基于傳統理念的風景建筑體量參數化控制研究

陳 燁

馬文倩

1 風景建筑體量控制研究

1.1 傳統風景建筑體量控制理念

樂山樂水者傳承山水文化之精髓，在山水之間營造建筑，是山水文化的必然追求。正如郭熙所言：“君子之所以渴慕林泉者，正謂此佳處故也”“山之人物以標道路，山之樓觀以標勝概”[1]。也因此，山水之間的風景建筑被鄭績稱為“山水之眉目”[2]。作為“眉目”，便有了點睛抑或點景的含義，在尺度控制上也就有了一定的章法和約束。

傳統風景建筑的尺度控制多以感性描述為主。在自然山水背景下，秦漢宮苑是將人工建筑散布于自然山水之中，追求彌山跨谷的氣勢；在寫意山水理念中，強調“終南移入戶庭間”(白居易《累土山》)。二者尺度跨度巨大，卻又在天人一體的自然山水觀中完美融合。

自然山水中的建筑營造追求增補互益的效果，如清代施閏章所言：“山水之有亭樓，猶人之高冠長佩也，在補其不足，不得掩其有余”[3]；在小尺度環境中，則運用考量規模限度的方法，如吳亮在《止園記》中提出：“園畝五十而贏，水得十之四，土石三之，廬舍二之，竹樹一之”[4]，與王世貞描述小祗園“土石得十之四，水三之，室廬二之，竹樹一之”[5]頗為一致，其余文獻中所述大抵如是。

傳統的體量控制方法有較大的或然性，今天我們研究山水之間的建筑營造，是在自然山水的真實尺度下展開的研究。陳從周先生曾提出風景建筑尺度控制的方向，如其在《說園》中所認為的那樣：“風景區之建筑宜隱不宜顯，宜散不宜聚，宜低不宜高，宜麓不宜頂。[6]”這句話既包含了選址概要，也包含了尺度控制的態度，只是具體量化的控制方法還需要進一步探索。

1.2 基于Civil 3D的體量研究思路

當前針對風景建筑對景觀環境影響的研究文獻較少，其中針對風景建筑尺度的研究，大多缺少明晰的方法體系。如波蘭克拉科夫工業大學的Ozimek等從景觀質量的角度，通過數字化計算結合圖形分析的辦法，研究了在景觀環境中觀賞距離、建筑類型和建筑規模對景觀質量的影響[7]，是對景觀質量定性定量的分析；其他在研究方向上接近的有胡一可等的《基于互動式眺望模型的風景區邊緣區建筑高度控制研究》[8]、徐磊青等的《山景城市天際線的偏好與景觀知覺：建筑高度與視廊數量的影響》[9]，以及美國景觀建筑協會理事會(FASLA)的風景質量顧問Palmer等從人的視野、視域、視敏度和像素取樣捕捉視覺信號等技術角度對風景的評估等[10]。

在山水之間營造建筑，需要針對特定的山水形態做出充分評估。如選址山麓、山腰，需要細究山形，山形板則破，山形虛則補，或增、或補、或破、或立，皆有其妙處。傳統描述山體的形與勢，在現代專業語匯中就涉及高程、高度、坡度、坡向、空間和比例等一系列環境要素。當代風景建筑體量的控制研究，應當在三維空間中解析上述諸環境要素，找到量化與計算的方法。

Autodesk Civil 3D是專業處理地形要素的軟件，在基于地形信息建立的三維動態工程模型中，所有曲面、斷面等均以動態方式鏈接，可用于快速完成道路工程、場地、雨水/污水排放系統以及場地規劃設計等。借助該軟件，可以對場地模型進行便捷的曲面建構和修改，并可對曲面高程、坡度、坡向和匯水等相關數據進行多方面的可視化和交互性分析。

