CN113704856A - 一种参数化的规划地块建筑模型自动生成系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种参数化的规划地块建筑模型自动生成系统,包括参数化UI界面控制模块;地块边界及退让模块,用以根据相应的后退红线距离生成退让边界;路网生成模块,用以生成路网;地块划分及分类模块,用以对路块进行划分和分类;建筑匹配及矩形轮廓优化模块,用以对建筑匹配及矩形轮廓进行优化;容积率控制模块,用以对容积率进行控制;绿化生成模块,用以生成绿化;技术经济指标计算模块,用以计算地块规划技术经济指标;投资估算模块;指标浮窗显示模块。该系统自动生成地块规划建筑模型,能使城市规划流程在更大程度上从更准确的数据分析结果中获益,通过减少人为的偏差和错误,决策者可以将更多的精力用于数据分析的结果。
Description
技术领域
本发明涉及地块规划建筑模型生成技术领域,具体为一种参数化的规划地块建筑模型自动生成系统。
背景技术
目前,地理计算技术自动化是研究和应用的前沿,通过协助基础数据管理和处理,地理计算技术可以有效挖掘数据背后隐含的模式并提供可靠的决策支持,然而,建立、展示、交流和添加基于规则建模的三维规划过程仍然是一项十分复杂和困难的工作。
地理学向来在及时处理大型复杂数据集的算法开发方面有较高的前瞻性,地理学领域早在1990年代便开始关于并行计算的探讨,并形成了地理计算这一子领域,根据斯坦·奥彭肖的定义,地理计算意为“应用计算科学范式来研究各种形式的地理学现象,其中包括物理学系统和人类学系统”,对于这类复杂和庞杂的运算,开发并行且能够利用所有并行类型的算法可以极大地提高运算的效率,然而,即便特顿和奥彭肖在1998年已经提出“并行思考”的概念,这一概念至今仍未获得研究领域的充分重视。
在现实中,设计人员的工作常常会出现人为失误或实用技术和规范上的不一致,而使用设计自动化技术能够有效地避免这些错误的产生,并能使城市规划流程在更大程度上从更准确的数据分析结果中获益,通过减少人为的偏差和错误,决策者可以将更多的精力用于数据分析的结果,故而提出一种参数化的规划地块建筑模型自动生成系统以解决上述问题。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供了一种参数化的规划地块建筑模型自动生成系统,该参数化的规划地块建筑模型自动生成系统通过将Grasshopper不同组件下的电池运算器进行一定逻辑的组合连接形成具有特定功能的算法,同时,也可通过对多个运算器进行打包封装成新功能的组合运算器,自动生成地块规划建筑模型,有效的减少地块规划过程中人为的偏差和错误。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种参数化的规划地块建筑模型自动生成系统,包括:
参数化UI界面控制模块,用以对规划地块建筑模型进行控制;
地块边界及退让模块,用以对对地块边界进行拾取或在Rhino平台中直接进行绘制,根据相应的后退红线距离生成退让边界;
路网生成模块,用以生成路网;
地块划分及分类模块,用以对路块进行划分和分类;
建筑匹配及矩形轮廓优化模块,用以对建筑匹配及矩形轮廓进行优化;
容积率控制模块,用以对容积率进行控制;
绿化生成模块,用以生成绿化;
技术经济指标计算模块,用以自动计算地块规划技术经济指标;
投资估算模块,用以估算地块规划项目工程投资造价;
指标浮窗显示模块,通过浮窗的形式对指标进行显示。
进一步,所述UI交互界面对规划地块建筑模型进行控制包括路网类型、区块划分系统、设计容积率和投资估算条件等进行选择或设置,所述UI界面可接收显示当前地块建模模型的经济技术指标数据。
进一步,所述路网生成的方式有多种,其包括以地块几何中心进行中心发散、矩形阵列、泰森多边形或者基于几何的分形原理生成路网,对于路网密度模型中的目标函数是使所研究区域内部各级道路的交通供应总量最大,即道路网各等级道路周转量总和最大,路网密度模型中的约束条件从保证供需平衡、满足道路用地面积率控制、合理干路网密度、合理支路网密度、各等级道路里程“金字塔”型结构以及周转量的“倒三角”结构六个方面进行约束控制。
进一步,所述地块单个区域分块有多种方式,程序可实现自动生成不同类型的划分,基于Rhino的Grasshopper插件中原生态运算器进行生成,内嵌了Quad和Substrate两种方式实现区域自动分割方式,可以对区域分块数量进行设置,根据区块形状及面积对其进行分类,从而生成不同类型建筑。
