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基于三维gis的城市天际线模拟技术 长期以来，城市天线一直是城市设计的重要因素（见埃德蒙n培根，2003）。随着高层建筑出现,高层建筑和超高层建筑已经成为了影响城市天际线的决定 在当前滨水地区城市设计中,天际线设计和控制是其中重要环节。一般方法是绘制滨水建筑立面图,依据立面图进行天际线的设计和控制这就存在两大不足:第一,这种立面图上的城市天际线不是基于观测者的真实视野,会与真实环境中的实际观察效果不同;第二,规划师和建筑师只能依据直观感受来判断天际线是否达到既定设计目标。由于缺乏描述天际线形态的定量化指标,直观感受难免会受到多种因素干扰,影响对规划设计方案的评价。目前,规划设计中已有了许多计算机辅助设计工具,通过虚拟三维城市模型,生成不同角度的三维透视场景模拟城市天际线。但这些计算机辅助设计技术尚不能模拟基于真实视野中的城市天际线,也不能产生天际线定量描述指标。 笔者首先应用视觉影响分析方法,讨论城市天际线的定量化描述指标,随后讨论模拟观测者真实视野天际线的计算机技术。结合滨水地区城市设计案例,提出一种基于视觉影响的城市天际线定量比较和评估方法。 1 城市天线分析的对象 1.1 天际线的感知、体验和人工学认知 环境心理学的研究表明,对城市天际线的认知是由两个变量控制的(Heat,et al,2000)。 第一个变量是城市天际线的轮廓曲折度。城市天际线的轮廓是由观测者视野中建筑顶端的外轮廓线连接组成,是城市建筑群和与天空相遇的界线。一般认为,天际轮廓线的曲折度高,对观测者的认知愉悦感也较高。相关实验也证实了这一感受(Stamps,et al,2005)。 第二个变量是天际线的层次感。天际线的层次感是指观测者视野中,相对于观测者视线方向的建筑界面所形成的不同层次。建筑群距观测者的距离不同,会形成不同层次的建筑界面。相关实验也表明,视野中不同距离的建筑物形成界面层次较多,对天际线的认知愉悦感也较高(Stamps,et al,2005)。 城市天际线两个认知变量在城市设计和规划控制中已经得到认同。在规划设计中,一般应用这两个变量评判城市天际线。类似规定也纳入了一些城市规划技术标准。例如,在《香港规划标准和准则》的城市设计指引章节中,为控制和优化滨海城市天际线,就明确提出需要保证从海面看城市时,空间具有较丰富的层次感;天际线上需要保留山脊线起伏并确保20%-30%山景不被建筑物遮挡(香港规划署,2006)。 1.2 特征特性分析 从视觉影响角度分析,天际线轮廓是观测者视野中的一条连续折线。一方面,数学上有多种方法来定量描述折线的曲折程度。曲折度可以用天际线轮廓折线线形来衡量;另一方面,天际线的层次感是由建筑物对视线的遮挡距离不同形成。天际线的层次感可用不同视线遮挡距离来区分表达。上述分析是基于视觉影响对城市天际线进行定量描述的基础。以下将结合上海市北外滩地区城市设计案例,讨论基于视觉影响的城市天际线定量分析的原理和实现技术途径。 2 城市天线评价要素和定量分析 2.1 北外滩城市设计现状 北外滩地区位于上海市中心,南临黄浦江,与浦东小陆家嘴地区隔江相望,是上海中心商务区的重要组成部分。北外滩地区的黄浦江滨水岸线有2.1km。北外滩地区滨江城市天际线是该地区城市设计中非常重要的要素。 习惯上,将北外滩地区自黄浦江滨江岸线起,以东西向道路为界,自南向北的第一排街坊为滨江第一层面,第二排街坊为滨江第二层面,第三排街坊为滨江第三层面。其中,第一层面各个街坊都已建成或已在建,第二层面是目前规划的重点(图1)。现有北外滩城市设计方案对第二层面的土地使用、建筑高度、空间形态做出了详细设计,在第二层面规划了多处高层和超高层建筑。由于滨江第一层面已经基本形成,第二层面的建筑形态和建筑高度对最终形成北外滩的未来滨江天际线有决定性影响。 按现有的城市设计方案,北外滩的城市天际线轮廓将形成曲折起伏的折线,第二层面两处超高层建筑是形成天际线轮廓的关键元素。A街坊主楼建筑高度是320m,规划为北外滩地区的主地标建筑,该项目已经在建。B街坊主楼建筑高度是200m,规划为北外滩地区的副地标建筑。这两处建筑将形成北外滩天际线轮廓上最重要的曲折点。在第一层面已经建成的前提下,现有城市设计方案重点对规划中的第二层面、第三层面各个街坊建筑高度进行了设计控制,目的是为了在天际线上展示出更多层面的建筑界面,起到丰富城市天际线的作用。与通行方法一样,北外滩地区现有城市设计方案采用了滨江建筑立面图方法展示了设计中的城市天际线。该城市设计方案中的天际线设计得到了参与规划各方人士认可。 2.2 蜿蜒的分析 2.2.1 折线特征在天际线轮廓 天际线轮廓是非常曲折变化的折线。对天际线轮廓曲折度定量分析,国际上已有不少研究,提出过多种数学方法描述天际线轮廓的线形。许多研究都采用了分形几何方法