趙 亮

王華琳

丁冠文

張 宇

1 臨水望山視覺空間意境探析

從早期的自然崇拜到風水學(xué)說的形成，山水園林的營造、城市發(fā)展的演變，無一不與“山水”有著千絲萬縷的聯(lián)系[1]。古人智慧的結(jié)晶形成了山水詩、山水畫等藝術(shù)瑰寶，而后天然的形態(tài)結(jié)合人為的意識構(gòu)成了山水園林、山水城市等一系列天然圖景[2]，并形成了相互伴生的關(guān)系。吳良鏞先生曾在“山水城市——21世紀中國城市發(fā)展縱橫談”討論會上提到：中國古代城市在營建實踐中，常把城市所在地區(qū)的宏觀自然山水環(huán)境作為重要的城市營建布局要素，并使其與城市自身環(huán)境融合，達到因地制宜、渾然一體的效果[3]。此外，對于山水空間擇址和文化傳承的理論研究同樣受到學(xué)者的關(guān)注，如依托《周禮》的城市建設(shè)形制，建構(gòu)“求中”的“城市-自然”空間秩序，推動以山鎮(zhèn)、四方為風景意象，以中軸、四望、八景為組織結(jié)構(gòu)，辨方正位地探尋中國山水城市風景文化圖式的理論原型[4]，或從因勢賦形的宏大視野中尋找山城空間擇址的依據(jù)，將自然山水歸納為“遠-外-內(nèi)”3個層次，分別對應(yīng)四望、郊野、城內(nèi)3個圈層和“大形”“外形”“內(nèi)形”的自然山水三形，以此考量大尺度山水格局下山水人文規(guī)劃傳統(tǒng)[5]；亦有從山川定位與空間構(gòu)圖的關(guān)系層面探討古代都城的選址軸線，提出30°、60°方位或視角及與之相關(guān)的矩形空間形態(tài)的坐山與朝山的視覺法則，總結(jié)中國古代空間文化的特征規(guī)律[6]。

視覺空間的借景手法，在空間營造方面應(yīng)用頗多，將山水格局引入城市空間，雖不能觸，但亦能賞。如北京“燕山小八景”的“銀錠觀山”“玉泉塔影”、南京的“玄武長堤”和濟南的“佛山倒影”等(圖1)，這些城市山水圖景形成了優(yōu)美的視覺空間基因并傳承至今。歷史悠久的傳統(tǒng)文化定義了“山水”在中國人心目中的地位，“城市”與“山水”共同造就了中國古代人居環(huán)境的理想模式，也形成了獨具中國特色的“山水文化”[7]。

現(xiàn)今山與城之間的對話更為頻繁，山脈和與其相接、相嵌、相望的城市從空間形態(tài)到人文載體都有著密切聯(lián)系[8]。越來越多的城市將山水融入城市空間之中，形成了“山-城-水”的視覺空間界面。城市天際輪廓景觀是由自然山水輪廓和城市建筑群輪廓疊加構(gòu)成的整體與天空的交界形態(tài)面[9]。山水與現(xiàn)代高層建筑的結(jié)合應(yīng)在“因山構(gòu)室”的傳統(tǒng)基礎(chǔ)上與時俱進地發(fā)展為“因山水構(gòu)城市”，探索高層建筑與山水結(jié)合的新形式[10]?！吧?城-水”的古今傳承和架構(gòu)是我國特有的空間基因，面向當今城市存量發(fā)展下的更新建設(shè)，在復(fù)雜的人地關(guān)系耦合下，從人文傳承和空間管控角度去考量三者之間的融合發(fā)展是未來生態(tài)文明導(dǎo)向下城市更新的方向之一。本文從濟南佛山倒影的時空圖景變遷入手，搭建視覺空間界面的數(shù)字化平臺，探索真實視野下的空間美學(xué)量化評價，為“臨水望山”地段視覺空間界面量化評價提供數(shù)形分析和形態(tài)導(dǎo)控，亦為后期規(guī)劃管控提供可操作的技術(shù)方法。

