我們所有人都經(jīng)歷過(guò)城市風(fēng)的影響。從一條微風(fēng)走過(guò)一條寬闊的大街上，到一條狹窄的小巷里感受到刺耳的陣風(fēng)，在城市環(huán)境中，風(fēng)的存在比人們想象的更為普遍。這是為什么？
多風(fēng)的城市
什么是行人風(fēng)的舒適？
    如果你是一個(gè)眼尖的人，你可能已經(jīng)注意到，在某些特定的地方，強(qiáng)烈的陣風(fēng)發(fā)展的趨勢(shì)更大。因此，風(fēng)與周圍建筑物之間必然存在某種相關(guān)性，從而導(dǎo)致陣風(fēng)。在工程領(lǐng)域，這被稱為行人風(fēng)舒適度。行人風(fēng)舒適度是風(fēng)力工程的一個(gè)分支，致力于研究風(fēng)力效應(yīng)，導(dǎo)致它們的原因，它們?nèi)绾伟l(fā)展，以及如何設(shè)計(jì)城市環(huán)境來(lái)控制它們。
為什么評(píng)估行人風(fēng)舒適對(duì)城市規(guī)劃很重要？
    任何建筑物，無(wú)論是高層建筑還是低層建筑，橋梁或隧道，都會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生影響。風(fēng)流中斷是許多可能的影響之一。特別是在城市地區(qū)，可以產(chǎn)生諸如隧道節(jié)流或渦度的風(fēng)效應(yīng)。如果事先沒(méi)有計(jì)劃，這些影響甚至可能對(duì)使用甚至附近受影響設(shè)施的人有害或危險(xiǎn)。
    通過(guò)評(píng)估行人風(fēng)的舒適度，城市總體規(guī)劃者可以預(yù)測(cè)擬建建筑物在設(shè)計(jì)階段的風(fēng)流動(dòng)態(tài)。風(fēng)速和其他參數(shù)可以在行人級(jí)別計(jì)算，并且可以使用特定標(biāo)準(zhǔn)（例如下圖中所示的標(biāo)準(zhǔn)）進(jìn)行舒適性評(píng)估。這允許改進(jìn)直接實(shí)施到設(shè)計(jì)中并循環(huán)評(píng)估，直到實(shí)現(xiàn)令人滿意的施工計(jì)劃。 您如何評(píng)估2019年的風(fēng)力舒適度？
    通常，評(píng)估從當(dāng)?shù)靥鞖鈹?shù)據(jù)開(kāi)始，顯示所謂的風(fēng)玫瑰花。風(fēng)玫瑰（或風(fēng)玫瑰）是氣象學(xué)家使用的圖形工具，用于簡(jiǎn)明地了解風(fēng)速和方向通常如何在特定位置分布。
    該圖表顯示了各種風(fēng)向流動(dòng)的最大（或典型）風(fēng)速值。該信息與總體規(guī)劃模型一起用于預(yù)測(cè)局部風(fēng)效應(yīng)，例如渦流產(chǎn)生或隧道效應(yīng)。然后使用所獲得的結(jié)果來(lái)評(píng)估模型的所有區(qū)域的行人舒適度。
有三種基本方法用于執(zhí)行總體規(guī)劃的風(fēng)行為評(píng)估：
    1）全面測(cè)試
    2）風(fēng)洞測(cè)試
    3）CFD模擬
    在過(guò)去十年中，CFD（計(jì)算機(jī)流體動(dòng)力學(xué)）方法越來(lái)越成為首選工具，因?yàn)樗軌蚴褂酶焖伲p松的工作流程進(jìn)行行人風(fēng)評(píng)估。像SimScale這樣的軟件提供商已經(jīng)推出了許多專業(yè)工具來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。
    在建筑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段使用CFD模擬的最大好處之一是降低成本。下圖說(shuō)明了不同設(shè)計(jì)階段的變化對(duì)項(xiàng)目成本的影響。在概念階段，可以獲得早期信息，例如地形和現(xiàn)有建筑的粗糙模型。模擬用于運(yùn)行具有低細(xì)節(jié)級(jí)別的快速迭代，并且這些通知設(shè)計(jì)過(guò)程。在第二種情況下，仿真支持細(xì)節(jié)工程。對(duì)風(fēng)的行為進(jìn)行了詳細(xì)的分析和高精度分析，目的是評(píng)估法規(guī)遵從性。
