老舊住區(qū)更新計(jì)算性設(shè)計(jì)教學(xué)探索

摘要：文章以南京大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院計(jì)算性城市更新設(shè)計(jì)的教學(xué)過程為例，探索針對城市社區(qū)更新中出現(xiàn)的復(fù)雜性和變化性的計(jì)算性設(shè)計(jì)教學(xué)方法。在設(shè)計(jì)研究和計(jì)算性思維的驅(qū)動(dòng)下，設(shè)計(jì)教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)研究問題的準(zhǔn)確定義、分析工具的適當(dāng)選擇和呈現(xiàn)方式的多樣性；教學(xué)組織過程強(qiáng)調(diào)從研究到設(shè)計(jì)完整過程中的步驟邏輯清晰和推進(jìn)環(huán)環(huán)相扣。通過對三組代表性教學(xué)成果的介紹，具體呈現(xiàn)計(jì)算性設(shè)計(jì)教學(xué)的特點(diǎn)和難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：城市設(shè)計(jì)；社區(qū)更新；計(jì)算性設(shè)計(jì)；數(shù)據(jù)；設(shè)計(jì)策略

Abstract： In response to the new complexity and variability emerging in the process of revitalizing urban neighborhoods， this paper explores theoretical and methodological shifts in urban design teaching through a case study of computational urban renewal design at Nanjing University. We employ a new design teaching model that combines a rigorous research process and design thinking in projecting and imagination. This teaching model emphasizes precisely defining research questions， carefully selecting analytical tools， and effectively representing design ideas. The teaching organization highlights the sequential logic and precision in the complete process from research to design. The paper introduces three design teaching cases to show the details of computational design teaching steps and the difficulties encountered during the process.

Keywords： urban design; neighborhood revitalization; computational design; data; design strategy

1" 城市設(shè)計(jì)教學(xué)的目標(biāo)轉(zhuǎn)型

（1）城市設(shè)計(jì)對象的存量更新轉(zhuǎn)向

隨著我國城鎮(zhèn)化發(fā)展步入中后期，城市更新方式已經(jīng)從以往增量擴(kuò)張和大拆大建轉(zhuǎn)向?qū)Τ鞘薪ǔ蓞^(qū)存量物業(yè)的提質(zhì)改造。“十四五”規(guī)劃明確了“以人為核心的新型城鎮(zhèn)化”目標(biāo)，并首次將“城市更新”寫入規(guī)劃。通過城市更新提升環(huán)境性能、營造城市宜居環(huán)境，是新型城鎮(zhèn)化的主要內(nèi)容，也是以人為本這一本質(zhì)特征的體現(xiàn)。因此，回應(yīng)存量時(shí)代的環(huán)境提質(zhì)和健康宜居要求成為城市設(shè)計(jì)和建設(shè)的新要求和新常態(tài)。

近年來，覆蓋范圍廣且數(shù)量龐大的城鎮(zhèn)老舊住區(qū)更是成為我國城市體檢和更新工作的基本單元。這些老舊住區(qū)的良好區(qū)位使得其周邊配套相對成熟，城市服務(wù)便利，居民出行便捷，且還具有戶型小、租金低等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)使得它們不僅是退休老年人樂意的居家養(yǎng)老之地，而且對于剛工作的年輕人以及外來打工人口具有一定吸引力。作為老年人口集中“就地”養(yǎng)老之地和新市民青睞的“流動(dòng)”落腳之地，城市老舊住區(qū)面臨的更新難題更加急迫和復(fù)雜。因此，在以人為本的理念下，城市設(shè)計(jì)所需回應(yīng)的不僅是當(dāng)下的健康宜居更是未來的落腳性和流動(dòng)性。