表1 佛山倒影相關(guān)詩詞、文作

圖1 典型“臨水望山”眺望視覺空間界面尺度解析示意

圖2 佛山倒影的歷史圖片和實景照片(2-1 民國時期繪制有佛山倒影的錢幣；2-2 1975年王承善先生所攝佛山倒影；2-3 2019年作者拍攝的佛山倒影)

2 濟南佛山倒影視覺空間界面的數(shù)字化搭建

2.1 佛山倒影視覺空間界面的圖景變遷

濟南建城千年，城市格局演替，歷史人文更迭，山水意境猶存?！吧饺映恰蔽逡丶軜?gòu)了城市的整體空間格局，塑造了“北城南相”的空間意境。從“舜耕于歷山”的城市源起，到“佛山倒影”“鵲華煙雨” 的空間圖景，再到吳良鏞先生提出的泉城特色風貌帶的架構(gòu)延承，山水格局在其中起到了至關(guān)重要的作用。2018年編制的《濟南市總體城市設(shè)計》中也提出了“一河一軸”“北田南山”的市域格局框架和“顯山造園、以河為脈”的中心城區(qū)山水格局控制指引。

隨著時代的發(fā)展，濟南城市建設(shè)圍繞古城和商埠區(qū)拓展，古城以南成為城市建設(shè)中的快速發(fā)展區(qū)域，佛山倒影區(qū)域受到了周邊空間的侵占擠壓，在近幾十年的時間里，核心區(qū)街道兩側(cè)高層建筑如“雨后春筍”般生長，“佛山倒影”的湖面不再平靜，山脈的輪廓逐漸被割裂破壞(圖2)。

2.2 佛山倒影視覺空間界面的參數(shù)設(shè)定

佛山倒影是視覺空間的成像圖景，即視點與視域體內(nèi)障礙物端點連線的延長線在視線虛擬邊界上垂直投影所形成的反射影像，具有眺望的距離尺度和空間屬性。眺望視點選取大明湖北岸的鐵公祠眺望點，包含近景、中景、遠景3個區(qū)域和7個層級的視覺空間架構(gòu)(圖3)。研究選取中景區(qū)域，重點研究沿濼源大街形成的高層建筑天際線與山體自然輪廓線的視覺空間界面，這一界面是佛山倒影區(qū)域開發(fā)強度大和面向未來街區(qū)空間修補的重要地段。

運用ArcGIS對視覺空間界面的參數(shù)進行設(shè)定，確定視覺界面的真實可見范圍，觀測距離為視域最大可見距離。真實視野下的視域界面量化分析模型與人眼正常視野范圍相同，可以將其抽象成一個垂直于地面的虛擬視野面[11]。設(shè)視野界面的寬度為W、高度為L、進深為D、視點高度為H，且垂直方向視線與水平面存在上下2個垂直夾角，故計算公式分別為：

圖3 “佛山倒影”靜態(tài)觀望視域空間范圍示意

人眼視覺成景界面可以被近似看作球形曲面，眺望視點為球心點，眺望進深為球體半徑，依據(jù)水平方位角和垂直方位角可精確地在球面上確定一個曲面成景界面并設(shè)定參數(shù)(表2)。結(jié)合佛山倒影實景界面，可以精確計算得到真實視野控制下的視野界面寬度和成景界面高度(圖4)。

2.3 佛山倒影視覺空間界面的矢量提取

結(jié)合參數(shù)設(shè)定，依托真實的地貌環(huán)境，矢量化提取山體和高層建筑的輪廓線。以30m精度DEM數(shù)據(jù)作為底圖，對數(shù)字地形進行精確化處理，采用反距離權(quán)重法生成Tin模型，通過定義更高的冪值，使地形的表面更加細致，確保最大程度還原真實地形起伏(圖5)，以此建立真實的地貌環(huán)境數(shù)據(jù)平臺。對建筑面積小于200m2的建筑進行清洗，得到便于分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)的獲取和清洗錄入，搭建可視化的眺望平臺。

