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城市里的风——楼群风
央视国际 2003年08月25日 14:24
春天，万物正在复苏，这也是一年当中风最多的季节。居住在城里的人们翘首期盼着这春风的到来，孩子们迫不及待地拿出自己的风车，在风中倾听着欢快的鸣唱；大人们纷纷整理出收藏了许久的风筝，争先恐后地来到广场放飞，各种形态的风筝逆风盘旋而上，人们在线绳的牵引中了解风的力量。
还有一些人更加喜欢风，不过他们不在室外，而是在实验室里。通过一种特殊的管道装置，用巨大的鼓风机制造风，人为模拟出风在不同流速、密度和温度下的运动状态，看一看在风的吹动下他们的试验模型会发生什么样的变化，这就是科学家所从事的风洞试验。设计者依据风洞试验提供的科学依据，能够精确评估风对建筑物的影响，还能进一步了解他所设计的项目周围风环境的状态。
这些模型是城市中将要兴起的高大建筑群，它们在风吹动下会发生什么样的变化呢？其实对于今天生活在现代城市里的人来说都会有所体验，那就是你住的楼层越高，感觉到的风力就越大。比如在2米的行人高度上测试，风速只有3m/s，属于2级风，这样的风只能吹动风向标，让树叶微微作响。而站在150米高的楼顶上测量：风力就达到5级，风速达到8.57m/s，这样的风就能让小树整体摇摆，湖面荡起波澜；风离地面越高，风力越大，破坏力越强。如果说行人高度刮起5级风，那么在150米高处反映的风速就是26.55m/s，相当于10级狂风，它的力量可以拔起树木，摧毁建筑物。
如今，城市中的高层建筑越建越高，也越来越多，如何解决高层建筑抵抗高空大风的影响，成了设计者们关注的问题。美国花旗银行大厦是纽约摩天楼的地标，8层倒三角的钢筋框架结构是著名建筑师勒曼歇尔标新立异的设计，重量既轻，又经济美观。这座大型钢骨结构能否抗得住风对它的巨大作用力？哪怕是微风呢？
风洞测试显示：对于同样高度的建筑物，这种重量轻的建筑结构摇摆的幅度会使楼里的人头晕，勒曼歇尔想出了一个绝妙的方法，在屋顶设计了大型协调减震器，这是一块重400吨的水泥块，当大厦摇摆的时候这个巨型的避震器会以绕圈的方式移动水泥块，抵消楼体的晃动，消除让人头晕的感受。
风对任何物体都是有作用力的，建筑物越高受风力的作用越大，怎样避免风对高楼的危害呢？在设计中，风洞专家根据设计项目的地理环境和气象条件，选择50年中的最大风力进行试验，检测建筑物体的承受力，选择合理的建筑结构和建筑材料。
科学合理的建筑结构保证了高层建筑在风中巍然不动，然而这些拔地而起的建筑物也会改变风的流速和方向？
风在爬升高层建筑物顶部和穿越两侧以后，在高楼的背风面形成涡流风区和空腔区，涡流风区是风害的多发区，它不均匀、又无规则、还随机变化。涡流风区大小与建筑物的几何尺寸有关，一般是4-5倍，超过这个尺寸就不会受到涡流乱风的滋扰。如果涡流区还存在着其他建筑，就会受到涡流乱风的影响。轻者会造成高楼上门窗玻璃和屋顶搭建物的震动和破裂，重者足以对人和物造成伤害与破坏。
1964年，英国克罗伊登（Crondon）市建起了一座高 75米，东西宽 18米，南北长70米的大楼，大楼底层通过一个宽12米的人行通道，连接东西两边，由于没有留出安全距离，西边商业区和东边人行道上都出现了乱流风，行人时常受到这种涡旋风区的滋扰。
风受到高楼的阻挡，除了大部分向上和穿过两侧，还有一股顺墙向下带到地面，又被分向左右两侧，形成侧面的角流风；另外一个股加入了低矮建筑背面风区，形成涡旋风，这样城市上空的高速气流被高层建筑引到地面上来，加大了地面风速。在行人高度上形成了我们能够感受到的过堂风、角流风、涡流风等楼群风。