    但是，CFD模擬可能需要資源。一家致力于利用其優(yōu)勢(shì)的公司需要一名專職的專業(yè)工程師，與該軟件一起工作。傳統(tǒng)的CFD軟件工具需要高性能計(jì)算機(jī)（HPC）及其增加的開(kāi)銷：專用軟件和配置，維護(hù)，能源成本和技術(shù)訣竅障礙。
    這是SimScale提供替代方案的地方; 基于云的平臺(tái)，無(wú)需硬件和軟件占用空間，并可訪問(wèn)無(wú)限的計(jì)算能力。在本文中，我們將探討使用SimScale平臺(tái)進(jìn)行CFD分析的案例研究。
案例研究
設(shè)計(jì)
：城區(qū)周圍的流動(dòng)模擬
    在下面的案例研究中，我們將評(píng)估兩個(gè)城區(qū)周圍的風(fēng)流，其中建議建筑物。然后使用不同設(shè)計(jì)階段的CFD模擬評(píng)估這兩種情景。
場(chǎng)景1：早期總體規(guī)劃設(shè)計(jì)
    在第一個(gè)場(chǎng)景中，正在調(diào)查三座建筑物的建造。重點(diǎn)將放在尋求發(fā)展的休閑區(qū)的風(fēng)行為。對(duì)周圍建筑物和擬議建筑物的模型進(jìn)行了審查，細(xì)節(jié)水平較低。此方案僅評(píng)估主風(fēng)向，并分析一個(gè)速度值。
    使用虛擬風(fēng)洞模型模擬案例，最近在SimScale平臺(tái)上發(fā)布了Lattice Boltzmann（LBM）求解器。該模型以粗分辨率模式運(yùn)行以獲得快速結(jié)果。應(yīng)用的方法避免了對(duì)網(wǎng)格化步驟或CAD清理的需要。獲得兩米高的風(fēng)速并繪制成：
    我們可以看到文丘里效應(yīng)對(duì)興趣區(qū)域的影響，附近有明顯的風(fēng)加速度。這將對(duì)行人構(gòu)成一種不舒服的狀況。然后提出并測(cè)試包括添加植被以改善狀況的設(shè)計(jì)變化：
    模擬了新的設(shè)計(jì)布局，結(jié)果顯示條件有所改善，有進(jìn)一步發(fā)展的空間：
場(chǎng)景2：詳細(xì)驗(yàn)證
    對(duì)于第二個(gè)詳細(xì)的工程驗(yàn)證方案，考慮了紐約中央公園大廈的模型。從CAD模型圖片中可以看出，包括更多細(xì)節(jié)，例如周圍的建筑物，地形，植被和建筑物外墻。
    模擬以更精細(xì)的分辨率設(shè)置，以捕獲模型的細(xì)節(jié)和更小的流動(dòng)偽像。具體而言，模擬中存在不同的細(xì)化水平：塔的高精細(xì)化，其附近的中等細(xì)化以及遠(yuǎn)場(chǎng)位置的低精細(xì)化。輸入風(fēng)廓線遵循對(duì)數(shù)定律建模。
    應(yīng)考慮許多風(fēng)向和速度大小，以便使用Lawson或NEN-8100等方法評(píng)估舒適度。對(duì)于盛行風(fēng)向，獲得了以下結(jié)果：
結(jié)論
    該網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)介紹了在AEC應(yīng)用中使用CFD模擬評(píng)估行人風(fēng)舒適度的兩種不同情況。第一個(gè)案例展示了概念設(shè)計(jì)階段分析，細(xì)節(jié)水平較低但周轉(zhuǎn)時(shí)間較短。第二種情況顯示了詳細(xì)的設(shè)計(jì)驗(yàn)證，包括更復(fù)雜的分析，但結(jié)果中有細(xì)粒度細(xì)節(jié)，可以放心地用于代碼符合性評(píng)  估。通過(guò)利用SimScale提供的基于LBM方法的求解器，可以輕松設(shè)置模擬，在多個(gè)GPU上運(yùn)行云，本地硬件和軟件開(kāi)銷為零，并允許快速訪問(wèn)結(jié)果。