馬錦,王剛

(重慶市勘測院,重慶 401120)

0 引 言

建筑方案豎向設(shè)計是規(guī)劃場地設(shè)計中一個重要的組成部分,它直接影響著眾多的環(huán)境因素、環(huán)境外貌、空間的構(gòu)成和空間感受[1]。建筑方案豎向設(shè)計對景觀中自然設(shè)計要素起支配作用,某一特定環(huán)境的豎向變化,就意味著該地區(qū)的空間輪廓、外部形態(tài),以及其他處于該區(qū)域中的自然要素功能的變化,因此,建筑方案豎向設(shè)計成為規(guī)劃場地設(shè)計中最基礎(chǔ)、最重要的一環(huán)[2]。山地城市具有立體多維的特征,地形地貌復雜、高差起伏大使得地塊豎向設(shè)計要求高、設(shè)計難度大[3],合理利用地形,優(yōu)化豎向設(shè)計,是達到工程合理、造價經(jīng)濟、景觀優(yōu)美的重要途徑,也是面向管理層面豎向?qū)彶榈闹匾h(huán)節(jié)之一[4]。因此,在規(guī)劃設(shè)計階段充分考慮建筑方案豎向設(shè)計,對一些不利于建設(shè)的地塊加以適當?shù)母脑靃5];或提出一些工程措施,減少土石方工程量,合理、正確地評價山地城市建筑方案豎向合理性[2,3],提高建筑方案豎向?qū)徟墓芾硇?成為亟待解決的問題。近年來,隨著BIM參數(shù)化建模技術(shù)的快速發(fā)展,為這一問題的解決提供了技術(shù)手段。

參數(shù)化設(shè)計是由變量化設(shè)計發(fā)展而來的,主要應用于計算機繪圖、三維建模等方面,為了提高模型修改和生成效率,減少手動,實現(xiàn)設(shè)計自動化而出現(xiàn)的技術(shù)[6]。BIM作為一個將參數(shù)和行為關(guān)聯(lián)的復合模型,BIM參數(shù)化建模技術(shù)不僅可以將建筑物直觀展現(xiàn)出來,通過創(chuàng)建和修改構(gòu)件的幾何、材質(zhì)、通用信息等參數(shù),獲得精準的模型,還能進行數(shù)據(jù)分析,如碰撞檢測、空間分析、結(jié)構(gòu)靜力分析、動力分析等[7]。另外,給關(guān)聯(lián)的參數(shù)賦予意義,實現(xiàn)對真實世界空間的虛擬模擬。

本文面向山地城市立體多維的特征,采用BIM參數(shù)化建模技術(shù),基于設(shè)計圖紙等數(shù)據(jù),參考相關(guān)規(guī)范及標準,構(gòu)建山地城市建筑方案豎向合理性評估指標體系,對建筑豎向合理性開展評估,通過動態(tài)反饋調(diào)節(jié)機制,從源頭控制,促進規(guī)劃建筑方案落地實施。

1 研究方法及數(shù)據(jù)來源

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文所使用建筑方案設(shè)計圖紙數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)用來采用BIM參數(shù)化建模技術(shù)構(gòu)建三維建筑模型;采用1m分辨率DEM數(shù)據(jù),該精度滿足分析研究區(qū)基礎(chǔ)地形地貌;實景三維數(shù)據(jù),該精度滿足分析建設(shè)前期原始地形地貌。

1.2 研究方法

(1)BIM參數(shù)化建模法

BIM參數(shù)化建模是一種計算機輔助的設(shè)計方法。在BIM參數(shù)化建模環(huán)境里,零件是由特征組成的,特征由正空間或負空間構(gòu)成,正空間特征是指真實存在的塊,負空間特征是指切除或減去的部分[7]。本文采用基于草圖的建筑方案BIM參數(shù)化建模(圖1),草圖是與實體模型相關(guān)聯(lián)的二維圖形,它的平面可以進行尺寸驅(qū)動,通過對草圖對象上所添加約束方式或約束值的修改來改變設(shè)計參數(shù),從而改變對象特征。通過對草圖上創(chuàng)建的截面曲線進行拉伸、旋轉(zhuǎn)和掃描等操作生成參數(shù)化實體模型,提取模型中的截面曲線的參數(shù)和拉伸參數(shù)來實現(xiàn)整個模型的驅(qū)動[7]。

圖1 基于草圖的BIM參數(shù)化建模法

(2)指標評價法

建筑豎向設(shè)計和場地坡地、場地分臺、擋墻和邊坡相關(guān),通過梳理相關(guān)文獻規(guī)定規(guī)范,綜合研究建筑方案豎向設(shè)計的影響因素,本文從建筑方案自然地形、契合度、宜居性和景觀性四個方面,構(gòu)建建筑方案豎向合理性研究指標體系。該指標由4個一級指標,15個二級指標構(gòu)成。指標如表1所示。

表1 建筑方案豎向合理性研究指標體系

2 技術(shù)路線

本文通過分析原始地形和規(guī)劃設(shè)計方案進行分析,基于所構(gòu)建的建筑方案豎向合理性評價的指標體系,從基礎(chǔ)地形、契合度、宜居性和景觀性四個方面,采用BIM參數(shù)化建模方法,對建筑方案豎向合理性進行半自動分析評估,輸出評估分析結(jié)果報告,根據(jù)評價結(jié)結(jié)果,發(fā)現(xiàn)問題,提出設(shè)計優(yōu)化建議,進行反饋調(diào)節(jié),促進建筑方案合理性規(guī)劃實施。技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 技術(shù)路線

