《BUILDING AND ENVIRONMENT》：From isolated voids to integrated systems: A systematic review of building lift-up design as thermal comfort hubs integrated with urban ventilation corridors
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研究揭示抬升式建筑设计通过放大行人层风速及侧向尾流区域能形成局部降温，但其效果高度依赖建筑群形态与几何参数。传统CFD模拟与风洞实验存在尺度失配问题，难以应对复杂城市形态中的多目标优化需求。本文提出基于AI物理约束代理模型的性能驱动设计框架，强调宏观通风廊道与微观建筑抬升的协同优化，为气候适应性城市设计提供方法论创新。
李建农|杜亚星|刘建林|牛建雷|麦卓明|郭健恩·C·S.
中国北京工业大学绿色建筑环境与能源高效技术重点实验室，北京
摘要
在热带气候条件下，建筑抬高是一种传统的建筑特征，表现为在地面之上通过柱子支撑建造的小屋。这种设计也被应用于现代热带和亚热带城市的标志性建筑中。然而，直到最近，研究人员才开始系统地研究这种建筑特征对当地微气候的影响，从单个建筑到街道峡谷以及建筑群。本文献综述揭示，建筑抬高设计的主要效果是增加了抬高区域以及周围6H×6H范围内的行人风速，这可以在炎热的日子里创造出局部降温效果。建筑抬高对行人风速的具体影响高度依赖于具体环境。在复杂的城市建筑群中，如果抬高设计整合不当，可能对整体风速的改善效果甚微甚至产生负面影响。通过对不同通风和微气候策略的比较分析，得出了针对特定风速改善的抬高设计选择标准。抬高设计的性能受环境因素影响显著，各因素之间存在权衡，且其局部影响范围有限，因此需要转向基于性能的数据驱动的多目标优化框架，这一框架依赖于物理约束的人工智能模拟模型的发展。最终目标是将抬高设计技术与宏观尺度的城市通风廊规划相结合，使其成为适应气候变化和具有韧性的城市设计的关键要素。
引言
全球气候变化和快速城市化加剧了城市热岛效应，给公共卫生和建筑能耗带来了挑战。建筑环境的气候性能已成为城市可持续性的重要问题。Oke等先驱者的基础研究确立了城市树冠层的原理，即建筑物引起的气流扰动和分离现象影响着室外热舒适度、空气质量以及自然通风的可能性[1,2]。因此，城市规划者和建筑师面临着在高压下实现高密度开发与增强城市通风之间的平衡，他们致力于探索针对特定环境的设计干预措施，以提高城市的“透气性”。
在这些干预措施中，“抬高”建筑（图1）作为一种具有抬高地面空隙的建筑类型，最近在像香港和新加坡这样的亚热带高密度城市中被视为一种具有气候敏感性的设计（Xia等人，2015年，[73]）。作为一种传统建筑特征，这种设计创造了连续的开放行人空间，提供了遮阳同时增强了行人层面的通风和散热效果。在理想情况下，它通过改善在气候变化和城市热岛效应双重压力下的舒适公共空间的可及性，直接提升了公共健康和城市气候的韧性。尽管这一设计在概念上优雅且潜力巨大，但关于其对行人风速（PLW）改善效果的实证证据高度依赖于具体环境，不同尺度下的结果可能差异很大，甚至存在矛盾。这导致对其空气动力学机制、影响范围和与其他通风策略（如拱廊、建筑间距和垂直孔隙率）相比的先进应用潜力的理解不够清晰。因此，基于规则的方法（如香港的空气通风评估标准HKPSG，2024年）难以在实际复杂密集的城市形态中有效应用这种特定环境的设计干预措施。
