基于計(jì)算機(jī)仿真的Delphi專(zhuān)家評(píng)分法在景觀橋梁視覺(jué)參數(shù)分析中的應(yīng)用

王光輝, 張 博, 唐春燕, 晏高亮

(1. 湖南理工學(xué)院 土木建筑學(xué)院, 湖南 岳陽(yáng) 414006; 2. 長(zhǎng)沙理工大學(xué) 土建學(xué)院, 長(zhǎng)沙 410076; 3. 羅田縣城鄉(xiāng)規(guī)劃局, 湖北 羅田 438600)

基于計(jì)算機(jī)仿真的Delphi專(zhuān)家評(píng)分法在景觀橋梁視覺(jué)參數(shù)分析中的應(yīng)用

王光輝1,2, 張 博3, 唐春燕2, 晏高亮1

(1. 湖南理工學(xué)院 土木建筑學(xué)院, 湖南 岳陽(yáng) 414006; 2. 長(zhǎng)沙理工大學(xué) 土建學(xué)院, 長(zhǎng)沙 410076; 3. 羅田縣城鄉(xiāng)規(guī)劃局, 湖北 羅田 438600)

針對(duì)傳統(tǒng)視覺(jué)參數(shù)分析方法有主觀性強(qiáng)、不能定量分析等缺陷, 提出了一種比較客觀、能進(jìn)行定量分析的景觀橋梁視覺(jué)參數(shù)分析的方法, 即基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù), 建立了景觀橋梁各參數(shù)的視覺(jué)分析模型, 引入Delphi專(zhuān)家評(píng)分法對(duì)模型進(jìn)行視覺(jué)參數(shù)分析, 確定出視覺(jué)效果較好時(shí)的參數(shù)值, 得到了景觀橋最優(yōu)造型. 以某景區(qū)內(nèi)的一座九孔拱橋?yàn)楣こ瘫尘? 成功應(yīng)用該方法進(jìn)行橋梁視覺(jué)參數(shù)分析, 取得了良好視覺(jué)的效果.

引言

當(dāng)景觀橋橋型確定后有必要對(duì)其初步擬定的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化, 選出一個(gè)漂亮美觀、大方、得體及和諧的造型. 此時(shí)橋梁的視覺(jué)分析主要是針對(duì)橋梁的跨徑布置、橋梁的線形等進(jìn)行參數(shù)分析, 選出一組最優(yōu)的視覺(jué)參數(shù), 以達(dá)到最佳的視覺(jué)效果. 以往的視覺(jué)分析的方法主要有專(zhuān)家法、社會(huì)科學(xué)法以及兩者的結(jié)合. 專(zhuān)家法是以簡(jiǎn)要繪圖方式對(duì)景觀進(jìn)行描述與分析的方法, 并由此發(fā)現(xiàn)景觀的聯(lián)系關(guān)系、排列位置以及順序. 該方法只是依靠專(zhuān)家個(gè)人的感覺(jué)、學(xué)識(shí)水平、社會(huì)責(zé)任感在總體上對(duì)景觀的各個(gè)組件進(jìn)行空間位置排列. 對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu), 其每部分構(gòu)件的排列位置基本上是固定的, 唯一可以變動(dòng)的就是結(jié)構(gòu)尺寸. 此外, 針對(duì)同一問(wèn)題, 專(zhuān)家間的意見(jiàn)不同時(shí), 專(zhuān)家們或礙于情面不便發(fā)表自己的真實(shí)看法. 因此,僅憑專(zhuān)家法很難達(dá)到客觀、科學(xué)的視覺(jué)效果. 社會(huì)科學(xué)法是力求在環(huán)境實(shí)質(zhì)屬性與群眾反應(yīng)間找到聯(lián)系,用此法可以研究環(huán)境中的一些特殊狀況, 如高層建筑與住戶的關(guān)系, 綠色植物在城市環(huán)境中所扮演的角色等問(wèn)題. 因此, 用社會(huì)科學(xué)法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)景觀橋造型的參數(shù)分析時(shí)難度大、耗時(shí)長(zhǎng)及主觀性強(qiáng). 為此,本研究將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用到景觀橋的視覺(jué)分析中, 通過(guò)利用計(jì)算機(jī)軟件來(lái)建立景觀橋視覺(jué)分析模型, 然后利用Delphi專(zhuān)家評(píng)分法來(lái)進(jìn)行視覺(jué)行參數(shù)分析, 以找到一個(gè)合適的結(jié)構(gòu)尺寸. 以某景區(qū)內(nèi)一座九孔拱橋?yàn)楣こ瘫尘? 利用相關(guān)軟件建立相應(yīng)參數(shù)的視覺(jué)分析模型, 然后聘請(qǐng)若干位相關(guān)專(zhuān)家采用Delphi專(zhuān)家評(píng)分法進(jìn)行了參數(shù)分析, 挑選出了一個(gè)最優(yōu)的結(jié)構(gòu)尺寸方案, 并應(yīng)用于工程實(shí)際, 取得了不錯(cuò)的工程景觀效果.

