基于分形理论的城市天际线定量分析控制研究--以无锡蠡湖湾滨水区为例.pdf
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1、36HA 08/2023中图分类号 TU984.1 文献标识码 B 文章编号 1003-739X(2023)08-0036-06 收稿日期 2022-10-28摘 要“山水城”的滨水立面天际线对感知滨水城市魅力,彰显城市历史风景特色具有重要意义。该文以无锡蠡湖湾滨水区总体城市设计为研究对象,依托于GIS技术平台,以分形理论中的计盒维数法对城市天际线进行分段与分层提取,依此进行分形维数的计算与评估。通过多维度对比,从天际线轮廓线形状、平均转折点数、建筑高度的变化程度等多个方面进行城市天际线的量化评价及形态调控优化,为城市天际线定量评价的理论方法研究提供新的思路,为其他山水城市高度体系建构提供参考
2、与建议。关键词 城市天际线 定量分析 分形维数 计盒维数Abstract The waterfront skyline of mountain-water-city is important for perceiving the charm of the waterfront city and highlighting the historical landscape characteristics of the city.Taking the overall urban design of Wuxi Lihu Bay waterfront as the research object,rel
3、ying on the GIS technology platform,we extract the city skyline by segmentation and stratification with the box counting dimension method in the fractal theory,based on which the fractal dimension is calculated and evaluated.Through multi-dimensional comparison,the quantitative evaluation and morpho
4、logical control optimization of the city skyline is carried out from various aspects such as the shape of the skyline contour line,the average number of turning points and the change degree of building height,which provides new ideas for theoretical methods of quantitative evaluation of the city sky
5、line and provides references for the construction of other landscape city height systems.Keywords City skyline,Quantitative analysis,Fractal dimension,Box counting dimension基于分形理论的城市天际线定量分析控制研究以无锡蠡湖湾滨水区为例Quantitative Analysis and Control Research of Urban Skyline Based on Fractal Theory:Taking Wuxi
6、Lihu Bay Waterfront District as an Example汪滋淞|Wang Zisong田一翔|Tian Yixiang武 琳|Wu Lin张姗姗|Zhang Shanshan 城市天际线是城市形象的重要标志,是了解城市文化与社会经济发展的窗口,也是城市设计空间形态控制中的重要因素1。城市天际线的概念最早在1897年由建筑评论家蒙哥马利席勒提出,首次将由摩天大楼与天空造就的城市景观描述为“天际线”。在新牛津英语字典中天际线定义为以天空为背景的建筑、建筑群或其他物体的轮廓或剪影。1960年凯文林奇也提出从视觉感知的角度控制城市形态及重视城市天际线的文化及心理的作用2。山
7、水城市的天际线追求以山水文化要素为核心保护对象,以天空为背景,在自然山水风貌环境为主的自然要素下,由城市建筑、建筑群等人工要素和山体水体等自然要素所叠加构成的剪影,强调城市人工环境与自然环境的协调关系。城市滨水天际线以环境可持续发展为目标,进行宏观层面的城市垂直空间的形态调整优化。而现有的城市天际线评价方法多受到主观感受及评审者的审美及专业素养的制约,缺少科学量化的理论数据的支撑。本文依据分形理论对城市天际线进行定量控制分析与研究。分形理论由数学家曼德布罗特于1973年提出3,分形是指某种过程的特征按一系列尺度在几何形态上自身重复4。分形维数是用来刻画分形的主要参数,其反映着集合的复杂程度。城
8、市天际线的科学评估、定量分析及精细控制日益成为设计师优化城市设计实施效果的重要内容。1 研究区域1.1 无锡蠡湖湾背景介绍无锡蠡湖地处无锡滨湖区,又称五里湖,是太湖延伸至无锡的内陆湖泊。蠡湖属浅水型湖泊,水域面积为8.6km2左右。蠡湖沿线水系支流众多,是很多禽类栖居之所,起着防37Design Technology设计技术 丨 洪调蓄、水源供应、航运输送、景观娱乐、旅游休闲等功能。无 锡 蠡 湖 湾 滨 水 区 总 用 地 面 积 约373hm2,南临环湖路,北临太湖大道、西临环湖路、东临蠡溪路(图1)。蠡湖湾具有独特宜居的生态环境、辽阔而优美的自然风景公园,场地环境彰显山水宜居特色,是无锡