（2）城市設(shè)計(jì)方法的計(jì)算性轉(zhuǎn)向

科技的發(fā)展帶來城市設(shè)計(jì)的思考模式和操作方法的更新。基于城市設(shè)計(jì)的四代范型理論， 我們目前所處的第四代數(shù)字化城市設(shè)計(jì)范式，重構(gòu)了一種超越個(gè)體感知的城市空間認(rèn)知方式和方法，并拓展了人們看待世界物質(zhì)形態(tài)和社會(huì)構(gòu)架的視角和看法[1]。首先，數(shù)字化城市設(shè)計(jì)已不再以定性判斷為基礎(chǔ)， 而是在科學(xué)的基礎(chǔ)上進(jìn)行更接近真實(shí)的城市設(shè)計(jì)決策。計(jì)算性方法的目標(biāo)之一是克服由傳統(tǒng)形式操作所帶來的過度簡化，并探索應(yīng)對城市復(fù)雜性和變化性的設(shè)計(jì)方法。而且，通過規(guī)則和算法發(fā)展可操作的計(jì)算性城市設(shè)計(jì)方法具有很強(qiáng)的科學(xué)性和邏輯性。生成算法是量化和理解城市空間形態(tài)與環(huán)境品質(zhì)之間相關(guān)性最常用的數(shù)學(xué)方法之一，可用于減少建筑物對環(huán)境的影響并改善城市生活質(zhì)量等[2]。因此，計(jì)算性方法的另一重要目標(biāo)是拓展對城市空間形態(tài)與環(huán)境品質(zhì)關(guān)聯(lián)關(guān)系的認(rèn)知，克服由個(gè)人直觀感受帶來的主觀偏見，以探索新的認(rèn)知和理解城市空間運(yùn)作的范式。

目前，以機(jī)器學(xué)習(xí)、算法規(guī)則、性能導(dǎo)向等為特征的計(jì)算性城市設(shè)計(jì)方法正在形成，并且從對設(shè)計(jì)結(jié)果的評(píng)估逐漸走向作為設(shè)計(jì)生成的主動(dòng)因素。基于建筑師熟悉的Rhino-Grasshopper平臺(tái)，DecodingSpaces軟件提供了一系列成熟的城市分析和設(shè)計(jì)工具，并整合了空間分析、行為模擬、設(shè)計(jì)生成和成果可視化等功能[3， 4]。設(shè)計(jì)公司KPF專門成立了研究城市的部門KPFui，在計(jì)算性城市設(shè)計(jì)的理論框架和生成工具方面做了許多探索，包括Urbane 工具，共享網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)Scout等[5][6]。谷歌所在母公司Alphabet也組建了Sidewalk Labs來探索通過創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展，包括城市設(shè)計(jì)生成工具Delve，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)和計(jì)算性設(shè)計(jì)方法等，快速生成并評(píng)估設(shè)計(jì)方案，幫助社區(qū)參與規(guī)劃和設(shè)計(jì)。國內(nèi)以小庫科技為代表的科技公司也對計(jì)算性城市設(shè)計(jì)有著積極的探索，其開發(fā)的“X-Urban Tool” 整合大數(shù)據(jù)分析、AI設(shè)計(jì)生成、空間性能模擬等能力，依托城市規(guī)劃邏輯和優(yōu)化生成算法，可以輔助設(shè)計(jì)師快速生成和評(píng)估海量級(jí)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)方案。這些不斷更新的空間分析和設(shè)計(jì)生成工具為計(jì)算性城市設(shè)計(jì)提供了技術(shù)支撐。

當(dāng)然，這些設(shè)計(jì)方法和技術(shù)工具的更新也為城市設(shè)計(jì)教學(xué)帶來新的挑戰(zhàn)。如何將城市設(shè)計(jì)和建設(shè)新社會(huì)目標(biāo)與新方法工具進(jìn)行有效融合，回應(yīng)社會(huì)需求的同時(shí)保持對新方法的探索，成為城市設(shè)計(jì)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文將通過對南京大學(xué)計(jì)算性城市更新設(shè)計(jì)的教學(xué)過程回顧和分析，呈現(xiàn)其針對城市社區(qū)更新中出現(xiàn)的復(fù)雜性和變化性所進(jìn)行的新的設(shè)計(jì)理論和方法探索。

