基于模糊理論的建筑景觀空間優(yōu)化設(shè)計

孟曉惠

摘 要： 為了解決傳統(tǒng)基于視覺的建筑景觀空間設(shè)計方法存在設(shè)計效果直觀性差以及用戶滿意度低的問題，提出基于模糊理論的建筑景觀空間設(shè)計方法，其對建筑景觀實施直壁容器式綠化系統(tǒng)或垂直模塊式綠化系統(tǒng)的立體綠化模糊化形態(tài)處理，實現(xiàn)總體建筑墻面以及頂棚的覆蓋，確保不同建筑景觀空間構(gòu)成同一整體，完成建筑景觀空間的模糊化操作。采用基于模糊綜合評價方法對塑造的建筑景觀空間效果實施評估，通過基于小生境遺傳算法的建筑景觀設(shè)施優(yōu)化方法對建筑景觀設(shè)置的尺度比例實施改進(jìn)，塑造優(yōu)質(zhì)的建筑景觀效果。實驗結(jié)果說明所提方法可實現(xiàn)建筑景觀空間的優(yōu)化設(shè)計，用戶滿意度高。

關(guān)鍵詞： 模糊理論； 建筑； 景觀； 空間優(yōu)化設(shè)計

中圖分類號： TN911.73?34； S732 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）23?0064?05

Abstract： Since the traditional architectural landscape space design method based on vision has poor intuition of design effect and low user satisfaction， an architectural landscape space design method based on fuzzy theory is proposed. The three?dimensional greening fuzzy morphological processing based on the greening system with straight wall vessel type or vertical model type was conducted for the architectural landscape to cover the wall space and ceiling of the overall architecture， guarantee the integration composed of different architectural landscape spaces， and realize the fuzzy operation of the architectural landscape space. The fuzzy comprehensive evaluation method is used to evaluate the space effect of the constructed architectural landscape. The architectural landscape optimization method based on niche genetic algorithm is adopted to improve the set scaling ratio of the building landscape， construct the superior architectural landscape effect. The experimental results show that the proposed method can realize the optimal design of the architectural landscape space， and has high user satisfaction.

Keywords： fuzzy theory； architecture； landscape； space optimization design

0 引 言

塑造環(huán)保、美觀的建筑景觀空間環(huán)境是各建筑設(shè)計人員的最終目標(biāo)。隨著環(huán)保意識和藝術(shù)審美觀念的提升，立體綠化成為當(dāng)前建筑景觀空間設(shè)計的重點方向[1]?！澳：笔墙ㄖ坝^空間的基本特征，可確保建筑屋頂、墻面等處的綠化同綠色景觀融為一體。而傳統(tǒng)基于視覺的建筑景觀空間設(shè)計方法設(shè)計效果直觀性差，用戶滿意度低，得到的建筑景觀空間效果較差。因此，本文提出基于模糊理論的建筑景觀空間優(yōu)化設(shè)計方法，獲取更為直觀、合理的建筑景觀空間，提高建筑景觀的利用度和價值度。

1 基于模糊理論的建筑景觀空間優(yōu)化設(shè)計

1.1 建筑立體綠化模糊化形態(tài)

目前的建筑具有開放式特征，建筑景觀空間不是單獨呈現(xiàn)在某個建筑空間界面中，而是在建筑中實施整合，處于不同的建筑界面中，建筑、自然以及室內(nèi)部件相互關(guān)聯(lián)、滲透以及包裹，組成總體建筑景觀空間。建筑景觀空間大多數(shù)是綜合模糊化，建筑立體綠化交互使用在不同的建筑空間內(nèi)，完成建筑空間的模糊化。圖1描述的是某藝術(shù)設(shè)計媒體學(xué)院的教學(xué)大樓，從遠(yuǎn)處看不出其是五層樓框架的建筑物，因為其同周圍環(huán)境互融。該建筑通過較多的玻璃幕墻裝飾，確保室內(nèi)光照條件。綠色屋頂通過絕緣材料實現(xiàn)隔熱降溫，并且能夠?qū)⒅車挠晁畢R聚起來，完成植物的灌溉。該建筑的玻璃幕墻由兩個完全綠化延伸的弧形構(gòu)成，兩個層面間存在高低落差，對景觀同建筑空間界面以及建筑層面實施模糊化處理，使得建筑同自然邊界模糊消隱。