9、推进区域特色经济跨越式、高效率、高品质发展的重要城市名片。目前场地以大片绿化覆盖的空地为主,还未进行建设。无锡亟需彰显山水宜居特色,塑造可持续、生态绿色、富有社会经济活力的城市滨水空间,走出一条自然环境升级与社会经济发展的双赢之路。1.2 无锡蠡湖湾滨水城市设计无锡蠡湖湾核心区自开发建设以来经历过多轮总体规划和城市设计。蠡湖湾场地内包含蠡湖公园、渔父岛生态园等著名滨水景观带,周边环绕着渤公岛、鼋头渚风景区、长广溪公园等。2014年的蠡湖湾滨水城市设计(图2)规划目标旨在强化蠡湖湾地区的旅游休闲功能,规划以多元化的旅游服务、休闲活动、滨水景观、商业配套为主要功能、采取TOD的发展模式,同时对主要
10、道路、城市界面、天际线进行主题塑造,重点打造超高层地标项目等5。1.3 蠡湖湾城市天际线现状条件蠡湖湾隔湖对岸即太湖第一名胜“鼋头渚”景区,连绵山高近百米,是无锡城市形象重要展示区。蠡湖湾的西岸景观天际线是以自然要素为主的环景观带绿色生态空间,以连绵山体、绿色植物群落为主(图3)。周边重要景点包括太湖鼋头渚风景区、渤公岛生态园、蠡湖国家湿地公园宝界公园、三国水浒景区、管社山、鹿顶山、笔架山、龙王山、长广溪湿地公园等,层峦叠翠,彰显了无锡山水城市的自然风貌特色与魅力。蠡湖南岸用地已基本建成,沿岸分布大片居住区,辅以商圈景区、各类高校等,城市天际线趋于成熟稳定。蠡湖湾东北岸现状天际线主要以沿湖绿化
11、及开放空间呈现的天际轮廓为主,天际线目前尚未形成,处于发展和生长阶段(图4)。1.4 蠡湖湾城市滨水区方案设计天际线 蠡湖湾城市设计规划南区主题乐园和城市花园,北区以综合商业、酒店、活动等休闲商业为主要功能,中区主要功能是中心绿地与地标塔楼等都市商业。蠡湖湾城市设计的天际线由地标酒店双子楼地标塔楼构成突出结构的中心,重视20层建筑等高视域空间视线,以及15层以下及滨水多层建筑的建筑群组空间形态(图5)。但该城市天际线设计方案成果仍存在一些问题:例如整体局部组团较为平均化,标志性建筑高度基本处于同一水平线,局部建筑体量横向比较大,部分建筑高度差不够,轮廓虚实比例不够,识别性图1 无锡蠡湖湾现状实
12、景图 图2 2014年无锡蠡湖湾滨水核心区方案设计 图4 无锡蠡湖湾滨水核心区天际线现状条件图3 无锡蠡湖湾滨水核心区域区位分析 38HA 08/2023波段提供15m分辨率的遥感影像,可供本研究作地理空间参考。规划图图像数据:本研究采用蠡湖湾城市设计图纸为三维建筑模型提供位置参考。2.2 分析计算工具本研究围绕天际线分析、通视性分析和分形维数计算这三项核心工作展开,主要运用ArcGIS、MATLAB和Fractalyse这三款工具来进行分析和计算。ArcGIS 10.3软件:作为GIS平台,ArcGIS构建完整的三维城市数据模型以及通过“3D Analyst 工具”模块进行相关的天际线分析和
13、通视性分析。M AT L A B R 2016 a:利用M AT L A B具有强大的数据处理功能和图形处理功能,提取的三维天际线转换为视线投影平面的二维天际线图,以便进行后续的分形维数计算。Fractalyse 2.4.1:研究主要采用计盒维数法来对天际线进行分形维数计算,利用Fractalyse软件进行测量城市建成区的分形维数,在天际线研究领域中多用来进行相应的计算。3 研究数据预处理3.1 三维建筑模型的转换本 研 究 建 立 的 三 维 城 市 数 据 模 型以 A r c G I S 为 数 据 处 理 平台,因 而需 将SketchUp平台获得的三维建筑模型转换为ArcGIS可操作
14、的数据形式。其流程如图6所示。从SketchUp平台将三维模型导出为3DS文件,进一步导入ArcGIS平台,借助“3D Analyst工具”模块实现数据转换,输出为多面体要素类,研究将来自于多个软件平台的原始数据进行统一于同一个坐标系统下,便于建立和管理蠡湖区域的三维城市数据模型。基于ArcGIS平台研究通过坐标平移来实现矢量要素的位置变换,通过地理配准来实现栅格数据和CAD数据集的位置变换。3.2 DEM地形数据的生成研究借助CASS平台对西岸无标高的等值线曲线进行处理,根据高程注记为其进行标高赋值,得到赋有标高值的等高线。并将西岸等高线和北岸、南岸为主的蠡湖区域高类型观察点列举路径十里芳径
15、、湖滨路、蠡湖大桥等公园和景点宝界公园、长广溪湿地公园、蠡湖大桥公园、渤公岛、无锡大剧院等高山笔架山、东山头、鹿顶山、充山等表1 观察点名录一览表图5 无锡蠡湖湾滨水核心区域设计方案城市天际线示意图 图6 三维建筑模型的数据转换流程不强等。有效的调控天际线对形成良好的城市滨水城市建设具有重要的现实意义6。本研究以分形理论为基础,通过对分形维数的模拟、计算、分析及调控,对蠡湖湾滨水立面天际线进行量化评价研究7。2 研究数据和工具说明2.1 研究数据本研究以城市数据及蠡湖湾城市设计为基础建立三维城市数据模型模拟建成后的真实场景,以此为基础开展研究工作。数据模型主要包括地表地形数据和城市建筑数据,以
16、遥感影像和蠡湖湾城市设计图纸作为坐标位置参考建立而成,具体数据说明如下。地表地形数据:研究以数字高程模型(DEM)数据为主,通过研究区域的高程点和等高线生成的三角网建立而成。三维建筑模型数据:研究以蠡湖湾为研究对象,其三维建筑模型是基于规划图设计方案在SketchUp平台建立而成。遥感影像数据:Landsat 8的Band 839Design Technology设计技术 丨 程点导入ArcGIS平台,将数据格式转换为ArcGIS可操作的线要素和点要素文件,生成整片研究区域的不规则三角网(TIN)并生成本研究所需的地形地表环境的栅格地形。4 研究过程和步骤4.1 选取观察点滨水城市天际线的观察
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