进一步,所述区块分类匹配生成不同类型的建筑,不同类型建筑的层数和层高可在程序中进行预先设置,同时将建筑轮廓优化为矩形轮廓。
进一步,所述容积率控制为通过容积率对生成的建筑模型进行反向控制,使得地块建筑计算容积率等于输入设计值。
进一步,所述绿化生成模块为在道路边线及空地上生成树模型和显示绿化区域,树的密度可通过参数进行控制。
进一步,所述地块规划技术经济指标包括用地面积、计容建筑面积、计算容积率、建筑密度、绿化面积、绿化率、道路长度和面积及规划停车位,根据地方的规划标准不同,可在程序中对当地相应的规划条件参数进行设置,如退让距离和停车位标准等。
进一步,所述的一种参数化的规划地块建筑模型自动生成系统,其特征在于:所诉投资估算模块为根据生成的规划技术经济指标包括用地面积、计容建筑面积、绿化面积和道路面积数据,程序自动调用内嵌了估算算法的Excel工具,自动计算生成总投资估算、全过程咨询费等估算额。
进一步,所述指标浮窗显示模块为使用GH相关组件将地块经济技术指标在Rhino界面形成浮窗形式的展现,经济技术指标数据随参数调整与模型生成同步实时计算。
与现有技术相比,本申请的技术方案具备以下有益效果:
该参数化的规划地块建筑模型自动生成系统,通过将Grasshopper不同组件下的电池运算器进行一定逻辑的组合连接形成具有特定功能的算法,同时,也可通过对多个运算器进行打包封装成新功能的组合运算器,自动生成地块规划建筑模型,能够有效地避免错误的产生,并能使城市规划流程在更大程度上从更准确的数据分析结果中获益,通过减少人为的偏差和错误,决策者可以将更多的精力用于数据分析的结果。
附图说明
图1为本发明中不同类型的路网示意图;
图2为本发明中不同类型的地块划分示意图;
图3为本发明中地块规划建筑模型的三维视图和平面图;
图4为本发明中不同容积率下的建筑模型图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4,本发明中的参数化的规划地块建筑模型自动生成系统是基于Rhino软件的Grasshopper插件开发,Grasshopper(简称GH)是一款可视化的编程语言,与脚本语言不同,这种编程语言并非代码形式,通过将GH不同组件下的电池运算器进行一定逻辑的组合连接形成具有特定功能的算法,也可对多个运算器进行打包封装成新功能的组合运算器,具体的,本发明的GH运算器逻辑算法包括以下模块:
参数化UI界面控制模块,用以对规划地块建筑模型进行控制;
地块边界及退让模块,用以对对地块边界进行拾取或在Rhino平台中直接进行绘制,根据相应的后退红线距离生成退让边界;
路网生成模块,用以生成路网;
地块划分及分类模块,用以对路块进行划分和分类;
建筑匹配及矩形轮廓优化模块,用以对建筑匹配及矩形轮廓进行优化;
容积率控制模块,用以对容积率进行控制;
绿化生成模块,用以生成绿化;
技术经济指标计算模块,用以自动计算地块规划技术经济指标;
投资估算模块,用以估算地块规划项目工程投资造价。
其中,UI交互界面对规划地块建筑模型进行控制包括路网类型、区块划分系统、设计容积率和投资估算条件等进行选择或设置,UI界面可接收显示当前地块建模模型的经济技术指标数据。
对于路网密度模型中的目标函数是使所研究区域内部各级道路的交通供应总量最大,即道路网各等级道路周转量总和最大,表达式如下所示:
式中:V---道路网总周转量(pcu·km/h);Qi---第i类道路的周转量(pcu·km/h);i---城市道路中有四类,为快速路、主干路、次干路和支路;Ci---第i类道路单条车道的可能通行能力(pcu/h·lane);αi---第i类道路的平均饱和度;βi---第i类道路交叉口折减系数;γi---第i类道路车道综合折减系数;Ni---第i类道路的平均机动车车道数;Li---第i类道路的里程(km)。
路网密度模型中的约束条件从保证供需平衡、满足道路用地面积率控制、合理干路网密度、合理支路网密度、各等级道路里程“金字塔”型结构以及周转量的“倒三角”结构六个方面进行约束控制。
道路交通供需平衡的约束:
合理的路网规划建设首先必须要基本满足道路交通的需求,其中交通供给用道路网总周转量表示,交通需求分为区域内交通需求D1和过境交通需求D2,根据交通供需平衡匹配指数的研究,交通供给与交通需求的比值取0.95—1.05,满足基本供需平衡,表达式如下所示:
