唐芃，王笑，李金澤，宋哲昊

0 引言

由各種空間要素組合而成的歷史地段（historic areas），通常具有從街區(qū)、地塊到建筑多尺度連續(xù)的形態(tài)肌理和風(fēng)貌特質(zhì)。歷史地段的保護(hù)與更新的本體問(wèn)題是由物質(zhì)空間載體與人的生產(chǎn)生活共同組成的，在這個(gè)意義上保護(hù)與更新工作面臨著本體問(wèn)題日益復(fù)雜所導(dǎo)致的挑戰(zhàn)和技術(shù)手段不斷革新所帶來(lái)的機(jī)遇。

人類的科學(xué)研究經(jīng)歷了4 個(gè)范式，即經(jīng)驗(yàn)科學(xué)、理論科學(xué)、計(jì)算科學(xué)和數(shù)據(jù)密集型科學(xué)（Data-Intensive Scientific Discovery）[1]。當(dāng)下數(shù)據(jù)密集型科學(xué)正在實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)的假設(shè)驅(qū)動(dòng)向基于科學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行探索的轉(zhuǎn)變，關(guān)聯(lián)關(guān)系是科學(xué)數(shù)據(jù)的本質(zhì)特征之一，其主要研究模型是數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)[2]。

1 研究思路

遵循中國(guó)傳統(tǒng)理念建構(gòu)起的歷史地段，無(wú)論是建筑本身的模數(shù)化建造體系，還是院落形式抑或街巷構(gòu)型，都有著明確的尺度層級(jí)關(guān)系，適合建立起邏輯結(jié)構(gòu)清晰的數(shù)據(jù)集。信息數(shù)據(jù)的大量積累為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的歷史地段空間形態(tài)的體系化研究與生成設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的可能。相關(guān)工作思路可以轉(zhuǎn)變?yōu)椋航默F(xiàn)狀（形）到特征（量）再到設(shè)計(jì)（形）的工作流程（圖1），將分散在各個(gè)層級(jí)上數(shù)據(jù)以一定的形式連接，形成多尺度層級(jí)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)集，打通不同層級(jí)上的工作間隙，形成較為全面的研究框架和認(rèn)知系統(tǒng)。

1 研究思路

2 不同尺度層級(jí)上的研究案例

針對(duì)不同尺度層級(jí)的實(shí)體和空間，筆者團(tuán)隊(duì)做了若干面向?qū)嶋H問(wèn)題的研究案例：

2.1 構(gòu)件尺度

中國(guó)傳統(tǒng)建筑“以材為祖”，盡管整體建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但建構(gòu)邏輯統(tǒng)一。研究通過(guò)建構(gòu)宋官式建筑大木作的參數(shù)化體系，探索了傳統(tǒng)建筑從“參數(shù)化體系”到“參數(shù)化建模”的數(shù)字鏈系統(tǒng)，建立了基于Revit-Dynamo 的參數(shù)化建模的程序架構(gòu)[3]，實(shí)現(xiàn)了建筑遺產(chǎn)保護(hù)中非三維掃描的建筑信息參數(shù)化記錄方式，并支撐了實(shí)際工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與建造（圖2）。

2 宋官式建筑大木作“參數(shù)化體系”到“參數(shù)化建?！钡臄?shù)字鏈系統(tǒng)

2.2 建筑—聚落尺度

建筑聚落空間肌理的維護(hù)與織補(bǔ)，可以通過(guò)提取特定地區(qū)傳統(tǒng)建筑風(fēng)貌的生成規(guī)則來(lái)實(shí)現(xiàn)。研究基于空間類型建立各形態(tài)要素的數(shù)字化描述方式，建構(gòu)起不同尺度層級(jí)要素之間的樹形關(guān)聯(lián)，形成各尺度層級(jí)的全數(shù)字鏈相互關(guān)聯(lián)機(jī)制。在宜興丁蜀古南街的西街的保護(hù)與更新工作中，基于CityEngine 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)建筑—聚落的形態(tài)生成并制定了建筑風(fēng)貌導(dǎo)則[4]。

