王澤發(fā)

劉庭風(fēng)*

城鎮(zhèn)化進程的加快、高層建筑密度的增加、旅游業(yè)基建工程的盲目發(fā)展，使得城市及近郊休閑旅游點的環(huán)境問題日趨嚴重。于是，創(chuàng)建宜居宜游的微氣候環(huán)境成為風(fēng)景園林學(xué)科研究的熱點，也是新時代園林營造內(nèi)核的延續(xù)[1]。風(fēng)環(huán)境自古以來就是風(fēng)景園林微氣候研究的組成部分，在古代由于受技術(shù)所限，風(fēng)環(huán)境的研究主要以描述為主，重點關(guān)注風(fēng)與時間、空間、強度、陰陽五行、吉兇、動作、嗅覺、聽覺、品性等方面的關(guān)系[2-8]；隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代風(fēng)環(huán)境的研究則以定量為主，重點關(guān)注風(fēng)電場、風(fēng)荷載、風(fēng)數(shù)值模擬、風(fēng)壓、風(fēng)速等方面的內(nèi)容[9-17]，由于對技術(shù)的偏向，其主要關(guān)注對古代風(fēng)環(huán)境中風(fēng)強度的深入研究，缺乏古代與現(xiàn)代結(jié)合的研究，并且遠沒有古代風(fēng)環(huán)境研究得廣泛與全面?；诖?，本研究在采用現(xiàn)代技術(shù)對風(fēng)景園林建筑進行風(fēng)環(huán)境定量分析的同時，又融入風(fēng)環(huán)境與文化感知關(guān)系的分析，彌補古代和現(xiàn)代風(fēng)環(huán)境強度感知研究中存在的斷裂。

泉州海絲文化史跡是以園林建筑式樣存在的一種文化史跡類型，其不僅承載著地方文化及鄉(xiāng)愁記憶，也是泉州城市旅游目的地發(fā)展的重要依托。海絲文化史跡特殊的分布位置，使得其在城市化快速發(fā)展所帶來的環(huán)境問題不斷突出的背景下，面臨的環(huán)境問題更加復(fù)雜和嚴峻。泉州作為深受亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候影響的城市，不合理的風(fēng)環(huán)境規(guī)劃引發(fā)諸多問題。如冬季，風(fēng)大導(dǎo)致游客停留時間減少；夏季，風(fēng)小使場所內(nèi)熱、悶熱異常以及因氣流交換減緩污染物滯留，并且不利于場地原有文化的傳承等。因此，對泉州市海絲文化史跡風(fēng)環(huán)境身體感知與文化感知的綜合分析，便于了解其風(fēng)環(huán)境現(xiàn)狀，對改善風(fēng)環(huán)境舒適度具有重要現(xiàn)實意義，同時對同類海絲文化史跡風(fēng)環(huán)境的優(yōu)化和保護也起到一定的參考作用。

圖1 泉州2020年2月20日全天風(fēng)向變化圖(引自泉州氣象網(wǎng))

圖2 8處海絲文化史跡場所模型圖

1 研究對象概況

1.1 泉州海絲文化史跡分布

泉州市位于中國東南沿海，是海上絲綢之路的起點，保存有豐富的海絲文化史跡資源，具體有：六勝塔、萬壽塔、石湖碼頭、江口碼頭、磁灶窯系金交椅山窯址、真武廟、九日山祈風(fēng)石刻、天后宮、草庵摩尼光佛造像、清凈寺、老君巖造像、開元寺、伊斯蘭教圣墓、府文廟、洛陽橋、德濟門遺址16處[18]，主要分布在晉江流域沿線，少量分布在洛江流域與九十九溪流域沿溪。

