CN111696195A - 一种街区三维空间形态量化分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种街区三维空间形态量化分析方法，适用于城市设计领域。在现有的对于街区形态的量化表述方法如容积率、街区高度、建筑密度等主要用于街区开发建设强度的管控，并不能准确反应街区复杂的三维形态。本发明首先街区形态理解为由街区内建筑物外表面和场地共同构成的褶皱形的表面集合，其次，根据建构的三维形态参数计算公式对街区各形态参数进行统计，最后，通过对街区表面、高度、体积及场地展开的分析对街区形态进行量化分类，建立空间形态与量化指标之间的准确关联。本发明对认知街区形态的三维形态复杂特征提供了一种科学、精确的量化方法。

Description

一种街区三维空间形态量化分析方法
技术领域
本发明属于城市设计领域，具体涉及一种街区三维空间形态量化分析方法，适用于街区三维空间形态的精确量化表达。
背景技术
中观尺度对城市形态的认知主要从街区角度展开，具有联系大尺度城市结构和微观建筑单体形态的作用。通过量化参数表达建立街区三维空间形态与量化指标之间的关联，有利于引导街区内部建筑形体设计及街区的物理性能管控。目前对于街区形态的量化表达方法主要包括：
1、容积率、建筑密度、建筑高度
现有的城乡规划体系中对于街区管控，主要采用容积率、建筑密度、建筑高度来表达街区内部形态指标，其中容积率指街区内所有建筑面积与街区用地的比值，建筑密度指街区内建筑占地面积与街区面积的比值，建筑高度指街区内最大高度。上述指标能够反应街区内部的建设强度，但并不能精确反应街区的三维空间形态。同样的指标下，存在较大的空间形态差异性。
2、空间矩阵法(space matrix)
荷兰代尔夫特大学的伯特和哈普特建构了空间矩阵方式，通过对上述三项指标以建筑密度为X轴，容积率为Y轴，结合建筑层数为和开敞率可以对不同空间类型的街区进行分类比较。该方法相对于单一指标可以大致区分街区建设模式，但对于街区空间形态的物理性能表达关联性不足。
3、天空可视域
天空可视域(SVF)指街区内测量点可见天空表面面积与无遮挡半球天空表面的比值。该数值常用于表达城市的微气候特征，数值范围在0-1之间，一般情况下，该值越大，街区热岛效应越低。实际应用中常采用平均天空可视域的测算方法，对所测区域应用网格取点，求出各测量点天空可视域值后计算平均值，以表达一个街区的天空可视域特征。该指标已广泛应用到城市微气候研究领域，但在城市设计实践中，很难使用该指标辅助设计工作。
4、空间句法
由比尔·希列尔和朱利安妮·汉森等提出的，在城市设计领域其主要用于研究城市道路的拓扑结构分析，用节点与连线来描述城市形态的空间关系，主要指标包括连接值、深度值、控制值等。该方法主要用于表述城市形态的空间拓补关系，并不能反应具体的三维形态。
在城市设计实践中目前主要采用的是方法一，后三种方法主要应用于研究领域。方法1仅满足建设的量的控制，并不能精确的落实城市设计空间引导意图，方法2对于复杂街区形态的量化表达精确度较弱，且不能联系空间形态与物理性能关系，方法3和4由于计算方式复杂，在实际应用中推广难度较大。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种能精确表达街区三维空间形态的方法，作为理解和认知街区三维形态多样性的一种技术工具，并辅助用于城市设计量化推导。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种街区三维空间形态量化分析方法，具体实施步骤包括：
步骤1、获取基础资料：基础数据包括城市街区边界线矢量文件，街区内部建筑轮廓矢量文件，建筑高度信息，其中矢量文件采用DWG格式，定义各形态值对应内涵，建构三维形态模型；