3 建筑方案豎向合理性研究

3.1 研究區(qū)概況

本文選取東展均和建筑方案為案例進行建筑方案豎向合理性研究。該建筑方案位于重慶市渝北區(qū)(圖3),處于建筑居住區(qū),屬于城市建設(shè)地塊,用地面積約88畝,現(xiàn)狀用地類型為正在建設(shè)區(qū)域,建設(shè)方向為居住區(qū)及商業(yè)配套功能,周邊交通條件良好,保證了片區(qū)的交通區(qū)位和可達性。

圖3 東展均和建筑方案區(qū)位圖

3.2 基礎(chǔ)地形分析

基于GIS空間分析方法,采用的DEM數(shù)據(jù)對東展均和原始地塊進行高程分析、坡度分析(圖4)。分析結(jié)果表明,該地塊原始地貌豎向標高約在290～365 m之間,地塊所處區(qū)域整體地勢起伏不平,豎向落差約為20～30 m之間。坡度處于0°～67°在之間不等,其中15°以下占比43.6%。

圖4 基礎(chǔ)地形分析

3.3 豎向合理性評估結(jié)果

(1)建筑方案與原始地形關(guān)系

原始地形采用實景三維技術(shù),進行 1∶1真實還原,還原結(jié)果表明,東展均和地塊所在區(qū)域呈現(xiàn)北高難低,東高西低的原始地形格局。

通過BIM參數(shù)化建模技術(shù),將東展均和建筑方案進行三維還原,將三維模型成果和原始地形與真實坐標疊合分析比對(圖5)。結(jié)果表明,設(shè)計方案西側(cè)和東側(cè)建筑正負零標高與原始地形契合度較好,沒有較大程度侵占原始地形。南側(cè)建筑,若按照方案設(shè)計圖紙進行修建,則需進行大量開挖,產(chǎn)生高邊坡、高擋墻等支護結(jié)構(gòu)。

圖5 建筑設(shè)計方案與原始地形關(guān)系

(2)設(shè)計地形正負零層和原始地形關(guān)系

將東展均和建筑方案二維CAD圖紙和三維設(shè)計方案成果比對。分析結(jié)果表明,二維CAD圖紙和三維設(shè)計方案成果一致性較高,表明基于BIM參數(shù)化建模模型還原度高。

設(shè)計正負零層與原始地形三維成果進行對比(圖6)。結(jié)果表明,地塊范圍內(nèi)西側(cè)和東側(cè)設(shè)計地形正負零層地形與原始地形契合度較高,中間偏南側(cè)與東北側(cè)與原始地形契合度較低,若按照設(shè)計修建,將產(chǎn)生大量的土石方挖填量、產(chǎn)生高邊坡。

圖6 建筑設(shè)計地形與原始地形關(guān)系

(3)建筑方案豎向契合度評估

依據(jù)所構(gòu)建的指標體系,對東展均和建筑方案進行契合度評估。評估結(jié)果表明,該建筑方案按照設(shè)計圖紙進行修建,則產(chǎn)生高切坡、高填方共有2處,總數(shù)量小于3處,說明該建筑方案與自然地形貼合度較好;方案整體存在4處高邊坡,根據(jù)《城鄉(xiāng)建設(shè)用地豎向規(guī)劃規(guī)范(CJJ83-2016)》[9],該建筑方案景觀待優(yōu)化;方案存在擋土墻共6處,其中高于 6 m的擋土墻有4處,地塊內(nèi)部存在高擋墻情況,評估結(jié)果表明該方案建筑內(nèi)部景觀待優(yōu)化;根據(jù)分臺契合度評估指標,結(jié)果如圖7所示,藍色區(qū)域代表契合度較好,區(qū)域最小高差小于 5 m,總數(shù)量共4處,紅色區(qū)域代表契合度弱,區(qū)域最小高差在5～20 m之間,總數(shù)量共5處。

圖7 東展均和建筑方案契合度評估結(jié)果

(4)建筑方案宜居性評估

依據(jù)所構(gòu)建的建筑方案豎向合理性評估指標體系,對東展均和建筑方案進行宜居性進行評估。評估結(jié)果表明,在設(shè)計方案中,該地塊內(nèi)共設(shè)置兩處垂直電梯,參考《住宅設(shè)計規(guī)范》[10],能滿足住宅用戶的需求;通過對步行空間評估發(fā)現(xiàn),在整個地塊中,其中有兩處步道寬度>2,坡度大雨35%,超過設(shè)計規(guī)范?？傮w評估結(jié)果如圖8所示。

圖8 東展均和建筑方案宜居性評估結(jié)果

4 結(jié)論與展望

本文探索構(gòu)建了山地城市建筑方案豎向合理性評估的指標體系,以渝北區(qū)東展均和建設(shè)地塊為研究試點,評價山地城市建筑方案豎向合理性,得出以下結(jié)論。

(1)本文以滿足建構(gòu)筑物功能布置要求、充分利用自然地形、節(jié)約土石方工程量、滿足技術(shù)規(guī)范為原則,采用BIM參數(shù)化建模技術(shù),通過設(shè)計圖紙、三維建模、豎向評估、反饋設(shè)計、優(yōu)化提升的模式,完成了東展均和建筑地塊的豎向合理性評估。評估結(jié)果表明,高擋墻、高邊坡對地形契合度影響較大,原始地形取決于設(shè)計豎向的合理性。

(2)本文采用BIM參數(shù)化建模技術(shù),完成了東展均和地塊豎向合理性評價。本次評價參考相關(guān)豎向規(guī)范,結(jié)合定性分析和定量計算,提高了建筑方案豎向評價的合理性。但是,目前合理性評估結(jié)果是人工參與和半自動化評價綜合作用的過程,后續(xù)研究重點放在完善指標體系,構(gòu)建建筑豎向自動化合理性評估過程,通過輸入設(shè)計方案,自動化評估,一鍵輸出評估成果,全方位、智慧化輔助建筑方案審查。