1.2 泉州市風(fēng)環(huán)境特征

根據(jù)泉州氣象網(wǎng)的氣候資料統(tǒng)計，2018年泉州夏季最高月平均氣溫30℃，極端最高氣溫38.5℃；冬季最低月平均氣溫13℃，極端最低氣溫7℃。夏季的季節(jié)平均風(fēng)速為4.7m/s，季節(jié)極大風(fēng)速為32.5m/s，季節(jié)最多風(fēng)向為西南；冬季的季節(jié)平均風(fēng)速為6.13m/s，季節(jié)極大風(fēng)速為35.2m/s，季節(jié)最多風(fēng)向為東北(表1)。最多風(fēng)向一般出現(xiàn)在日間，凌晨時分風(fēng)向會出現(xiàn)逆反(圖1)。海絲文化史跡點每日人流活動主要集中在日間，因此選取季節(jié)最多方向和平均風(fēng)速作為模擬實驗中的風(fēng)速與風(fēng)向。

2 研究方法

2.1 模型建立

依據(jù)現(xiàn)有構(gòu)筑物類型與周圍環(huán)境類型的相似程度，從16處海絲文化史跡點中選取六勝塔、江口碼頭、伊斯蘭教圣墓、九日山祈風(fēng)石刻、尼光佛造像、清凈寺、真武廟、天后宮8處作為具體的調(diào)研點進行現(xiàn)場實測。目前，很多論文已證實Phoenics軟件能夠準確模擬風(fēng)環(huán)境[19-20]，并將清凈寺實測結(jié)果與模擬結(jié)果進行對比，2組數(shù)值吻合性較好，因此本次采用Phoenics軟件進行風(fēng)環(huán)境模擬分析。風(fēng)環(huán)境模擬實驗具體步驟：首先根據(jù)實測數(shù)據(jù)在CAD軟件中繪制各個場景的平面布置圖、立面圖、剖面圖；其次利用Sketchup軟件建立各個場所的室外風(fēng)場計算三維模型，其中在不影響計算結(jié)果的前提下對模型的細節(jié)做適當?shù)暮喕≌?表2，圖2)；然后將三維模型轉(zhuǎn)換成STL格式導(dǎo)入Phoenics軟件，使用Phoenics模擬軟件對每個海絲文化史跡場景的風(fēng)環(huán)境分別進行模擬。

2.2 CFD模擬設(shè)置

根據(jù)8處海絲文化史跡場所現(xiàn)狀，按照構(gòu)筑物及場所空間自身的尺寸、建筑之間的相對位置和周邊地形，對Phoenics軟件內(nèi)的相關(guān)指標進行參數(shù)設(shè)置，進而進行室外風(fēng)場計算模型。為了更好地實現(xiàn)模擬效果，參數(shù)設(shè)置中各個場所計算區(qū)域高度為場所中最高建筑的3倍，計算區(qū)域?qū)挾葹閳鏊矫骈L度與寬度的5倍，具體參數(shù)設(shè)置如表3。

表1 2018年泉州氣候數(shù)據(jù)

表2 8處海絲文化史跡場所簡化取整數(shù)值(單位：m)

