CN113919037B - 城市设计导则中形态管控要素可行性的数字化验核方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种城市设计导则中形态管控要素可行性的数字化验核方法，包括：步骤1，根据城市设计导则管控要素中的建筑退让用地红线距离控制线、高层建筑可建范围管控区及高度要求、屋面线及其高度要求，生成三维可建设范围；步骤2，根据导则中的地块内控制性绿地和广场范围、穿越街区的公共步道，生成三维不可建设范围；步骤3，生成形体的布尔运算，得到地块建筑可建设空间范围，并生成三维建筑体量。步骤4，根据导则中的街墙要求，调整形体位置，验证管控要素的可行性；步骤5，检验生成的形体是否满足相关建筑规范要求。本发明方法可以快速验证城市设计导则编制时设定的管控要素的可行性，帮助设计师高效制定城市形态控制与引导策略。

Description

城市设计导则中形态管控要素可行性的数字化验核方法
技术领域
本发明属于城市设计领域，具体涉及一种城市设计导则中形态管控要素可行性的数字化验核方法。
背景技术
城市设计导则是城市设计过程中制定的专门用于引导城市开发建设的设计准则，其中形态管控是控制引导各地块建筑空间形态的关键手段。它通过一系列管控要素对未来建筑的三维形态形成管控，建筑设计需要符合城市设计导则的相关要求。城市设计导则中的管控要素分为控制性与引导性两类，其中控制性是必须遵守的硬性条件，而引导性要素在执行时则有一定弹性。城市设计导则编制的难度在于有效管控，既不能过于严格，以至于与建筑设计规范矛盾而无法实现；也不能过于宽松，以至于对地块未来建筑形态无法形成有效约束。
目前国内城市设计导则的编制，多是分系统分要素的给出各自的控制引导要求，如各地块建筑退让用地红线距离要求，各地块街墙要求等。但当诸多管控要素组合起来共同作用于同一个地块时是否合理，以及是否会与国家或地方的建筑设计规范发生矛盾，在城市设计阶段是缺乏验证的，一般需要等到建筑概念方案阶段，通过人工建筑方案设计来验证。因此往往造成一方面验证过程滞后，建筑设计阶段才发现城市设计管控要素或指标的不合理，实际建筑形体无法满足城市设计要求；另一方面，就算在导则编制阶段提前引入人工建筑方案试做，通常也只是给出在城市设计导则管控下的一种形态可能性。
数字化生成建筑体块三维模型技术可以尝试生成并例举出导则要素管控下形态发生的所有可能形态解，帮助城市设计导则编制中设计师进行导则管控要素的科学配置，从而进行高效的城市形态控制与引导。
发明内容
发明目的：针对背景中提到的城市设计导则编制阶段管控要素的可靠性与精准性有限，管控要素可行性的验证过程滞后的问题，以及人工建筑方案试做只能通过试错的方法验证一种或有限的几种形态可能，无法全面展示城市设计导则控制性要素管控下的所有形态的问题，本发明提出的城市设计导则中形态管控要素可行性的数字化验核方法，可以在城市设计导则编制阶段，对相关形态管控要素控制引导下的建筑体量进行实时生成反馈，从而在城市设计导则编制阶段为设计师提供判断依据。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种城市设计导则中形态管控要素可行性的数字化验核方法，包括如下步骤：
步骤一，根据城市设计导则形态管控要素中的建筑退让用地红线距离控制线、高层建筑可建范围管控区及高度要求、屋面线及其高度要求，生成城市设计导则控制下的三维可建设范围；
步骤二，根据城市设计导则形态管控要素中的地块内控制性绿地和广场范围、穿越街区的公共步道，生成城市设计导则控制下的三维不可建设范围；
步骤三，根据步骤一和步骤二确定的空间范围进行布尔运算，得到地块建筑可建设空间，在该可建设空间内，根据用地性质、地块限高、地块容积率、建筑密度控制四项指标生成三维建筑体量；