式中:V---道路网总周转量(pcu·km/h);D1--区域内交通需求(pcu·km/h);D2--过境交通需求(pcu·km/h);fi---采用第i种交通方式的出行量占总出行量的比例(%);Ii---采用第i种交通方式在所研究区域内的平均出行距离(km);μi---第i种交通方式典型车型的换算系数(pcu/veh);ri---第i种交通方式典型车型的平均实载(人/veh);Xq---所研究区域内第q地块的容积率;Sq---所研究区域内第q地块的用地面积(km2);tq---所研究区域内第q地块的高峰小时出行率(人/(时·百m2));Wj---第j种车型的过境交通量(veh/天);lj w---第j种车型过境交通在区域内部出行距离(km);μj---第j种车型的换算系数(pcu/veh);k----高峰小时流量比(%)。
城市道路用地面积的控制:
城市道路用地面积是反映城市建成区内城市道路拥有量的重要指标,道路面积率过小,道路设施的建设则不能满足交通需求,并引发交通问题,面积率过大,则会造成土地资源的浪费,尤其是在商业区等密集型开发土地价值高的区域,过高的用地面积会影响其他性质的土地使用,因此,需要在道路宽度合理前提下对面积率进行上限控制,表达式如下所示:
式中:di----各等级道路道路宽度(km);Li----各等级道路道路长度(km);Amax----区域道路面积率上限值(%);S----研究区域面积(km2)。
合理干路网密度的约束:
我国的道路网布局多为方格网型布局,众多学者以方格网路网为例,借鉴已建成成熟区域的指标,从建筑布局、市政基础设施布置、合理的街廓尺寸、信号控制和公交站点布置等方面对干路网密度指标做出范围确定,表达式如下所示:
式中:L2、L3---研究区域内主干路、次干路道路长度(km);S----研究区域面积(km2);εg----合理干路网密度(km/km2)。
支路网密度的约束:
支路是城市道路系统中最末端的一级,属于地区服务性道路,以解决局部片区的交通问题以为主,具有分流主干道交通、联系主干道与建筑单元之间的要道等作用,支路网的丰富与畅通对于维持城市各项功能的正常运行及保持道路网络的畅通有重要影响,根据《规范》控制的传统规划“稀路网、宽马路”模式以单一的干道网系统构成城市路网的主要骨架,使我国城市普遍缺乏支路系统,忽视慢行环境,出现大量交通问题,许多专家学者针对路网布局提出调整意见,“窄而密”的路网布局模式获得广泛认可,其中最直接有效的方法是通过提高支路网密度,减小支路网间距获得小街区布局,表达式如下所示:
式中:L4---研究区域内支路道路长度(km);S----研究区域面积(km2);εz---合理支路网密度(km/km2)。
各等级道路里程的“金字塔”结构:
城市道路网必须有合理的等级结构,以保障城市道路交通流从低一级道路向高一级道路有序汇集,并由高一级道路向低一级道路有序疏散,因此在规划时,对各等级道路里程进行控制,表达式如式下所示:
L1≤L2≤L3≤L4
各等级道路周转量的“倒三角”结构:
道路周转量是由不同等级道路设计通行能力与道路里程相乘并进行相应折减后得到的,不同类别道路系统的交通功能不同,城市道路从功能上分为疏通性道路和服务性交通道路两类,交通量从低等级道路向高等级道路疏散,道路周转量低等级道路要小于高等级道路,因此在规划时对各等级道路周转量进行控制,表达式如下所示:
Q1≥Q2≥Q3≥Q4
路网生成的方式有多种,其包括以地块几何中心进行中心发散、矩形阵列、泰森多边形或者基于几何的分形原理生成路网。
同时,地块单个区域分块有多种方式,程序可实现自动生成不同类型的划分,基于Rhino的Grasshopper插件中原生态运算器进行生成,内嵌了Quad和Substrate两种方式实现区域自动分割方式,可以对区域分块数量进行设置,根据区块形状及面积对其进行分类,从而生成不同类型建筑。
区块分类匹配生成不同类型的建筑,不同类型建筑的层数和层高可在程序中进行预先设置,同时将建筑轮廓优化为矩形轮廓。
此外,容积率控制为通过容积率对生成的建筑模型进行反向控制,使得地块建筑计算容积率等于输入设计值,绿化生成模块为在道路边线及空地上生成树模型和显示绿化区域,树的密度可通过参数进行控制。
并且,地块规划技术经济指标包括用地面积、计容建筑面积、计算容积率、建筑密度、绿化面积、绿化率、道路长度和面积及规划停车位,根据地方的规划标准不同,可在程序中对当地相应的规划条件参数进行设置,如退让距离和停车位标准等。
再者,投资估算依据生成的规划技术经济指标包括用地面积、计容建筑面积、绿化面积和道路面积等数据,程序自动调用内嵌了估算算法的Excel工具,自动计算生成总投资估算、全过程咨询费等估算额。