風景園林建筑體量是三維空間中的體量，可拆解為水平方向的建筑占地面積與垂直方向的建筑高度2個關鍵指標。以選址山地為例，可通過采集場地的豎向信息，建立山地坡體形狀的數字地形(曲面)模型，利用Civil 3D提取等高線，進行坡度分析以及視線影響區分析，根據風景建筑與地形豎向要素之間的相關因素，以及游人對空間尺度的視覺感知特性，解析建筑邊界范圍、建筑與山體輪廓的參數因子，從而針對山地環境中的建筑設計構建參數控制模型，建立基于建筑密度的面積控制算法。進而充分利用數字地形模型數據處理與分析的優勢，通過生成曲面縱斷面進行數據分析，并依據坡形比值研究對建筑高度的限制條件。

在運行計算的過程中，結合前期對江南傳統優秀風景建筑的數據分析成果，運用風景環境中建筑密度的指標區間、基于坡體形狀的指標參數區間，為山地環境中建筑體量的計算提供參考依據。

2 基于Civil 3D的參數化體量控制算法

2.1 控制建筑占地面積的算法

宋代是風景建筑的高速發展時期，王希孟的《千里江山圖》中呈現了多樣化的建筑形制。細觀山中建筑，體量組合多變、疏朗有致。宋代的文人園林也以疏朗為主，有“三分水、兩分竹、一分屋”的說法，建筑數量得到控制，不像明清時期通過游廊及建筑劃分空間而呈現出的高建筑密度。至清代，龔賢指出：“凡安寺觀大小，亦宜視山之深淺、林之厚薄、設橋亦然，小橋、板橋止可設于平灘沙水之際；深山大澤，須用石橋。樓臺宜聳出在松楸林木之外，然亦須襯貼。大石橋邊必有古寺。[11]”這一觀點充分體現了因山構室、因穴成屋的重要思想。建筑因特定山體空間形態而選址，視特定的可建設用地而控制規模，正是對多變的山體形態的呼應。

本研究以平整的土地特性提取空間范圍，通過可建設用地的面積倒推建筑占地面積。

1)地段可建設面積的獲取。

(1)等高線范圍的劃定：首先選擇建筑基址所在空間，將可建設坡度閾值定為0～25%，形成滿足坡度要求范圍的邊緣等高線，構建基于坡度選擇的建筑選址初步范圍(圖1)。

(2)可視域范圍的確定：進一步通過Civil 3D的視線影響計算模塊，根據地段內道路及可視方位進行視線影響區分析。基于視線雙向可逆的原理，設定以坡形限高比方法計算出的建筑高度作為計算基準高度，通過計算得出可視域范圍，在該視域范圍內觀與被觀均可滿足(圖2)。

圖1 等高線提取

圖2 視線影響區分析(紅色區域不可見，黃色區域部分可見，綠色區域全部可見)

圖3 邊界疊加

(3)可建設范圍確定：將建筑可視域范圍與等高線確定的邊界進行疊加，得到更精準的邊界，進一步限定可建設范圍(圖3)。

2)建筑密度計算。

建筑密度是獲得建筑占地面積的關鍵技術指標。風景區建筑密度的控制指標不能借鑒城鄉規劃的相關指標，二者環境背景不一樣，因此不具有可比性。為此，研究小組專門針對江浙一帶傳統優秀建筑展開調研，通過獲取的電子數據結合現場調研結果，采用同樣的方法，歸納計算相似條件的建筑及建筑群的建筑密度(表1)，得出建筑密度(ρ)的可參照區間為0≤ρ≤0.25，可將其代入公式(建筑占地面積=可建設面積×建筑密度)計算建筑占地面積數值區間。

2.2 控制建筑高度的算法

在風景建筑尺度控制的傳統理念中，有清代施閏章所描述的“補形”思想，也有如李漁所追求的“增益”思想：“因其高而愈高之，豎閣磊峰于峻坡之上，因其卑而愈卑之，穿塘鑿井于下濕之區。[12]”二者都屬于因山構室以求“增補互益”的理念。這一思想對于建筑高度的控制有著模糊的制約，其基本理念都是在視覺感知下充分考慮山體形態的連續與完整以及建筑在空間格局中的隱藏與凸顯。本文以Civil 3D提取山地坡形，通過參數化計算得出建筑高度的控制指標。

