２０１０年第５期 总第１４３期 福 建 建 筑 Ｎｏ５・２Ｏ１Ｏ Ｆｕｊｉａｎ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｖｏｌ・１４３ 基于ＧＩＳ的山地建筑设计研究 黄丹丹辜克威 ３６１００５） （厦门大学建筑与城市规划研究所摘要：山地建筑学是一门综合的学科，传统的设计方法更趋向于二维的、静态的研究，缺乏定量的科学分析和先进的科技手段。 本文以ＡｒｃＶｉｅｗ ＧＩＳ ３．２为软件平台，介绍了在山地建筑设计中引入ＧＩＳ的设计思维和工作方法，旨在更为科学合理地指导建筑 设计构思和创作。 关键词：ＧＩＳ山地建筑ＡｒｃＶｉｅｗ空间分析 中图分类号：ＴＵ２０１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４－－６１３５（２ＯＬＯ）Ｏ５一ＯＯｌ７—０４ Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ Ｄｅｓｉｇｎ Ｍｅｔｈｏｄ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＧＩＳ Ｈｕａｎｇ Ｄａｎｄａｎ Ｇｕ Ｋｅｗｅｉ （Ａｒｉｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｕｒｂａｎ Ｐｌａｎｎｉｎｇ ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ＸＭＵ ３６１００５） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｉｓ ａ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｓｕｂｊｅｃｔ．Ｏｎ ｗｈｉｃｈ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｔｗｏ—ｄ卜 ｍｅｎｓｉｏｎ，ｓｔａｔｉｃｓ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｌａｃｋ ｏｆ ｅｎｏｕｇｈ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｏｓｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｓｏｍｅ ｌｉｎｅｓ ｏｆ ｔｈｉｎｋｉｎｇ ｏｎ ａ ＧＩＳ ｂａｓｅｄ Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｒｅｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ＡｒｃＶｉｅｗ ＧＩＳ ｓｏｆｔｗａｒｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＧＩＳ Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ＡｒｃＶｉｅｗ Ｓｐａｔｉａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ １ 引言 近年来“平原资源”开发趋于饱和状态，由于城市空间拓展 和回归自然的的需求，人们逐渐把目光转移到如何可持续地开 发利用山地的自然资源和人文资源＿１ ］。山地包含着大量复 杂的信息，如地质、地形、气候、水文、植被、动物等，建筑师单靠 经验进行设计决策与判断已不能应对现实挑战传统的设计方 法。过去的设计趋向于二维的、静态的研究，缺乏定量的科学 分析和先进的科技手段。 地理信息系统（Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ，简称ＧＩＳ） 是对地理空间信息进行描述、采集、处理、存储、管理、分析和应 用的一门新兴学科［３］。