2" 設(shè)計(jì)教學(xué)模式的融合創(chuàng)新

回應(yīng)計(jì)算性設(shè)計(jì)研究的新范式，課程教學(xué)模式將設(shè)計(jì)作為一種創(chuàng)造性和綜合性的實(shí)踐活動(dòng)與普遍性的、可重復(fù)、可驗(yàn)證的知識(shí)生產(chǎn)活動(dòng)相結(jié)合；與此同時(shí)，該模式將研究作為設(shè)計(jì)的內(nèi)核，從而使得設(shè)計(jì)的知識(shí)化成為一個(gè)系統(tǒng)性工程（圖1）。因此，基于計(jì)算性思維的設(shè)計(jì)研究教學(xué)旨在融合研究的邏輯嚴(yán)密性和設(shè)計(jì)的未來想象力。設(shè)計(jì)教學(xué)強(qiáng)調(diào)在特定現(xiàn)實(shí)情景下對研究問題的范圍進(jìn)行盡量準(zhǔn)確的定義，同時(shí)兼顧對同一類型的空間更新問題的可能應(yīng)用。基于此，鼓勵(lì)學(xué)生選取適當(dāng)?shù)墓ぞ邔臻g中的顯性和隱性“關(guān)系”進(jìn)行分析。在定義問題和剖析關(guān)系的基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)學(xué)生利用設(shè)計(jì)策略積極回應(yīng)現(xiàn)狀甚至預(yù)測未來。

（1）研究問題的準(zhǔn)確定義

在特定現(xiàn)實(shí)情景下對研究問題的范圍進(jìn)行準(zhǔn)確定義是計(jì)算性設(shè)計(jì)研究最為基礎(chǔ)的一步。老舊住區(qū)更新計(jì)算性設(shè)計(jì)教學(xué)回應(yīng)當(dāng)下城市中心區(qū)發(fā)展的轉(zhuǎn)型需求，鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合區(qū)域城市更新目標(biāo)和現(xiàn)實(shí)狀況，對其所關(guān)注的問題進(jìn)行拆解和定義，即從空間設(shè)計(jì)問題出發(fā)，拓展到更加多元的社會(huì)、文化、經(jīng)濟(jì)問題。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生提取其中與空間設(shè)計(jì)相關(guān)的社會(huì)、文化、經(jīng)濟(jì)問題，明晰問題的范圍和邊界。然而，這里有一種微妙的平衡：在注重讓設(shè)計(jì)與社會(huì)的具體問題和情景建立關(guān)聯(lián)、強(qiáng)調(diào)其綜合效應(yīng)的同時(shí)，設(shè)計(jì)研究的問題，或者是針對同一類型的空間更新的問題，需要具備一定程度的普遍解釋力。

（2）分析工具的適當(dāng)選擇

對城市多維度空間數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘并進(jìn)行信息可視化處理是計(jì)算性設(shè)計(jì)研究的關(guān)鍵步驟。老舊住區(qū)更新計(jì)算性設(shè)計(jì)教學(xué)從基于主觀經(jīng)驗(yàn)的判斷轉(zhuǎn)向基于客觀數(shù)據(jù)和信息的認(rèn)知探索，包括要素審計(jì)、形態(tài)分析、行為分析、話語分析、規(guī)則分析、算法設(shè)計(jì)等，鼓勵(lì)學(xué)生采用合適且多樣的工具對空間中的顯性和隱性“關(guān)系”進(jìn)行分析，進(jìn)而加深其對“設(shè)計(jì)”作為介入社會(huì)過程的手段的理解。這里同樣存在一種平衡：在推動(dòng)城市設(shè)計(jì)學(xué)科朝著更科學(xué)、更具實(shí)施性的方向發(fā)展的同時(shí)，設(shè)計(jì)研究的分析工具選擇需要真實(shí)地回應(yīng)當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐纳嫔詈蜕a(chǎn)運(yùn)作中所面臨的最突出問題。

（3）設(shè)計(jì)策略的多元表現(xiàn)

將處理過的信息進(jìn)行整合、轉(zhuǎn)化形成設(shè)計(jì)策略依然是計(jì)算性設(shè)計(jì)研究的核心。老舊住區(qū)更新計(jì)算性設(shè)計(jì)教學(xué)的對象雖然具有強(qiáng)烈現(xiàn)實(shí)意義，但是設(shè)計(jì)策略的表現(xiàn)同樣包含了從理性的工具包到充滿想象力的未來場景的多元呈現(xiàn)方式。學(xué)生對于設(shè)計(jì)呈現(xiàn)方式的選擇主要基于其設(shè)計(jì)研究問題。換言之，如果設(shè)計(jì)研究問題是針對當(dāng)下問題的解決，則其設(shè)計(jì)策略和呈現(xiàn)方式是嚴(yán)謹(jǐn)且理性的原型和類型推演式；而如果設(shè)計(jì)研究問題是預(yù)測未來的新需求，則其設(shè)計(jì)策略和表現(xiàn)方式可以是更具想象力和創(chuàng)造性的未來式場景。