1)基于坡形的建筑高度限制計算(圖4)：通過場地豎向信息的采集，建立數字地形模型。基于建筑選址展開分析，首先經過某一觀景駐點和建筑選址中心點創建并提取縱斷面。在縱斷面中連接觀景駐點與背景山體最高點，構建虛擬坡形線，過建筑中心位置做虛擬坡形線的垂直交線，得到基于坡形的建筑限制高度。

2)在縱斷面中，通過上述輔助線獲取的坡形限高高度，受所創建的縱斷面曲線曲率及其變化的影響。在風景環境中，可基于規劃平面選取合適的駐點位置以提取縱斷面，駐點涵蓋近景、中景、遠景的觀賞視距(圖5)。設置多處駐點并求其最小值(對景觀環境的影響最小)，以確保所得建筑高度滿足多個觀賞角度下的尺度要求。

3)利用坡形限高比計算建筑高度。傳統風景建筑的高度在增補互益的觀念下，或強調坡形的連續起伏，或在高處增補凸顯。因此，坡形限高并不等于建筑的真實高度，需要對計算出的坡形限高進行參數化修正計算。將建筑高度與基于坡形線的建筑限制高度的比值定義為坡形限高比(F)，作為建筑高度控制的指標參數，用于描述視野范圍內建筑高度對山體坡形的影響。通過提取模型中的多個縱斷面分析得到多個坡形限高高度，進而選取以最小值計算得到建筑坡形限高高度Hi的區間，提出坡形限高比計算公式：

F=H/Hi

式中，F為坡形限高比；H為建筑高度；Hi為建筑坡形限高高度。

坡形限高比的參數區間是通過對類似條件下優秀傳統建筑的選取與數據分析得到的。調研并歸納相似環境條件下的案例(表2)，可得到坡形限高比F的區間為[0.45，1.55]，以計算建筑高度(H)區間。通過坡形限高比可以看出建筑高度對山體坡形的影響。雖案例有限，但基本可以看出相對于坡形限高上下50%的變化幅度，可以認為，在傳統理念與觀賞視角下，建筑的隱與顯大多為半遮半掩狀態，基本符合通常對建筑尺度控制的理念。

圖4 Civil 3D縱斷面模型分析

表1 相似條件建筑調研數據

表2 區間地帶坡形限高比

圖5 設置多處駐點進行縱斷面創建

圖6 南京老山風景區衛星圖

圖7 可建設面積與等高線及不可視域的疊合

圖8 多角度縱斷面分析

3 應用研究

南京老山風景區是南京城市總體規劃確定的13片環境風貌保護區之一，老山國家森林公園是其中的核心部分。在公園中，有一處位于3座山峰之間的山間平臺(圖6)，擬在地塊東側結合原南宋狀元張孝祥的雕像形成草坪廣場，地塊西側構建一座穿插迂回的狀元廊，廊內設竹簡銘墻，同時擁有展示、售賣、公共衛生間和觀景等功能，將成為狀元廣場上的核心景觀建筑。該建筑體量應當與山體環繞的空間相協調，通透的體量既成為一處觀景勝地，又構成一處絕佳風景。在建筑選址、道路流線確定的情況下，基于Civil 3D的兩大算法成為研究建筑體量的重要工具。

1)建筑占地面積的計算。

首先提取高程信息建立數字地形模型(曲面)，并將道路部分的設計圖紙疊加于模型上，標識出建筑初步選址范圍。將可建設坡度閾值設定為0～25%，更改曲面樣式顯示坡度變化，提取建筑選址范圍內適于建設的坡度邊界，得出區域內可建設面積S。利用Civil 3D判斷建筑初步選址位置的所在高程(高程=125m)，選擇坡度適合的相鄰2根等高線(高程分別為115、135m)構成邊界，形成建筑選址區域。設定選址處6m高度的位置進行視線影響區分析，生成建筑可視域與不可視域，疊加并細化建筑選址范圍，得到區域可建設用地總面積30 415.76m2。根據建筑密度(ρ)的數值區間[0，0.25]，可得到在該選址位置處建筑占地面積(m2)數值的控制區間為[0，7 603.940](圖7)。