特别是ＧＩＳ技术强大的空间分析、三 维分析和影像分析功能与数据管理能力，可以帮助建筑师进行 系统的、动态的、三维的研究，进行科学的调研与构思创作。 植被、居民点、交通网、境界线等自然地理要素和社会人文要素 般特征。地形图的数字化采集与图形输出，目前也是我们建 立城市空间地形数据库的最主要的依据或者说数据来源。 表２基于ＧＩＳ山地建筑设计的技术路线 一—１查，空阃形鑫）。—— Ｉ厂＿＿Ｉ 啵分析邴１爱丽］ｆ 楱型 ｝ 坡由分析、山体胡蟛分析……１ 技 １最蕊卜＿—— ＿埘砚分析、谴视削由分析、可视域分析……卜 术 路 卜—————一 Ｇ】Ｓ 变ｍ 一一—Ｉ路径纵剐 分折、粘手瞎柜的可视域分析…” 一 线 ＿。—＿＿工程拉未卜—Ｉ平叫Ｉ｝Ｉ｝率分 ，水鼎方向分析、水网密度分析……｝ ２基于ＧＩＳ的山地建筑设计方法 同济大学的卢济威教授所著的《山地建筑设计》（２００１ 年），是一本以山地建筑设计为题进行较为全面系统研究的学 术专著。书中对山地建筑设计归纳为五个方面：山地建筑的自 然影响因素、山地建筑的形态、山地建筑与景观、山地建筑与交 通、山地建筑与工程技术，为今天运用ＧＩＳ进行系统分析研究 提供了思想指导［４ ］。 ２．１空间数据库建立 本文选用１：５００漳平东山公园２００４年８月修测的矢量 地形图，利用ＡＵＴＯＣＡＤ２００７建立数字高程数据空间模型和 其他现状建筑、河流水体、植被状况、道路交通等专项矢量数据 模型，用点（Ｐｏｉｎｔ）、线（Ｌｉｎｅ）、面（Ｐｏｌｙｇｏｎ）三种主要的图形元 素来抽象表示地理对象。然后利用ＡｒｃＶｉｅｗＧＩＳ３．２的软件 ＣＡＤ Ｒｅａｄｅｒ模块将矢量数据导入，转化为ＡｒｃＶｉｅｗ空间数据 库ｓｈａｐｅ Ｆｉｌｅ，并注意通过要素属性表对ＣＡＤ原始数据进行检 查和校ＩＴ＿ｃ 。 ２．２山地建筑形态设计 进行ＧＩＳ设计研究，首先要建立空间数据库，包括影响山 地建筑的各种自然影响因素：地质、地形、气候、水文、植被等， 地图形是最直接的工具。它表示地球表面的水系、地势、土质、 特殊的地理环境是山地建筑设计的复杂性所在。山地建 筑设计如利用地形巧妙合理地解决的竖向关系，可以创造更为 丰富的空间形态。减少接地、不定基面和山屋共融是山地建筑 与环境共生的形态特征＿４］。通过ＡｒｃＶｉｅｗ的３Ｄ分析工具（３Ｄ Ａｎａｎｌｙｓｔ Ｔｏｏｌｓ，计４５种）表面分析，可以突破传统地形分析方 法的信息准确性和可视化的不足，避免复杂的计算过程，特别 ＿ 作收者稿简日介期：黄建２Ｏ丹筑１Ｏ设丹—计Ｏ４，女与—理，１５ ９论８４专年业５。 月出生，在读硕士研究生， 是对于山地、坡地等情况较为复杂的情况，更有助于直观准确 地把握设计方向，采取相应的处理方法。如筑台，提高勒脚，或 掉层、错层、跌落，或悬挑、附岩、架空等。综合运用这些手法， ２０１０年５期总第１４３期 黄丹丹等・基于ＧＩＳ的山地建筑设计研究 ・１８・ 在满足通光，采光，交通组织合理的前提下，又能减少土方工程 量，争取更有效的建筑空间［６’７３。下面选取漳平东山公园拟建 建筑用地为例具体说明。 ２．２．１高程分析 在ＡｒｃＶｉｅｗ中，运用将点状要素生成不规则的三角网，即 数字高程模型（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ，简称ＤＥＭ）。通过调 整分类，使用地内地形等高线按一定的间距以递增（或递减）方 向分成若干组，分为五类，并通过白色、粉红色、红色、朱红、玫 瑰红、紫红的色块变化，表示出高程逐渐增大的趋势。同时结 合３Ｄ Ｓｃｅｎｅ工具生成三维虚拟场景。 图１东山公园拟建筑用地ＴＩＮ模型 ２．２．２坡度分析 合理地利用坡度组织立体化交通，能为建筑组群的功能及 形态组织提供了丰富的可能性，使建筑的复杂流线得到很好的 立体分流。如利用地形的高低变化，可分别在不同层数的高度 上设置建筑人口，这样可以减少上楼的层数，不做或少做电梯， 避免内部穿行与相互干扰。 表３各种坡度上不同处理手法的经济性 坡度 适应的处理手法 —１，ＩＵ７－ｎ／ 平行等高线布置的建筑以筑台法较为经济，垂直 。 