2.3 風(fēng)環(huán)境舒適度評價標準

圖3 古代風(fēng)氣結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化圖

圖4 古代與現(xiàn)代風(fēng)論研究關(guān)系圖

圖5 海絲文化史跡場所夏季風(fēng)速對比圖

圖6 海絲文化史跡場所風(fēng)速監(jiān)測點布局圖

表3 Phoenics模擬求解參數(shù)設(shè)置

表4 風(fēng)速身體感知與文化感知對應(yīng)表

中國古代風(fēng)氣論自成一體。氣可分為2種類型，其一文化之氣，其二自然之氣。文化之氣又可細分為高級文化之氣(又稱哲學(xué)之氣)、普通文化之氣(俗稱文化之氣)。其中，哲學(xué)之氣，《道德經(jīng)·第四十二章》中提道：“萬物負陰而抱陽，沖氣以為和”[21]，即道是萬物之母，氣是萬物生成的基礎(chǔ)，一為氣，二為陰陽，三為天地人，天地人構(gòu)成萬物；文化之氣，《撼龍經(jīng)》中寫道：“兇氣消磨生吉氣，定是星辰巨浪波”[22]24，兇氣與吉氣為此消彼生的關(guān)系，又如《黃帝內(nèi)經(jīng)·素問》中提道：“天食人以五氣，地食人以五味”[23]，人生存靠呼吸以納天氣、飲食以納地氣。自然之氣，《莊子·齊物論》中指出：“夫大塊噫氣，其名為風(fēng)”[24]，名為風(fēng)，實為氣，外形為大塊。事實上“氣”和“風(fēng)”是相互轉(zhuǎn)化的，如《呂氏春秋·音律》中提道：“天地之氣，合而生風(fēng)”[25]，即表示自然的氣和風(fēng)可彼此轉(zhuǎn)化。同時，《地學(xué)歌訣集成·葬經(jīng)》中提道：“夫陰陽之氣，噫而為風(fēng)，升而為云，降而為雨，行乎地中，謂之生氣”[22]1，表示陰陽之氣運行在地下為生氣(哲學(xué)之氣轉(zhuǎn)化為自然之氣)，噴出地面為風(fēng)(自然之氣轉(zhuǎn)化為自然之風(fēng))；《撼龍經(jīng)》中提到：“海門旺氣連閩越，南水兩夾同抱纏”[22]25，即水抱藏風(fēng)而生旺氣(自然之風(fēng)轉(zhuǎn)化為文化之氣)，基于此，通過堪輿學(xué)中“氣”主要是哲學(xué)之氣、文化之氣與自然之氣混合與泛化的表示，再次說明“氣”和“風(fēng)”是可以相互轉(zhuǎn)化的。

通過對《園冶》《長物志》《閑情偶寄》《中國古代畫論精讀》《園綜》《四庫全書術(shù)數(shù)類全編》《永樂大典·地字》中“風(fēng)”詞條進行全面檢索分析，中國古代的風(fēng)可歸納為2類：其一是自然之風(fēng)，如八風(fēng)、春風(fēng)、風(fēng)吹等，即指現(xiàn)代的風(fēng)的空間、風(fēng)的時間、風(fēng)的動作；其二文化之風(fēng)，如風(fēng)雅、風(fēng)俗、風(fēng)旺等，在現(xiàn)代主要代表氣度、習(xí)俗、舒適。在堪輿論著《葬法倒杖》中提道：“若有風(fēng)殺，則氣隨風(fēng)散”[22]51，即為兇風(fēng)是，自然之風(fēng)吹會導(dǎo)致自然之氣的飄散，這也說明文化之風(fēng)與自然之風(fēng)是彼此轉(zhuǎn)化的。由此，構(gòu)成“氣”與“風(fēng)”結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化圖(圖3)。

在古代，風(fēng)速文化感知是文化之風(fēng)的一部分，主要表現(xiàn)為風(fēng)的吉兇，具體使用風(fēng)旺、藏風(fēng)、風(fēng)射、風(fēng)傷、風(fēng)殺等詞條來描述。將古代代表風(fēng)吉兇的詞條與現(xiàn)代風(fēng)速描述相比較，藏風(fēng)主要表示風(fēng)速比較小，體現(xiàn)在文化感知上即該處藏風(fēng)聚氣，有利于人類生存，吉；風(fēng)沖對應(yīng)的是風(fēng)速比較大，體現(xiàn)在文化感知上即該處瘟神入屋，不利于人類生存，兇。在現(xiàn)代，已有學(xué)者關(guān)注風(fēng)環(huán)境舒適度評價研究，如：《綠色建筑評價標準》(GB/T 50378—2019)提出“建筑物周圍人行區(qū)距地高1.5m處風(fēng)速小于5m/s”[26]；《風(fēng)對結(jié)構(gòu)的作用：風(fēng)工程導(dǎo)論》提出人的舒適度與風(fēng)速的關(guān)系[27]；而現(xiàn)代風(fēng)環(huán)境舒適度(風(fēng)速身體感知)與古代風(fēng)速文化感知是相對應(yīng)的關(guān)系(圖4)。綜上，本研究形成了基于風(fēng)速視角，與身體感知和文化感知相對應(yīng)的風(fēng)環(huán)境舒適度評價標準(表4)。

