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        基于數(shù)字技術(shù)的綠色城市空間設(shè)計(jì)研究

        2022-11-25 07:18:45金艷萍上海市建筑科學(xué)研究院有限公司上海200032
        綠色建筑 2022年1期
        關(guān)鍵詞:空間設(shè)計(jì)景觀綠色

        金艷萍(上海市建筑科學(xué)研究院有限公司, 上海 200032)

        傳統(tǒng)城市空間設(shè)計(jì)給人最直觀感受的是視覺(jué)形象方面,缺乏對(duì)城市空間性能品質(zhì)方面的要求?;?ArcGIS 與建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)技術(shù)在綠色城市空間設(shè)計(jì)中的應(yīng)用,可以使整個(gè)過(guò)程科學(xué)化、精細(xì)化、高效化。在方案設(shè)計(jì)階段能夠方便快捷地得到直觀、準(zhǔn)確的方案性能反饋信息。對(duì)基于數(shù)字技術(shù)的綠色城市設(shè)計(jì)進(jìn)行探索,定性與定量相結(jié)合,剛性與彈性并重,主要是為了尋求更合理的設(shè)計(jì)方法和模式,提出面向?qū)嵤┑臄?shù)字技術(shù)綠色城市空間設(shè)計(jì)思路。通過(guò)數(shù)字技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)造可持續(xù)的城市空間環(huán)境,其內(nèi)涵和特征反映城市綠色發(fā)展的思想,并且隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展也會(huì)不斷得到補(bǔ)充和進(jìn)步。

        1 城市空間結(jié)構(gòu)模擬

        一般影響綠色城市設(shè)計(jì)空間結(jié)構(gòu)的主要因素包括:城市外部發(fā)展條件、城市空間發(fā)展、自然地理環(huán)境、交通條件以及空間發(fā)展需求等。因地制宜,展現(xiàn)本土特色,基于ArcGIS 技術(shù)的綠色城市設(shè)計(jì)空間結(jié)構(gòu)模擬包括利用 ArcGIS技術(shù)柵格分析城市綠色生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)條件,運(yùn)用多因子評(píng)價(jià)的方法確定城市重點(diǎn)建設(shè)區(qū)域,將城市重點(diǎn)建設(shè)區(qū)域疊加于生態(tài)網(wǎng)絡(luò)地圖上,得到最終的城市空間結(jié)構(gòu)模型。最后對(duì)結(jié)果模型進(jìn)行修正,對(duì)規(guī)劃區(qū)域內(nèi)用地進(jìn)行生態(tài)重要性評(píng)價(jià),確定空間規(guī)模及分布特征,得出適合城市發(fā)展的綠色城市空間結(jié)構(gòu),確定規(guī)劃區(qū)生態(tài)用地的規(guī)模和格局,進(jìn)而研究城市空間分析與城市環(huán)境模擬等方法對(duì)綠色、生態(tài)、低碳理念具體落實(shí)的綠色城市空間設(shè)計(jì)技術(shù)。

