基于可拓數據挖掘的建筑立面設計方法研究

于立全

在建筑立面設計過程中，主要依靠設計者的設計經驗實現對各個設計要素的嚴格把控，由于建筑立面設計過程中涉及的設計要素較多，且復雜多樣，因此需要花費較長時間才能完成建筑立面設計[1]。由于這種傳統設計方法不僅設計效率較低，并且建筑立面整體連續度較低，已經無法滿足建筑立面設計的需求，所以此次提出將可拓數據挖掘應用到建筑立面設計中，形成一種新的方法。這種方法主要應用可拓數據挖掘技術發現針對建筑立面設計的規律性問題，以此實現對建設立面的設計。

1 基于可拓數據挖掘的建筑立面設計方法

1.1 建筑立面設計數據準備

根據以往的建筑立面設計經驗，將建筑立面設計中主要數據分為建筑立面場地設計要素、建筑立面空間設計要素、建筑立面形象設計要素三類，判斷整個建筑立面設計方案是否合理，主要建立在對這三類要素組合方式的平衡和把握中[2]。準備建筑立面設計數據可為后期可拓數據挖掘提供數據依據，對于建筑立面設計數據的采集是基于一定條件的，有基于傳統立面設計的研究，同時也有基于現代建筑立面設計的研究，主要通過現實測量、取證，或者收集相關數據，記錄相關的立面設計數據并加以分析。除此之外，還可以通過攝影方式記錄不同地區、不同風格的建筑立面設計要素，將采集到的數據進行總結和歸納，然后將所有準備的數據統一存儲到計算機數據庫中，以此完成建筑立面設計數據的準備。

1.2 建筑立面構成要素特征分析

對準備好的數據進行評價分析，總結出建筑立面構成要素特征。在建筑立面設計領域中，并沒有明確的原理和公式可以作為建筑立面設計好壞的標準，“好”的評判標準不是唯一的，而是多角度的[3]。在基于可拓數據挖掘的建筑立面設計方法中，主要從兩個角度出發選取可評判所有建筑立面設計要素的特征，即可拓建筑立面設計條件與各個條件之間的聯系[4]。可拓數據挖掘建筑立面設計條件的確定需要考慮到建筑立面設計的客觀制約和主觀需求兩方面因素，并且最終落實到相應的可拓建筑立面設計中，以設計條件之間的關聯作為依據，選取以可拓數據挖掘為目標的一組建筑立面構成要素特征{a1,a2,a3…an}。比如在對建筑立面空間構成要素進行可拓數據挖掘時，可選取{空間內容、空間形狀、相對位置}作為特征，以此類推，選取所有建筑立面構成要素特征[5]。上述的特征提取方法是最基礎的方法，為了保證設計的建筑立面更加合理，在分析特征時需要對建筑立面設計條件進行更加細致的可拓分析。根據情況將原始條件與經可拓分析得到的特征作為結果，其對設計條件可拓數據挖掘的公式如下：

公式（1）中，a1代表建筑立面構成要素的一個屬性特征；c1代表一個建筑立面構成要素的屬性特征量值。根據公式（1）可獲取建筑立面構成要素特征。

1.3 引入可拓數據挖掘技術

就某一建筑立面設計要素而言，選取的特征通常并不是唯一的，并且各個要素與建筑立面設計目標的關聯程度不同，所以需要對各個特征進行權重賦予。根據各個要素特征的支持度和可信度確定權重值，在可拓數據挖掘知識式中，設計要素特征的可信度和支持度的表達式為：

其計算公式如下：

公式（3）中，U表示設計要素的全體特征元域，滿足該規則代表的樣本為1E，滿足前提條件的樣本為E2。由此可以計算出各個要素特征的支持度和可信度，根據支持度和可靠度值的大小，賦予建筑立面設計要素權重值，要素特征的支持度和可信度值越大，要素的權重值越大，由此確定建筑立面設計要素權重值。根據得到的建筑立面設計要素權重值，對建筑立面進行可拓數據挖掘，確定所有建筑立面設計要素的最終結果，其過程如下：

將建筑立面設計要素的評判特征數據用“數據A 屬于A 類”“數據B 與C 同屬于D 類”進行表達。根據可拓分類為原則劃分數據，得到正質變類、正量變類、負量變類、負質變類以及拓界類五類，其中分析正質變類數據可得正質變類關聯知識數據，該類數據是解決可拓數據挖掘建筑立面設計矛盾問題的關鍵知識。將得到的關聯知識表達為{A}→{B}、{A}→{B}→{C}、{A}∈{B}，或者添加某設計條件作為條件軸，并對條件進行再運用，令關聯項A，B或者C 作為條件進行變換，以取得對某一項關聯量值的提升或降低，最后關聯量值最高的作為建筑立面要素最終結果輸出。

1.4 實現建筑立面設計

將可拓數據挖掘結果，按照建筑立面設計內容將建筑立面的場地、空間、形象、尺度、比例、方向、材質等所有要素組合到一個界面，形成一個滿足對比、差異、統一、呼應和穿插、幾何性、次序性、節奏和韻律等美學要求的建筑立面，從而實現基于可拓數據挖掘的建筑立面設計。

2 實驗驗證

實驗以某建筑作為實驗對象，運用此次提出方法與傳統方法對該建筑立面進行設計，該建筑的功能主要是以居住為主，建筑結構為鋼筋混凝土，建筑面積約45 000m2，體塊比例為120m×25m×20m。此次實驗分別用提出方法與傳統方法對該建筑的立面進行設計，對比兩種設計方法設計建筑立面的連續度，連續度的值越高，說明建筑立面整體連續性越好，實驗結果如圖1 所示。

圖1 兩種方法設計效果對比圖

從圖1 可以看出，所提方法的連續度平均為0.96，而傳統方法的連續度平均僅為0.68，證明基于可拓數據挖掘的建筑立面設計方法設計的建筑立面具有良好的連續性。

3 結束語

此次將可拓數據挖掘技術應用到建筑立面設計中，形成一種進行建筑立面設計方法，有效保證了建筑立面設計的整體連貫性。此次雖然在該方面取得了一定的研究成果，但由于研究時間有限，該方法還存在一些不足之處，還需要在今后的實際應用中對其進行不斷完善和創新。