視域界面的形成需提取觀測點到每一個視線實際阻擋點的水平角和垂直角數(shù)值，計算生成天際線輪廓(圖6)。為了提高分析的準確性，結(jié)合真實視野實景照片對天際線平滑曲線進行局部校核優(yōu)化調(diào)整，得出后續(xù)界面量化評價的空間界面矢量要素(圖7)。

圖4 基于真實視野的視域界面量化模型

圖5 基于ArcGIS的眺望視域平臺數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)展示

圖6 基于計算機提取優(yōu)化的建筑輪廓矢量圖

圖7 佛山倒影眺望點城市天際線平滑曲線圖

表2 佛山倒影觀測點視域眺望參數(shù)設(shè)置

3 濟南佛山倒影視覺空間界面的量化評價

3.1 佛山倒影視覺空間界面的美學(xué)評述

如果一件東西得不到量化(譬如一個地方景觀環(huán)境的優(yōu)美程度)，那么人們就不會認為那是具有科學(xué)性的(因此在決策中通常是無關(guān)緊要的)[12]。傳統(tǒng)的視覺空間界面量化評價多聚焦在城市設(shè)計方法下的美學(xué)評價，體現(xiàn)為基本的空間尺度比例關(guān)系?，F(xiàn)今視覺空間界面量化評價主要體現(xiàn)在基于GIS的技術(shù)應(yīng)用和基于分形維數(shù)的測度研究方面?；贕IS的技術(shù)應(yīng)用研究以技術(shù)平臺下的模擬分析為主，如在西湖濱水景觀研究中的“人-城-湖”三者互動的濱水望城動態(tài)設(shè)計理論與技術(shù)[13]；在上海北外灘建筑高度控制中，構(gòu)造虛擬視野面模擬城市天際線定量描述指標并形成了一種定量比較和評價城市天際線形態(tài)的方法[11]。基于分形維數(shù)的測度研究更多聚焦在大尺度視覺界面的建筑輪廓線分形特征評價上，如通過計盒維數(shù)法，計算天際線的分形維數(shù)和分析變化規(guī)律，提出城市天際線監(jiān)測評價和規(guī)劃控制設(shè)想[14]；在南京玄武湖東岸立面景觀研究中，通過分形理論量化分析濱水立面層次及天際線節(jié)奏[15]。當前視覺界面量化的研究方法多聚焦于單一技術(shù)方法和評價模型下的界面評析，缺少一定的界面動態(tài)化評價和真實視覺界面導(dǎo)控考量的方法，本文嘗試從人文角度傳承的界面空間基因解析，到真實視野界面修正下的數(shù)形分析研究，架構(gòu)真實視野下的“山-城-水”多層次的視覺界面，提出“臨水望山”地段這一城市中心區(qū)典型視覺空間界面的定量評價和導(dǎo)控指引。

