謝 宜 葛文蘭

(廣州市城市規(guī)劃自動化中心,廣州 510030)

1 概述

城市是集自然、經(jīng)濟(jì)、社會于一體的復(fù)雜系統(tǒng),城市既具有其經(jīng)濟(jì)和社會特征,也有其不可忽視的生態(tài)特征,傳統(tǒng)的城市規(guī)劃偏重于城市土地管理,而未將城市生態(tài)環(huán)境的發(fā)展與建設(shè)列為其重要的規(guī)劃內(nèi)容。因此,導(dǎo)致了城市規(guī)劃的局限性和一定程度的非適宜性。

隨著 20世紀(jì) 90年代聯(lián)合國教科文組織提出“生態(tài)城市”概念,最近幾年國內(nèi)提出的開展“生態(tài)規(guī)劃”、“綠色規(guī)劃”等口號,生態(tài)學(xué)很快對城市發(fā)展與建設(shè)產(chǎn)生了積極的影響。目前在城市規(guī)劃領(lǐng)域,雖然有一些城市宜居性方面的指標(biāo)如日照、綠化率等,但是僅有這些指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠?qū)Τ鞘猩鷳B(tài)從宏觀和微觀兩方面進(jìn)行系統(tǒng)的評價,并且由于在規(guī)劃領(lǐng)域長期沒有提及城市生態(tài)地位,導(dǎo)致這些生態(tài)指標(biāo)沒有參與到規(guī)劃師的設(shè)計(jì)思維中,規(guī)劃師關(guān)心的僅僅是規(guī)劃所關(guān)心的指標(biāo)。面向城市規(guī)劃的生態(tài)指標(biāo)評估體系是將城市生態(tài)指標(biāo)評估、RS、GIS、BIM技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)等先進(jìn)技術(shù)整合為一套以城市生態(tài)分析、結(jié)合城市規(guī)劃信息化技術(shù)的分析思想,它將應(yīng)用于城市空間規(guī)劃設(shè)計(jì)的各個領(lǐng)域,并對城市生態(tài)進(jìn)行動態(tài)跟蹤和精確分析。城市規(guī)劃微環(huán)境生態(tài)模擬與評估的應(yīng)用將打破規(guī)劃只關(guān)心規(guī)劃指標(biāo),規(guī)劃與生態(tài)研究各自為政的局面,使城市生態(tài)在城市規(guī)劃領(lǐng)域提高到一個決策層的高度。

2 階段性研究成果

2.1 建筑單體日照分析與采光權(quán)模擬

建筑物日照間距不僅是城市規(guī)劃管理部門審核建設(shè)工程項(xiàng)目的重要指標(biāo)之一,也是規(guī)劃設(shè)計(jì)的主要參考標(biāo)準(zhǔn)。它不僅直接關(guān)系到城鎮(zhèn)居民的生活環(huán)境質(zhì)量,也是控制建筑密度的有效途徑之一。

隨著城市舊城改造的逐步深入,低矮、破舊的老房子逐漸被形態(tài)各異的高層建筑群所代替,與此同時,不斷增多的高層和超高層建筑所導(dǎo)致的居民住宅日照不足的問題也越發(fā)突出。解決日照問題除宏觀上調(diào)整規(guī)劃來解決問題外,改進(jìn)日照分析方法也是重要措施之一。

上圖表示在考慮周邊遮擋情況下某建筑在一天內(nèi)立面上受陽光照射累計(jì)時間的分布。立面網(wǎng)格上的顏色區(qū)域,從黃色到藍(lán)色顯示了當(dāng)日日照累計(jì)時間的遞減。從圖上看,該立面左下方區(qū)域由于遮擋,日照時間少。圖右上方的圖例表示日照時間從 0小時到 5小時對應(yīng)的顏色(藍(lán)色到黃色)。