1 基于計(jì)算機(jī)仿真Delphi專(zhuān)家評(píng)分法的視覺(jué)分析理論

基于計(jì)算機(jī)仿真Delphi專(zhuān)家評(píng)分法的視覺(jué)分析首先是針對(duì)不同的參數(shù)利用計(jì)算機(jī)軟件建立各參數(shù)不同取值情況下的橋梁視覺(jué)分析模型, 然后通過(guò)Delphi專(zhuān)家評(píng)分法對(duì)這些圖像進(jìn)行對(duì)比分析, 找到客觀、科學(xué)、漂亮的方案.

1.1 計(jì)算機(jī)仿真

計(jì)算機(jī)仿真在橋梁工程界應(yīng)用得很廣泛, 在橋梁的結(jié)構(gòu)分析中, 應(yīng)用Midas、Ansys及Sap等軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬、分析、計(jì)算. 然而, 在視覺(jué)分析中, 主要是應(yīng)用3DMAX、Photoshop、AUTOCAD等軟件建立視覺(jué)分析模型.

1.2 Delphi專(zhuān)家評(píng)分法

Delphi專(zhuān)家評(píng)分法以匿名的方式通過(guò)幾輪函詢(xún)征求專(zhuān)家對(duì)同一問(wèn)題的意見(jiàn)(即打分), 每輪意見(jiàn)由題目組進(jìn)行匯總分析, 并作為參考資料反饋給每位專(zhuān)家供其分析判斷, 在下一輪填表中作出新的論證. 如此反復(fù), 最終獲得滿意結(jié)果, 得到對(duì)此問(wèn)題較為準(zhǔn)確的答案.

Delphi法本質(zhì)上是一種反饋匿名函數(shù)法. 其做法是, 在對(duì)所要預(yù)測(cè)的問(wèn)題征得專(zhuān)家的意見(jiàn)之后, 進(jìn)行整理、歸納、統(tǒng)計(jì), 再匿名反饋給各專(zhuān)家, 再次征求意見(jiàn), 再集中, 再反饋, 直至得到穩(wěn)定的意見(jiàn). 其過(guò)程可簡(jiǎn)示如下:

匿名征求專(zhuān)家意見(jiàn)——?dú)w納、統(tǒng)計(jì)——匿名反饋——?dú)w納、統(tǒng)計(jì)……, 至若干輪, 停止.

總之, 它是一種利用函詢(xún)形式的集體匿名思想交流過(guò)程. 它具有三個(gè)明顯的特征: 匿名性、多次反饋、小組的統(tǒng)計(jì)回答.

1.3 基于計(jì)算機(jī)仿真Delphi專(zhuān)家評(píng)分法的視覺(jué)參數(shù)分析步聚

1) 確定景觀橋梁視覺(jué)參數(shù)及參數(shù)的取值;

2) 利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù), 針對(duì)各參數(shù)不同的取值建立相應(yīng)的視覺(jué)分析模型;

3) 利用2)中建立的視覺(jué)分析模型, 建立Delphi專(zhuān)家評(píng)分法問(wèn)卷;

4) 采用Delphi專(zhuān)家評(píng)分法對(duì)不同參數(shù)分別進(jìn)行視覺(jué)分析.

2 工程應(yīng)用

2.1 工程概況

有一座九跨拱橋, 該橋面朝山, 背朝居民生活區(qū). 該拱橋建成后將成為景區(qū)的一個(gè)景點(diǎn), 橋梁平面位置如圖1所示.