視覺空間的美學(xué)價值根植于城市設(shè)計的空間核心價值之中，通過對佛山倒影視覺空間界面進行幾何分析研究，從美學(xué)角度探尋這一空間圖景的幾何關(guān)系，感受古人留給城市的智慧空間。對于美學(xué)價值的評析不僅體現(xiàn)在人文印記中，亦留給了城市一幅真實的山水畫卷。以界面中2處黃金分割點為圓心，其到界面邊界最盡端的距離為半徑做圓弧，千佛山的頂峰在界面上的垂直投影點位于兩圓相交所形成的公切線中間點位上，假使外切圓的半徑分別為R1、R2，且水平面上圓心點到兩端點距離分別為R1、R2，那么過圓心點的垂線均恰好經(jīng)過界面兩側(cè)三角形的黃金分割點，基于此關(guān)系對界面核心區(qū)域的選擇可以結(jié)合特殊圓心點垂直分割的區(qū)域進行界定。若千佛山的海拔高度為H，則界面的高度約為2H，公切點與黃金分割點所作垂線交點Q與黃金分割線的距離無限接近0.618H，這是在自然美學(xué)視角下“山-城-水”之間的又一完美尺度關(guān)系，佛山倒影的美體現(xiàn)了時空演替下的“城市印跡”(圖8)。將這一間距內(nèi)的區(qū)域近似地定義為千佛山的絕對統(tǒng)領(lǐng)區(qū)域，結(jié)合黃金分割比率的位置關(guān)系，對界面做出核心區(qū)與非核心區(qū)的劃分，提出分區(qū)分段的控制原則。

制造任務(wù)耦合均衡性表達了各種同級別制造任務(wù)之間關(guān)聯(lián)信息的程度，參考文獻[21]提出的活動單元關(guān)聯(lián)任務(wù)控制數(shù)目的計算方法，本文將制造任務(wù)耦合均衡度表示為

圖8 佛山倒影視域界面幾何美學(xué)分析

圖9 山體與建筑天際線吻合度分析模型

圖10 基于吻合度控制下的建筑天際線局部優(yōu)化調(diào)整圖

3.2 基于吻合度的眺望視域界面量化分析

3.2.1 吻合度的參數(shù)設(shè)置及量化分析

吻合度能夠較為直觀地反映山體與建筑天際線的相互關(guān)系：1)山體與建筑天際線極大值點與極小值點水平投影距離差和垂直投影距離差的比值，用于判斷二者的整體吻合關(guān)系；2)引入波動值的評價方法，通過分別計算山體與建筑天際線極大值與極小值之差與平均值的比值，判斷二者的波動程度(圖9)。

吻合度公式Ⅰ：

吻合度公式Ⅰ用于判斷山體與建筑天際線的整體吻合程度，即二者峰值(谷值)的高度變化與位置的對應(yīng)關(guān)系。

吻合度公式Ⅱ：

吻合度公式Ⅱ用于判斷山體與建筑天際線整體波動幅度的大小，即二者峰值與兩側(cè)谷值之間區(qū)域的標準差，數(shù)值越小則天際線波動幅度越小，通過對二者差值的比較，反映山體與建筑天際線之間相互波動的大小關(guān)系。

吻合度公式Ⅲ：

吻合度公式Ⅲ用于判斷山體與建筑天際線局部波動幅度的大小，即計算二者單一波動段的離散系數(shù)與該段建筑天際線的離散系數(shù)的比值，用于判斷二者的局部吻合關(guān)系。H為山體(建筑)最高點高度，W為可視界面的寬度，所得△H/△L用于表現(xiàn)山體與建筑的相互吻合關(guān)系(表3)。

對于佛山倒影區(qū)域的建筑高度動態(tài)控制，主要結(jié)合吻合度分析的3個指標，即整體吻合度DF1、離散吻合度DF2和局部吻合度DF3。其中，山體峰值及其絕對統(tǒng)領(lǐng)區(qū)域(峰值兩側(cè)兩極小值點所包含的區(qū)域范圍，下文同)與建筑峰值及其絕對統(tǒng)領(lǐng)區(qū)域的△H/△L的差值為左1.84、右2.00，數(shù)值差異大，即天際線整體吻合程度較差；計算天際線和建筑輪廓平滑曲線各自的離散程度，得到天際線離散吻合度為89、建筑輪廓平滑曲線離散吻合度為652，數(shù)值差異較大，反映建筑在該區(qū)域范圍內(nèi)較天際線波動更加劇烈，吻合關(guān)系較差；對于局部吻合度的評價，多數(shù)選取某山體天際線單一波動區(qū)段內(nèi)建筑高度的波動次數(shù)來判定該區(qū)域內(nèi)山體與建筑的吻合關(guān)系，佛山倒影核心區(qū)段內(nèi)山體與建筑波動比為1:8，可以看出該區(qū)段吻合關(guān)系相對較差，有待改進。

