(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111525241.4 (22)申请日 2021.12.14 (71)申请人 华南理工大 学 地址 510640 广东省广州市天河区五山路 381号 (72)发明人 杨易　麻福贤　谢壮宁　 (74)专利代理 机构 广州市华学知识产权代理有 限公司 4 4245 代理人 戴晓琴 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 建成建筑环境下大气边界层风场特性的反 演方法和系统 (57)摘要 本发明公开了一种建成建筑环境下大气边 界层风场特性的反演方法和系统， 所述方法包 括： 根据激光雷达实测风场， 获得建成建筑上游 的实测粗糙度指数αA； 根据规范分析场地特征， 设定场地粗糙度指数初值为αB， 基于αB确定计 算流体动力学数值风洞模型中入口边界条件并 进行数值模拟仿真， 得到实测位置处的粗糙度指 数αC； 根据αA和αC的差异， 调整αB的值进行迭 代计算， 直至αA和αC之间的差异值小于精度控 制指标， 最终得到的场地粗糙度指数αB及其对 应的风剖面即为反演得到的建成建筑位置处的 风场特性。 该方法结合多普勒 激光测风雷达现场 实测和计算流体动力学数值模拟 仿真， 能够准确 获得建成高层建筑处实际的自然风场特性， 从而 为高层建 筑抗风的精细化评估提供 科学依据。 权利要求书3页 说明书8页 附图5页 CN 114357571 A 2022.04.15 CN 114357571 A 1.一种建成建筑环境下 大气边界层风场特性的反演方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 根据激光雷达实测风场， 获得建成建筑风向上游的实测粗 糙度指数αA； 根据规范分析场地特 征， 设定场地 粗糙度指数初值 为αB； 基于场地粗糙度 指数αB确定计算流体动力学数值风洞模型中入口边界条件并进行数值 模拟仿真， 得到实测位置处的风剖面； 根据所述 风剖面， 通过 数值拟合， 得到实测位置处的粗 糙度指数αC； 根据所述实测粗糙度指数αA和所述粗糙度指数αC的差异， 调整所述αB的值进行迭代计 算， 直至所述αA和所述αC之间的差异 值小于精度控制指标， 最 终得到的场地粗糙度指数αB及 其对应的风剖面即为反演得到的所研究建成建筑位置处的风场特性。 2.根据权利要求1所述的反演方法， 其特征在于， 所述根据所述实测粗糙度指数αA和所 述粗糙度指 数αC的差异， 调整所述αB的值进行迭代计算， 直至所述αA和所述αC的值小于精度 控制指标， 最终得到的场地粗糙度指 数αB及其对应的风剖面即为反演得到的所研究建成建 筑位置处的风场特性， 具体包括： 若|αA‑αC|＞β， 则： αB＝αB+γ( αA‑αC)； 基于调整后的场地粗糙度指数αB确定计算流体动力学数值风洞模型中入口边界条件并 进行数值模拟仿真， 得到实测位置处的风剖面； 根据所述 风剖面， 通过 数值拟合， 得到实测位置处的粗 糙度指数αC； 返回若|αA‑αC|＞β， 并继续执 行后续操作； 其中， β 为精度控制指标， γ为迭代步长系数； 否则： 输出场地 粗糙度指数αB及其对应的风剖面。 3.根据权利要求1所述的反演方法， 其特征在于， 所述风剖面包括平均风速和湍流度剖 面； 所述基于场地粗糙度指数αB确定计算流体动力学数值风洞模型中入口边界条件并进行 数值模拟仿真， 得到实测位置处的风剖面， 具体包括： 基于指数律模型， 采用如下公式定义计算流体动力学数值风洞模型中的入口边界条 件： 其中： u——水平平均风速， 单位m/s；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114357571 A 2k——湍动能， 单位m2/s2； ω——湍流频率， 单位1/s； ε——湍动能耗散率， 单位m3/s2； z——离地高度， 单位m； zr——参考高度， 单位m； ur——参考高度处的水平 平均风速， 单位m/s； ls——无量纲模型缩尺比， ls＝lf/lm； αi——地面粗糙度指数； Cμ——湍流模型参数， 取0.04； D1、 D2——常数； 设定场地粗糙度指数为αB， 根据所述计算流体动力学数值风洞模型进行数值模拟仿真， 得到实测位置处的平均风速和湍流度剖面。 4.根据权利要求1 ‑3任一项所述所述的反演方法， 其特征在于， 所述计算流体动力学数 值风洞模型， 具体包括： 所述计算流体动力学数值风洞模型包括但不 限于以下关键部分： 目标建筑、 实测位置 至目标建筑范围的周边建筑、 合理的计算域及 网格划分、 合适的湍流模型和模拟平衡态大 气边界层的数值 风洞入口边界条件数 学模型。 5.根据权利要求4所述所述的反演方法， 其特征在于， 所述周边建筑包括周边挡风障碍 物， 其中， 所述周边挡风障碍物包括周边高层建筑。 6.根据权利要求4所述所述的反演方法， 其特征在于， 所述合理的计算域， 具体为建筑 模型沿风向的最大 阻塞比小于或等于5％， 并且沿风向上游离建筑物至少5倍建筑特征高 度， 下游离建筑物10倍建筑特 征高度。 7.根据权利要求4所述所述的反演方法， 其特征在于， 所述合适的湍流模型， 具体满足 以下条件： 计算精度高， 能够较为精确的模拟钝体建筑模型绕流场； 计算 量小， 计算效率高。 8.根据权利要求4所述所述的反演方法， 其特征在于， 所述模拟平衡态大气边界层的数 值风洞入口边界条件数学模型， 应满足在不包含任何建筑的空流域中湍流风的速度剖面、 湍流特性剖面的顺 风向梯度为 零， 即在空流 域中不发生改变。 9.根据权利要求1所述所述的反演方法， 其特征在于， 所述根据激光雷达实测风场， 获 得建成建筑风向上游的实测粗 糙度指数αA， 具体包括： 基于多普勒激光测风雷达现场实测， 获取目标建成建筑上游 空旷地点的平均风速和湍 流度剖面； 根据规范指数律模型拟合所述平均风速和湍流度剖面， 得到建成建筑风向上游的实测 粗糙度指数αA。 10.一种建成建筑环境下大气边界层风场特性的反演系统， 其特征在于， 所述系统包 括： 风场实测模块， 用于根据激光雷达实测风场， 获得建成建筑风向上游的实测粗糙度指 数αA； 场地粗糙度指数设定模块， 用于根据规范分析场地特征， 设定场地粗糙度指数初值为 αB；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114357571 A 3