2.4 風(fēng)速監(jiān)測點設(shè)定

根據(jù)建筑物周圍流場理論的相關(guān)研究，建筑物周邊風(fēng)環(huán)境的流場區(qū)共分為迎風(fēng)區(qū)、穿流區(qū)、渦流區(qū)、風(fēng)影區(qū)、角流區(qū)5個區(qū)塊[28]。根據(jù)前期預(yù)實驗發(fā)現(xiàn)，8處海絲文化史跡點夏季平均風(fēng)速為2.1～4.7m/s(圖5)，僅真武廟風(fēng)速有較大起伏，其他各點風(fēng)速趨于穩(wěn)定，身體感知表現(xiàn)為“舒適”，文化感知表現(xiàn)為“藏風(fēng)”，不存在惡劣風(fēng)環(huán)境情況。惡劣風(fēng)環(huán)境主要發(fā)生在冬季，因此本實驗選擇在冬季(主導(dǎo)風(fēng)向為東北)將CFD模擬風(fēng)速測點分別布置在5個區(qū)的代表點位，由于8處海絲文化史跡場所各自的獨特性，對流場區(qū)中存在缺失風(fēng)環(huán)境區(qū)塊的情況則不設(shè)監(jiān)測點(圖6)。

圖7 海絲文化史跡無植栽冬季風(fēng)速對比圖

圖8 海絲文化史跡場所有植栽模型圖

圖9 海絲文化史跡有植栽冬季風(fēng)速對比圖

3 模擬結(jié)果與分析

為了準確模擬8處海絲文化史跡點的真實情況，本文分別模擬了無環(huán)境植栽和有環(huán)境植栽2種情景下冬季風(fēng)速特點，并對2種情景下的風(fēng)速進行對比分析。

3.1 無環(huán)境植栽冬季風(fēng)速

本著實驗從易到難的原則，首先對冬季8處海絲文化史跡點不考慮周圍環(huán)境植物栽種的風(fēng)環(huán)境情景進行模擬，獲取H=1.5m處風(fēng)環(huán)境模擬數(shù)值，得出風(fēng)環(huán)境數(shù)據(jù)(表5)與圖7。

1)風(fēng)速特征方面，8處海絲文化史跡點冬季平均風(fēng)速為1.789～6.102m/s，尼光佛史跡點風(fēng)速變化最大(最低1.789m/s，最高5.348m/s，風(fēng)差3.559m/s)，真武廟史跡點風(fēng)速變化次之，其他6處文化史跡點的風(fēng)速變化較平緩，圣墓史跡點的風(fēng)速變化最小(最低6.061m/s，最高6.102m/s，風(fēng)差0.041m/s)；結(jié)合圖6，發(fā)現(xiàn)尼光佛、真武廟2處史跡點場所圍合性高、場地豎向變化性大、透氣性較弱，而其他6處史跡點存在不同的圍合性低、豎向變化小、透氣性強的情況。六勝塔、江口碼頭、清凈寺、圣墓4處史跡點的最高風(fēng)速出現(xiàn)在風(fēng)影區(qū)，祈風(fēng)石刻史跡點的最高風(fēng)速出現(xiàn)在渦流區(qū)(該史跡點場景中市民與游客活動范圍內(nèi)不存在風(fēng)影區(qū))，尼光佛、真武廟、天后宮3處史跡點的最高風(fēng)速分別出現(xiàn)在迎風(fēng)區(qū)、角流區(qū)、穿流區(qū)。究其原因，尼光佛、真武廟、天后宮3處史跡點通過建筑物與地形對市民與游客室外活動形成有效圍合；而其他5處史跡點無植栽環(huán)境開敞，因此會出現(xiàn)最高風(fēng)速在風(fēng)影區(qū)與渦流區(qū)的異常情況。