        2 城市土地生長(zhǎng)模擬

        基于 ArcGIS 技術(shù)關(guān)于土地生長(zhǎng)模擬的結(jié)果,可以分析自然用地增長(zhǎng)需求與綠色生態(tài)安全之間的矛盾,在土地利用布局時(shí)可以盡量避免,符合綠色城市用地功能設(shè)計(jì)的功能復(fù)合設(shè)計(jì)原則。基于 ArcGIS 技術(shù)的綠色城市用地生長(zhǎng)模擬包括選取 ArcGIS-CA 模型 5 個(gè)類別的要素,土地利用類型的數(shù)據(jù)、交通影響數(shù)據(jù)、坡度數(shù)據(jù)、非建設(shè)用地?cái)?shù)據(jù)和規(guī)劃建設(shè)用地?cái)?shù)據(jù)。土地利用類型數(shù)據(jù)是模型的核心,不同土地利用單元的相互作用和動(dòng)態(tài)變化造成了城市的動(dòng)態(tài)發(fā)展變化。同時(shí)要設(shè)定 ArcGIS-CA 模型的 6 個(gè)參數(shù),包括擴(kuò)散參數(shù)、沿交通線生長(zhǎng)參數(shù)、自然生長(zhǎng)參數(shù)、中心點(diǎn)生長(zhǎng)參數(shù)、受主觀規(guī)劃影響生長(zhǎng)參數(shù)、坡度參數(shù)等。通過(guò)一個(gè)發(fā)展變化的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)層,分析最適宜的土地生長(zhǎng)空間,保障自然生態(tài)系統(tǒng)的完整性。運(yùn)用 ArcGIS 中的空間距離分析工具,模擬出相關(guān)源點(diǎn)之間最合理的聯(lián)系通廊,確定生態(tài)源,生態(tài)緩沖區(qū)和生態(tài)廊道,進(jìn)而構(gòu)建完整的生態(tài)安全格局。

        3 空間建設(shè)強(qiáng)度分析

        在綠色城市空間設(shè)計(jì)領(lǐng)域,通過(guò)對(duì)土地承載能力進(jìn)行全面、系統(tǒng)的管控,結(jié)合最小生態(tài)用地約束,預(yù)測(cè)土地資源的承載力,以引導(dǎo)城市空間形態(tài)塑造、保障城市公共空間、創(chuàng)造良好城市環(huán)境。土地上人口、環(huán)境及建筑的承載量是用地建設(shè)強(qiáng)度的主要反映,用地建設(shè)強(qiáng)度的控制內(nèi)容和指標(biāo)類別也從最開(kāi)始的容積率、建筑高度等逐漸擴(kuò)展到建筑密度、綠地率甚至是空地率等方面?;?ArcGIS 技術(shù)的城市建設(shè)強(qiáng)度分析方法是多因素疊加分析法。影響城市建設(shè)強(qiáng)度的因素有很多,一般包括區(qū)位因素、地價(jià)因素、土地用途、人口密度、功能集聚等。影響土地建設(shè)強(qiáng)度的決定性影響因素應(yīng)包括服務(wù)條件、交通條件、生態(tài)環(huán)境條件、功能條件等,通過(guò)這些因素的綜合評(píng)價(jià)來(lái)確定城市建設(shè)強(qiáng)度級(jí)別。

        4 城市綠色交通分析

        在設(shè)計(jì)綠色交通規(guī)劃等各類道路系統(tǒng)前,應(yīng)充分把握城市交通發(fā)展的現(xiàn)狀。通過(guò) ArcGIS 技術(shù)與居民出行調(diào)查的方法獲取現(xiàn)狀交通出行結(jié)構(gòu)、交通流向、交通流量、交通出行距離等規(guī)劃區(qū)內(nèi)城市交通特征,分析綠色交通的現(xiàn)實(shí)和潛在需求特征。掌握現(xiàn)有城市交通基礎(chǔ)設(shè)施的性質(zhì)、規(guī)模、分布、承載力和利用率等特征,分析綠色交通的發(fā)展?jié)摿Α7治霈F(xiàn)有城市交通設(shè)施對(duì)綠色交通需求的適應(yīng)性,把握供需的主要矛盾及發(fā)展趨勢(shì)。