步骤四，根据城市设计导则形态管控要素中的建筑贴线率/对位率，调整裙房与塔楼位置；通过位置调整，若无法满足城市设计导则街墙要求，表明街墙管控要素设置不合理，需修改调整；否则继续下一步；
步骤五，检验生成的三维形体能否满足相关建筑规范要求；若无法满足要求，则城市设计导则设置的管控要素不合理，需修改调整；若满足，则管控要素可行，生成符合的三维模型。
进一步的，所述步骤一，生成三维可建设范围方法包括：
导入城市设计导则形态管控要素中的下列要素：建筑退让用地红线距离控制线、高层建筑可建范围管控区TL、多层建筑可建范围管控区SL、屋面控制线RL及各控制线内的高度要求；
各控制线均为闭合多段线，围合形成面域；TL、SL、RL对应面域分别为第一面域TF、第二面域SF、第三面域RF，对应高度分别为第一高度TH、第一高度SH、第一高度RH；
分别将TF，SF，RF垂直向上拉升TH、SH、RH，生成第一三维体量TV、第二三维体量SV、第三三维体量RV；计算TV、SV、RV三个体量的并集，生成城市设计导则控制下的三维可建设范围VC。
进一步的，所述步骤二，生成三维不可建设范围方法包括：
导入城市设计导则形态管控要素中的下列要素：地块内控制性绿地和广场范围GL、穿越街区的公共步道PL；GL、PL为闭合多段线；GL、PL的对应面域分别为第四面域GF、第五面域PF；
分别将GF、PF垂直向上拉升高度TH，生成第四三维体量GV、第五三维体量PV，计算GV与PV的并集，生成城市设计导则控制下的三维不可建设范围VF。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益的技术效果：
1)本发明提高城市设计导则中形态管控要素设置的合理性，避免建筑概念设计阶段因为发现管控要素与建筑规范矛盾而不可行。
2)本发明推动城市设计导则对建筑形态的管控由粗放转向精细化，提高城市设计导则的高效性与精准性。
3)本发明通过计算机自动生成建筑体块三维模型技术，对未来可能的建筑形态进行分析，避免人工思维限制。
附图说明
图1是城市设计导则形态管控要素控制下的三维可建设范围生成示意图；
图2是城市设计导则形态管控要素控制下的三维不可建设范围生成示意图；
图3是在城市设计控制的地块建筑可建设空间范围内生成三维建筑体量示意图；
图4是根据城市设计导则中的街墙要求调整体量位置示意图；
图5是通过“二维线框”对建筑形态形成管控的要素管控方式示意图；
图6是通过“二维线框+高度数值”对建筑形态形成管控的要素管控方式示意图；
图7是建筑贴线率计算方法示意图；
图8是建筑对位率计算方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
本发明所述的城市设计导则中形态管控要素可行性的数字化验核方法，具体实施步骤如下：
步骤一，根据城市设计导则形态管控要素中的建筑退让用地红线距离控制线、高层建筑可建范围管控区、屋面线及其高度要求，生成城市设计导则控制下的三维可建设范围(红盒子)；如图1所示：
导入城市设计导则形态管控要素中的下列要素：建筑退让用地红线距离控制线、高层建筑可建范围管控区TL、多层建筑可建范围管控区SL、屋面控制线RL及各控制线内的高度要求；各控制线均为闭合多段线，围合形成面域；TL、SL、RL对应面域分别为第一面域TF、第二面域SF、第三面域RF，对应高度分别为第一高度TH、第一高度SH、第一高度RH；分别将TF，SF，RF垂直向上拉升TH、SH、RH，生成第一三维体量TV、第二三维体量SV、第三三维体量RV；计算TV、SV、RV三个体量的并集，生成城市设计导则控制下的三维可建设范围VC。
