我國城市遭受風災害影響嚴重,每年強風導致建築結構損毀造成的財產損失十分巨大。僅舉幾例,1999年9月中旬“約克”颱風登陸香港期間,灣仔稅務大樓、入境事務大樓及灣仔政府大樓等數棟大樓400多塊玻璃幕牆被吹毀;2002年8月,蘇州新建的尚未投入使用的體育場和體育館屋頂被強風掀去4000多平方米;2003年8月2日,上海大劇院大屋蓋屋頂一塊覆面材料被強風撕裂成兩段,造成損壞面積250平方米。城市大型戶外廣告牌,高層建築,機場港口、體育場館等對風比較“敏感”的結構,其安全性時常受到強風的威脅。結構風災損毀事故的發生往往是結構在抗風設計方面考慮欠周造成的。風災害不僅造成財產損失,更導致人員傷亡事故的發生。例如,2004年8月,一股強烈的旋風襲擊了國家游泳中心工地三幢臨時設施,導致40人多人受傷。
“街道峽谷效應”加劇風害
極端風災害氣候並不經常發生,與我們的日常生活更加息息相關的是建築風環境。當一棟大樓矗立起來,不可避免地改變了原來吹經此處的風的正常走向,也即改變了當地的風環境,這種變化有時可能產生不良後果。
例如,在繁華的商業中心街道兩旁,高低錯落的建築羣構成了一道人工的“街道峽谷”,風匯合在街道里,由於“峽谷效應”,風速加大,出現局部強風,加上建築物的阻滯,形成渦旋和強烈變化的升降氣流等複雜的空氣流動現象。在大風天氣,“街道峽谷效應”加強了風的作用,強大的亂流、渦旋再加上變化莫測的升降氣流形成了街道風暴,殃及行人。
不僅羣體建築會形成這種不良的區域性風氣候,在單獨的高層建築附近往往也出現不利的風環境。研究表明,高層建築趨於將高空的高速氣流引至地面,特別在建築轉角處,流動加速,並在建築前方形成停駐的漩渦,將惡化建築周圍行人高度的風環境,危及過往行人的安全。國外曾報道了因“高樓風”造成人員傷害的案例。在一棟高層建築附近,由於高層建築的存在改變了風的正常走向,使建築周圍的風速突然增大數倍,突如其來的旋風將兩名經過該處的老婦人颳倒並導致死亡,被法院判決該建築的建設者賠償責任。又如在北京,曾有報道200米高的京廣中心附近出現行人屢被大風吹倒的現象。因此在大風天氣,行走在高樓大廈附近,行人特別是老人與兒童應特別注意安全。
風環境還涉及健康和節能
風環境不僅和人們的安全有關,也和健康密切關係。建築設計對風環境因素考慮不周,會造成局部地區氣流不暢,在建築物周圍形成漩渦和死角,使得污染物不能及時擴散,直接影響到人的生命健康。香港淘大花園因為密集的高樓之間形成的“風閘效應”加劇了SARS病毒的擴散與傳播就是一例,並引發了人們對“健康住宅”的廣泛關注。又據有關部門監測,北京崇文門和宣武門一帶,沿街兩排東西走向的板樓擋住了北京常見的南北風,形成的渦旋阻滯了污染物的正常擴散,造成空氣質量的不良。
風環境還涉及建築節能。住宅小區室外風環境不良,在夏季可能阻礙室內外自然通風的順暢進行,增加空調的負荷;在冬季又可能會增加維護結構的滲透風而提高採暖能耗。因此,設計良好風環境品質的建築能有效地降低建築能耗。
由於建築風環境涉及行人的安全和舒適,小區氣候和居民健康,綠色建築與節能,污染物的擴散與空氣自淨等問題,建築風環境問題在發達國家已經引起了相當的重視。不僅運用先進的技術手段開展對建築風環境的系統研究,而且上升到立法規範管理的層面上。許多城市制定專門的法規來管理和監督新建或改建城市街區和住宅小區的建築風環境問題,對於較大型的工程項目都要進行風環境的強制性評估,通過行政和司法手段有效控制城市不良建築風環境的產生。
在國外,行人風環境問題早已成為公眾關注的問題。日本的建築開發商與居民之間因風環境問題引起的爭端時常發生,甚至引發訴訟。一些地方政府例如東京都頒佈政府條例規定,高度超過100m的建築與佔地面積超過10萬m2的開發項目,開發商必須進行包括行人風環境在內的對周邊環境影響的評估。日本不僅有這些強制性的要求,當住戶對發展商提出要求時,也經常要進行行人風環境的調查,時常發生居民因附近新建建築改變了當地的風環境而引發的訴訟。在澳大利亞,每一棟3層以上的建築都需要進行風環境評估,住戶因風環境提請的訴訟頻仍,風環境問題成為一個公眾嚴重關切的問題。一個開發項目如果風的問題沒處理好,那麼開發商絕不可能獲得建設許可。在北美,許多大城市如波士頓、紐約、舊金山、多倫多等,新建建築方案在獲得相關部門批准之前,都需要進行建前和建後該地區建築風環境的考察,以對新建建築對區域行人風環境的影響進行評估。
我國風環境尚未提到立法與規範層面
我國的城市現代化進程正經歷着跨越式大發展的階段,大型中心城市短短數年間便興建了發達國家百年來才建起的大量的高層建築與大型公共建築。據不完全統計,上海目前高層建築有4000多幢,其中100米以上超高層建築就有1000多幢;在廣州,18層以上的高層建築現約有7000多棟,而100米以上的超高層建築有360多棟。由於城市管理與規劃設計部門對建築風環境重視不夠,在城市規劃設計中沒有充分考慮風環境因素,缺乏對建築風環境進行評估,一系列負面影響開始顯現出來。其中,不良風環境的產生就是問題之一。
當前,我國城市興建高層建築的熱潮還在不斷上升,在中心城區,大量高層、超高層建築不斷湧現,如不加以規範,勢必會造成城市建築風環境問題越來越嚴重。在北京和其他城市,意識先進的開發商和設計單位已在個別住宅小區及高檔寫字樓的開發建設中開始考慮建築風環境問題。但整體來看,建築風環境問題還尚未引起足夠的重視,還沒有一個地方政府和權威機構將此問題的管理提升到立法與規範的層面上。有識之士已認識到建築風環境在城市建設中的重要性,呼籲通過立法等手段對城市建築風環境加以規範。
將於2008年在北京舉辦的奧運會以及2010年在上海舉辦的世博會都提出營造綠色生態城市的口號,對這些重大建設項目開展建築風環境評估已勢在必行。在當前我國城市現代化建設大力推進的背景下,着眼於城市的可持續發展要求,營造人與自然和諧發展的生態城市,與國際化城市發展的趨勢接軌,開展建築風環境的評估工作,對建築風環境進行規範管理,顯得必要且迫切。
通過風洞試驗與計算機模擬手段可以預測建築建成之後的風環境狀況。中國建築科學研究院等國家科研機構藉助先進的數值仿真技術,正在開展建築風環境的研究與評估,為設計具有良好風環境品質的建築提供科學的指導。通過對建築風環境問題的關注,加上科技工作者的努力,將有助於提高城市建築的規劃和設計水平,改善人居環境,並有利於環境保護和節約能源。(作者單位:中國建築科學研究院建築結構研究所)