        結(jié)合城市實(shí)際,確定城市交通的方式結(jié)構(gòu)目標(biāo);綠色城市出行占全方式出行的比例的目標(biāo)值。根據(jù)綠色交通方式結(jié)構(gòu),科學(xué)預(yù)測(cè)未來(lái)各方式的交通需求。綠色城市應(yīng)構(gòu)建并常態(tài)化維護(hù)不少于一個(gè)綜合交通模型。應(yīng)按照交通與用地一體化規(guī)劃的原則,對(duì)城市的交通設(shè)施布局分區(qū)域、差異化控制。宜劃定城市核心區(qū)、城市次中心區(qū)、生活性一般功能區(qū)等,作為道路網(wǎng)密度分區(qū)域、差異化控制的基礎(chǔ)。應(yīng)按照 ArcGIS 技術(shù)分析的公共交通的承載力劃定公交先導(dǎo)區(qū)(TOD 分區(qū))。應(yīng)用 ArcGIS 技術(shù)的分析功能,綜合評(píng)價(jià)順應(yīng)地形地勢(shì)的走向、道路坡度要求、地質(zhì)條件穩(wěn)定、選擇最短路徑等工程和經(jīng)濟(jì)成本等方面,確定最佳線路。應(yīng)用ArcGIS 技術(shù)使道路選線的方法要由定性分析提高到定量、定性和定位相結(jié)合的綜合分析。

        5 城市綠色景觀分析

        景觀指數(shù)分析是反映一定區(qū)域內(nèi)景觀結(jié)構(gòu)組成和空間配置等方面特征的一種有效方法,對(duì)疏理規(guī)劃用地內(nèi)復(fù)雜多樣的景觀要素,進(jìn)而調(diào)整景觀格局、優(yōu)化景觀功能具有重要作用。運(yùn)用 ArcGIS 中的成本距離(Cost Distance)功能模塊,利用已界定的生態(tài)過(guò)程源地和各個(gè)因子景觀過(guò)程的阻力面,建立各單因子最小累積阻力表面。構(gòu)建綜合的景觀生態(tài)格局,運(yùn)用 ArcGIS 中的疊加分析(Overlay)功能模塊,按照土地利用格局、植物保護(hù)格局、廊道保護(hù)格局各單因子景觀生態(tài)格局的權(quán)重值進(jìn)行疊加分析,可得到規(guī)劃區(qū)城市的綜合景觀生態(tài)格局阻力差值表面。依照綜合景觀格局,對(duì)城市綠色空間進(jìn)行合理布局,實(shí)現(xiàn)城市園林綠地均質(zhì)化,提高生態(tài)服務(wù)水平。適當(dāng)提高城市園林綠地的規(guī)模,增加綠地率、綠化覆蓋率,提高人均公共綠地面積。

        以城市長(zhǎng)期、高密度的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),對(duì)城市現(xiàn)狀風(fēng)環(huán)境和熱環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià),分析通風(fēng)潛力路徑,為通風(fēng)廊道構(gòu)建提供依據(jù)。對(duì)城市污染物擴(kuò)散條件、大氣污染源分布等進(jìn)行分析,劃定污染物擴(kuò)散敏感區(qū)和聚集敏感區(qū)。結(jié)合綠地系統(tǒng)規(guī)劃和水系統(tǒng)規(guī)劃等,構(gòu)建城市多級(jí)通風(fēng)廊道體系,提出規(guī)劃控制策略,并模擬驗(yàn)證通風(fēng)廊道實(shí)施效果,以切實(shí)增強(qiáng)通風(fēng)潛力、改善局部氣候、緩解熱島效應(yīng)。通過(guò)通風(fēng)廊道規(guī)劃,對(duì)城市空間布局提出引導(dǎo),并對(duì)主通風(fēng)廊道區(qū)域?qū)嵤﹪?yán)格規(guī)劃控制,包括建設(shè)高度、密度、容積率及地面粗糙度等的規(guī)范。

        6 設(shè)計(jì)方案評(píng)估與模擬

        為了實(shí)現(xiàn)綠色城市空間設(shè)計(jì),需要基于 BIM 技術(shù)對(duì)城市空間設(shè)計(jì)方案進(jìn)行景觀可視度、風(fēng)、光、熱、聲環(huán)境的模擬分析與評(píng)估,進(jìn)而提升空間性能品質(zhì)。對(duì)城市重要空間進(jìn)行景觀可視度分析,可以輔助城市設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)最佳效果。通過(guò)建立科學(xué)的計(jì)算分析和客觀的數(shù)據(jù)描述,能夠模擬區(qū)域內(nèi)地標(biāo)性建筑的空間可視區(qū)域范圍,為綠色城市空間布局、建筑高度等提供有效數(shù)據(jù)支撐。