以此，該教學(xué)模式將提出研究問題的關(guān)系性思維、分析過程的嚴(yán)密邏輯和設(shè)計(jì)應(yīng)用的創(chuàng)造性思維融合在此訓(xùn)練中，幫助學(xué)生明晰其中的異同，拓展學(xué)生的設(shè)計(jì)思維。

3" 教學(xué)組織過程

老舊住區(qū)更新計(jì)算性設(shè)計(jì)教學(xué)為期8周，教學(xué)組織過程突出從研究到設(shè)計(jì)完整過程中的邏輯清晰和推進(jìn)的環(huán)環(huán)相扣。學(xué)生將針對問題尋找合理的解決方案（知識(shí)），進(jìn)而基于該方案明確相應(yīng)的信息要求，并確定原始數(shù)據(jù)的需求，完成這一系列邏輯推演后，學(xué)生可以收集相關(guān)數(shù)據(jù)，從中提煉有價(jià)值的信息，將信息整合為有效的知識(shí)，最終實(shí)現(xiàn)問題的解決（圖2）。

（1）問題定義

教學(xué)的第一階段是為期2周的場地調(diào)研和問題確立的階段。學(xué)生自由成組， 4-5人一組，對場地進(jìn)行現(xiàn)狀調(diào)研，通過視覺呈現(xiàn)和語言描述結(jié)合，總結(jié)提煉關(guān)鍵詞，例如“歷史+步行”、“界面+活力”、“高差+共享”等。在與設(shè)計(jì)教師討論后，學(xué)生進(jìn)一步將關(guān)鍵詞發(fā)展為設(shè)計(jì)研究問題，通過確定相關(guān)的“歷史文化語境”或 “周邊空間環(huán)境”以及類型、大小和時(shí)間結(jié)構(gòu)等關(guān)系性的定義等，進(jìn)而確定定義問題的范疇。

（2）還原研究問題為數(shù)據(jù)信息

教學(xué)的第二階段是為期2周的數(shù)據(jù)獲取和分析工具選擇階段。在該階段，教師指引學(xué)生從問題出發(fā)，閱讀相關(guān)文獻(xiàn)和學(xué)習(xí)案例，選取合適的介入視角和知識(shí)框架，并分析其中所涉及的信息，包括空間類型、環(huán)境要素、行為需求模型等。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生進(jìn)一步反推這些信息來源，即所需要的原始數(shù)據(jù)，并選擇適當(dāng)調(diào)整已有的工具來獲取數(shù)據(jù)，例如問卷、訪談、GIS、網(wǎng)上共享數(shù)據(jù)庫等。這個(gè)階段是最終的設(shè)計(jì)策略成立與否的關(guān)鍵，其難點(diǎn)在于幫助學(xué)生將場地的特定問題與可獲得的數(shù)據(jù)之間建立連接；然而，需要警惕的是，學(xué)生往往會(huì)在這個(gè)階段被數(shù)據(jù)所裹挾，執(zhí)著于數(shù)據(jù)的可視化呈現(xiàn)而將場地的問題拋之腦后。

（3）翻譯計(jì)算結(jié)果為新的空間認(rèn)知

教學(xué)的第三階段是為期3周的信息整合和設(shè)計(jì)策略生成階段。該階段也是教學(xué)過程中相對而言較難的一個(gè)階段。學(xué)生將縮小編組，2人一組，選取合適的計(jì)算性工具對獲取的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。這個(gè)階段有兩個(gè)難點(diǎn)：其一，計(jì)算性軟件強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和可視化結(jié)果往往喧賓奪主，導(dǎo)致學(xué)生沉浸于計(jì)算和表現(xiàn)酷炫的效果而忽略將其結(jié)果解讀并翻譯成可讀和可用信息；其二，受限于對計(jì)算結(jié)果的分析和認(rèn)識(shí)不足，信息常以碎片形式呈現(xiàn)，難以形成新的對場地條件和未來可能性認(rèn)識(shí)，因而難以基于新的認(rèn)識(shí)提出解決問題的設(shè)計(jì)策略。因此，這個(gè)階段最為關(guān)鍵的一步是計(jì)算性結(jié)果重新拆解和翻譯成空間信息，而這往往取決于學(xué)生對計(jì)算性工具原理的理解。

