成果名称: 关于FLUENT软件在城市总体规划中应用方法的研究
完成单位: 广东省城乡规划设计研究院
主要人员: 龚斌、李建平、刘沛、袁源琳、许路、阮浩德、杨庆东、聂爽、蔡志磊、黄雄、洪良、李欣、吴晓生、马力
介绍:     ①课题来源与背景:本课题来源于2013年度住房和城乡建设部研究开发项目"关于FLUENT软件在城市总体规划中应用方法的研究" (项目编号2013-R2-39 )。Fluent软件是目前处于世界领先地位的流体力学分析(CFD) 软件之一,广泛应用于模拟各种流体运动、燃烧、传热和污染物转运等问题,但用于城市空间分析的仿真模拟案例较少。本研究目的为运用Fluent 软件对城市空间进行定量化的模拟分析,探讨Fluent软件在城市总体规划层面的应用,重点是城市尺度通风廊道的分析研究与规划应用。本研究探讨城市空间形态与城市通风潜力的量化关系,构建通风潜力模型,探索具有普适性的城市风道挖掘方法,为城市风道研究和规划提供更科学的决策依据。

   ②技术原理及性能指标:
    技术原理:本项目属于流体力学软件(Fluent) 在城乡规划领域的拓展应用。基于该软件良好的仿真模拟功能,选取可在城市总体规划中应用的主要功能模块,并以城市尺度的通风分析模拟为切入点,结合案例和其他空间分析软件,调校分析参数,对分析模块和操作方式进行改良优化。为避免单一软件分析存在的片面性,利用Fluent软件的兼容性特点,研究将流体力学仿真分析(CFD) 、地理信息系统CGIS) 、遥感分析(RS) 和中尺度气象模拟系统(WRF)等进行技术集成,探讨城市空间形态与城市通风潜力的量化关系,构建通风潜力模型,探索具有普适性的城市风道挖掘方法,为城市风道研究和规划提供更科学的决策依据。
    本研究实际达到的性能指标:

    技术指标--1) 形成1份研究报告。2) 申请3项发明型专利。3) 发表12篇论文。其中,6篇发表在全国性大型学术会议(大会宣读2篇),2篇为中国科技核心期刊,1篇为规划行业内著名杂志。4) 制定1份软件操作手册。
    经济指标--1)增强了区域规划、城市总体规划的科学性。研究应用于《珠江三角洲全域空间规划(2015-2020)》、《阳江市城市总体规划。2016-2030)》 、《南雄市城市总体规划修改(2014-2020年)》、《乳源瑶族自治县县城总体规划。2014-2030)》、《湛江市西城新区分区规划。2013-2030)》等多个区域与城市总体规划。2)增强了专项规划的科学性,提高技标项目的中标率。研究应用于《成都科学城概念性城市设计》、《阳江市绿色生态示范城区规划》等多个城市设计和低碳生态规划投标。
    规模指标--培养了一批懂Fluent 软件操作技术,懂该领域研究动态的技术人员,所有核心技术均为内部成员掌握。1) 熟练掌握Fluent 软件操作的有6人,占45%;2) 参与技术报告撰写的为14人,达到100%;3) 公开发表相关论文的成员为7 人,占50% 。
    ③技术的创造性与先进性:本项目基于Fluent 软件,并结合地理信息系统(GIS) 、遥感分析(RS) 和中尺度气象模拟系统(WRF)进行技术集成,研究城市通风廊道(或风道)规划的关键基础性问题。研究成果可服务于城市通风条件改善的辅助决策,包括:城市尺度的通风潜力评价、城市现有风道及城市潜在风道的探测识别等。

    1)研究视角:多学科交叉共融、多软件协同合作。将Fluent 软件应用于模拟城市的风热环境领域,重点解决我院规划设计人员在使用Fluent 软件进行模拟城市风热环境中遇到技术难点,主要包括:空间模型山体快速建模、建筑实体快速建模、城市热环境分析、风环境分析等常见软件应用操作问题:厘清了影响风环境和热环境的各空间要素的作用机制。本研究实现了地理信息系统(GIS) 的空间分析、流体力学软件数值模拟(Fluent) 、遥感分析(RS) 、气象模拟分析(WRF) 等多种方法相结合的集成创新和应用。