        基于 BIM 技術(shù),對(duì)城市風(fēng)、光、熱、聲環(huán)境進(jìn)行可視化模擬分析,有利于優(yōu)化空間的綠色性能和舒適度。城市風(fēng)環(huán)境對(duì)綠色設(shè)計(jì)具有重要的作用,其涉及安全性、居民健康、綠色建筑與節(jié)能、污染物的擴(kuò)散與空氣自凈等問(wèn)題。基于 BIM 技術(shù)結(jié)合計(jì)算機(jī)流體動(dòng)力學(xué)(Computational Fluid Dynamics,CFD)軟件的城市空間風(fēng)環(huán)境模擬主要用于在城市空間設(shè)計(jì)方案階段,對(duì)城市空間進(jìn)行相關(guān)模擬和分析,利用科學(xué)的手段提供依據(jù),創(chuàng)造綠色城市空間形態(tài)。通過(guò)加載不同地區(qū)的氣象資料,BIM 技術(shù)能夠幫助進(jìn)行快速的光環(huán)境分析,模擬任何時(shí)間、任何地點(diǎn)的光環(huán)境,觀察城市空間中的建筑光影變化、高層建筑對(duì)周圍的遮擋情況,并且能夠進(jìn)行精確的日照分析。還可以定量地分析特殊時(shí)間段內(nèi)周圍環(huán)境對(duì)建筑或者建筑某一部分的遮擋情況與強(qiáng)度及輻射。熱環(huán)境是綠色城市空間環(huán)境里非常重要的因素,是影響建筑能耗水平和居住者舒適度的重要因素。通過(guò)基于 BIM 技術(shù)的熱工性能模擬,進(jìn)行熱舒適度、溫度分布和冷熱負(fù)載等多項(xiàng)熱工參數(shù)的分析計(jì)算,對(duì)城市空間及建筑進(jìn)行熱輻射分析、逐時(shí)溫度分析、逐月不舒適度分析等,進(jìn)而創(chuàng)造舒適的熱環(huán)境。良好的城市聲環(huán)境是建設(shè)宜居城市空間的重要前提,也是綠色城市空間設(shè)計(jì)的重要控制因子,是構(gòu)建綠色城市空間形態(tài)的重要途徑之一。通過(guò) BIM 技術(shù)模擬分析,例如對(duì)城市空間內(nèi)的指定噪聲源進(jìn)行模擬,分析其對(duì)城市空間的影響級(jí)別,從而為城市空間優(yōu)化提出合理措施,從聲環(huán)境角度為可持續(xù)城市空間提供輔助數(shù)據(jù)、三維演示和二維圖示等。

        總之,綠色城市空間設(shè)計(jì)目的是打造可持續(xù)和諧發(fā)展的城市空間,應(yīng)基于所在地域的氣候、資源、自然環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、人文等特點(diǎn),通過(guò)有效運(yùn)用具有綠色生態(tài)特征的數(shù)字技術(shù)手段。通過(guò)基于數(shù)字技術(shù)平臺(tái)進(jìn)行城市空間設(shè)計(jì)工作,充分運(yùn)用數(shù)字化的空間結(jié)構(gòu)分析、土地生長(zhǎng)測(cè)算、道路交通優(yōu)化、三維可視模擬分析等優(yōu)勢(shì),獲得城市結(jié)構(gòu)空間、道路規(guī)劃、綠地景觀設(shè)計(jì)等諸方面的科學(xué)依據(jù),可以獲得猶如漫步真實(shí)街道的感受,實(shí)現(xiàn)科學(xué)綠色的城市空間設(shè)計(jì)。

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