1.2 立體綠化模糊化的技術(shù)手段及生態(tài)性

由于科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，建筑景觀設(shè)計出現(xiàn)了較多的新措施，如通過支撐構(gòu)架以及人工種植基盤對植物實施固定，塑造完整的建筑景觀空間，其中含有完整的灌溉系統(tǒng)。新措施為建筑景觀空間的模糊化狀態(tài)提供了技術(shù)支撐[2]，主要的模糊化狀態(tài)如下。

1.2.1 直壁容器式綠化系統(tǒng)

直壁容器式將植物栽種在不同的容器內(nèi)，容器同地面平行，容器部署到不銹鋼、鋼筋混凝土等支撐架構(gòu)中，構(gòu)成立體建筑景觀?；谌萜魍渭軜?gòu)受力角度的差異性，直壁容器式垂直建筑景觀包括固定方式、擺放式、懸掛式以及一體式集中類型。其中的一體式集中類型在板塊中部署不同的容器，將支撐面板同容器連接成一個完整的種植裝置，融合多個一體式容器得到完整的建筑綠化景觀墻面，并且對不同的一體式容器實施拼裝可獲取相應(yīng)的圖案，如圖2所示。endprint

直壁容器式綠化系統(tǒng)內(nèi)的植物呈現(xiàn)良好的生長趨勢，該景觀方式滿足植物生長方向，可擁有臨時建筑景觀墻面綠化，完成建筑和景觀的模糊化處理。

1.2.2 垂直模塊式綠化系統(tǒng)

垂直模式建筑景觀空間包括綠化模塊、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)以及澆灌系統(tǒng)。綠化模塊能夠種植綠化植物，通過結(jié)構(gòu)系統(tǒng)部署到建筑內(nèi)形成相應(yīng)的建筑景觀面；支撐架同種植面板以及建筑墻面相連接[3]，通常通過耐腐蝕以及高強(qiáng)度的不銹鋼鐵框架確保景觀種植面板的穩(wěn)定性。某花園公司綠化系統(tǒng)種植模塊如圖3所示。

綠化模塊的結(jié)構(gòu)方式包括容器骨架式模塊、卡盆式模塊、種植盒模塊以及介質(zhì)模塊。其中的容器骨架式模塊是垂直模塊，能夠提高建筑植物綠化的可視度。通過人工對容器中的土壤實施改良，為植物提供生長所需的養(yǎng)分，采用不銹鋼固定骨架構(gòu)成建筑綠化立面，該模塊通常在小規(guī)模綠化項目中應(yīng)用。介質(zhì)模塊不存在種植基盤，由植物生長混合粉末、椰子纖維外皮以及發(fā)泡膜等構(gòu)成，平時僅需在灌溉水內(nèi)融入營養(yǎng)液和無毒殺菌殺蟲劑，可確保植物的正常生長。

垂直模塊式綠化植物具有較高的實用性，其垂直面能夠確保植物覆蓋率達(dá)到100%。模塊部署鑒別能夠?qū)崿F(xiàn)總體建筑墻面以及頂棚的覆蓋，確保不同空間構(gòu)成同一整體，完成模糊化狀態(tài)[4]，并且也能夠?qū)嵤┤我馄唇?，塑造?yōu)質(zhì)的建筑景觀效果。