步骤2、表面分析：研究街区内建筑物外表面和场地共同构成的褶皱形表面的丰富度，主要包括复杂度(Cex)和屋顶面积比(Rar)分析两项内容。其中复杂度指街区中总建筑表面积与街区面积的比值，该值越大，表明街区内建筑复杂度越高，计算方法见公式1；屋顶面积比指街区内总屋顶建筑面积与街区内总建筑表面积的比值，同等容积率下，该值越大，街区形态越接近低层高密度模式，该值越小，街区形态越接近高层低密度模式，计算方法见公式2；
Figure BDA0002484499720000021
其中，SAi为街区内第i栋建筑表面积，Ab为街区面积，n为建筑栋数；
Figure BDA0002484499720000022
其中，RAi为街区内第i栋建筑的建筑屋顶面积，SAi为街区内第i栋建筑的表面积，FAi(s)为南向建筑立面面积，m为南向立面总数；
步骤3、高度分析：高度分析主要包括建筑加权平均高度(Meh)和建筑高度标准差(Sth)分析两项内容；建筑加权平均高度指街区内各栋建筑面积与自身高度乘积总和与街区内总建筑面积的比值，该参数更精确反应了街区内整体高度趋势，计算方法见公式3；建筑高度标准差指街区内建筑高度方差的平方根，该值反应了街区内的高度波动情况，值越大街区内部高度差异越大，计算方法见公式4；
Figure BDA0002484499720000023
其中，TAi为街区内第i栋建筑的总建筑面积，Hi第i栋建筑的高度；
Figure BDA0002484499720000031
其中，Hi第i栋建筑的高度，Meh为街区建筑加权平均高度,n为街区内建筑栋数；
步骤4、体积分析：紧凑度(Com)，指街区中总建筑表面积与总建筑体积的比值，该值可理解为街区尺度的体型系数，一定程度反应街区的物理性能，计算方法见公式5；
Figure BDA0002484499720000032
其中，Vi为街区内第i栋建筑的建筑体积，SAi为对应的建筑表面积；
步骤5、场地分析：开敞率(Osr)，街区内室外场地面积与总建筑面积的比值，该值相对于绿地率可更加精确反应街区内开敞空间与建设强度的关系，计算方法见公式6；
Figure BDA0002484499720000033
其中，OA为街区室外场地面积，TAi为街区内第i栋建筑的总建筑面积；
步骤6、综合分析：在步骤2到步骤5对应参数计算基础上，建构六角坐标系，将各项指标值标记于对应坐标轴中，将各参数点连线形成街区形态参数多边形；该多边形即反应了街区的三维形态特征。
本发明的有益效果是：
本发明所述的一种街区三维空间形态量化分析方法，一种能精确表达街区形态的量化方法，科学精确，作为理解和认知街区三维形态多样性的一种技术工具，并辅助用于城市设计量化推导。
附图说明
图1为本发明所述方法的流程示意图；
图2为形态参数定义图；
图3为街区基础矢量文件图；
图4为街区三维形态模型图；
图5为街区三维形态综合分析图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，以南京市河西新区朗诗国际街区(街区A)及宋都美域锦园(街区B)两个街区作为对比具体阐述该发明在实际应用中的操作方法。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明公布了一种针对城市街区复杂三维形态的量化分析方法，首先街区形态理解为由街区内建筑物外表面和场地共同构成的褶皱形的表面集合，其次，根据建构的三维形态参数计算公式对街区六项形态参数进行统计，最后，通过六角坐标系对街区三维形态特征进行综合分析，获得街区三维形态综合量化指标系。
如图1所示，本发明流程如下：
步骤1、获取基础资料，基础数据包括城市街区边界线矢量文件，街区内部建筑轮廓矢量文件，建筑高度信息，其中矢量文件采用DWG格式，并根据矢量数据建构街区三维模型(图3-4)。
步骤2、表面分析，根据计算公式1和公式2分别计算街区A和街区B的复杂度及屋顶面积比。街区A复杂度为1.33，屋顶面积比为0.15，街区B的复杂度为1.41，屋顶面积比为0.09。