2)身體感知方面，總體表現(xiàn)為“舒適”與“不舒適”并存，其中，只有尼光佛、真武廟2處史跡點存在低于5m/s的流場區(qū)塊，處在使人感覺“舒適”的范圍；其他6處史跡點流場區(qū)區(qū)塊的風(fēng)速均高于5m/s，處在使人感覺“不舒適”的范圍。整體講，8處海絲文化史跡點冬季風(fēng)環(huán)境總體比較惡劣。

3)文化感知方面，總體表現(xiàn)為“藏風(fēng)”與“風(fēng)沖”并存。尼光佛與真武廟史跡點5個流場區(qū)中，都是4個為“藏風(fēng)”、1個為“風(fēng)沖”；其他6處史跡點的所有流場區(qū)則均表現(xiàn)為“風(fēng)沖”，存在明顯的擇址營造問題。

3.2 有環(huán)境植栽冬季風(fēng)速

將無環(huán)境植栽風(fēng)環(huán)境模擬數(shù)值與使用風(fēng)速儀現(xiàn)場實測風(fēng)速數(shù)值進行對比，發(fā)現(xiàn)兩者之間出現(xiàn)明顯差異，其中偏差較大的情況多位于實際環(huán)境植栽較多的史跡點。究其原因可能是：實測數(shù)據(jù)樣本少、點位還原偏差、實際環(huán)境植栽作用等因素所致。已有研究也證明，植栽對風(fēng)速的降低效果主要作用于樹群下風(fēng)向的樹高3～5倍范圍，且效果明顯，可降低近35%[29]。因此，課題組在現(xiàn)有模型的基礎(chǔ)上增加現(xiàn)狀植載模擬。根據(jù)已有研究所做的風(fēng)洞試驗，在各樹冠形狀的風(fēng)洞測試中，長方體樹形雖有簡化，但在多數(shù)指標實驗中仍符合良好，且較之其他模型，建模簡易，便于計算，收斂性優(yōu)[30]。所以，本次模擬也將單株植栽設(shè)置為長方體冠形，冠高7m，長寬截面3m×3m，樹干高3m；單排密植，樹冠間距設(shè)定為0m，樹冠孔隙率設(shè)為0.5[31]。對比8處海絲文化史跡點環(huán)境植栽現(xiàn)狀，六勝塔、江口碼頭2處無環(huán)境植栽，其他6處的環(huán)境植栽現(xiàn)狀模擬簡化模型如圖8。

將以上6 處有環(huán)境植栽的場景模型導(dǎo)入Phoenics軟件，進行冬季風(fēng)環(huán)境模擬，獲取H=1.5m處風(fēng)環(huán)境模擬數(shù)值，得出風(fēng)環(huán)境數(shù)據(jù)(表6)和圖9。

增加環(huán)境植栽后，由表6和圖9可以得出以下結(jié)論。

1)風(fēng)速特征方面，6 處海絲文化史跡點冬季平均風(fēng)速為0～6.645m/s，尼光佛史跡點風(fēng)速變化最大(最低風(fēng)速0m/s，最高風(fēng)速5.350m/s，風(fēng)速差值5.350m/s)，真武廟史跡點風(fēng)速變化次之，天后宮史跡點的風(fēng)速變化最小(最低風(fēng)速5.614m/s，最高風(fēng)速5.926m/s，風(fēng)速差值0.312m/s)。6處史跡點的最高風(fēng)速所在流場區(qū)區(qū)塊分布均勻，其中只有清凈寺、天后宮起伏較大，最高風(fēng)速出現(xiàn)在穿流區(qū)。

2)身體感知方面，6處海絲文化史跡點依然表現(xiàn)為“舒適”與“不舒適”并存——圣墓風(fēng)速為3.320～4.141m/s，風(fēng)環(huán)境身體感知為“舒適”；尼光佛與真武廟各自除1個流場區(qū)外，風(fēng)速都低于5m/s，風(fēng)環(huán)境身體感知表現(xiàn)為“舒適大于不舒適”，主要是因為植栽的正面阻風(fēng)而形成了靜風(fēng)區(qū)；清凈寺、祈風(fēng)石刻、天后宮的風(fēng)速全部高于5m/s，使人感覺“不舒服”?？傮w而言，身體感知“不舒服”的情況多于“舒服”的情況。