高线的可用跌落法 ２５％ 以错层法较经济，其次为掉层法或筑台法 ２５％～３３．３ 垂直等高线的可用开间跌落处理，或跌落加掉层处 ３３．３ 平行等高线布置的以掉层法和错层法较经济理 ５Ｏ ～６６．６％采用掉层法较经济，也可采用错层法 资料来源：建筑设计资料集（第二版，第六册）．北京：中国建筑工业出 版社；２００１，Ｐ２３２ 这里我们结合用地最高坡度值４１．９ ，把ｉ（ｉ为用地分类 的标准下的坡度）值划分为：０～１０ ，１Ｏ ～２５ ，２５ ～ ３３．３ ，３３．３％－－４１．９ 四段作为用地分类的标准，由坡向分 析可知，用地内坡度主要在１Ｏ ～２５ 之间。同时，通过剖面 图工具从３Ｄ Ｓｈａｐｅｆｉｌｅ生成三维纵剖面，可以清楚地观察到地 块坡度变化趋势。地形坡度大，故采用筑台法和错层法结合经 济。 ２．２．３坡向分析 山地地形坡向一般习惯分为南、北、东、西四个主坡向，并 可细分为东北、东南、西北、西南四个坡向。在山地建筑选址和 布局时，坡向分析可以科学快速进行判断坡向范围并采取相应 的布局。如从日照角度来分析，南向坡为全日向阳坡，为建筑 用地最佳坡向，其日照间距最小。而北向坡为背阳坡，建筑间 图２用地坡度分析图 南北向蟪形利面 Ｃ ｏ 山 ８ 图３用地剖面分析图 距最大。在南方考虑到建筑防晒，西向坡最为不利。 在ＡｒｃＶｉｅｗ中，在输出的坡向数据中，坡向值规定：正北 方向为０，正东方向为９Ｏ，以此类推。通过Ｓｕｒｆａｃｅ／Ｄｅｒｉｖｅ Ａｓ—ｐｅｃｔ的命令输出地形坡向值，归纳综合成九种坡向：平缓坡、北 坡、东北坡、东坡、东南坡、南坡、西南坡、西坡、西北坡。如图 ４、５，南坡范围为蓝绿色部分，主要集中在东南部三角区域。在 建筑布局时应当尽可能的位于这个范围内，其次考虑东南坡。 另外，通过山体阴影工具，对不同时段时太阳高度角的设定，可 以直观地对不同时段基地的日照情况进行比较。 图４用地坡向分析图 图５用地山体阴影比较 ２０１０年５期总第１４３期 黄丹丹等・基于ＧＩＳ的山地建筑设计研究 ２．３设计结合景观 山地建筑与构成山地自然景观的诸要素（如地形、水体、植 被、土壤、气候等）之间的关系是相互依存、相互制约的。特别 是要注意山地建筑的布局与山地景观结合。我们在设计中常 说的建筑设计结合景观面，如开窗、观景平台的方位和高度的 选取等。利用ＡｒｃＶｉｅｗ进行分析，避免了过去基于平面图假 想的景观可视，可以准确判断高度位置是否合理［８］。 ２．３．１视线分析 如图６、７，假设Ｂ为景点，Ａ为建筑所在位置，通过Ｌｉｎｅ ｏｆ 立体化，景观化，多样化的特点。 利用ＡｒｃＶｉｅｗ三维可视化的同时，对场地的坡度和剖面 进行分析，进行立体的交通设计。依据不同情况，可以采用网 格状、环状、放射状、枝状、立交或综合布置等方式进行山地道 路线型设计Ｅ 。利用地形剖面工具进行道路截面设计，并结合 蘸 可视域分析进行道路布线方式的景观评估。如图９和１Ｏ，以 Ａ～Ｂ，Ａ～Ｃ枝状路内主干路设计为例进行分析，坡度相对平 缓，对经济和技术要求低，简便易行，而且道路视野开阔，与周 边的山地景观结合形成丰富视景，增加行进时的趣味性。 ｓｉｇｈｔ进行通视分析，检测观察点Ａ点是否可以观察到Ｂ点。 通过两点间视线分析结果可知，虽然视线局部有遮挡，但从观 察点Ａ到目标点Ｂ是可视的。另外，通过纵剖面显示可以更 为直观地分析视线的遮挡情况。 图６两点间视线分析结果 －，瓤焉ｎ 目Ａ ．＝．＝： ： ：二 二兰三 Ｄｉｓｔａｎｃｅ ＝ ，‘ ≥。一 一一 ， １３ 图７视线纵剖面 ２．３．２可视域分析 视线分析是解决是两者问否能看见，视域分析是解决能看 见多少的问题。通过视域分析可以得到观察建筑周边视野的 开阔程度。同时通过设置三维表面高程值，分析整个建筑不同 楼层时所带来的周边景观资源，综合地进行评估。 图８观察点Ａ的视域分析结果 （观察点的绝对高程为１８５ｍ） ２．