此外，这种依赖环境的效果也凸显了当前气候适应性设计和评估方法的能力局限。更根本的是，基于雷诺平均纳维方程（RANS）的计算流体动力学（CFD）和缩比风洞主要用于事后评估少数人工选定的建筑设计方案。这种传统方法仍难以应对庞大的多维设计空间，并找到真正稳健的高性能解决方案。结果是一系列零散的知识，使得从业者缺乏关于如何有效整合多种通风设计策略的明确工程见解。此外，宏观尺度的城市通风廊（UVC）规划与微观尺度的建筑设计之间存在重大差距。因此，本文强调需要一种范式转变：从事后评估转向基于性能的优化，在这种转变中，人工智能的最新发展为这一过程提供了支持。
鉴于抬高设计作为气候敏感设计的典范日益重要，及时进行批判性回顾对于指导未来在城市中实施此类通风和热舒适度策略的研究与工程实践至关重要。本文的目的不仅在于总结抬高建筑研究的现状，还希望通过重新评估这种特定设计类型，揭示传统研究方法和规定性设计思维在跨尺度整合优化通风策略方面的局限性。本文旨在回答以下问题：（1）抬高设计的核心空气动力学机制如何影响其通风性能，其性能及其影响范围在多大程度上受到几何形状和城市形态的影响？（2）风洞实验和CFD模拟在预测抬高建筑周围的行人风速时引入了哪些尺度依赖的误差和不确定性？（3）应用抬高设计时存在哪些实际问题和权衡，它与其他城市通风策略相比如何？（4）鉴于抬高设计的性能依赖于具体环境，如何在人工智能时代开发出基于性能的优化框架，以有效地将其与其他策略整合到城市结构的中观和微观尺度中？
通过回答这些核心问题，本文旨在利用抬高设计这一典型案例，构建对气候适应性城市设计挑战的全面、多尺度的理解。此外，本文提倡转向基于性能的集成优化框架，这一框架由人工智能驱动的工具支持。
方法部分
方法
虽然采用了系统的搜索流程以确保全面覆盖，但主要目标不是进行定量元分析，而是对该领域进行定性综合和批判性评估。该方法首先深入研究抬高设计作为核心案例，然后利用这些见解作为与其他建筑透气性策略进行比较分析的基准。各阶段可概括如下：
阶段1：全面调查
结果
本节选中的25项研究涵盖了自2015年以来的发表成果，这些研究探讨了建筑抬高设计对亚热带城市中行人风速（PLW）的影响，分别针对孤立建筑、街道峡谷和建筑群三种不同尺度进行了分析，每种情况都有具体的研究目标。
抬高设计的实际工程应用
尽管前几节已经综合了关于抬高设计空气动力学潜力及其对不同尺度下行人风速（PLW）影响的现有文献，但为了达到更高的工程智慧水平，还需要分析其实际应用情况。
基于性能的设计必要性
关于环境依赖性的讨论以及对通风策略的比较分析表明，城市通风问题没有“一刀切”的解决方案，这是一个高维度、充满矛盾且计算难度大的设计挑战。任何建筑干预措施的有效性，无论是抬高设计还是后退式设计，都高度依赖于具体环境，受到包括建筑几何形状在内的复杂变量矩阵的影响。
结论性评论
由于城市化和全球变暖的快速进程，城市热岛（UHI）效应在高温潮湿的城市中已成为一个关键挑战。作为应对措施，建筑透气性策略（以抬高设计为代表）被认为是改善地面通风的有希望的选择。本文对这类策略的空气动力学性能进行了全面分析，范围从孤立建筑到复杂建筑群。
未引用参考文献
[[3], [4], [5], [17,20,21,32,39,40,53,55,[57], [58], [59], [60], [61],65]
CRediT作者贡献声明
李建农：撰写——初稿、可视化、方法论、数据分析、概念构建。杜亚星：撰写——审稿与编辑、资源整理、概念构建。刘建林：撰写——审稿与编辑、资源整理、概念构建。牛建雷：撰写——审稿与编辑、监督工作、资源获取、概念构建。麦卓明：撰写——审稿与编辑、资源整理。郭健恩·C·S.：撰写——审稿与编辑、资源整理、概念构建。