步骤二，根据城市设计导则形态管控要素中的地块内控制性绿地和广场范围、穿越街区的公共步道，生成城市设计导则控制下的三维不可建设范围(绿盒子)；如图2所示：
导入城市设计导则形态管控要素中的下列要素：地块内控制性绿地和广场范围GL、穿越街区的公共步道PL；GL、PL为闭合多段线；GL、PL的对应面域分别为第四面域GF、第五面域PF；分别将GF、PF垂直向上拉升高度TH，生成第四三维体量GV、第五三维体量PV，计算GV与PV的并集，生成城市设计导则控制下的三维不可建设范围VF。
步骤三，判断城市设计导则与控制性详细规划地块指标的适配性：从红盒子VC做绿盒子VF体量的三维布尔减运算，得到地块建筑可建设空间体量V；在该可建设空间体量内，根据控制性详细规划或城市设计给定的用地性质、地块限高、地块容积率、建筑密度控制四项指标，生成三维建筑体量，如图3所示。
步骤四，调整建筑体量位置以适应城市设计街墙要求，如图4所示：根据城市设计导则形态管控要素中的建筑贴线率/对位率，调整裙房与塔楼位置；
若通过位置调整，无法满足城市设计导则街墙要求，说明街墙管控要素不合理，需修改调整；若通过位置调整，可以满足城市设计导则街墙要求，继续下一步。
步骤五，建筑规范强制性条文验证：根据相关建筑规范要求，检验建筑防火间距要求、高层塔楼消防登高面要求，消防环道与消防扑救场地要求是否可以满足；
若无法满足要求，则城市设计导则设置的管控要素不合理，需修改调整(适当取消或放宽要求)；若满足，则管控要素可行，生成符合的三维模型。
形态管控要素主要通过以下几类方式对建筑形态形成管控。
1)二维范围框(图5)：为二维闭合线框，该类城市设计导则中的管控要素包含“建筑退让用地红线距离控制线”、“地块内控制性绿地与广场范围”，相关形态需要在此线框内发生，超出则不符合要求。
2)二维范围框+高度数值(图6)：可对建筑形体形成三维空间要求，如“高层塔楼可建范围管控区及高度要求”、“屋面控制线及其高度要求”，相关形态需要在其生成的三维包裹体内发生，超出则不符合要求。
3)参数值：需要通过公式计算来判断是否符合要求，如“建筑贴线率”指建筑物贴街墙控制线的界面长度和与街墙控制线总长度的比值(图7)，用以控制沿街建筑的连续性，建筑贴线率P1＝建筑物贴街墙控制线的界面长度和(B1+B2)/街墙控制线总长度T*100％。“建筑对位率”指建筑物贴建筑控制线的界面长度和与建筑沿道路投影面总长度的比值(图8)，用以控制沿街建筑的规整度和秩序感，建筑对位率P2＝建筑物贴街墙控制线的界面长度和(B1+B2)/建筑沿道路投影面总长度L*100％。
进行城市设计导则控制性要素读取时，由于城市设计图则通常编制采用cad软件绘制(如Autodesk)，可通过不同图层导入不同的管控要素及其指标，然后根据本发明的步骤与方法，逐次读取管控要素及其指标，以生成建筑形体。
采用本发明提出的方法，分步骤地验证城市设计导则中管控要素的可行性，可以揭示城市设计导则的哪类要素与哪些环节存在矛盾，从而可以帮助设计师快速找出问题，进行及时调整。若相关管控要素可行，则实时生成并列举该组管控要素影响下的可能建筑形态体块，帮助城市设计师快速制定有效的城市形态约束与引导策略。
本发明将城市设计导则管控与控制性详细规划、建筑设计的关系进行有效解析，使得计算机可以依据该步骤与方法进行建筑形态的生成，对城市设计导则形态管控要素合理性进行实时反馈，帮助城市设计师进行高效的城市设计导则编制工作。
一方面对城市设计导则与控制性详细规划地块指标的适配性进行验证，另一方面也对城市设计导则下可生成的三维建筑形体能否满足建筑设计规范中的强制性条文要求进行验证，从而保证城市设计导则管控要素的可行性与合理性。
