基于GIS視線分析的山地城市建筑高度控制方法及其應(yīng)用
——以黃龍縣老城區(qū)為例

張耀文

北京北達(dá)城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究院上海分院 上海 200000

1 引言

伴隨著城市的發(fā)展，“看得見山，望得見水，記得住鄉(xiāng)愁”成為人民共同的生活愿景，也是城鎮(zhèn)化的目標(biāo)所在。然而，隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，山地城市受可建設(shè)用地短缺的制約，無序、高強(qiáng)度的建設(shè)行為嚴(yán)重破壞山體背景景觀的連續(xù)性，具有山地特色的城市景觀風(fēng)貌正逐漸消失，千城一面現(xiàn)象嚴(yán)重。近年來，為了保護(hù)山體背景景觀形成的天際線，山地城市在開發(fā)建設(shè)過程中亟需相關(guān)規(guī)劃對建筑高度進(jìn)行控制引導(dǎo)。為此，本文借助GIS技術(shù)平臺，通過建立山地城市的綜合視線影響模型，探索出了一套高效且適用于山地城市的建筑高度控制方法，為控制性詳細(xì)規(guī)劃階段城市建設(shè)用地的建筑高度控制提供參考。

2 現(xiàn)有建筑高度控制方法及利弊分析

目前，運(yùn)用比較多的建筑高度控制方法主要有三種：一是分區(qū)控制法，該方法最為常見，尤其是對傳統(tǒng)城區(qū)的保護(hù)，一般以仰視角度作為劃分控制分區(qū)的依據(jù)，操作方便且易于實施管理，但未考慮到觀測時的視線遮擋及對外圍背景環(huán)境的保護(hù)；二是眺望控制法，該方法通過對眺望點、眺望對象和眺望區(qū)域進(jìn)行控制，并將建筑高度限制在視線范圍內(nèi)，通過計算來精確控制視線通廊內(nèi)建筑高度，但視線通廊控制區(qū)域狹長，對整體城市建筑高度控制較弱；三是天際線控制法，該方法多結(jié)合海岸線、濱河空間、重要街道等進(jìn)行控制，是城市景觀與空間營造的重要因素，主要通過對天際線曲折度及層次感進(jìn)行綜合考慮與評價，適用于規(guī)劃中后期的多方案對比調(diào)整。

3 基于GIS視線分析的建筑高度控制方法

隨著三維可視化技術(shù)的發(fā)展，其為建筑高度控制提供了新的技術(shù)支撐，尤其對于保護(hù)山體背景景觀的復(fù)雜視線控制體系，無論在視線遮擋及外圍背景環(huán)境保護(hù)，還是視線控制區(qū)域，均具有巨大的改進(jìn)。本文以GIS為技術(shù)平臺，通過其三維可視分析等功能，對研究范圍內(nèi)建筑高度進(jìn)行精確計算，并為控制性詳細(xì)規(guī)劃階段的地塊高度控制提供參考。

（1）觀測點選擇及可視區(qū)域劃定

觀測點的選擇直接影響視線控制區(qū)域，為實現(xiàn)山體背景景觀的最佳保護(hù)效果，本文建議觀測點選擇遵循以下兩點：一是觀測點要正對研究區(qū)域，是山體背景景觀的最佳觀賞點；二是觀測點應(yīng)當(dāng)位于可達(dá)性好、人流集中的地方，如廣場、公共綠地、城市主要交通干道等。此外，隨著觀測方位的改變，眺望對象及可視區(qū)域也將發(fā)生相應(yīng)變化。例如，隨著人眼睛和身體的移動，人的視線可實現(xiàn)水平視角0°～360°和垂直視角-90°～90°的全方位變化。考慮到人眼距離地面的高度，本文按照一般人視線高度1.65m來計算。

（2）各觀測點對應(yīng)控制區(qū)域建筑高度控制分析

山脊線是在保證觀測視線不被遮擋情況下，觀測山體的每條視線消失點連線形成的連續(xù)曲折天際線，只要保證山脊線與觀測點構(gòu)建的三維控制面不被建筑物遮擋，就可看到完整的山脊線輪廓。為保護(hù)自然山體山脊線形成的天際線，香港城市設(shè)計導(dǎo)則對建筑高度控制作出規(guī)定，即建筑物高度應(yīng)確保山脊線以下20%山體景觀不被建筑物遮擋。本文參考香港城市設(shè)計導(dǎo)則，建議將山脊線高度整體下降20%，并與觀測點構(gòu)建三維的視線控制面，同時保證視線范圍內(nèi)所有建筑高度不得突破該控制面。在此基礎(chǔ)上，通過計算各位置垂直方向的視線控制高程值和地形高程值，精確計算出該區(qū)域?qū)?yīng)位置建筑高度控制值。

（3）綜合疊加分析

在山地城市中，不同觀測點的視線控制區(qū)域不同，對應(yīng)同一個位置的建筑高度控制值也會發(fā)生很大變化，可謂是步移景異。本文考慮對各觀測點分析計算結(jié)果進(jìn)行綜合疊加，同時保證重合部分取最小值，確保從各觀測點眺望山體均能看到不少于20%的山體背景景觀。鑒于控制性詳細(xì)規(guī)劃階段是以用地地塊為單位進(jìn)行建筑高度控制，本文考慮將地塊內(nèi)建筑高度控制值進(jìn)行平均計算，從而為用地的建筑高度控制提供參考。