2.2 視覺(jué)參數(shù)設(shè)置

由于該橋建成后定位為一個(gè)景點(diǎn), 且已確定了采用上承式拱橋, 為此只能對(duì)橋梁跨徑大小、矢跨比、豎曲線等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化, 確定出較美觀的橋梁的參數(shù).

圖1 九孔拱橋橋平面位置示意圖

2.2.1 跨徑

橋梁跨徑的設(shè)置直接影響橋梁的立體視覺(jué)效果, 通常分為等跨布置和不等跨布置. 本文提出了三種跨徑布置方式, 方式一是等跨布置, 方式二與方式三為不等跨布置. 方式一采用9跨跨徑為13m的拱橋;方式二的跨徑布置為6.8+8.8+10.8+12.8+16+12.8+10.8+8.8+6.8; 方式三的跨徑布置為: 8.8+9.8+10.8+11.8+ 12.8+11.8+10.8+9.8+8.8. 為此, 建立了橋梁的不同跨徑視覺(jué)模型, 如圖2所示.

圖2 不同跨徑的視覺(jué)模型

對(duì)于拱橋來(lái)說(shuō), 采用等跨徑布置, 視覺(jué)效果感覺(jué)略顯單調(diào); 如果采用不等跨徑, 則橋梁的立面效果就比較美觀. 如果相鄰跨徑相差過(guò)大, 利于坡度設(shè)置, 但對(duì)矢跨比較小的拱橋來(lái)說(shuō), 相鄰跨徑相差越大, 拱腳水平推力就越大.

2.2.2 矢跨比

當(dāng)矢跨比大于1/5時(shí), 稱(chēng)之為陡拱, 反之稱(chēng)之為坦拱. 矢跨比越大, 拱橋拱得越厲害. 對(duì)于矢跨比的選擇, 提出了兩種布置方式: 方式一是采用1/8+1/7+1/6+1/5+1/5+1/5+1/6+1/7+1/8; 方式二是采用半圓拱, 矢跨比為1/2. 為此, 建立兩種方式的視覺(jué)模型, 如圖3所示.

圖3 不同矢跨比的視覺(jué)模型

如果按方式一設(shè)置矢跨比, 如圖3中1)所示, 則拱橋顯得漂亮、輕巧(使用于軟基)、有生機(jī), 但拱腳有角度的水平推力. 如果矢跨比為1/2, 如圖3中2)所示, 橋梁顯得非常漂亮、而且厚重, 但是上構(gòu)自重大(對(duì)基礎(chǔ)要求高), 拱腳水平推力較小.

2.2.3 縱坡坡度

橋梁設(shè)置縱坡, 一方面利于橋面排水, 另一方面可改善橋梁的視覺(jué)效果. 對(duì)于縱坡的大小,提出了三個(gè)值進(jìn)行參數(shù)分析, 分別為3.9%、5.6%及10%. 采用繪圖軟件模擬出橋梁的實(shí)際縱坡設(shè)置, 如圖4所示.

從圖4可以看出, 坡度越大, 橋梁的視覺(jué)效果越好, 但是考慮到橋上行人的舒服程度及觀光電瓶車(chē)的爬坡能力, 橋梁的坡度不能沒(méi)有“度”的大下去.

2.2.4 豎曲線半徑

橋梁坡度通常對(duì)稱(chēng)設(shè)置, 如果不設(shè)置豎曲線的話, 橋梁里面就會(huì)出現(xiàn)尖點(diǎn), 嚴(yán)重影響美觀;如果豎曲線半徑過(guò)大的話, 橋梁的實(shí)際有效坡度就達(dá)不到要求. 該橋?yàn)榫皡^(qū)人行橋, 豎曲線采用圓曲線. 建立了豎曲線半徑分別為100m、200m、300m和400m的視覺(jué)分析模型, 如圖5所示. 可以看出R=400m與R=300m的視覺(jué)效果相差不大, 但R=400m時(shí)拱上填料的厚度及主拱圈的厚度不滿足要求. 為此, 本文對(duì)圓曲線半徑設(shè)置提出了三個(gè)值進(jìn)行參數(shù)分析, 分別為R=100m、R=200m、R=300m.

