[發明專利]城市多尺度風環境數值模擬方法

有效

• 申請號: 201910179920.7
• 申請日: 2019-03-11
• 公開（公告）號: CN109948214B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 曾穗平;曾堅;田健
• 申請（專利權）人: 天津城建大學;天津大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23;G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本公開提供了一種城市多尺度風環境數值模擬方法，包括：生成以城市為中心的圓形的城市地形模型，并通過模型鑲嵌將城市建筑群模型嵌入城市地形模型中，建立廣域城市整體模型；采用布爾減運算提取廣域城市整體模型，通過外圓內方的形式分割廣域城市模型并進行模擬；提取鑲嵌局域街區模型，并對邊界進行插值，為局域街區模型提供準確的風環境邊界條件并進行模擬。本公開采用嵌套模型方法可在大尺度的城市整體模擬中，避免采用不合理的入流邊界假定，直接在城市宏觀風場模擬后，為局域街區模型提供合理的流速邊界；同時，由于采用了城市整體模型采用圓形的邊界形式，對不同風速方向可采用同一套網格，極大地減輕建模及網格多次劃分的工作量。

技術領域

本公開涉及城市風環境分析領域，尤其涉及一種城市多尺度風環境數值模擬方法。

背景技術

目前，我國正處于城市化發展的加速階段，由于人口眾多、土地稀缺，人均資源相對匱乏，導致城市發展不得不采用高強度開發的模式。在這種開發模式影響下，城市熱島效應不斷增強，大氣污染嚴重，霧霾天氣頻發。導致空氣質量嚴重惡化的原因除了工廠排放大氣污染源所導致外，還由于城市布局造成的靜風及渦流等風環境的問題，它致使污染物難于擴散，促使高濃度污染空氣的形成，影響了城市局部地區的大氣質量。因此，通過控制城市氣流，提高城市通風效率，優化微氣候環境，已成為解決這些問題的重要手段。

目前分析城市風環境的三種主要方法分別是現場實測、風洞實驗和計算機數值模擬。實地測量方法極易受到長期觀測數據獲取的限制，在面對未來的城市規劃中，很難應用取得實測的風速資料。風洞實驗縮比尺模型研究試驗法具有模型制作成本高、周期長、難以同時研究不同方案等特點，耗時費力，一般只運用在研究特殊的的建筑單體或小建筑群體風壓、風速與氣流流場變化等城市物理參數研究中。

為了適應這一限制，實際研究中，往往將研究區的建筑群從現實的周邊環境中單獨分離出來，把它放到數值模擬的計算域中，采用的氣象臺提供的風向、風速等原始數據并進行模擬研究。即使是計算能力比較強的工作站，在城市級的大范圍風環境研究中，為了減少計算的工作量，往往將外圍的地形或周邊的建筑去除，單獨將待研究城市范圍放入計算域范圍進行研究。

基于上述現有技術中還存在以下問題：其一，局部環境的模擬與所輸入的邊界條件與實際的風場環境不對應。由于街區的局部環境處于周邊建筑環境影響下，如直接采用氣象臺的原始風場數值設定邊界條件，就會由于邊界條件不符合實際風場，繼而使模擬結果不夠準確的缺陷。其二，如采用城市全域加密網格的方法模擬，將導致計算量巨大，一般通用計算機甚至工作站都難于滿足巨大的計算量要求。其三，在研究多風向條件下，模擬的模型必須重復建造、極大增加建模工作量，進而限制了對諸多實際問題的多方案數模優化研究。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本公開提供了一種城市多尺度風環境數值模擬方法，以至少部分解決以上所提出的技術問題。

(二)技術方案

根據本公開的一個方面，提供了一種城市多尺度風環境數值模擬方法，包括：步驟S100：生成以城市為中心的圓形的城市地形模型，并通過模型鑲嵌將城市建筑群模型嵌入城市地形模型中，建立待加工的廣域城市整體模型；步驟S200：自步驟S100中通過布爾減運算提取廣域城市整體模型，通過外圓內方的形式分割廣域城市模型并進行模擬；步驟S300：自步驟S200中提取鑲嵌局域街區模型，并對邊界進行插值，為局域街區模型提供準確的風環境邊界條件并進行模擬。

在本公開的一些實施例中，步驟S100包括：步驟S110：生成以目標城市為中心的圓形的城市地形模型；步驟S120：為城市建筑群進行建模，生成城市建筑群模型；步驟S130：將步驟S110生成的圓形的城市地形模型與步驟S120生成的城市建筑群模型進行布爾運算加運算，得到廣域城市整體模型。