指标浮窗显示模块为使用GH相关组件将地块经济技术指标在Rhino界面形成浮窗形式的展现,经济技术指标数据随参数调整与模型生成同步实时计算。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、系统、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、系统、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、系统、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种参数化的规划地块建筑模型自动生成系统,其特征在于,包括:
参数化U I界面控制模块,用以对规划地块建筑模型进行控制;
地块边界及退让模块,用以对对地块边界进行拾取或在Rhino平台中直接进行绘制,根据相应的后退红线距离生成退让边界;
路网生成模块,用以生成路网;
地块划分及分类模块,用以对路块进行划分和分类;
建筑匹配及矩形轮廓优化模块,用以对建筑匹配及矩形轮廓进行优化;
容积率控制模块,用以对容积率进行控制;
绿化生成模块,用以生成绿化;
技术经济指标计算模块,用以自动计算地块规划技术经济指标;
投资估算模块,用以估算地块规划项目工程投资造价;
指标浮窗显示模块,通过浮窗的形式对指标进行显示。
2.根据权利要求1所述的一种参数化的规划地块建筑模型自动生成系统,其特征在于:所述UI交互界面对规划地块建筑模型进行控制包括路网类型、区块划分系统、设计容积率和投资估算条件等进行选择或设置,所述UI界面可接收显示当前地块建模模型的经济技术指标数据。
3.根据权利要求1所述的一种参数化的规划地块建筑模型自动生成系统,其特征在于:所述路网生成的方式有多种,其包括以地块几何中心进行中心发散、矩形阵列、泰森多边形或者基于几何的分形原理生成路网,对于路网密度模型中的目标函数是使所研究区域内部各级道路的交通供应总量最大,即道路网各等级道路周转量总和最大,路网密度模型中的约束条件从保证供需平衡、满足道路用地面积率控制、合理干路网密度、合理支路网密度、各等级道路里程“金字塔”型结构以及周转量的“倒三角”结构六个方面进行约束控制。
4.根据权利要求1所述的一种参数化的规划地块建筑模型自动生成系统,其特征在于:所述地块单个区域分块有多种方式,程序可实现自动生成不同类型的划分,基于Rhino的Grasshopper插件中原生态运算器进行生成,内嵌了Quad和Substrate两种方式实现区域自动分割方式,可以对区域分块数量进行设置,根据区块形状及面积对其进行分类,从而生成不同类型建筑。
5.根据权利要求1所述的一种参数化的规划地块建筑模型自动生成系统,其特征在于:所述区块分类匹配生成不同类型的建筑,不同类型建筑的层数和层高可在程序中进行预先设置,同时将建筑轮廓优化为矩形轮廓。
6.根据权利要求1所述的一种参数化的规划地块建筑模型自动生成系统,其特征在于:所述容积率控制为通过容积率对生成的建筑模型进行反向控制,使得地块建筑计算容积率等于输入设计值。
7.根据权利要求1所述的一种参数化的规划地块建筑模型自动生成系统,其特征在于:所述绿化生成模块为在道路边线及空地上生成树模型和显示绿化区域,树的密度可通过参数进行控制。
8.根据权利要求1所述的一种参数化的规划地块建筑模型自动生成系统,其特征在于:所述地块规划技术经济指标包括用地面积、计容建筑面积、计算容积率、建筑密度、绿化面积、绿化率、道路长度和面积及规划停车位,根据地方的规划标准不同,可在程序中对当地相应的规划条件参数进行设置,如退让距离和停车位标准等。
9.根据权利要求1所述的一种参数化的规划地块建筑模型自动生成系统,其特征在于:所诉投资估算模块为根据生成的规划技术经济指标包括用地面积、计容建筑面积、绿化面积和道路面积数据,程序自动调用内嵌了估算算法的Excel工具,自动计算生成总投资估算、全过程咨询费等估算额。
10.根据权利要求1所述的一种参数化的规划地块建筑模型自动生成系统,其特征在于:所述指标浮窗显示模块为使用GH相关组件将地块经济技术指标在Rhino界面形成浮窗形式的展现,经济技术指标数据随参数调整与模型生成同步实时计算。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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