（4）操作新的空間認(rèn)知成設(shè)計(jì)表現(xiàn)

教學(xué)的第四階段是為期1周的設(shè)計(jì)策略表現(xiàn)階段。事實(shí)上，這個(gè)階段的工作包含在之前的三個(gè)階段過程中。但是，從設(shè)計(jì)研究的角度，最后的設(shè)計(jì)結(jié)果呈現(xiàn)需要更加直接和明確地回答第一階段的問題。換言之，因?yàn)閳龅氐奶厥庑裕O(shè)計(jì)研究問題的認(rèn)知視角不同、信息的呈現(xiàn)方式不同、數(shù)據(jù)獲取方式的不同，都將帶來獨(dú)特的成果表現(xiàn)方式。這個(gè)階段的難點(diǎn)在于重新拾取那些在計(jì)算過程中被簡化的場地細(xì)節(jié)、氛圍和文脈，這或許也是設(shè)計(jì)研究與科學(xué)研究明顯的區(qū)別所在：當(dāng)科學(xué)研究的結(jié)果試圖成為普遍性的、可重復(fù)、可驗(yàn)證的知識(shí)時(shí)，設(shè)計(jì)研究的結(jié)果可以是特殊的、不可復(fù)制的和想象的。

4" 三個(gè)案例

2022年和2023年，南京大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院城市設(shè)計(jì)課程設(shè)置的場地范圍位于南京市鼓樓區(qū)湖南路街道陶谷新村社區(qū)及其周邊，西至上海路、北至北京西路、東至漢口路小區(qū)、南至漢口西路，屬于南京市具有歷史文脈的建成社區(qū)，同時(shí)也是鼓樓區(qū)“環(huán)南大硅巷”規(guī)劃建設(shè)范圍（圖3）。學(xué)生需要針對各自所設(shè)定的限定條件和問題導(dǎo)向，選擇不同的計(jì)算性技術(shù)和工具進(jìn)行分析，在問題導(dǎo)向和數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，形成住區(qū)空間更新策略和設(shè)計(jì)成果。本文選取這兩年11組設(shè)計(jì)作業(yè)中比較有代表性的3個(gè)作業(yè)對設(shè)計(jì)研究過程進(jìn)行簡要描述。

（1）以適老化步行系統(tǒng)為目標(biāo)的計(jì)算性城市更新設(shè)計(jì)（2022年）

2022年，一組同學(xué)在對場地進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)研之后，將問題聚焦于人口老齡化和街道空間的可步行性，進(jìn)而提出核心問題是解決老舊住區(qū)街道空間的適老化改造。在該問題的導(dǎo)向下，該組同學(xué)將街道空間分成“線空間”和“點(diǎn)空間”兩種類型，其中“線空間”主要指代線性街道，而“點(diǎn)空間”包括空間節(jié)點(diǎn)和建筑單體兩類。針對“線空間”和“點(diǎn)空間”的物質(zhì)空間和社會(huì)屬性特征，這組同學(xué)建立了相應(yīng)的量化評(píng)價(jià)體系。“線空間”的可步行性評(píng)價(jià)指標(biāo)包括街道空間各要素及老年人生理、心理特點(diǎn)等；“點(diǎn)空間”的可改造性指標(biāo)包括產(chǎn)權(quán)與可改造程度，以此構(gòu)建完整的設(shè)計(jì)流程（圖4）。

在設(shè)計(jì)流程的導(dǎo)引下，該組同學(xué)首先通過多指標(biāo)的分析，在區(qū)域內(nèi)確定了適合老年人步行的街道以及所有可改造的建筑節(jié)點(diǎn)和空地節(jié)點(diǎn)，并將兩類節(jié)點(diǎn)融合形成若干可改造的“點(diǎn)空間”（圖5，圖6）。在此基礎(chǔ)上，該組同學(xué)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的算法，設(shè)定權(quán)重體系，并進(jìn)行加權(quán)評(píng)分，篩選出每類節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)選址，并借助Gephi軟件分析篩選出的27個(gè)節(jié)點(diǎn)間的道路連結(jié)與通達(dá)狀況 （圖7）。