采光權(quán)主要是指建筑物某立面在全天考慮遮擋情況下的被遮擋時間與全日照時間的比率。立面網(wǎng)格上的顏色區(qū)域,從黃色到藍(lán)色顯示了當(dāng)日日照遮擋比時間的遞減。從圖上看,該立面左下方區(qū)域由于遮擋比最大,采光權(quán)最小,圖右上方的圖例表示 c采光權(quán)比從 0小時到 90%對應(yīng)的顏色(藍(lán)色到黃色)。采光權(quán)主要用來對比建筑物不同立面的采光情況。

圖3顯示了一個被選中的建筑實(shí)體(黃色),原弧為太陽軌跡圖,黃色圓點(diǎn)表示太陽。圖4顯示了被選建筑單體的日照結(jié)果,圖中時間為 4月 16日,灰色表示被陰影遮擋情況:受太陽照射熱量(左)和陰影比(右)。

從圖4中可以看出,0點(diǎn)到 6點(diǎn)全陰影,6點(diǎn)后,開始出現(xiàn)日照,到 7點(diǎn) 30分,日照比達(dá)到 50%,隨后減少,9點(diǎn) 30分,日照比減少為 0,下午 3點(diǎn)日照比開始升高,5點(diǎn)達(dá)到最大,后減少,6點(diǎn) 30分,日照比減少為 0。圖4下方的圖表顯示了陰影比例,太陽直接照射熱量等數(shù)值。

2.2 建筑群空氣流動分析

圖3 建筑單體整體日照模型

圖9 CFD邊界條件及風(fēng)口參數(shù)設(shè)置

隨著都市建筑的高度密集化和高層化,建筑物之間風(fēng)環(huán)境的相互作用就變得越來越重要。建筑外環(huán)境對建筑內(nèi)部居者的生活有著重要的影響,建筑小區(qū)二次風(fēng)、小區(qū)熱環(huán)境等問題日益受到人們的關(guān)注。采用 CFD(Computational Fluid Dynamics計(jì)算流體動力)可以方便地對建筑外環(huán)境進(jìn)行模擬分析,從而設(shè)計(jì)出合理的建筑風(fēng)環(huán)境。通過 BIM技術(shù)與 CFD技術(shù)的結(jié)合運(yùn)用,可以方便、快捷地對建筑內(nèi)、外環(huán)境的氣流流場進(jìn)行模擬仿真,可以形象直觀地對建筑內(nèi)外環(huán)境的氣流流動形成的流體環(huán)境做出分析和評價并及時地調(diào)整方案。這有利于規(guī)劃師、建筑師在方案設(shè)計(jì)的時候全面、直觀地對環(huán)境影響的因素進(jìn)行把握。同時利用技術(shù)的綜合運(yùn)用來使規(guī)劃設(shè)計(jì)更加科學(xué)、更加合理。我們應(yīng)該看到并發(fā)揮其作用,為我國可持續(xù)發(fā)展和節(jié)約型社會的建設(shè)做出貢獻(xiàn)。

圖5為某小區(qū)風(fēng)洞模型,該小區(qū)總共 25幢建筑,建筑高度平均約 17m,小區(qū)面積約為 300*300。圖9為假設(shè)條件:一個風(fēng)口采用大氣邊界條件,主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng),風(fēng)速每秒 5米。

圖6、圖7中箭頭簇表示風(fēng)的方向(西南),圖6中圖例表示風(fēng)速大小從 0至每秒 3米,對應(yīng)顏色變化為從藍(lán)色到紅色。從圖中可以看出風(fēng)穿過建筑群時的風(fēng)向和風(fēng)速的變化情況。

圖8表述了風(fēng)在建筑物表面形成的風(fēng)壓大小。通過對比,發(fā)現(xiàn)規(guī)劃時設(shè)置的幾條風(fēng)道對引導(dǎo)風(fēng)向是起到了一定作用,小區(qū)東北部建筑由于設(shè)置成環(huán)形,因此會有通風(fēng)不暢的問題,容易出現(xiàn)熱島區(qū)域和空氣齡高區(qū)域。