2)建筑高度的計算。

在建筑選址位置周邊的主要游覽道路上設置近、中、遠共5個觀賞駐點，進行縱斷面分析(圖8，表3)，綜合考慮建筑在近景、中景以及遠景的眺望尺度下最合理的高度區間。觀賞駐點為近景2處、中景2處、遠景1處，分別通過駐點與建筑選址位置做5個縱斷面，并利用Civil 3D進行分析，得到對應的坡形限高高度，利用Excel進行數據整理求其最小值。結合調研得到的坡形限高比F的參數值區間為[0.45，1.55]，利用公式H=F×Hi，對建筑高度H的區間范圍進行計算。得出在該選址位置處建筑高度(m)數值的控制區間應為[5.5，18.6]。基于環境容量的考慮，建筑高度實際只要低于18.6m，對環境的影響都是可以承受的，且越接近底線越好。其中5.5m為參數計算的最低值，實際上如果低于此高度，表示在某些可視域內無法看到，對環境影響自然更小。

3)建筑體量及設計調整。

通過計算，可獲得建筑的大致體積(m3)區間[0，141 432.5]，實際設計的狀元廊建筑體量為6 198.9m3，在計算得到的控制區間內。在設計控制的系列指標中，考慮到建筑高度控制區間的最高值從燕子磯夕照樓采集而來，屬于垂直體量的建筑類型，與本方案建筑類型有較大差異，因此將建筑高度(m)數值控制區間調整為[5.5，13.6]，且建筑選址位于陡坡邊緣，視覺彰顯度較大，因此結合高差變化，最終將建筑最高高度確定為10.2m(局部跌落)，大部分高度在4.2～7.3m，基本都在基于坡形限高比得出的建筑高度限制區間[5.5，13.6]內；建筑占地總面積659m2，觀景平臺占地460m2，在計算出的建筑占地面積區間[0，7 603.9]內，大部分可用區域最終建設成為廣場和草坪。

在設計中，考慮到建筑體量數值偏于計算出的空間容量下限，因此實際建筑體量具有了較大彈性。在布局中通過回轉曲廊的方法，圍合出面向廣場和面向山谷的兩大開放空間，形成了空間與流線互相穿插的折線空間；在建筑體量的調整中，以計算出的限高下限為準，建筑物以一層高度為主，并利用場地的豎向高差，形成高低錯落的建筑形態。考慮到面向山谷的景觀面的開敞度，整個建筑體量布局偏向場地西側，東側以觀景平臺及以張孝祥雕塑為主的大面積草坪相呼應。建筑以廊道形式為主，采用木屋架結構結合混凝土支撐結構，在廊內設置可旋轉的竹簡銘墻，彰顯狀元文化的特色與底蘊。在連續變化的通透長廊中，利用局部空間的變化，融入相對封閉的售賣、衛生間等功能，構成了以狀元文化為底蘊的老山國家森林公園中的重要景點(圖9、10)。

圖9 老山狀元廊技術圖紙

圖10 老山狀元廊實景

表3 各縱斷面建筑坡形限高高度統計

4 結語

從傳統模糊的體量控制理念到參數化計算，相較于經驗、感性的控制理念更為科學、合理。基于Civil 3D計算的體量控制技術是一次有益的嘗試，其中等高線與坡斷面的自動提取功能是其優勢。在結合傳統理念的基礎上，不僅具有清晰可調控的技術手段，而且能兼顧多種設計方向，兼顧不同建筑類型，具有可調節的彈性區間。需要強調的是，參數化計算方法只是通過科學計算找到了基于環境特征的最大承載量，在實際操作上應盡量取建筑控制高度的最小值，這樣才能使整體環境更加貼近自然。