在篩選算法結(jié)果的基礎(chǔ)上，該組同學(xué)通過添加南北向道路等設(shè)計(jì)策略以加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)與主干道聯(lián)系，并增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)間的連結(jié)，從而提高街道空間整體可步行性。最終成果通過空間設(shè)計(jì)策略有效地回應(yīng)了其初始的核心問題：結(jié)合原本東西向的陶谷新村街道，在南北向形成一個(gè)貫通的街區(qū)，進(jìn)而形成一個(gè)十字交叉，將整個(gè)設(shè)計(jì)片區(qū)分成四個(gè)象限，而在整個(gè)改造街區(qū)內(nèi)分布有7個(gè)節(jié)點(diǎn)。其中，通達(dá)性最好的中心區(qū)域放置了社區(qū)服務(wù)中心及老年食堂；中心區(qū)域以北分布有草地音樂會(huì)、舊書市集和咖啡角三個(gè)節(jié)點(diǎn)，面向游客及青年人為主；中心區(qū)域以南則分布有陶谷市民廣場及小型運(yùn)動(dòng)場，為居民提供強(qiáng)休閑康養(yǎng)和強(qiáng)身健體的便利（圖8）。

該設(shè)計(jì)案例雖然把握了陶谷新村人群的基本特征和需求，但是在相關(guān)數(shù)據(jù)的獲取上仍然存在缺陷，因此針對街道可步行性和節(jié)點(diǎn)可改造性評(píng)價(jià)指標(biāo)的設(shè)置過于簡單。但是，就計(jì)算性設(shè)計(jì)程序框架而言，該設(shè)計(jì)研究完成度較高。該設(shè)計(jì)以老舊住區(qū)的街道空間適老化改造為目標(biāo)，以街道空間中的線性空間和節(jié)點(diǎn)空間為對象，聚焦于節(jié)點(diǎn)空間的選址和連接度，從而將設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)化為影響街道空間連續(xù)性的評(píng)價(jià)，并應(yīng)用計(jì)算性方法解決了問題。

（2）存量背景下的環(huán)南大硅巷更新設(shè)計(jì)（2023年）

2023年，一組同學(xué)在梳理了場地所在片區(qū)相關(guān)上位規(guī)劃的基礎(chǔ)上，針對《鼓樓區(qū)“十四五” 硅巷建設(shè)規(guī)劃》，抓住“依托環(huán)南大知識(shí)經(jīng)濟(jì)圈，強(qiáng)化南大周邊地區(qū)功能配套，構(gòu)建鼓樓硅巷產(chǎn)品體系”以及“校區(qū)+城區(qū)聯(lián)動(dòng)，打造低價(jià)創(chuàng)業(yè)空間和復(fù)合產(chǎn)業(yè)空間，豐富基礎(chǔ)設(shè)施模塊”的規(guī)劃目標(biāo)，將其轉(zhuǎn)化為具體的、更細(xì)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。在經(jīng)過對場地建筑和環(huán)境的詳細(xì)調(diào)研后，該組同學(xué)提出設(shè)計(jì)的核心問題是如何高效整合利用現(xiàn)狀建筑資源實(shí)現(xiàn)更新目標(biāo)。問題進(jìn)一步被拆解為：哪些建筑具有更高的更新價(jià)值和潛力以及不同建筑、樓層乃至房間適合什么樣的更新功能？通過查閱資料，該組同學(xué)將回答該問題的知識(shí)轉(zhuǎn)化為所需信息，包括建筑和周邊環(huán)境的使用功能、物理性能、交通性能等空間特征，以及街區(qū)活力、產(chǎn)權(quán)屬性等社會(huì)特征，并建立了相應(yīng)的量化評(píng)價(jià)體系。他們同步建立了針對建筑單體和建筑樓層的評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括功能類型、道路交叉口距離、POI混合度、高差、視域、日照、拆改比例、生活圈配套設(shè)施等。在此基礎(chǔ)上，這組同學(xué)構(gòu)建了完整的設(shè)計(jì)流程（圖9）。