3.2.2 基于視域界面控制的吻合度修正

依據(jù)分區(qū)分段的控制方式，將完整的佛山倒影眺望視域界面分為核心區(qū)和非核心區(qū)兩部分，非核心區(qū)域?qū)ξ呛隙鹊鹊目刂瓶梢韵鄬捤?，但須做到建筑界面不能將山體界面完全遮擋，否則會影響到山體界面的整體完整性，也不利于該區(qū)域未來的更新發(fā)展；核心區(qū)域則依據(jù)界面內(nèi)山體高度對此處建筑高度嚴格限制，以期界面內(nèi)吻合度關(guān)系達到動態(tài)平衡(圖10)。

此外，依據(jù)界面幾何美學(xué)原則，以核心區(qū)域3處山體峰值點作為控制點，以其到平行于Y軸的垂線H0、H1、H2作共線黃金三角形，確定山體的核心統(tǒng)領(lǐng)區(qū)域。黃金三角形斜邊兩兩相交于一點，天際線在此區(qū)域的局部極小值點應(yīng)位于該點與X軸的垂線上，此時既能保證界面吻合度在合理控制范圍內(nèi)，其界面天際線的波動又具有最大的美學(xué)韻律。同理，對于界面內(nèi)主副地標的統(tǒng)領(lǐng)區(qū)域控制，在符合該區(qū)域基本建筑高度控制要求下，其吻合度律動起伏情況均可參考上述控制方式。

表3 天際線吻合度公式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分析

圖11 基于吻合度控制下的建筑天際線總體控制要求圖

圖12 街區(qū)不同權(quán)屬地塊內(nèi)建筑高度形態(tài)導(dǎo)控示意圖

圖13 基于眺望視域界面的街區(qū)控制導(dǎo)則示意圖(建筑高度導(dǎo)控僅供本文研究思考)

依據(jù)吻合度控制下的建筑天際線高度控制要求，對沿界面地段的建設(shè)開發(fā)進行分析，提出“同區(qū)不同控”原則，對界面內(nèi)不同區(qū)段的吻合度合理控制范圍進行了相關(guān)界定(表4)。

3.2.3 基于吻合度指標的街區(qū)建筑形態(tài)導(dǎo)控

在街區(qū)導(dǎo)則制定時，考慮整體界面的連續(xù)性，提出“敘事性界面”，即城市形象的完整展示界面應(yīng)具備泛空間(序幕、開端)、異質(zhì)性空間(發(fā)展)、地標性空間(高潮)和記憶性空間(結(jié)局、尾聲)，預(yù)留觀山視廊，并保證顯山程度良好(圖11)。泛空間吻合度特點：界面應(yīng)具有明顯波動、可出現(xiàn)一個或多個峰值突破山體界面，但界面邊界處的建筑高度不得超過此處山體高度的2/3，以保證界面美觀的同時又能保證山體界面的可識別性。異質(zhì)性空間吻合度特點：此區(qū)域吻合度應(yīng)做到“局部波動、整體吻合”，界面內(nèi)山體為該區(qū)域絕對的主導(dǎo)空間，此區(qū)域山體峰值點范圍內(nèi)建筑高度不得高于此處山體高度的1/2，區(qū)域內(nèi)其他建筑高度不得高于山體高度的2/3，保證做到完全顯山(圖12)。地標性空間吻合度特點：此區(qū)域為整個界面高層地標建筑的最優(yōu)建設(shè)位置，地標建筑可根據(jù)地價、形象、權(quán)屬等實際要求適當提高建設(shè)高度。記憶性空間吻合度特點：界面應(yīng)盡量減小波動程度，且界面內(nèi)建筑天際線峰值數(shù)量應(yīng)不多于2個，界面邊界處建筑高度不高于山體高度以保證界面的吻合度較高，天際線整體有序，并據(jù)此對濼源大街沿街建筑形態(tài)進行街區(qū)層面的系統(tǒng)控制(圖13)。