1.3 基于模糊綜合評價法的建筑景觀空間評價

1.3.1 調(diào)查區(qū)域與數(shù)據(jù)收集過程

本文采用模糊綜合評價法對1.2節(jié)塑造的建筑景觀空間實施評估，以中關(guān)村建筑景觀空間為例實施分析。本文進(jìn)行了三次調(diào)研：第一次調(diào)研是為了整理評估因子，通過隨機(jī)抽樣法對在中關(guān)村西區(qū)上班的人群進(jìn)行調(diào)查；第二次調(diào)研是為了對有朝氣的建筑景觀空間做分類，并且選出下階段準(zhǔn)備采用的特色地點，到現(xiàn)場觀察以及記錄人數(shù)的時間為周日、周一、周三的中午12：00—13：00，分析得出結(jié)論，中關(guān)村西區(qū)的建筑景觀空間主要匯集在建筑出入口、步行街道以及綠地廣場；第三次調(diào)研是為了創(chuàng)新性地評判特色空間[5]。把第一次的調(diào)查對象作為此次的調(diào)查對象，以第二次調(diào)研選取的特色空間為基礎(chǔ)，發(fā)送了170份的重要度和滿意度評估問卷，收回160份，并且這160份樣本的同步性檢驗為有效，調(diào)查數(shù)據(jù)有效率達(dá)到94.1%。

1.3.2 評價指標(biāo)體系的確定

基于1.3.1節(jié)的調(diào)查分析得出，個性化、多元化、便利性、領(lǐng)域感以及開放性五個評估標(biāo)準(zhǔn)為創(chuàng)新階層的建筑景觀空間，評估因子為15個，如表1所示。

1.3.3 對建筑景觀空間的模糊綜合評價

在模糊數(shù)學(xué)的綜合評價方法的基礎(chǔ)上得出模糊綜合評價法。其用模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論將定性評價變成定量評價，把受制于各類因素的事物和對象用模糊數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行整體評判。其可把不清晰、無法量化的問題處理好，適用于處理多種不確定性的問題，有結(jié)果明了、系統(tǒng)性強(qiáng)的優(yōu)點。依據(jù)建筑景觀空間“創(chuàng)意性”的主觀色彩明顯的特點，采用模糊綜合評價法分析滿意度[6]。在評價指標(biāo)和評價因子的基礎(chǔ)上，建立評價因子集，包括16項：[U=][個性化的標(biāo)識系統(tǒng)和導(dǎo)視系統(tǒng)[u1，]有雕塑、涂鴉等藝術(shù)景觀因素[u2，]…，視線的開闊程度[u16]]，創(chuàng)新階層再對上述因子進(jìn)行依次打分，評語分為五級，評語集[V=][很滿意[v1，]滿意[v2，]一般[v3，]不滿意[v4，]很不滿意[v5]]。

將因子集和評語集之間構(gòu)建起模糊關(guān)系，并把各類評價因子的隸屬度計算出來。模糊關(guān)系矩陣[R1，][R2，][R3]即是由統(tǒng)一獲得的因子模糊評價向量得出，其相應(yīng)的建筑景觀空間類型分別為建筑出入口、步行街以及綠地廣場。各權(quán)重依據(jù)各類因子對終極評價結(jié)果的影響進(jìn)行分配。本文用的方法是對比排序法[7]，對創(chuàng)新階層在16個評價因子里篩選出的首要10個實施排序并給予分值（最重要給10分，次重要給9分，依次遞減）。通過各因子得分在因子總得分中所占的比重獲得此因子的權(quán)重，公式如下：

例如 “建筑出入口”空間種類里，依據(jù)[U]的全部評價因子的權(quán)數(shù)組成模糊向量[A]。步行街以及綠地廣場的空間種類的因子權(quán)重賦值也用此算法。通過矩陣乘法來明確模糊綜合評價向量[B=A*R，][R]為前文提到的模糊關(guān)系矩陣，進(jìn)而獲得三種空間類型的滿意度評估成果。則最終獲取的建筑景觀整體滿意度評價結(jié)論為[B=13?（B1+B2+B3）]。

2 基于小生境遺傳算法的建筑景觀設(shè)施優(yōu)化

對建筑景觀進(jìn)行評判時，融合層次研究法來決定它的權(quán)重，其中分?jǐn)?shù)最少的是景觀設(shè)施的尺度比例模糊評判。在上述數(shù)據(jù)研究結(jié)論的基礎(chǔ)上，提出關(guān)于建筑景觀設(shè)施尺度比例的多目標(biāo)優(yōu)化方法，依據(jù)居民滿意度、投資成本，通過小生境遺傳算法進(jìn)行景觀設(shè)施的尺度比例改良。

