时可采取的优化策略及改进措施。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 研究意义
•   1.3 国内外研究现状
•     1.3.1 国外研究现状
•     1.3.2 国内研究现状
•   1.4 研究内容
•     1.4.1 研究内容
•   1.5 研究方法与技术路线
•     1.5.1 现场环境物理实测
•     1.5.2 三维数字地理信息模型及城市建模
•     1.5.3 CFD技术数值风洞实验
•     1.5.4 气候适应性城市设计优化
•   1.6 研究框架
• 2 攀枝花基础资料整理及干坝塘片区环境物理实测
•   2.1 攀枝花城市概况
•     2.1.1 攀枝花城市概况及城市总体规划解读
•     2.1.2 攀枝花城市地理环境特征
•   2.2 攀枝花气候环境特征
•     2.2.1 攀枝花城市气候特征
•     2.2.2 攀枝花城市整体风环境特征
•   2.3 干坝塘片区地理环境及城市形态分析
•     2.3.1 干坝塘片区地理环境分析
•     2.3.2 干坝塘片区城市形态分析
•   2.4 干坝塘分区规划及发展目标解读
•     2.4.1 规划结构
•     2.4.2 用地布局
•   2.5 干坝塘片区城市设计方案概述
•   2.6 干坝塘片区实地调研
•     2.6.1 干坝塘片区场地现状调研
•     2.6.2 干坝塘片区环境物理实测
•   2.7 干坝塘建成区结合核心区城市设计方案空间形态指标测算
•     2.7.1 城市地表粗糙度
•     2.7.2 建筑密度、容积率
•     2.7.3 围合度、错落度
•     2.7.4 平均高度、最高高度
•   2.8 干坝塘片区现存气候问题总结与应对策略分析
•     2.8.1 城市干岛效应应对策略
•     2.8.2 城市热岛效应应对策略
•   2.9 本章小结
• 3 攀枝花干坝塘片区数值风洞模拟
•   3.1 城市风环境研究相关概念界定
•     3.1.1 大气边界层内风场和对数风廓线
•     3.1.2 城市空间形态
•     3.1.3 宏观、中观、微观尺度在本文中的范围界定
•     3.1.4 狭管效应
•   3.2 干坝塘片区三维地理信息数字建模
•     3.2.1 场地建模区域确定
•     3.2.2 数字化高程模型建立
•   3.3 CFD技术数值风洞模拟研究基本理论与方法
•     3.3.1 计算区块划分
•     3.3.2 模拟区域边界条件及算式设置
•     3.3.3 计算网络及风环境数据监测面设置
•     3.3.4 湍流模型及其他算式设置
•   3.4 模拟结果整理与分析
•     3.4.1 干坝塘片区总体风环境模拟结果与分析
•     3.4.2 干坝塘片区分区风环境模拟结果与分析
•   3.5 本章小结
• 4 干坝塘片区城市设计的空间形态与风环境耦合关系
•   4.1 城市空间形态与风环境耦合性分析与评价的方法及相关规范研究
•     4.1.1 室外风环境舒适度评价的相关政策与标准
•     4.1.2 城市空间形态与风环境耦合性相关评估指标研究
•     4.1.3 干坝塘片区整体风环境评价
•   4.2 宏观层面
•     4.2.1 干坝塘片区多尺度通风廊道结构、分布及通风效率分析
•     4.2.2 干坝塘片区城市路网格局与风环境耦合性分析
•     4.2.3 干坝塘片区绿地系统与风环境耦合性分析
•     4.2.4 干坝塘片区城市肌理与风环境耦合性分析
•   4.3 中观层面
•     4.3.1 干坝塘公共开敞空间与风环境耦合性评价
•     4.3.2 干坝塘绿地公园对局地微气候调节作用分析
•     4.3.3 干坝塘城市湿地对局地微气候调节作用分析
•     4.3.4 干坝塘片区街区空间形态与风环境耦合性分析
•   4.4 微观层面
•     4.4.1 干坝塘片区内单体建筑空间形态与风环境耦合性研究总结
•     4.4.2 低层中、低密度建筑群单元布局方式与风环境耦合性分析
•     4.4.3 低层高密度建筑群单元布局方式与风环境耦合性分析
•     4.4.4 多层中密度建筑群单元布局方式与风环境耦合性分析
•     4.4.5 大体量多层公共建筑外部空间与风环境耦合性分析
•     4.4.6 高层建筑单元布局方式与风环境耦合性分析
•     4.4.7 高层与低层混合建筑群单元布局方式与风环境耦合性分析
•     4.4.8 干坝塘片区单一地块内建筑群体组合模式与风环境耦合关系总结
•   4.5 本章小结
• 5 干坝塘片区城市设计优化策略及方案
•   5.1 宏观优化策略
•     5.1.1 与山水格局相契合的城市通风廊道营造
•     5.1.2 网络化城市绿地和湿地体系构建
•     5.1.3 街道走向控制与街区形态优化策略
•   5.2 中观优化策略
•     5.2.1 与城市风环境相适应的建筑群聚集肌理
•     5.2.2 公共开敞空间与风环境耦合性优化
•     5.2.3 滨水空间布局、形态的选择与控制
•     5.2.4 绿地公园布局与规模优化策略
•   5.3 微观优化策略
•     5.3.1 低层建筑群单元布局方式与围合度设计
•     5.3.2 多层建筑群单元布局方式与围合度设计
•     5.3.3 大体量多层公共建筑外部空间设计
•     5.3.4 高层建筑单元布局方式与围合度设计
•   5.4 本章小结
• 6 干坝塘片区原城市设计方案与优化方案对比分析
•   6.1 原城市设计方案与优化方案风速分布特征对比及分析
•     6.1.1 基于静风区面积比的对比分析
•     6.1.2 基于弱风区面积比的对比分析
•     6.1.3 基于舒适风速区面积比的对比分析
•     6.1.4 基于强风区面积比的对比分析
•   6.2 原城市设计方案与优化方案重要节点平均风速及风速离散度对比分析
•     6.2.1 干坝塘城市设计方案中不同边界内平均风速及风速离散度的计算方法
•     6.2.2 干坝塘城市设计方案整体平均风速及风速离散度对比分析
•     6.2.3 干坝塘城市设计方案道路系统平均风速及风速离散度对比分析
•     6.2.4 干坝塘城市设计方案绿地系统平均风速及风速离散度对比分析
•   6.3 本章小结
• 7 总结
•   7.1 研究结论
•   7.2 主要研究价值
•   7.3 存在的不足
• 附录
•   附录一 图录
•   附录二 表录
•   附录三 干坝塘片区实地环境物理测试数据汇总
•   附录四 干坝塘片区公共空间风环境评价指标测算
•   附录五 干坝塘片区优化方案公共空间风环境评价指标测算
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘诗航

导师: 毛刚,张群

关键词: 攀枝花干坝塘片区,城市设计,山地城市空间形态,城市风环境,数值风洞模拟

来源: 西安建筑科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 气象学,建筑科学与工程,建筑科学与工程

单位: 西安建筑科技大学

基金: 国家自然科学基金项目(名称:极端气候区绿色建筑动态设计模式和方法,编号:51678466)

分类号: TU984.1;TU119

DOI: 10.27393/d.cnki.gxazu.2019.000325

总页数: 234

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