3)文化感知方面，總體依然表現(xiàn)為“風(fēng)沖”的情況多于“藏風(fēng)”的情況。其中，圣墓、尼光佛、真武廟3處史跡點在風(fēng)沖方向正確布置植栽，已解決風(fēng)沖；而清凈寺、祈風(fēng)石刻、天后宮現(xiàn)有植栽未位于正確的阻擋風(fēng)沖的方向。

3.3 無環(huán)境植栽與有環(huán)境植栽風(fēng)速對比

將無環(huán)境植栽與有環(huán)境植栽2種模擬情景中共有的6處海絲文化史跡點冬季流場區(qū)5處區(qū)塊風(fēng)速進行對比(圖10)，發(fā)現(xiàn)在場景中增加環(huán)境植栽后的情況如下。

圖10 海絲文化史跡冬季有無植栽風(fēng)速對比圖

1)風(fēng)速特征方面，6處海絲文化史跡點的風(fēng)速多數(shù)呈現(xiàn)不同程度的減緩，僅祈風(fēng)石刻、天后宮在增加環(huán)境植栽后各流場區(qū)風(fēng)速有所增強；6處海絲史跡點的最高風(fēng)速所在流場區(qū)區(qū)域分布都趨于均勻，最高風(fēng)速出現(xiàn)在風(fēng)影區(qū)與渦流區(qū)的異常情況得到明顯改善。

2)身體感知方面，在添加環(huán)境植栽之后6處海絲文化史跡點中，已經(jīng)出現(xiàn)1處史跡點(圣墓)風(fēng)環(huán)境“舒適”，2處史跡點(尼光佛、真武廟)風(fēng)環(huán)境“舒適多于不舒適”，身體感知舒適度得到較大程度的改善。

3)文化感知方面，將植物種在正確的阻擋風(fēng)沖的方向，能有效解決較差的擇址營建帶來的風(fēng)沖問題。

4 結(jié)語

在夏季，由于泉州市以西南向為主導(dǎo)風(fēng)，而泉州海絲文化史跡點大部分都是主體建筑或山體面朝西南方(西南方開口或形成開闊廣場)，因此室外通風(fēng)順暢；根據(jù)預(yù)實驗夏季風(fēng)環(huán)境模擬數(shù)據(jù)可知，各處海絲文化史跡點中，身體感知都表現(xiàn)為“舒適”，文化感知表現(xiàn)為“藏風(fēng)”。在冬季，泉州市主導(dǎo)風(fēng)向為東北向，大部分海絲文化史跡點都是主體建筑或山體或樹林位于東北方，為整個場所營造高大寬厚的靠背，對東北向寒風(fēng)起到了一定的阻隔作用。根據(jù)各場所風(fēng)環(huán)境模擬數(shù)據(jù)可知，在增加環(huán)境植栽后，部分海絲文化史跡點已消除“不舒適，風(fēng)沖”的感受，風(fēng)環(huán)境身體感知與文化感知舒適度得到較大程度的改善。在東北向增加適當?shù)臋M向成排環(huán)境植栽，能有效改善各處海絲文化史跡點的風(fēng)環(huán)境舒適度；但縱向成排環(huán)境植栽會形成局部穿流使得風(fēng)速增高，風(fēng)環(huán)境舒適度反而變得更差。在增加環(huán)境植栽后各處史跡點最高風(fēng)速所在流場區(qū)區(qū)塊分布趨于均勻，出現(xiàn)極端高風(fēng)速區(qū)塊的異常情況能得到改善；在正確的阻擋風(fēng)沖的方向種植樹能有效解決不良擇址營建帶來的風(fēng)沖問題。

表5 海絲文化史跡無植栽冬季風(fēng)速表(單位：m/s)

表6 海絲文化史跡有植栽冬季風(fēng)速表(單位：m/s)

注：文中圖片除注明外，均由作者繪制。