４山地建筑与交通设计 “霍道逻辑空间”（Ｈｏｄｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｐａｃｅ），认为最优路径的选 择是对“短距离”、“安全性”、“最小工作量”、“最大经验量”等各 种因素综合的结果，而不只是简单的直线路径 ］。由于山地起 伏变化，各建筑单体或群体之间的位置在高差上常会发生变 化。因此，山地交通空间的轨迹呈现出明显的三维特征，具有 图９基于路径的视域分析结果 ～… 一～＝一 图１Ｏ路径纵剖面 ２．５山地建筑与工程技术 山地建筑有着较强的技术属性。山地工程技术主要是为 了满足山地建筑防灾、结构稳定和相关的技术设施的要求。以 山地建筑防灾中的山洪防灾技术为例，主要通过以蓄为主和以 排为主的两种防治措施来减轻洪水对建筑产生的危害［１ 。因 此水文信息分析对于山洪防灾研究具有重要的意义。 图１２地面水系分布 （下转第２２页） ２０１０年５期总第１４３期 林 晶・浅析“三坊七巷”基本院落单元的普遍特征 ・２２・ 蜿蜒而舒展，勾勒出优美的轮廓线。沿着前天井拾阶而上到达 第一进厅堂也就是整座祠堂的中心，旧时族人相聚并主持祭祀 大典的场所。 实际场地及功能而言，如果入口居中，使入口与主座厅堂不至 直接相对，而犯了“相冲”的忌讳，风水布局上一般要求在廊沿 设屏门，以示阻隔。如此一来，就使入口及前天井空间显得紧 主座采用民居小式做法，双坡单檐硬山顶，灰陶合瓦屋面， 穿斗式屋架，五柱十三檩。纵向斗拱、雀替、一斗三升看架层次 丰富，像舞台两侧的帷幕，将人们的视线引向厅屏，据说原有的 厅屏门上的木装修均镏金，极尽华丽，陈氏的列祖列宗的灵位 张而不开阔，不便祭祀仪式的举行和人流的疏导。而其因地制 宜，不拘陈规，巧妙的改变了入口形式，使之具有了独特的立面 形象。正是因为一座座像陈氏宗祠一样应具体的场地环境而 有机生长着的古建筑院落构成了和谐美丽而又丰富多彩的“三 坊七巷”。 均整齐地罗列在楠木案上，层层叠叠，最高处几乎碰到屋面，可 见陈氏家族的庞大与兴旺，这也不枉“福华祠”的美名了。横向 轩架，水束雕刻有大量的喻意吉祥的图案；所有的童柱托均以 花鸟为题材，栩栩如生；而所有的门扇绦环板则均刻有八仙的 法器的不同组合，象征辟邪防火等喻意。 后天井波浪形的隔墙上开三门入第二进院落，中间大，两 Ｎｄ，，主次明确，突出中心。 综上，我们不难看出，陈氏宗祠的建筑特征始终是与当时 当地的社会文化与生活方式休戚相关，体现的是先人的思想与 智慧。所以，在分析、研究、保护与修复的过程中将其人文精神 体现出来是关键。历时一年的修复工作已经结束，我们希望在 不久的将来能再见每年春、秋两祭之时陈氏族人从各地纷纷聚 首郎官巷“福华祠”内按典例祭拜先祖的热闹而庄重的场面，族 中威严而慈祥的长者向后辈子孙讲述辉煌的家史，勉励后人见 贤思齐、为国效力…… 第二进格局强化第一进格局的布置模式，布局近似。七柱 十三檩，较前座规模略大，但不施轩架，木装修也不及前一座华 丽而显得清丽大方，衬托第一进的精美及其中心地位。值得一 提的是厅屏门的使用方式十分讲究，男眷由左门出入，女眷由 参考文献 ［１］ｈｔｔｐ：／／ｗＷｗ．ｈｕｐｅｎｇｃｈａｙｏｕ．ｅｏｍ／ｖｉｅｗｔｈｒｅａｄ．ｐｈｐ？ｔｉｄ一 １４８８１０［．］． ［２］张鹰．论福州“三坊七巷”传统街区及建筑的地域特色 ［Ｊ］．福建建筑，２００１，（４）：３～５． ［３］张鹰．基于愈合理论的“三坊七巷”保护研究ＥＪ］．建 筑学报，２００６，（１２）：４０￣４４． 右门出入，泾渭分明，中间大门只有在红白喜事或官绅贵客造 访才予以开放。古时以左为尊，体现了封建时代的男尊女卑的 思想。 另外，还需强调的是陈氏宗祠并非生硬的套用“三坊七巷” 的传统制式而失去自身的独特性，如其入口大门偏东而并不居 中，而传统的祠堂类型的建筑布局大部分入口居中，我想除了 其后人所说的“风水布局的特殊需要”的原因以外，就其具体的 （上接第１９页） ［４］潘敏文．福州历史文化街区“三坊七巷”保护改造研究 ［Ｄ］．天津：天津大学，２００７． １２７． 