2.3 區(qū)域景觀可視度分析

下兩圖主要模擬了在區(qū)域內(nèi)對地標(biāo)建筑的可視度分析,從結(jié)果可以清晰的看到 城市道路上對該地標(biāo)建筑的可視度分布。圖例表示景觀建筑被可視面積的大小,從藍(lán)色到黃色對應(yīng)面積為 0到 2800平方米。在道路上網(wǎng)格的顏色區(qū)域變化則顯示了能看到景觀建筑的區(qū)域變化。

圖10 景觀可視度模擬模型

圖11 景觀可視度模擬結(jié)果

2.4 規(guī)劃微環(huán)境的噪音分析

噪音分析模型選取為廣州大學(xué)城第五組團(tuán)規(guī)劃模型,噪音源假設(shè)選取為露天體育場,并設(shè)定為500M赫茲的噪音,噪音波成球狀散射,高度角為 45度,方位角 90度,聲波數(shù)量 1000。上面三副圖從左至右分別描述了某露天體育場噪音的追蹤和噪音影響分布,此三幅圖是噪音分別在 1.1ms、2.1ms和3.2ms時的聲學(xué)響應(yīng)布局。從以上三幅圖中可以清晰地看到噪音所能影響的建筑。

3 探討成果在城市規(guī)劃管理中的應(yīng)用模式

3.1 城市規(guī)劃微環(huán)境生態(tài)模擬與評估與三維仿真的結(jié)合

規(guī)劃微環(huán)境生態(tài)模擬與評估主要是對帶有附加生態(tài)屬性的規(guī)劃要素進(jìn)行計(jì)算并得出結(jié)果。目前三維仿真在城市規(guī)劃領(lǐng)域的應(yīng)用越來越成熟,在三維模型上附加屬性成了三維仿真平臺模型的一個基本要求。城市規(guī)劃生態(tài)模擬與評估也是基于這種模型,不過它有嚴(yán)格的定義格式和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表,這種模型我們稱為信息模型。

圖15 3.2ms時噪音分布圖

多數(shù)據(jù)來源、單一模型輸出、多層次模型建庫、多平臺應(yīng)用和成果多樣化是三維仿真的應(yīng)用模式的發(fā)展趨勢。城市規(guī)劃微環(huán)境生態(tài)模擬與評估正是基于目前應(yīng)用比較成熟的三維仿真平臺上附加模擬評估模塊發(fā)展而來,并且對模型的定義標(biāo)準(zhǔn)化。三維仿真平臺和規(guī)劃微環(huán)境模擬與評估模塊結(jié)合才能真正體現(xiàn)三維信息模型可視化的意義。

3.2 現(xiàn)有規(guī)劃微環(huán)境生態(tài)評估方式和微環(huán)境生態(tài)模擬量化方法對比(如表1～2所示)

表2 微環(huán)境生態(tài)模擬量化方法

3.3 微環(huán)境生態(tài)模擬與評估技術(shù)思路

本研究技術(shù)思路主要是通過不同的生態(tài)分析平臺加載統(tǒng)一格式的信息模型和不同的外部環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬演算,最后得出模擬結(jié)果,并對結(jié)果進(jìn)行評估。在多種規(guī)劃方案對比情況下,將不同的規(guī)劃方案進(jìn)行信息模型的建模、模擬,最后形成多個方案的對比結(jié)果。目前廣州市“數(shù)字詳規(guī)”項(xiàng)目正在進(jìn)展之中,“數(shù)字詳規(guī)”項(xiàng)目將建成廣州目前最大的三維現(xiàn)狀模型數(shù)據(jù)庫,微環(huán)境生態(tài)模擬將以該數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源,結(jié)合規(guī)劃局業(yè)務(wù)和規(guī)劃編制對各種信息模型進(jìn)行微環(huán)境生態(tài)模擬,為規(guī)劃審批、規(guī)劃編制方案評審提供一種輔助決策手段。

