风对城市环境中行人舒适性的影响：风致不舒适、热应激与雨淋暴露

《BUILDING AND ENVIRONMENT》：Impact of wind on pedestrian comfort in the urban environment: wind discomfort, heat stress and rain exposure

　　

本研究以瑞士日内瓦为高密度高层建筑城市环境案例，探讨行人尺度风、热与雨淋暴露舒适性之间的相互作用。研究人员采用urbanMicroclimateFoam与windDrivenRainFoam多尺度模拟，量化风舒适性、热浪期间热应激及年雨淋暴露。结果表明，高层诱导下洗流、角部射流与通道流在暴露街廊产生局地风速加速，加剧风致不舒适与雨淋暴露，同时在热浪中通过增强通风改善热环境；热不舒适集中于日照内院及遮阳受限的南向立面附近，而建筑尾流等遮蔽区则降低风与雨暴露。本案例中39%行人区域受风不舒适影响，强与极强热应激合计占91.5%，97%域值雨淋暴露值高于0.9，显示多数行人空间暴露水平普遍偏高。风与热不舒适仅重叠8%，表明风暴露不舒适区常伴随相对有利热条件。风不舒适、过热应激与高雨淋暴露三者重叠区有限但空间集中于关键行人区，多胁迫因子在此重合。研究发现行人舒适性具多维且有时冲突的特征，缓解某一胁迫可能加剧另一胁迫。虽属个案，但提示应优先处理这些重叠高胁迫区，尤在等候与休憩等行人密集处。

研究背景方面，城市风环境是局地微气候的基本驱动因子，调控对流换热与湿交换，并直接影响通用热气候指数（UTCI）所表征的室外热舒适；高层密集化改造局地流场，诱发下洗流、角部射流、尾流与通道流，既可能在热浪中借增强对流改善热舒适，又可能因局地加速引发风致不舒适，并与风驱雨（WDR）共同造成立面润湿与行人淋雨不适。既有文献多单独评价风舒适、热舒适或WDR，缺乏将三者同时纳入、揭示其耦合与权衡的框架。为此，研究人员以瑞士日内瓦La Praille-Acacias-Vernets片区Place de l’Etoile广场及周边高层重建方案为对象，在《BUILDING AND ENVIRONMENT》发表研究，提出并演示一种同步评估风舒适、热舒适与行人雨淋暴露的多准则框架，以识别高密度城市中多胁迫重叠区并指导一体化缓解设计。

关键技术方法上，研究人员采用三条CFD主线：其一，基于稳态不可压RANS与realizable k-ε模型（OpenFOAM simpleFoam）计算12个风向的中性大气边界层流场，结合30年气象站数据（日内瓦机场10 m高度，1993至2023年）与Isyumov和Davenport准则（年超阈概率1.5%）评估风舒适，地形修正采用对数剖面由U_met推至U₀再至行人高度U_p，总放大系数γ=U_p/U_met；其二，采用WRF三层嵌套中尺度（最内层250 m）单向耦合至urbanMicroclimateFoam（uMFoam，2025），以2019年6月24日热浪日为工况，求解RANS流场、Boussinesq浮力温湿输运、辐射交换（短波射线投射与长波辐射度法）、多孔介质传热湿（HAM）及植被多孔区叶面积密度（LAD）源汇，输出UTCI与UTCI度时（UTCI_DH，阈值32℃）；其三，采用windDrivenRainFoam（2025）欧拉多相流求解雨滴各粒径类连续性及动量方程（含拖曳与湍流弥散），由catch ratio图表η_d(d)、η_S耦合年降雨风向风速谱算行人湿润比η_p。样本几何取自PAV片区规划体块（最高H_max≈170 m），周边400 m建筑解析，地形来自Swisstopo点云，树木按SITG位置以LAD=1 m2/m3简化，广场内树省略以取严苛参考态。

研究结果部分，引言指出风、热、雨三者物理链路交叉，高层流型改局地加速与遮蔽，需一体化评价。风舒适小节中，CFD结合γ系数与气象统计显示，下洗与角部射流在广场暴露街廊使U_p超阈，39%行人区达不舒适（D/E级），危险级（U_p>15.1 m/s且年概率>0.01%）零星出现于高层转角。风驱雨小节中，Eulerian多相模拟表明高层角缘catch ratio放大、迎风下部受风挡效应削弱；行人η_p在通道流与无遮蔽走廊升高，全域97%点位年累积雨淋暴露值>0.9。热舒适小节中，uMFoam耦合WRF边界模拟热浪日显示，UTCI在日照内院与南向无遮立面达强/极强热应激（32至46℃区间占91.5%），而高层下洗引入较高风速处UTCI下降，风不舒适与热不舒适空间重叠仅8%。讨论部分指出，三者非简单叠加：通风降温以风加速为代价，遮蔽避雨却削弱换热，缓解单一胁迫常恶化另一项；重叠高胁迫区虽面积有限但位于等候区与休憩区等关键行人节点，应优先干预。结论翻译为：本研究展示的高层城市环境中，风、热、雨淋暴露舒适性是多维且部分冲突的；高层下洗、角部射流与通道流同步加剧风与雨暴露但改善热浪通风；风与热不舒适低重叠表明风暴露区热条件相对较优；多胁迫重合区空间集中且位于高活动强度行人带，虽个案结论但指向一体化设计应优先消减重合高胁迫节点，而非单因子优化。