对于自然排水而言，山脊线和山谷线的提取实质上也是分 水线与汇水线的提取。在ＡｒｃＶｉｅｗ里可以通过平面曲率分析 山脊和山谷的疏密程度。另外，通过水文分工具生成水文数 据，进行水流方向和地面水系分布、流量等方面分析。如图１１ ［３］宋小冬．地理信息系统实习教程［Ｍ］．北京：科学出 版社；２００４． ［４２卢济威，王海松著．山地建筑设计［Ｊ］．北京：中国建 筑工业出版社；２００１． 中红色和紫色表示的是南向自然排水，黄色和暗绿色表示的是 北向自然排水 “］。 Ｅｓ］刘鹰，吴勇．基于ＡｒｃＶｉｅｗ ＧＩＳ的山地景观空间分 析——以炎帝神农故里景区规划为例［Ｊ］．山东建筑大学学 报．２００８．８，２３（４）． ３结语 数字技术理论和实践已经成为当代建筑设计的热点。如 图解ｄｉａｇｒａｍ、折叠ｆｏｌｄｉｎｇ、变形Ｄｅ—Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ、平滑混合和 柔性形态、软建筑、超表皮等，但主要是通过计算机模拟研究创 造新建筑形态的途径。而ＧＩＳ在建筑设计方面特别是在山地 复杂环境中的建筑设计方面的研究还比较少。这与数据源的 收集建立困难和ＧＩＳ技术人员缺乏有关。本文以ＡｒｃＶｉｅｗ为 ［６］建筑设计资料集（第二版，第六册）［Ｍ］．北京：中国建 筑工业出版社；２００１． ［７］吴建刚．台阶建筑设计［Ｍ］．北京：中国建材工业出 版社；２００２． ［８］Ａｎｔｏｎｓｏｎ Ｈａｎｓ．Ｌａｎｄｓｃａｐｅｓ ｗｉｔｈ ｈｉｓｔｏｒｙ：Ａｄｄｒｅｓｓ— ｉｎｇ ｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓ ｉｎ Ｓｗｅｄｉｓｈ ＥＩＡｓ［Ｊ］．Ｌａｎｄ Ｕｓｅ Ｐｏｌｉｃｙ． ２００９，２６（３）：７０４—７１４． 软件平台，通过在山地建筑设计中引入ＧＩＳ技术，从更为科 学、理性角度探讨建筑设计与建筑生成的合理规律，希望对山 地建筑学的设计研究提供新的理性引导。 ［９］Ｍｉｒｖｉｓｈ Ａｄｒｉａｎ Ｓａｒｔｒｅ，Ｈｏｄｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｐａｃｅ，ａｎｄ ｔｈｅ Ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ ｏｆ Ｏｔｈｅｒｓ［Ｊ］．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎ Ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｌｏｇｙ １９８４，１４ （１）：８０７—８１５． 参考文献 ［１］徐坚．山地城镇生态适应性城市设计［Ｍ］．北京：中 国建材工业出版社；２００８． ［１Ｏ］李速，卢济威．山地建筑技术论［Ｊ］．新建筑． ［１１］Ｒｏｗｂｏｔｈａｍ Ｄａｖｉｄ Ｎ．，Ｄｕｄｙｃｈａ Ｄｏｕｇｌａｓ．ＧＩＳ ｍｏｄ— ｅｌｌｉｎｇ ｏｆ ｓｌｏｐｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｉｎ Ｐｈｅｗａ Ｔａｌ ｗａｔｅｒｓｈｅｄ，Ｎｅｐａｌ［Ｊ］． Ｇｅｏｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ．１９９８，２６（１—３）：１５１—１７０． ［２］Ｊａｏ Ｄ．Ｉ．ａｎｄ Ｍｅｓｓｅｒｌｉ，Ｂ．Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎｄ ａｐｐｌｉｅｄ ｍｏｕｎｔａｉｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ．１９７３ １９８９，ａｎｄ ｍａｊｏｒ ｆｕｔｕｒｅ ｎｅｅｄｓ ｒＪ］．Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．１９９０，１０（２）：１０１