2.1 景觀設(shè)施尺度比例多目標(biāo)優(yōu)化模型構(gòu)建

2.1.1 優(yōu)化變量選取及權(quán)重確定

把建筑景觀空間的入口、出口、亭子等地方設(shè)立成考察點，考察對象是建筑中的居民?；?.3.3節(jié)方法可獲取居民對建筑景觀設(shè)施的滿意度，并對其中滿意度低的景觀設(shè)施實施改進(jìn)。尺度比例的評價層次框架圖是在評價目標(biāo)層為景觀設(shè)施尺度比例的基礎(chǔ)上，用層次分析法，依據(jù)景觀設(shè)施的種類構(gòu)建指標(biāo)層而獲得，最后算出權(quán)重值[8]。通過層次分析法的satty標(biāo)度法建立指標(biāo)層的判斷矩陣，實施數(shù)據(jù)操作，設(shè)置獲得指標(biāo)層的權(quán)重[WA32]=（0.367，0.012，0.033，0.020，0.194，0.136，0.160，0.036，0.042）。匯總分析建筑景觀空間中綠化容器、停車位、燈具、公共座椅的權(quán)重，得出的權(quán)重值依次為0.428，0.226，0.159，0.1。

2.1.2 目標(biāo)函數(shù)建立

本文在景觀設(shè)施的尺度比例基礎(chǔ)上實施多目標(biāo)改良，包括投資成本以及居民滿意度兩個目標(biāo)函數(shù)。依據(jù)對綠化容器、停車位、燈具、公共座椅等關(guān)聯(lián)成分的研究，在自變量是其增加量的基礎(chǔ)上，限制優(yōu)化目標(biāo)[9]。endprint

（1） 成本目標(biāo)函數(shù)。建筑景觀設(shè)施的成本與增長量間的聯(lián)系為正比例增長關(guān)系，融合各種景觀設(shè)施的價格，成本目標(biāo)函數(shù)可被描述成：

（2） 滿意度目標(biāo)函數(shù)?？紤]到建筑空間的面積大小以及長度等原因，設(shè)施尺度比例正當(dāng)?shù)那闆r下，居民滿意度與景觀設(shè)施數(shù)量間的關(guān)聯(lián)是正比例關(guān)系。固定的居住空間中，景觀設(shè)施的尺度比例越大，景觀設(shè)施數(shù)量就越小，居民的利用要求就無法得到滿足，導(dǎo)致居住空間的滿意度下降。反之，尺度比例越小，景觀設(shè)施數(shù)量就越大，陳設(shè)就越集中，嚴(yán)重妨礙居住空間的視覺美感、空間明亮、生態(tài)規(guī)劃等，居住空間的滿意度也隨之下降。在一定的限制前提下，滿意度目標(biāo)函數(shù)的公式為：

（3） 約束條件。為了解決建筑景觀資源浪費和管理負(fù)擔(dān)，通過增加公共座椅滿足用戶需要，設(shè)置增加的公共座椅是[4≤X1+ΔX1≤11]。設(shè)置各種燈具的平均價格是[a3]=260元，建筑已有燈具的總數(shù)大概是[X3]=84個，所以[90≤X3+ΔX3≤180]，且[6≤ΔX3≤96]。

2.2 小生境遺傳算法優(yōu)化建筑景觀設(shè)施尺度比例

本文采用小生境遺傳算法對建筑景觀設(shè)施尺度比例實施改進(jìn)，為了方便單體適應(yīng)度的調(diào)節(jié)，該算法運(yùn)用設(shè)計單體之間平行水平共用函數(shù)的方法[10]，使尋找改善問題的一切部分最優(yōu)解以及整體最優(yōu)解更容易，運(yùn)用浮點數(shù)對染色體基因?qū)嵤┚幋a，就是把成本[C0]表示的[C0min，C0max]與滿意度[S]表示的[Smin，Smax]間的浮點數(shù)進(jìn)行計算。

2.2.1 小生境技術(shù)