在設(shè)計(jì)流程的導(dǎo)引下，該組同學(xué)首先通過多指標(biāo)分析在整個(gè)片區(qū)確定了更核心的設(shè)計(jì)范圍。進(jìn)而設(shè)計(jì)了相應(yīng)的算法，對核心設(shè)計(jì)范圍內(nèi)建筑的更新功能進(jìn)行設(shè)計(jì)和評(píng)估。在這一過程中，隨著設(shè)計(jì)討論的深入，算法也逐步演進(jìn)，評(píng)價(jià)主體從建筑單體細(xì)化至建筑樓層，評(píng)價(jià)指標(biāo)也逐步豐富，最終得到綜合優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案（圖10）。盡管由于時(shí)間限制，在優(yōu)化過程中并沒有使用類似于遺傳算法這樣的優(yōu)化技術(shù)，但隨著算法條件本身的演進(jìn)，最終結(jié)果能夠滿足所有的限制條件并體現(xiàn)出更好的合理性和多樣性。

在獲得了算法計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，該組同學(xué)進(jìn)一步從功能分區(qū)、交通系統(tǒng)、景觀綠化和公共空間等多個(gè)角度進(jìn)行設(shè)計(jì)的細(xì)化，最終成果也在各個(gè)方面呈現(xiàn)出了非常豐富的結(jié)果（圖11）。該設(shè)計(jì)案例以現(xiàn)存建筑的更新改造再利用為目標(biāo)，以建筑樓層為對象，聚焦于建筑樓層更新功能的設(shè)定，從而將設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)化為影響建筑樓層使用因素的提煉和評(píng)價(jià)，并應(yīng)用計(jì)算性方法解決了問題。

（3）基于聚類算法的老舊街區(qū)更新設(shè)計(jì)（2023年）

與前一個(gè)案例出發(fā)點(diǎn)相反，2023年的另一組同學(xué)在對場地進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)研后，將問題聚焦于公共空間，包括空間浪費(fèi)、利用效率低下、缺少綠化、視線壓抑、視覺體驗(yàn)差等。因此，該組提出的設(shè)計(jì)核心問題是如何提高建筑之間的外部空間的品質(zhì)和使用體驗(yàn)。在該問題的引導(dǎo)下，該組同學(xué)有意識(shí)地應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法知識(shí)，在將街區(qū)外部空間劃分為獨(dú)立單元的基礎(chǔ)上，針對這些空間單元的形態(tài)特征，通過聚類分析來明確空間的使用傾向。他們進(jìn)一步從廣場和街巷兩個(gè)使用方式的特點(diǎn)來選擇相應(yīng)的聚類指標(biāo)，包括形狀率、方向性、開敞度、面積、視線深度、視線角度等，從而構(gòu)建了完整的設(shè)計(jì)流程（圖12）。

在設(shè)計(jì)流程的導(dǎo)引下，該組同學(xué)基于建筑的轉(zhuǎn)折點(diǎn)將街區(qū)的建筑外部空間劃分為169個(gè)獨(dú)立的凸空間，并分別計(jì)算這些空間的形態(tài)特征指標(biāo)（圖13、圖14）。針對廣場空間的特點(diǎn)，他們選擇了面積、空間方向性、開敞度、與車行道距離、視深平均值、視角平均值、高度方差和高度平均值這些指標(biāo)，并通過聚類分析將其分為4類，篩選出其中最適合作為廣場的類型（圖15）。根據(jù)廣場輻射范圍內(nèi)不同功能的建筑數(shù)量，進(jìn)而確定了這些廣場各自的功能。針對街巷交通空間的特點(diǎn)，他們選擇高度平均值、高度方差、視角平均值、視角方差、開敞度和空間方向性等指標(biāo)，并通過聚類分析將其分為3類，篩選出最合適作為街巷的類型（圖16）。在聚類篩選的基礎(chǔ)上，該組同學(xué)明確了總平面布局的廣場和街巷空間，并再次根據(jù)不同廣場的形態(tài)特征進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，既改善了城市空間的視覺體驗(yàn)，又提升了其使用效率（圖17）。整個(gè)過程很好地詮釋了計(jì)算性思維在設(shè)計(jì)教學(xué)中的完整應(yīng)用。

該設(shè)計(jì)案例以街區(qū)外部空間的有效利用和活力激發(fā)為目標(biāo)，以外部空間為對象，聚焦于外部空間對不同功能的適用性，從而將設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)化為對外部空間形態(tài)特征的解讀，并應(yīng)用聚類分析等計(jì)算性方法解決了問題。相較前兩個(gè)案例，該案例進(jìn)一步展現(xiàn)了新興的計(jì)算技術(shù)在計(jì)算性設(shè)計(jì)中的應(yīng)用前景。