圖4 不同坡度的視覺(jué)模型

圖5 不同豎曲線半徑的視覺(jué)模型

從圖5中可見(jiàn), 豎曲線半徑過(guò)小, 橋梁的立面視覺(jué)效果會(huì)形成“尖角”, 不是很美觀; 當(dāng)豎曲線半徑超過(guò)300m時(shí), 線形已經(jīng)很平順, 橋梁線形很美觀.

2.3 視覺(jué)參數(shù)分析

2.3.1 確定視覺(jué)參數(shù)指標(biāo)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

按照五級(jí)評(píng)分法[5], 即各初選方案在每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)上的相對(duì)好壞以1～5作為評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù), 分別表示差、較差、一般、較好、好. 詳見(jiàn)表1.

2.3.2 對(duì)各方案評(píng)分

按照Delphi專(zhuān)家評(píng)分法的工作步驟, 由于視覺(jué)分析中的參數(shù)已經(jīng)確定, 為此只需確定各參數(shù)的權(quán)重. 具體方法為: 邀請(qǐng)11名有經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)家召開(kāi)咨詢(xún)會(huì), 要求與會(huì)專(zhuān)家根據(jù)自己的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn), 對(duì)跨徑、矢跨比、橋梁縱坡及豎曲線半徑等4項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)發(fā)表自己的看法和修改補(bǔ)充意見(jiàn). 當(dāng)其中一位專(zhuān)家發(fā)言時(shí), 其他10名專(zhuān)家不能打斷發(fā)言, 但可借鑒他的意見(jiàn). 根據(jù)會(huì)上專(zhuān)家意見(jiàn), 上述四項(xiàng)指標(biāo)沒(méi)有修改. 之后請(qǐng)與會(huì)的專(zhuān)家對(duì)4項(xiàng)指標(biāo)所取的參數(shù)值不同開(kāi)始參數(shù)分析. 參數(shù)分析的過(guò)程主要是專(zhuān)家依據(jù)表1中的評(píng)價(jià)等級(jí)分別對(duì)各參數(shù)不同的取值條件下的視覺(jué)效果進(jìn)行打分. 對(duì)于同一參數(shù), 專(zhuān)家可以同時(shí)評(píng)定所有多個(gè)取值為一個(gè)等級(jí). 然后確定某個(gè)特定參數(shù)的每一取值的評(píng)定等級(jí)權(quán)重, 通過(guò)權(quán)重與得分之積就可得出參數(shù)各種取值條件下視覺(jué)效果的權(quán)值. 依據(jù)權(quán)值的大小我們就可以選出較優(yōu)的視覺(jué)參數(shù)值. 在Delphi專(zhuān)家評(píng)分法使用過(guò)程中假定跨徑、矢跨比、橋梁縱坡及豎曲線半徑是相互獨(dú)立的.

表1 各項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)分等級(jí)與分值

上述聘請(qǐng)的11位專(zhuān)家, 按照各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)分等級(jí)與分值, 對(duì)同一指標(biāo)中不同的方案進(jìn)行比較和評(píng)分, 得出各方案的相對(duì)好壞.

采用加權(quán)法模型為

其中Si為第i個(gè)方案的綜合評(píng)分值;wj為第j項(xiàng)評(píng)價(jià)等級(jí)的相對(duì)權(quán)重,wj=專(zhuān)家選擇同一方案中第j等級(jí)的人數(shù)/專(zhuān)家的總?cè)藬?shù);Sij為第i個(gè)方案中第j項(xiàng)等級(jí)的評(píng)分值.

計(jì)算各方案綜合評(píng)分值見(jiàn)表2～5.

表2 不同跨徑的視覺(jué)分析

表3 不同矢跨比的視覺(jué)分析

表4 不同縱坡的視覺(jué)參數(shù)分析

表5 不同豎曲線半徑的視覺(jué)參數(shù)分析

2.3.3 最佳視覺(jué)參數(shù)的確定

從表2～5可見(jiàn), 對(duì)于跨徑, 方式三(8.8+9.8+10.8+11.8+12.8+11.8+10.8+9.8+8.8)的權(quán)值最大, 為3.727, 故采用該種橋跨布置;對(duì)于矢跨比, 方式二權(quán)值最大, 為3.818, 故采用主拱圈線形采用半圓拱; 對(duì)于縱坡, 坡度為10%時(shí)的權(quán)值最大, 為4.455; 對(duì)于豎曲線半徑, 當(dāng)半徑為300m時(shí)的權(quán)值最大, 為3.818.于是, 就確定了各參數(shù)的最優(yōu)視覺(jué)效果下的取值, 最優(yōu)取值下的效果圖如圖6所示.