2.2.2 選擇算子和交叉算子

2.2.3 變異算子

綜合分析得出，小生境遺傳算法推算出的結(jié)論如果滿足約束條件，那么算法結(jié)束。反之，其將退回實施選擇、交叉、變異等輪回流程，直至滿足約束條件。

3 實驗結(jié)果與分析

為了驗證本文方法的性能，采用本文方法對中關(guān)村建筑景觀空間實施優(yōu)化設(shè)計。本文方法能夠獲取建筑景觀的滿意度，進(jìn)而描述人們對建筑景觀的認(rèn)可程度。圖4描述了建筑入口、步行街以及綠地廣場的評價因子的關(guān)注度情況，采用本文方法獲取三類建筑景觀空間的滿意度情況用圖5描述。最終可獲取非常滿意到完全不滿意五個等級，并且設(shè)置分?jǐn)?shù)值為2～-2分。分析圖5能夠看出，本文方法設(shè)計下的中關(guān)村各因子的總體結(jié)果基本一致，用戶對中關(guān)村建筑景觀空間的滿意程度介于“一般”到“滿意”之間，對中關(guān)村建筑景觀空間的設(shè)計效果較為認(rèn)可。說明本文方法能夠有效實現(xiàn)建筑景觀空間的優(yōu)化設(shè)計。

通過圖5的三類建筑景觀空間的滿意度值，獲取總體中關(guān)村建筑景觀建筑出入口、步行街以及綠地廣場的綜合滿意評分分別是0.716，0.668以及1.003。能夠得出，綠地廣場的滿意度最高。這主要是因為綠地廣場空間是中關(guān)村西區(qū)開放空間同規(guī)劃具有最高匹配度的區(qū)域。由于步行街的鋪裝門面的寬度和裝飾風(fēng)格差異較大，具有較低的圍合度，因此滿意度較低。

4 結(jié) 語

針對當(dāng)前方法存在的不足，提出基于模糊理論的建筑景觀空間設(shè)計方法，結(jié)果表明，本文塑造了優(yōu)質(zhì)的建筑景觀空間，提高了用戶滿意度，具有較高的實際應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)

[1] 關(guān)偉鋒，高寧，王永超.城市開放空間景觀設(shè)計的“低成本”策略[J].西北林學(xué)院學(xué)報，2014，29（1）：212?216.

[2] 郭小東，徐帥，宋曉勝，等.基于灰色模糊分析法的古建筑木結(jié)構(gòu)安全性評估[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2016，42（3）：393?398.

[3] 薛梅，邱月，唐相楨.基于地理設(shè)計的城市三維空間形態(tài)設(shè)計方法[J].規(guī)劃師，2015，31（5）：49?54.

[4] 周愛林，王亞民，魏征，等.基于用戶滿意度的移動服務(wù)優(yōu)化設(shè)計研究[J].科技管理研究，2014，34（24）：188?194.

[5] 張琳，李飛鵬，張海平.基于數(shù)值模擬的城市景觀水體生態(tài)設(shè)計研究：以廣西蒼海湖為例[J].中國園林，2015，31（10）：76?80.

[6] 孫啟微，楊麗文.公共健康視角下茶園景觀空間優(yōu)化設(shè)計探析[J].福建茶葉，2016，38（6）：146?147.

[7] 趙艷，卞廣萌.海綿型村鎮(zhèn)廣場景觀空間優(yōu)化設(shè)計[J].人民論壇，2015（23）：165?167.

[8] 郭文斌，郭曉勇.點光源小擾動環(huán)境空間布局室內(nèi)優(yōu)化設(shè)計[J].科技通報，2016，32（1）：128?132.

[9] 陳希遠(yuǎn)，于天鵬，楊士斌.飛機(jī)座艙舒適性優(yōu)化控制仿真研究[J].計算機(jī)仿真，2017，34（1）：36?40.

[10] 趙程偉，董雄報，周正龍，等.基于模糊理論的改進(jìn)TOPSIS法在工程項目評標(biāo)中的應(yīng)用[J].數(shù)學(xué)的實踐與認(rèn)識，2016，46（8）：99?105.endprint