2.3 城鎮(zhèn)尺度

城鎮(zhèn)空間尺度挑戰(zhàn)著人對(duì)于空間直觀認(rèn)知和宏觀把控的尺度極限。對(duì)城鎮(zhèn)空間數(shù)據(jù)的獲取和解析，能有效地從全面和理性的視角理解城市問(wèn)題。在安徽省當(dāng)涂縣護(hù)河鎮(zhèn)的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，以教育與醫(yī)療設(shè)施為例，通過(guò)對(duì)城市數(shù)據(jù)的挖掘建立多源城市空間數(shù)據(jù)集，利用啟發(fā)式算法以最短服務(wù)距離、最短服務(wù)時(shí)間等為目標(biāo)構(gòu)建多目標(biāo)導(dǎo)向下的選址模型，并生成了選址方案[5]。

3 群智與眾包（Crowd Computing & Crowd Sourcing）

群智計(jì)算的代表性系統(tǒng)包括眾包和群智感知（Crowd Sensing）等。其工作模式能夠?qū)⑷蝿?wù)量巨大且具有反復(fù)性工作劃分為若干部分，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)分配給多個(gè)協(xié)作者來(lái)共同完成[6]。

在居住型歷史街區(qū)的更新改造中，有許多復(fù)雜問(wèn)題：一方面房屋年代久遠(yuǎn)，產(chǎn)權(quán)歸屬錯(cuò)綜復(fù)雜，保護(hù)與更新工作涉及到居民、管理方、投資方等的各方利益；另一方面設(shè)計(jì)師的工作繁雜，不斷重復(fù)調(diào)研分析與圖紙繪制，推進(jìn)工作困難重重，其工作內(nèi)容從圖紙繪制轉(zhuǎn)變?yōu)橐詤f(xié)調(diào)各方利益并落實(shí)到空間上為主。而歷史街區(qū)作為一個(gè)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)，任何微觀要素的改變都會(huì)引起整體關(guān)系的變化。這就需要一個(gè)有力的操作工具，將歷史地段中各尺度層級(jí)的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)上的貫通并整合在同一個(gè)平臺(tái)中，實(shí)時(shí)展示改變個(gè)體環(huán)節(jié)就影響到全局的狀態(tài)，幫助設(shè)計(jì)師或者管理者進(jìn)行正確的判斷。

基于群智與眾包技術(shù)的重要啟示，筆者團(tuán)隊(duì)開發(fā)了“歷史文化街區(qū)保護(hù)與更新規(guī)劃設(shè)計(jì)決策輔助工具”。該工具基于形態(tài)類型學(xué)、空間組構(gòu)理論等，通過(guò)數(shù)學(xué)模型建構(gòu)歷史地段多尺度層級(jí)數(shù)據(jù)架構(gòu)，用Java 語(yǔ)言自行編程開發(fā)。在南京荷花塘歷史街區(qū)的改造中，這一工具輔助設(shè)計(jì)者將居民、管理部門、投資主體等各方需求落到空間中，各方也可以在平臺(tái)上進(jìn)行操作。街區(qū)的全局空間評(píng)價(jià)以及內(nèi)部各空間要素的局部評(píng)價(jià)，均實(shí)時(shí)展示在設(shè)計(jì)師熟悉的三維模型上，且能夠提供規(guī)劃設(shè)計(jì)建議（圖3）。設(shè)計(jì)師以此為依據(jù)，進(jìn)行下一步的設(shè)計(jì)工作[7]。

3 歷史文化街區(qū)保護(hù)與更新規(guī)劃設(shè)計(jì)決策輔助工具用戶界面

4 結(jié)語(yǔ)

在建設(shè)智慧城鎮(zhèn)、加快城鎮(zhèn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的背景下，基于大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)，面向歷史地段的數(shù)字化保護(hù)是未來(lái)工作的必由之路，需要設(shè)計(jì)者不斷以數(shù)據(jù)及其帶來(lái)的技術(shù)反哺去討論保護(hù)與更新的工作模式；用數(shù)據(jù)的傳遞和轉(zhuǎn)化來(lái)認(rèn)知多尺度層級(jí)的對(duì)象，連接分離的工作環(huán)節(jié)；從而對(duì)上述工作中呈現(xiàn)的整體性、多元性和協(xié)同性等新特征做出回應(yīng)?！?/p>