有些高大建筑，由于没有充分考虑到风环境的因素，留下了缺憾，这下就苦坏了生活在这里的居民，他们时不时地会遇到楼群里瞬间强风的“阻挡”：
处在楼群密集的商务中心，楼群风的恶作剧比居民区里更加强劲：为了防止风害的侵扰，物业公司将所有的推拉门都挂上“请您使用自动门”的黄色警示；行走在楼群里的白领们也失去了应有的风度：
这种楼群风突发性的强大风力破坏性特别的大，不仅影响人们的生活环境和居住环境，当遇到风灾、火灾时，往往会助纣为虐，虽然比不上龙卷风和沙尘暴那样的恐怖，但造成的危害也是不可忽视的。现在楼群风已经成为现代都市中继废气、废水、废渣和噪音之后又一种新的城市公害。
一座城市是由楼群和街道构成的，高楼之间的涡流、角流和过堂风区相互作用，诱发出瞬间风力很大的楼群风，楼与楼之间道路如同狭窄的管道，稍微有些风，楼群风就会明显的增加，据科学家现场测试，楼群底层的过道里，瞬间风速能达到外围环境风的3-4倍。也就是说如果气象台预报2-3级风的话，那么楼群风的瞬间风力就可能达到6-12级，这是强风到飓风的级别，破坏力之大就可想而之了。
美国曼哈顿街区，摩天大厦密如森林，出现楼群风的机会本身就很多。在这样的环境中花旗大厦虽然在风洞测试中承受住非常强大的侧迎面风，但是却忽略了测试吹向大楼边缘角的风，因为城管法规中没有这样的要求。正是这一点点的忽视，再加上工程建盖中，原来设计中固定钢梁的焊接全部都被改换成便于操作的锣栓连接。
设计师勒曼歇尔在花旗大厦交付使用后发现了事故隐患：他计算出如果飓风来临，来自不同方向风的冲击着花旗大厦，其中就包括有吹向大厦边缘角的令它致命的瞬间强风，那些固定钢架的螺栓在边缘强风挤压、撑拉、扭曲的综合作用下，就会被扯断，这些栓缝会在大楼中央断开，整个大楼坍塌。
勒曼歇尔以设计师的职业道德和责任心，对大厦进行补救，采用焊接钢板来加强那些脆弱的接缝，数个月的施工挽救在多变的气候环境中渡过，如今花旗大厦是纽约市最安全的摩天高楼之一。
高楼经历隐患与风险之后，设计规划部门更加注重风洞试验，力求将各种危险因素消灭在试验之中。国外许多城市规定：在建设摩天大楼和体育场馆时，事先都必须进行风洞试验。目前，我国在城市建设设计中也开展了风洞风工程试验，现在各大城市未来规划的建筑模型，正在排队等候着做风洞试验，要求对建筑物以及周围风环境进行评估。为了保障这些富有个性的现代建筑物顺利落成，风洞专家们在实验室里日以继夜地为高楼模型“吹风”。
正在进行测试的是北京财富中心的一期工程，这座诞生在21世纪晨曦中的，与美国洛克菲勒规格相仿的超规模建筑群，即将矗立在北京新兴的CBD商务中心区，它以新的理性秩序，诠释着21世纪中央商务区的城市形态。
针对北京市常年刮北风和西北风，夏季刮偏南风的特点，风洞专家在财富中心的办公楼和公寓楼周围一共部署了34个测试点，采用精密探头进行2米行人高度的风速测量，针对北京气象资料建立的风气候环境，他们进行了16个方位角的测试。
测试结果：财富中心一期工程的设计结构中34个测试点32个满足行人坐、站、行走5级风以下舒适度的标准，只是办公楼拐角上的2个测试点由于上层有建筑物的存在，在刮北风和西北风时，穿堂风的风速大于等于15m/s，也就是能够遭受到7级的大风，出现频率超过0.04%。按照评估标准有3个季节都被划为危险风区，如果确实有行人要通过这里，建议采用适当的措施，降低风速。
飞速的城市发展，带来城市风环境的不断变化，风洞—风工程试验为我们实现舒适安全的环境提供了科学的手段，把城市中的楼群风害消灭在设计与试验之中，对已经存在的危害行人的风环境，进行一些防风隔断的设置，加以改进，努力实现现代化都市开放、流动、富有活力、即生态环保又近人尺度的居住环境。
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