《BUILDING AND ENVIRONMENT》：Optimizing Urban Wind Environment in High-Density Built-Up Areas Through Targeted Redevelopment of Inefficient Land
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通风走廊规划与低效用地更新协同优化机制研究——以广州为例。摘要：基于“风向-阻力面-走廊”模型，识别广州通风走廊关键区段，结合容积率(FAR)情景模拟分析，发现10.43%低效用地与通风走廊重叠，尤以越秀、荔湾等核心区显著。研究证实通过优化建筑高度与朝向可在容积率提升情况下维持通风性能，为城市更新中热岛效应缓解提供空间规划策略。
张希文|徐晨曦|马世发|杨鹏|罗世杰|马兰|蔡云楠|陈碧凯|赵万竹
广东工业大学建筑与城市规划学院，中国广州，510090
摘要
发展城市通风走廊是缓解热环境压力的有效策略。准确识别城市通风的关键区域并制定空间规划策略以提高通风性能对可持续城市发展至关重要。本研究以广州为例，该城市建筑密度高，是典型的城市更新区域。基于“风向-阻力-表面-走廊”框架，提出了城市通风走廊的规划方案，并通过结合城市低效用地来识别关键区域。此外，还利用容积率（FAR）为基础的情景建模，探讨了城市更新背景下城市通风走廊的最佳路径。研究结果表明：（1）广州的通风走廊空间分布不均，主要集中在低至中等密度的建筑区以及河流、绿地等区域；（2）约10.43%的广州低效用地与通风走廊重叠，其中越秀区和荔湾区的比例最高（超过40%）；重新开发这些低效用地可以显著改善通风效果；（3）容积率并非影响风环境的关键因素，不同范围的容积率对通风效果的影响各不相同；即使容积率增加，通过调整建筑高度和朝向仍可维持良好的风环境。本研究提出的城市规划政策可为低效用地的重新开发提供参考，以最大化通风效果。
引言
随着全球城市化进程的加速，城市地下空间发生了显著变化，自然表面（如土壤、植被和水体）逐渐被混凝土和沥青等不透水的人工材料取代。这给环境质量和城市生态可持续性带来了严重负面影响[[1], [2], [3], [4]]。主要后果包括环境退化、气候变化和生物多样性丧失[5,6]。其中，气候变化，特别是全球变暖，已成为一个严峻的全球性挑战。城市热岛（UHI）效应是这一现象的突出表现，对生态系统和公共健康都有重要影响[7]。实证研究表明，城市热岛效应导致的气温升高幅度可达到10°C，平均最大增幅约为6°C[8]。升高的城市温度不仅增加了夏季的制冷能耗和空气污染物浓度，还严重影响了室外热舒适度[9]，更直接威胁到人类健康[10]，因此缓解城市热岛效应成为可持续城市发展的紧迫任务。
城市通风走廊通过增强空气流通来缓解城市热挑战，从而改善城市空气质量和热舒适度[[11], [12], [13], [14], [15], [16], [17]]。这一方法的概念基础可以追溯到20世纪70年代，当时气候学家首次提出“将新鲜空气引入城市”，随后将城市气候学原理纳入规划实践[18]。近年来，该领域采用了复杂的计算建模技术，包括计算流体动力学（CFD）和天气研究与预报模型（WRF），在街区层面和表面层面分析通风效果[[19], [20], [21], [22]]。这些研究一致指出，建筑间距、建筑高度和街道布局是影响城市通风性能的三个主要因素[23,24]。实证研究表明，紧凑的高层建筑形式可使风速相比迎风区域降低1-2米/秒。此外，建筑高度和密度较大的区域容易出现“热流积聚”，受限的气流会导致局部热量滞留。值得注意的是，风速与热岛强度呈显著负相关（R=-0.377，P<0.001），表明通风不足会加剧热量积聚[12,25]。尽管计算方法不同，但研究表明增加风速确实可以减少热量积聚。夜间热岛强度与风速的立方根成反比（R2=23%[26]）。当背景风速从1米/秒增加到3米/秒时，城市核心区域的热量积聚显著减少[27]。容积率（FAR）与地表温度（LST）或空气温度呈正相关，即容积率越高，温度越高。例如，有研究表明容积率（FAR）与地表温度（LST）之间的相关系数可达0.569[28]，在不同城市和季节中表现出相似的趋势[29,30]。建筑覆盖率（BCR）通常是影响温度的最重要城市形态指标之一[31,32]。建筑覆盖率（BCR）对夜间温度有显著影响，相关系数为0.5[33,34]。