信息模型的建立要基于一種標(biāo)準(zhǔn),本研究以BIM(建筑信息模型 Building Information Model)為建?；A(chǔ)。BIM是隨著信息技術(shù)在建筑行業(yè)中應(yīng)用的深入和發(fā)展而出現(xiàn)的,是一種將數(shù)字化的三維建筑模型作為核心應(yīng)用于建筑工程的設(shè)計(jì)、施工等過程中的工作方法。國際交互操作性聯(lián)盟于國際標(biāo)準(zhǔn)組織(International Standard Organization-ISO)下屬的第184技術(shù)委員會第四分會 -工業(yè)自動化系統(tǒng)及集成/工業(yè)數(shù)據(jù)有密切的聯(lián)系并進(jìn)行深入的合作。因而,BIM標(biāo)準(zhǔn)也相應(yīng)的成為 ISO認(rèn)可的一個標(biāo)準(zhǔn)。

目前,BIM在國外應(yīng)用日益成熟,如美國、新加坡等在建筑設(shè)計(jì)、施工和政府規(guī)劃與建設(shè)管理都必須提交 BIM模型,美國的自由塔設(shè)計(jì),瑞士保險(xiǎn)公司大樓等都是采用 BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工。日本政府在 2006年也制定了業(yè)主在項(xiàng)目報(bào)建和管理時必須提交 BIM模型的政策。圖16描述了微環(huán)境生態(tài)模擬與評估平臺的基本結(jié)構(gòu)。

3.4 微環(huán)境生態(tài)模擬評估在城市規(guī)劃領(lǐng)域中的應(yīng)用

? 城市規(guī)劃修建性詳細(xì)規(guī)劃階段的空間布局風(fēng)環(huán)境模擬與評估

? 重大項(xiàng)目的選址和規(guī)劃編制過程中的生態(tài)影響,在方案評選過程中從環(huán)境生態(tài)模擬方面輔助方案的評選

? 道路交通規(guī)劃對周邊建筑特別是噪音敏感性強(qiáng)的建筑做出噪音分析

? 對建筑空間布局和建筑單體進(jìn)行日照詳細(xì)模擬

? 對建筑空間布局進(jìn)行熱工分析,并且指導(dǎo)綠化用地的布局

? 在單體階段對建筑進(jìn)行熱工分析,指導(dǎo)建筑遮陽

圖16 規(guī)劃微環(huán)境生態(tài)模擬與評估平臺結(jié)構(gòu)圖

? 對空氣污染源做污染輻射影響分析,并對建筑空間布局和綠化用地布局做出指導(dǎo)

? 對地標(biāo)性建筑做區(qū)域景觀可視度分析

4 結(jié)論

目前我國的控規(guī)主要是控制城市用地平衡、土地開發(fā)強(qiáng)度、綠地率等指標(biāo),這對于城市空間形態(tài)的控制遠(yuǎn)沒有起到約束作用,而在修建詳細(xì)規(guī)劃中判別這些指標(biāo),又由于缺乏法律約束力,不能完全做到城市土地和空間形態(tài)的有效控制。在城市規(guī)劃領(lǐng)域引入微環(huán)境生態(tài)指標(biāo)評估將拓展和創(chuàng)新現(xiàn)有的城市規(guī)劃設(shè)計(jì)思想、技術(shù)路線、實(shí)施策略和管理機(jī)制。生態(tài)指標(biāo)評估融入了生態(tài)學(xué)的理論和技術(shù)思路,為城市規(guī)劃和城市管理從生態(tài)學(xué)角度進(jìn)行編制和管理開創(chuàng)一條新的思路。生態(tài)指標(biāo)評估中的環(huán)境質(zhì)量和城鄉(xiāng)生態(tài)類指標(biāo)能對城市用地和空間形態(tài)環(huán)境和生態(tài)做出基本評估,這對于同一控規(guī)指標(biāo)下的城市不同空間形態(tài)具有很好的評判作用,能正確引導(dǎo)城市規(guī)劃和管理者對空間形態(tài)的認(rèn)識,并能發(fā)揮良好的城市規(guī)劃輔助決策作用。

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