4 應(yīng)用案例

4.1 黃龍縣老城區(qū)概況

黃龍縣位于延安市東南邊緣，被譽(yù)為陜北黃土高原上的“綠色明珠”。其中，老城區(qū)位于黃龍縣城區(qū)西部，其南側(cè)為黃龍穆柯寨景區(qū)，西側(cè)和北側(cè)分別為西山文化公園和北山休閑公園，縣城重要河流（石堡河）沿老城區(qū)南側(cè)橫向穿過，與兩側(cè)山體交相輝映。老城區(qū)南北寬約550米，東西長約1500米，總面積約83公頃，周邊山體海拔高度為1001.31m～1596.31m之間。本文考慮結(jié)合石堡河以南連續(xù)界面設(shè)置觀測點，以人眼可視區(qū)域山體背景景觀為界，形成極具景觀效果的山、城、河空間格局。

4.2 方法實現(xiàn)步驟

（1）設(shè)定觀測點

本文明確將老城區(qū)范圍作為建筑高度控制區(qū)域，以石堡河以南連續(xù)界面作為最佳觀測點選擇區(qū)域，以人眼可視區(qū)域內(nèi)山體背景景觀作為觀測對象。在此基礎(chǔ)上，通過ArcGIS10.2軟件，根據(jù)觀測點人眼的高度和位置生成觀測點3D高程數(shù)據(jù)。通過對比分析，本文結(jié)合石堡河以南觀賞效果好、居民休閑活動較為密集的穆柯寨廣場、景觀木棧道、健身步道等重要位置確定7個連續(xù)觀測點。

（2）計算各觀測點對應(yīng)控制區(qū)域建筑高度控制值

以觀測點4為例：首先，利用ArcGIS10.2中提供的“天際線”工具，構(gòu)建該觀測點觀測到的山脊天際線（圖1）；其次，利用“要素折線轉(zhuǎn)點”工具提取點要素，通過“添加表面信息”工具獲取每一個折點的高程值H，同時，為保證山脊線以下20%山體不被遮擋，本文考慮將每個折點向下偏移0.2H，通過ArcGIS10.2中提供的“創(chuàng)建Tin”工具，將觀測點與偏移后的折點生成一個視線控制面；接下來，借助“創(chuàng)建漁網(wǎng)”工具生成點陣，并通過“添加表面信息”工具分別將地形表面高程值及視線控制面高程值添加至點陣的屬性字段內(nèi)；最后，通過點陣對應(yīng)的高程值相減得到建筑高度控制值（圖2）。按照以上操作方法，依次對石堡河南岸7個觀測點進(jìn)行逐個計算，最終得到7個視域范圍對應(yīng)的建筑高度控制值。

圖1 ：觀測點4視域內(nèi)山脊線范圍

圖2 ：觀測點4建筑高度控制值

（3）多個觀測點綜合疊加分析計算

通過以上操作獲得7個觀測點對應(yīng)建筑高度值之后，需要對多個觀測點建筑高度值進(jìn)行綜合疊加分析計算，本文借助ArcGIS10.2中提供的“連接字段”工具，通過計算對應(yīng)各點高度最小值，從而得到各點對應(yīng)位置的建筑高度控制值。但是，以上得到的建筑高程控制是一個連續(xù)變化的值，高程控制點較密，雖然整體精確度較高，但控制性詳細(xì)規(guī)劃階段尚未形成建筑設(shè)計方案，不能具體確定控制對象，故以高密度的點陣形成的高度控制值無法指導(dǎo)以地塊為單位的建筑高度控制。本文提出以地塊為單位，借助ArcGIS10.2中提供的“空間連接”工具將點陣與用地地塊進(jìn)行空間連接，通過計算地塊內(nèi)各點建筑高度的平均值來確定地塊平均控制高度，為控制性詳細(xì)規(guī)劃階段建筑高度控制提供參考（圖3）。當(dāng)然，在修建性詳細(xì)規(guī)劃或者城市設(shè)計階段建議參考前者進(jìn)行優(yōu)化，通過具體建筑對應(yīng)位置內(nèi)點的最小值來確定建筑高度。

圖3 ：各地塊建筑高度綜合控制值

4.3 綜合控制結(jié)果

鑒于連續(xù)多變的山體背景景觀天際線及老城區(qū)范圍內(nèi)自身地形起伏的影響，在滿足視線控制要求前提下，各地塊建筑高度控制值有所差異，總體上遵循由濱河到山腳逐步遞增的趨勢。整個老城區(qū)范圍內(nèi)建筑高度大概控制在0-75m之間，濱河區(qū)域建筑高度控制較為嚴(yán)格，部分地塊原則上不超過12m。經(jīng)過與近期已改造完成地塊的對比，發(fā)現(xiàn)部分地塊建筑高度已明顯突破了建筑高度控制值，這與實際觀測結(jié)果一致。

5 結(jié)語

鑒于現(xiàn)有建筑高度控制方法的局限性，本文基于GIS技術(shù)平臺提出了以保護(hù)山體背景景觀為目標(biāo)的山地城市建筑高度控制方法，并應(yīng)用此方法對黃龍縣老城區(qū)建筑高度進(jìn)行分析計算，驗證了其可行性。該方法對現(xiàn)有建筑高度控制方法進(jìn)行了改進(jìn)，進(jìn)一步拓展了山地城市建筑高度控制方法，具有一定的啟示和借鑒意義。