城市通风走廊的实际应用始于20世纪90年代，德国斯图加特率先建立了宽91.4米的绿色通道[35]。此后，世界各地许多城市采用了类似策略。例如，东京在2007年开发了综合城市通风系统，将风模式、水体和绿地纳入五层走廊框架[36]；成都则在2015年提出了城市通风走廊建设与规划策略，明确考虑了城市发展、产业结构和能源消耗对通风效率的影响[37]。然而，当前的研究和实践仍存在两个关键限制。首先，虽然新的城市开发项目已有效融入了通风考虑因素[38]，即气候响应设计可以主动减少气流障碍，但在城市更新背景下，这一方法变得更加具有挑战性。随着城市从绿地扩张转向旧城改造，创建大规模通风走廊的机会大大受限。其次，在高密度建成区，低效用地（具有碎片化的空间格局、低开发强度和过时的基础设施）成为通风连通性的重大障碍。这些空间不仅破坏了气流连续性，还降低了规划通风走廊的整体效果。因此，在城市更新背景下，迫切需要优先识别和战略性地重新开发低效用地，以提高通风性能，特别是在传统大规模走廊规划不再可行的密集建筑环境中[39]。
2008年，中国政府启动了全国性的低效用地再开发计划，旨在提升城市生活质量、社会福利和经济效益[40]。该政策为优化老旧城区开放空间网络和通过城市设计干预措施缓解热岛效应提供了有力支持。随着城市化进程的推进，土地资源稀缺与土地使用需求增长之间的矛盾日益突出[41]。低效用地的再开发是一个综合过程，涉及通过一系列规划、政策和经济手段重新组织、改造或重新分配土地用途[42,43]。其核心目标是提高土地使用效率、优化土地功能布局、改善城市环境和提升土地价值。本研究以广州为例，这座亚热带大城市长期遭受热浪侵袭、夏季条件极端且城市热岛效应明显，探讨了在高密度城市更新背景下实施城市通风走廊的情况。主要贡献包括：（1）空间优化：识别与迎风区域低效用地重叠的关键通风走廊段，为历史城区制定有针对性的更新策略；（2）微观尺度分析：探讨地块层面的通风决定因素，并提出基于证据的改进建议和空间治理框架；（3）气候适应规划：评估城市更新过程中改善城市通风的潜在效益，证明将空气动力学考虑因素纳入再生项目的必要性和可行性。本研究可为气候响应式空间规划提供科学支持，为再生现有建成区、通过优化风环境缓解局部热岛效应以及推进与包容性、安全和气候韧性相关的可持续城市发展目标提供实际指导。
研究区域
广州（东经112°57′–114°3′，北纬22°26′–23°56′）位于中国南部，地处广东省中南部，构成了珠江三角洲的北部尖端（图1）。它是粤港澳大湾区的关键城市，也是“一带一路”倡议的战略节点。广州下辖11个区，总面积为7,434.4平方公里。地形具有明显的高程变化，东北部地区
城市通风走廊的构建
通风走廊的构建包括两个关键部分：风环境评估和使用最小成本路径方法划定通风走廊。城市通风评估通常关注两个关键因素：背景风环境和表面通风潜力[49]。背景风环境通常来源于当地气象站数据，而表面通风潜力则基于城市通风阻力进行量化
城市通风走廊的空间分布
广州的城市通风走廊存在显著的空间异质性，城市核心区和周边区域之间的模式明显不同（图3）。通风走廊值较高的区域（高于平均值的37%）集中在高度开发或地形低洼的地区（如越秀区、荔湾区、天河区和黄埔区），这些地区的高建筑密度和受限的通风走廊形成了持续性的静态风区，加剧了城市热岛效应。其次，通风走廊阻力峰值出现在地形复杂的区域需要合理开发考虑通风的低效用地
低建筑密度和土地利用效率不佳的城市低效用地是影响城市通风系统的重要因素。本研究发现，广州通风走廊内的50.07平方公里低效用地（占城市总面积的10.43%）为重塑城市通风系统提供了重要机会。值得注意的是，虽然越秀区和荔湾区的低效用地绝对面积相对较小，但结论
改善低效用地的通风环境不仅对提升城市气候质量至关重要，还对提高人类居住舒适度和促进可持续发展具有深远意义。本研究基于包括城市建筑形态和风向频率在内的数据集构建了城市通风阻力系数模型（LCP模型），用于规划城市通风走廊。在低效用地内的关键通风区域
资金来源
本研究得到了国家自然科学基金（42101273, 52308015）、广东省基础与应用基础研究基金（2024A1515010038, 2024A1515011214）以及广州市科技规划项目（2024A04J4308, 2024A04J01189）的支持。
作者贡献声明
张希文：撰写 – 审稿与编辑、监督、项目管理、方法论。徐晨曦：撰写 – 原稿撰写、软件开发、方法论、数据分析。马世发：监督、方法论。杨鹏：撰写 – 审稿与编辑、可视化、方法论。罗世杰：撰写 – 审稿与编辑、验证、数据分析。马兰：验证、监督。蔡云楠：监督。陈碧凯：可视化、验证、监督。赵万竹：可视化，