圖6 四個(gè)參數(shù)最優(yōu)取值情況下效果圖

3 結(jié)論

視覺(jué)分析就是從視覺(jué)心理出發(fā), 對(duì)空間線形及其與周?chē)匀痪坝^和沿線建筑的協(xié)調(diào)等進(jìn)行研究分析,以保持視覺(jué)的連續(xù)性、舒適性、協(xié)調(diào)性和安全感. 景觀橋作為一個(gè)景點(diǎn)的價(jià)值集中體現(xiàn)是橋梁與周?chē)h(huán)境的一個(gè)連續(xù)性、協(xié)調(diào)性, 橋梁結(jié)構(gòu)布局在空間上的擁擠度等方面. 本文在建立視覺(jué)分析模型的基礎(chǔ)上利用Delphi專(zhuān)家評(píng)分法對(duì)景觀橋梁進(jìn)行視覺(jué)效果的參數(shù)分析, 可以得到客觀、科學(xué)及連續(xù)、舒服的視覺(jué)效果.

1) 利用3DMAX、Photoshop、AUTOCAD等軟件能簡(jiǎn)單方便建立各個(gè)參數(shù)不同取值情況下的視覺(jué)分析模型, 為Delphi專(zhuān)家評(píng)分法的實(shí)施提供了便利;

2) 利用Delphi專(zhuān)家評(píng)分法進(jìn)行景觀橋梁的視覺(jué)參數(shù)分析, 具有思路清晰、簡(jiǎn)潔適用、結(jié)果直觀及科學(xué)客觀的特點(diǎn);

3) Delphi專(zhuān)家評(píng)分法也有一些缺點(diǎn)需要改進(jìn), 比如所需時(shí)間較長(zhǎng)和評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇及其權(quán)重難以避免夾雜一些主觀因素等等;

4) 為了分析方便, 本文在視覺(jué)分析中假定了橋梁的跨徑、矢跨比、縱坡及豎曲線半徑等四個(gè)參數(shù)是相互獨(dú)立的, 而在實(shí)際視覺(jué)中是存在一定的相關(guān)性, 以致會(huì)帶來(lái)視覺(jué)上的少許偏差, 但通過(guò)最后的效果圖可以對(duì)視覺(jué)效果進(jìn)行修正.

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Application of Delphi Experts Grading Method Based on The Computer Simulation in Visual Parameter Analysis of Bridge Landscape

WANG Guang-hui1,2, ZHANG Bo3, TANG Chun-yan2, YAN Gao-liang1
(1. College of Civil Engineering and Architecture，Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414006, China 2. School of Civil Engineering and Architecture, Changsha University of Science and Technology, Changsha 410076, China; 3. Urban and Rural Planning Bureau of Luotian County, Luotian County, 438600, China)

According to the defects of subjectively and disability of quantitative analysis of the traditional visual parameter analysis method, this article presents a method of visual parameter analysis of Landscape Bridge, which is more objective and quantitative. Based on computer simulation technology, the visual parameter analysis models for Landscape Bridge were established, and the Delphi expert scoring method for visual parameters analysis model which is achieved the visual parameters and optimal modeling of Landscape Bridge was introduced. With the engineering background of a 9 spans arch bridge at one scenic spot, successfully apply the method in the parameters analysis of bridge’s sense, and an excellent visual effect was achieved.

bridge engineering; computer simulation; Delphi expert scoring method; visual parameters analysis

U442.5+4

A

1672-5298(2014)03-0076-06

2014-07-11

湖南省教育廳青年項(xiàng)目(12B056); 長(zhǎng)沙市科技計(jì)劃項(xiàng)目(K1309003-11)

王光輝(1979? ), 男, 湖北英山人, 湖南理工學(xué)院土木建筑學(xué)院講師. 主要研究方向: 橋梁結(jié)構(gòu)評(píng)定與加固