本发明主要针对城市设计导则中的控制性形态管控要素的可行性，纳入验证的形态管控要素主要包含：(1)建筑退让用地红线距离控制线；(2)高层建筑可建范围管控区及高度要求；(3)多层建筑可建范围管控区；(4)屋面控制线及其高度要求；(5)地块内控制性绿地和广场范围；(6)穿越街区的公共步道；(7)街墙控制线(含建筑贴线率、建筑对位率)。
建筑规范验证依据为《民用建筑设计通则》、《高层民用建筑防火规范》、《地方城市规划管理技术规定》(如《江苏省城市规划管理技术规定》、《上海市城市规划管理技术规定》等)中的相关要求，验证内容包含建筑防火间距要求、高层塔楼消防登高面要求，消防环道与消防扑救场地要求等。
本发明提出的方法，可以在城市设计导则编制阶段，结合数字化自动生成建筑体块三维模型技术，对导则中控制性管控要素的合理性与可行性进行实时验证，帮助城市设计师调整与优化城市设计导则管控的要素关系与指标，大大提高城市设计阶段管控要素与指标制定的可靠性与精准性。
采用本发明，城市设计师在编制城市设计导则过程中，导入形态管控要素图及其相关指标，可以实时获得该组要素管控下可能生成的建筑三维形态是否与控制性详细规划的地块指标相匹配，以及是否与建筑设计规范存在冲突的反馈。若不存在冲突，那么可以获得地块建筑体块形态效果的多种可能性，观察该组要素的管控是否符合城市设计意图，以及是否进行了有效的形态约束。

Claims (1)

1.一种城市设计导则中形态管控要素可行性的数字化验核方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一，根据城市设计导则形态管控要素中的建筑退让用地红线距离控制线、高层建筑可建范围管控区及高度要求、屋面线及其高度要求，生成城市设计导则控制下的三维可建设范围；生成三维可建设范围方法包括：
导入城市设计导则形态管控要素中的下列要素：建筑退让用地红线距离控制线、高层建筑可建范围管控区TL、多层建筑可建范围管控区SL、屋面控制线RL及各控制线内的高度要求；
各控制线均为闭合多段线，围合形成面域；TL、SL、RL对应面域分别为第一面域TF、第二面域SF、第三面域RF，对应高度分别为第一高度TH、第一高度SH、第一高度RH；
分别将TF，SF，RF垂直向上拉升TH、SH、RH，生成第一三维体量TV、第二三维体量SV、第三三维体量RV；计算TV、SV、RV三个体量的并集，生成城市设计导则控制下的三维可建设范围VC；
步骤二，根据城市设计导则形态管控要素中的地块内控制性绿地和广场范围、穿越街区的公共步道，生成城市设计导则控制下的三维不可建设范围；生成三维不可建设范围方法包括：
导入城市设计导则形态管控要素中的下列要素：地块内控制性绿地和广场范围GL、穿越街区的公共步道PL；GL、PL为闭合多段线；GL、PL的对应面域分别为第四面域GF、第五面域PF；
分别将GF、PF垂直向上拉升高度TH，生成第四三维体量GV、第五三维体量PV，计算GV与PV的并集，生成城市设计导则控制下的三维不可建设范围VF；
步骤三，根据步骤一和步骤二确定的空间范围进行布尔运算，得到地块建筑可建设空间，在该可建设空间内，根据用地性质、地块限高、地块容积率、建筑密度控制四项指标生成三维建筑体量；
步骤四，根据城市设计导则形态管控要素中的建筑贴线率/对位率，调整三维建筑体量位置；通过位置调整，若无法满足城市设计导则街墙要求，表明街墙管控要素设置不合理，需修改调整；否则继续下一步；
步骤五，检验生成的三维形体能否满足相关建筑规范要求，包括检验建筑防火间距要求、高层塔楼消防登高面要求，消防环道与消防扑救场地要求是否满足；若无法满足要求，则城市设计导则设置的管控要素不合理，需修改调整；若满足，则管控要素可行，生成符合的三维模型。
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