   2)研究尺度:从常规研究的微观转为城市宏、中观尺度以往的通风潜力研究大多聚焦在单体建筑或局部的建筑群,本研究从区域和城市整体尺度分析通风潜力,把传统的微观研究扩展到宏观、中观尺度,具有城市战略规划的视野。3)研究方法:城市风道的三维识别方法和系统评价。4) 研究应用:构建了"风道提取、综合评价、策略提升"的风道规划方法。

   ④技术的成熟程度,适用范围和安全性:

   1)本研究有有利于创造舒适的城市生活空间。在城市的宜居性评价中,自然通风是否顺畅、城市热岛效应大小、空气污染源的位置等方面均会对城市的环境质量产生直接影响。尤其对于位于亚热带地区的城市,由于常年天气炎热、潮湿多雨,且城市建筑密度较高,分析如何加强城市通风、缓解城市热岛效应,对于改善城市的空气品质、降低城市能耗,提高城市居民生活的舒适度等具有十分积极的作用。

   2)有利于提高城市规划的科学性。目前,在城市发展布局中,对城市风环境和大气环境因素的分析和评估手段十分有限。要营造舒适的城市环境,城市规划的用地布局和总体设计就应有利于使城市自然空气流通更加顺畅,并更加精确的分分析城市大气污染源对城市用地布局的影响。因此,评估城市总体用地布局规划方案是否科学和合理,应将用地布局方案对城市风环境和大气环境的影响进行分析评估,使之成为不同用地布局方案进行比选分析的重要参考,综合其他相关分析,挑选出最适合方案,此种城市用地布局规划评估方式将有利于提高城市规划的科学性。
    3)有利于更好地评估和完善城市用地和建筑布局。目前,对基于现状城市用地布局和建筑布局的城市风环境评估往往以定性分析为主,而定量、可视化的分析手段还不成熟。同时,以城市为研究对象的风环境分析技术由于计算过程复杂、所需数据较多、模拟运算难以简化等原因一直未得到推广和普及。因此,目前以定性为主的城市风环境分析对现状城市用地布局和建筑布局的评估效果并不理想,难以支撑城市用地布局和建筑布局方案的优化,本项目的研究将有助于打破这些长期以来的瓶颈。

   ⑤应用情况及存在的问题:随着城市规划领域对科学性的要求更加严格,可量化的分析手段显得越来越重要。本研究针对通风、热岛、污染物扩散三个要素,运用Fluent 软件分析城市现状环境,并对城市规划方案的比选进行量化分析与可视化表达,促进城市规划编制技术方法手段的改进,同时为提高规划的科学性和规划审批决策提供支持。本研究成果与规划实践工作紧密联系,软件分析结果清晰易懂,可直接应用于规划编制和表达,通过相关参数调整可适用各种类型的城市,具有可推广意义。 城市的风道规划是一个复杂的系统,所涉及的因素较多,需要大量实践案和例进行定量研究并加以提炼适合不同地区、不同尺度区域的参数。例如在建成环境的空间形态方面,不同要素的组合所导致的结果是不一样的。还有一些不足和值得进一步研究的地方:

   1) 风道规划中需要建立风道的控制指标体系,通过控制指标体系营造城市的通风廊道。在此过程中,需要进一步研究城市形态指标与城市通风潜力的量化关系。

   2) 城市风道的探测方法需要进一步改进。

   3) 通风潜力的综合评价指标除了建筑密度、建筑迎风面积密度等以外,还可以进行补充和完善,并且指标取值与通风潜力的数值关系需要更多的分析论证,其权重的确立也是值得思考的问题。

   4) 基于风道挖掘的城市形态指标可以进一步拓展。


批准登记号: 粤科成登(2)字【2018】0317
登记日期: 2018-07-31
研究起止时间: 2013.06 至2016.12
所属行业: 科学研究和技术服务业
所属高新技术类别:
评价单位名称: 中华人民共和国住房和城乡建设部
评价日期: 2016.12.06