5" 總結(jié)思考

南京大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院近年來的老舊住區(qū)更新計(jì)算性設(shè)計(jì)教學(xué)是通過探索新的教學(xué)方法回應(yīng)新的城市設(shè)計(jì)條件的一次嘗試。教學(xué)模式和課程組織有意識(shí)地訓(xùn)練學(xué)生的設(shè)計(jì)研究思維，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密邏輯思考的同時(shí)鼓勵(lì)他們通過創(chuàng)新來解決現(xiàn)實(shí)問題。教師在其中承擔(dān)的不僅是傳播知識(shí)的角色，更是組織者和引導(dǎo)者，通過將教學(xué)組織安排與計(jì)算性思維方式緊密結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作和獨(dú)立探索的能力。教學(xué)設(shè)計(jì)將計(jì)算性思維中的問題、知識(shí)、信息、數(shù)據(jù)四個(gè)相互關(guān)聯(lián)的步驟轉(zhuǎn)化成四個(gè)設(shè)計(jì)研究階段：（1）在特定現(xiàn)實(shí)情景下對研究問題的范圍進(jìn)行準(zhǔn)確定義；（2）引導(dǎo)學(xué)生選取合適的介入視角和知識(shí)框架，還原研究問題為所需信息；（3）鼓勵(lì)學(xué)生選取合適的多樣的工具獲取數(shù)據(jù)并進(jìn)行計(jì)算性分析，翻譯計(jì)算結(jié)果為新的空間認(rèn)知；（4）鼓勵(lì)學(xué)生利用設(shè)計(jì)策略積極回應(yīng)現(xiàn)狀甚至預(yù)測未來，操作新的空間認(rèn)知成設(shè)計(jì)表現(xiàn)。每個(gè)階段明確的主要研究內(nèi)容、分工合作方式、可采用工具和階段性成果，逐步引導(dǎo)學(xué)生從研究到設(shè)計(jì)的完整流程和環(huán)環(huán)相扣的推進(jìn)。

在計(jì)算性設(shè)計(jì)研究的驅(qū)動(dòng)下，教學(xué)成果整體呈現(xiàn)出3個(gè)特點(diǎn)：（1）設(shè)計(jì)都呈現(xiàn)出針對城市老舊住區(qū)的特殊且復(fù)雜問題的回應(yīng)，從人本角度出發(fā)，同時(shí)理性地利用已有空間條件解決問題；（2）成果具有比較明顯的計(jì)算性操作，而在設(shè)計(jì)過程中計(jì)算性的介入情況又各不相同，具有明顯的多樣性；（3）成果呈現(xiàn)出的不同設(shè)計(jì)策略體現(xiàn)出在新的技術(shù)手段和人文未來之間的平衡。

總體而言，教學(xué)成果完整，研究探索和設(shè)計(jì)表達(dá)都達(dá)到了預(yù)期。但是，在教學(xué)過程中，我們也發(fā)現(xiàn)了一些在后續(xù)教學(xué)中需要改善問題。作為強(qiáng)調(diào)研究過程和邏輯思維的設(shè)計(jì)教學(xué)，每個(gè)階段之間的銜接都至關(guān)重要，而最為薄弱環(huán)節(jié)出現(xiàn)在“信息”，也就是可獲得的數(shù)據(jù)如何通過分析變成對問題解決有用的信息。這也是對任課教師的挑戰(zhàn)：如何引導(dǎo)學(xué)生將數(shù)據(jù)的分析和可視化精準(zhǔn)地服務(wù)于場地的特定問題從而啟發(fā)設(shè)計(jì)思路？尤其對于城市更新設(shè)計(jì)教學(xué)而言，復(fù)雜的場地條件所帶來的龐雜數(shù)據(jù)為計(jì)算性設(shè)計(jì)方法提供更多可能性的同時(shí)，也構(gòu)成了模糊關(guān)鍵信息的挑戰(zhàn)。

圖片來源：

圖1amp;2： 童滋雨繪

圖4-8： 來自該組學(xué)生邱雨婷和唐詩詩的設(shè)計(jì)作業(yè)

圖9-11：來自該組學(xué)生李靜怡，劉卓然的設(shè)計(jì)作業(yè)

圖12-17：來自該組學(xué)生陸星宇、李若松、翁嘉隆的設(shè)計(jì)作業(yè)

參考文獻(xiàn)：

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