表4 佛山倒影視域界面吻合度合理控制范圍

圖14 顯山度量化分析模型

圖15 基于吻合度指標控制的界面顯山度優(yōu)化

3.3 基于顯山度的眺望視域界面量化補充

顯山度為視野界面內(nèi)可見的山體界面面積與可見建筑界面面積和折減系數(shù)乘積的比值，用于計算視域范圍內(nèi)山體界面被遮擋的嚴重程度，能夠直觀反映視線區(qū)域內(nèi)中景區(qū)域地塊的開發(fā)強度。計算公式為：

顯山度為1時，表示視域范圍內(nèi)山體界面與建筑界面可見性相同；隨著顯山度數(shù)值上升，表示山體的自然景觀愈加突出，視線區(qū)域內(nèi)地塊整體開發(fā)強度較低，對山體天際線影響逐漸減弱；隨著顯山度數(shù)值下降，表示山體景觀被城市建筑界面侵占加劇，視線區(qū)域內(nèi)地塊整體開發(fā)強度較高，對山體天際線影響逐漸增強。當顯山度為0時，表示視域范圍內(nèi)山體界面被建筑完全遮擋，山體天際線可見性為0；當顯山度為空集時，表示視域范圍內(nèi)山體界面完全顯現(xiàn)，視線區(qū)域內(nèi)地塊開發(fā)強度為0。

為計算山體顯山度，在視域界面方格網(wǎng)(視域界面均勻分割所形成的方格網(wǎng))中，選取每個方格中建筑面積占比最大的作為建筑可視界面，考慮視覺注意的離散性，建筑可視界面向外各2個單元格為視覺緩沖界面，其余界面單元格為山體可視界面(圖14)。計算得到佛山倒影視域界面的整體顯山度指數(shù)為0.895，介于0～1之間，此時視域范圍內(nèi)可視山體界面面積小于建筑界面，建筑為該界面主導(dǎo)空間。對佛山倒影視域界面的顯山度進行分段計算：界面1、2、3的顯山度分別為0.93、0.88、0.26，針對前文吻合度修正下的“同區(qū)不同控” 原則，筆者認為界面1、3不在佛山倒影視域界面的核心區(qū)，因而對于顯山度的控制可以相對寬松，應(yīng)適當保留界面綠視域空間，提高視域景觀界面的進深感，不應(yīng)將山體界面完全遮擋，因為這既會破壞山體界面的整體完整性，也不利于該區(qū)域未來更新發(fā)展。此外在街區(qū)導(dǎo)則制定時，與佛山倒影視域界面關(guān)聯(lián)密切的多條南北向交通道路兩側(cè)的建筑應(yīng)盡量退讓足夠距離，預(yù)留觀山視廊，保證顯山程度良好(圖15)。

4 結(jié)語

通過美學(xué)和數(shù)學(xué)的雙重分析，判斷影響視域界面形態(tài)的復(fù)雜因子體系，為城市設(shè)計中視覺空間界面的定量評價提供了探索性的研究方法和思路。當前我國正處在增量規(guī)劃向存量規(guī)劃轉(zhuǎn)型的階段，隨著技術(shù)手段的發(fā)展，城市設(shè)計的概念思路和圖面表達差距在逐漸縮小，而核心的分析價值和量化導(dǎo)控卻相差較大。本文僅是針對空間數(shù)形結(jié)合進行的探討，未來面向?qū)嵤┑某鞘性O(shè)計量化管控方法與法定規(guī)劃的融合還需持續(xù)研究。

注：文中圖片除注明外，均由作者繪制。