步骤3、高度分析，根据计算公式3和公式4分别计算街区A和街区B的建筑加权高度及建筑高度标准差。街区A建筑加权高度为36.1m、建筑高度标准差为10.3m，街区B建筑加权高度为48.8m、建筑高度标准差为3.8m。
步骤4、体积分析，根据公式5分别计算街区A和街区B的紧凑度。街区A紧凑度为0.19，街区B紧凑度为0.25。
步骤5、场地分析，根据公式6分别计算街区A和街区B的开敞率。街区A开敞率为0.34，街区B开场率为0.47。
步骤6、综合分析，统计步骤2至步骤5各项参数，建构六角坐标系，将各项指标值标记于对应坐标轴中，将各参数点连线形成街区形态参数多边形(表1、图5)。
表1形态参数量化指标
复杂度 屋顶面积比 加权高度 高度标准差 紧凑度 开敞率
街区A 1.33 0.15 36.1m 10.3m 0.19 0.34
街区B 1.41 0.09 48.8m 3.8m 0.25 0.47
。

Claims (2)

1.一种街区三维空间形态量化分析方法，其特征在于：具体实施步骤包括：
步骤1、获取基础资料：基础数据包括城市街区边界线矢量文件，街区内部建筑轮廓矢量文件，建筑高度信息，定义各形态值对应内涵，建构三维形态模型；
步骤2、表面分析：研究街区内建筑物外表面和场地共同构成的褶皱形表面的丰富度，包括复杂度(Cex)和屋顶面积比(Rar)分析两项内容；其中复杂度指街区中总建筑表面积与街区面积的比值，该值越大，表明街区内建筑复杂度越高，计算方法见公式1；屋顶面积比指街区内总屋顶建筑面积与街区内总建筑表面积的比值，同等容积率下，该值越大，街区形态越接近低层高密度模式，该值越小，街区形态越接近高层低密度模式，计算方法见公式2；
Figure FDA0002484499710000011
其中，SAi为街区内第i栋建筑表面积，Ab为街区面积，n为建筑栋数；
Figure FDA0002484499710000012
其中，RAi为街区内第i栋建筑的建筑屋顶面积，SAi为街区内第i栋建筑的表面积，FAi(s)为南向建筑立面面积，m为南向立面总数；
步骤3、高度分析：高度分析包括建筑加权平均高度(Meh)和建筑高度标准差(Sth)分析两项内容；建筑加权平均高度指街区内各栋建筑面积与自身高度乘积总和与街区内总建筑面积的比值，该参数更精确反应了街区内整体高度趋势，计算方法见公式3；建筑高度标准差指街区内建筑高度方差的平方根，该值反应了街区内的高度波动情况，值越大街区内部高度差异越大，计算方法见公式4；
Figure FDA0002484499710000013
其中，TAi为街区内第i栋建筑的总建筑面积，Hi第i栋建筑的高度；
Figure FDA0002484499710000014
其中，Hi第i栋建筑的高度，Meh为街区建筑加权平均高度，n为街区内建筑栋数；
步骤4、体积分析：紧凑度(Com)，指街区中总建筑表面积与总建筑体积的比值，该值为街区尺度的体型系数，反应街区的物理性能，计算方法见公式5；
Figure FDA0002484499710000015
其中，Vi为街区内第i栋建筑的建筑体积，SAi为对应的建筑表面积；
步骤5、场地分析：开敞率(Osr)，街区内室外场地面积与总建筑面积的比值，该值精确反应街区内开敞空间与建设强度的关系，计算方法见公式6；
Figure FDA0002484499710000016
其中，OA为街区室外场地面积，TAi为街区内第i栋建筑的总建筑面积；
步骤6、综合分析：在步骤2到步骤5对应参数计算基础上，建构六角坐标系，将各项指标值标记于对应坐标轴中，将各参数点连线形成街区形态参数多边形；该多边形即反应了街区的三维形态特征。
2.根据权利要求1所述的一种街区三维空间形态量化分析方法，其特征在于：步骤1所述矢量文件采用DWG格式。
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