某上盖物业开发的地铁停车场盖下自然通风与风场模拟研究

某上盖物业开发的地铁停车场盖下自然通风与风场模拟研究

鱼晟睿

1.中铁第一勘察设计院集团有限公司 西安 710043

摘 要：目前国内城市轨道交通工程中，车辆基地上盖物业开发成为常态，利于在寸土寸金的城市中降低用地成本，提升土地利用率，但盖下的自然通风效果却受到较大影响。本文通过理论分析与数值模拟等手段，基于城市常年主导风向，对某地铁停车场盖下自然风场进行模拟研究，分析盖下自然通风效果，供其他工程设计参考。

中图分类号：U121;U25

1 引言

近年来，随着城市轨道交通的快速发展，车辆基地上盖物业开发越来越多。在城市土地资源紧张的情况下，对地铁段场上部空间进行开发是必要的，目前国内多个城市已经进行了车辆段上盖大平台的商业开发，在段场大平台上兴建住宅及配套社会车辆停车场及其他商业建筑等^【1】。由于上盖的存在，对场段内的自然通风造成了较大的影响，那么对盖下通风效果进行研究，从而进一步改善盖下通风效果就显得尤为重要^【2-3】。本文通过理论分析及数值模拟等手段，以某上盖物业开发的地铁停车场为研究对象，基于所在城市的常年主导风向，对其盖下的自然通风效果及风场进行分析，并给出改善盖下通风的建议，供后续类似工程设计参考。

2 项目概况

某地铁停车场选址长约1000m，宽约180m。场内设有运用库、周月检库、临修库、工程车库、维修运转楼等10个单体，总建筑面积约10万平方米（含咽喉区盖板面积），盖板面积约为8.77万平方米，停车列检线设30列位，临修线设1列位，周月检修设2列位，总用地面积为18.3万平方米。停车场上盖复绿公园，四周设置露天的消防车道，详见图1。

图1 某停车场总平面图

停车场内设运用库、周月检库、临修库、综合维修楼、牵引变电所、污水处理站等多个单体建筑，其中运用库侧面敞开不封闭，总建筑面积40212.4m²，地上一层，局部地上二层（边跨生产用房），运用库范围内上盖高度约为8.6m~9.2m，临修库部分建筑高度为11.6m~11.7m。

3 研究方向及模拟方法

本文旨在通过对整个停车场进行三维建模，模拟其在城市主导风向下，盖下的气流组织情况，对其建筑物室外风环境进行分析。目前 ，建筑物室外风环境的评价方法目前主要采用的方法有风洞试验、网络法及数值计算CFD方法。CFD模拟是从微观角度，针对某一区域或房间，利用质量、能量及动量守恒等基本方程对流场模型进行求解，分析其空气流动状况。考虑到本项目停车场模型较大，所在城市存在多个主导风向，用风洞试验与网络法并不合理，因此采用CFD手段对停车场建筑外风环境进行模拟分析最为有效。数值模拟将综合考虑室外流场的分布以及风压、风速两个指标来评价室内外流场分布状况。

4 数学模型的建立

根据对停车场盖下室外风环境流场湍流特性的初步分析，建立描述其气流运动特性的方程为基于Boussinesq假设基础上的Reynolds时均的包括连续性方程、动量方程、能量方程、状态方程的控制方程组。为使方程封闭，湍流模型采用标准的 双方程模型。其控制方程组如下：

（1-1）

采用有限容积法进行方程离散，压力与速度的耦合采用SIMPLE算法，其控制方程经过离散后为通式（1-2）。模拟计算时用变量的分布假设、差分格式、收敛因子的确定见表1所示。

(1-2)

式中： 为相邻的网格； ， 分别为 和 的系数, 是源项。

表1 变量参数设置

采用四面体结构化网格对计算区域进行网格划分，对场段盖下周围的区域进行局部细化，网格的质量（长宽比、斜度等）满足计算要求，总网格数为180万个。

5 模型的建立与边界条件情况

对该停车场按照1:1比例进行三维建模，三维模型及网格划分情况如下：

图2 盖下模型及网格划分情况图

建筑来流方向风速为均匀分布，不同高度平面上的来流风速大小沿建筑高度方向按梯度递增，按计算工况设置不同来流风的大气边界层条件。

按大气边界层理论设置风速，不同地形的风速梯度不同，如图3所示。

图3 不同地形的风速梯度

模型边界条件，关于城市主导风向，选取停车场所处地区的常年风向及全年平均风速；模型其余出流面上空气流动按湍流充分发展考虑,边界条件按自由出口设定。天空表面、地面及建筑物壁面按光滑壁面边界条件设定。

6 模拟结果

图4 基于两种城市主导风向下车辆段盖下风压云图

图5 基于两种城市主导风向下车辆段盖下气流速度与迹线云图

图4~5是在停车场两个主导风向下，停车场盖下风压、风速与迹线云图。可以看出，在不同的风向下，盖下风环境不佳，风压较低，气流速度大多小于0.5m/s，大多区域处于静风的状态。此外，盖下通风效果方面，由于盖下仅通过消防车道与室外相连，基本无法受到城市主导风向的影响，除了出入段线等上盖面积较小的区域存在“穿堂风”型的自然通风气流，通风效果较好，其余盖下区域（咽喉区、消防车道下）多处于静风或者局部旋流的情况，整体空气龄较长，与室外未能进行实质性通风换气，因此有必要采用机械通风等手段进行改善。

7 结论

（1）通过数值模拟结果得出，盖下停车场内基本无法受到城市主导风向的影响，自然通风效果不佳。气流速度大多小于0.5m/s，盖下气流组织存在旋流的情况，未进行实质的通风换气。

（2）针对盖下的风环境改善措施，主要可集中在盖下咽喉区及消防车道下等静风或旋流的区域即可。出入段线区域能够有效利用城市主导风向形成穿堂风，自然通风能够满足要求。

参考文献：

[1]杨洪杰,宋卫华.地铁段场上盖物业振动控制措施综述[J].山西建筑,2021,47(07):41-42.

[2]姚富宏.上盖物业车辆段通风空调设计与实践[J].制冷与空调(四川),2015,29(06):662-665.

[3]程雅丽,朱建章.带有上盖物业开发的地铁车辆段通风空调设计[J].暖通空调,2010,40(07):1-4.

第一作者：鱼晟睿（1990-），男，硕士研究生，工程师，主要从事城市轨道交通工程、地铁车站、铁路站房、民用建筑的通风空调、防排烟系统设计及研究工作。