陳 燁
馬文倩
樂山樂水者傳承山水文化之精髓,在山水之間營造建筑,是山水文化的必然追求。正如郭熙所言:“君子之所以渴慕林泉者,正謂此佳處故也”“山之人物以標(biāo)道路,山之樓觀以標(biāo)勝概”[1]。也因此,山水之間的風(fēng)景建筑被鄭績稱為“山水之眉目”[2]。作為“眉目”,便有了點(diǎn)睛抑或點(diǎn)景的含義,在尺度控制上也就有了一定的章法和約束。
傳統(tǒng)風(fēng)景建筑的尺度控制多以感性描述為主。在自然山水背景下,秦漢宮苑是將人工建筑散布于自然山水之中,追求彌山跨谷的氣勢;在寫意山水理念中,強(qiáng)調(diào)“終南移入戶庭間”(白居易《累土山》)。二者尺度跨度巨大,卻又在天人一體的自然山水觀中完美融合。
自然山水中的建筑營造追求增補(bǔ)互益的效果,如清代施閏章所言:“山水之有亭樓,猶人之高冠長佩也,在補(bǔ)其不足,不得掩其有余”[3];在小尺度環(huán)境中,則運(yùn)用考量規(guī)模限度的方法,如吳亮在《止園記》中提出:“園畝五十而贏,水得十之四,土石三之,廬舍二之,竹樹一之”[4],與王世貞描述小祗園“土石得十之四,水三之,室廬二之,竹樹一之”[5]頗為一致,其余文獻(xiàn)中所述大抵如是。
傳統(tǒng)的體量控制方法有較大的或然性,今天我們研究山水之間的建筑營造,是在自然山水的真實尺度下展開的研究。陳從周先生曾提出風(fēng)景建筑尺度控制的方向,如其在《說園》中所認(rèn)為的那樣:“風(fēng)景區(qū)之建筑宜隱不宜顯,宜散不宜聚,宜低不宜高,宜麓不宜頂。[6]”這句話既包含了選址概要,也包含了尺度控制的態(tài)度,只是具體量化的控制方法還需要進(jìn)一步探索。
當(dāng)前針對風(fēng)景建筑對景觀環(huán)境影響的研究文獻(xiàn)較少,其中針對風(fēng)景建筑尺度的研究,大多缺少明晰的方法體系。如波蘭克拉科夫工業(yè)大學(xué)的Ozimek等從景觀質(zhì)量的角度,通過數(shù)字化計算結(jié)合圖形分析的辦法,研究了在景觀環(huán)境中觀賞距離、建筑類型和建筑規(guī)模對景觀質(zhì)量的影響[7],是對景觀質(zhì)量定性定量的分析;其他在研究方向上接近的有胡一可等的《基于互動式眺望模型的風(fēng)景區(qū)邊緣區(qū)建筑高度控制研究》[8]、徐磊青等的《山景城市天際線的偏好與景觀知覺:建筑高度與視廊數(shù)量的影響》[9],以及美國景觀建筑協(xié)會理事會(FASLA)的風(fēng)景質(zhì)量顧問Palmer等從人的視野、視域、視敏度和像素取樣捕捉視覺信號等技術(shù)角度對風(fēng)景的評估等[10]。
在山水之間營造建筑,需要針對特定的山水形態(tài)做出充分評估。如選址山麓、山腰,需要細(xì)究山形,山形板則破,山形虛則補(bǔ),或增、或補(bǔ)、或破、或立,皆有其妙處。傳統(tǒng)描述山體的形與勢,在現(xiàn)代專業(yè)語匯中就涉及高程、高度、坡度、坡向、空間和比例等一系列環(huán)境要素。當(dāng)代風(fēng)景建筑體量的控制研究,應(yīng)當(dāng)在三維空間中解析上述諸環(huán)境要素,找到量化與計算的方法。
Autodesk Civil 3D是專業(yè)處理地形要素的軟件,在基于地形信息建立的三維動態(tài)工程模型中,所有曲面、斷面等均以動態(tài)方式鏈接,可用于快速完成道路工程、場地、雨水/污水排放系統(tǒng)以及場地規(guī)劃設(shè)計等。借助該軟件,可以對場地模型進(jìn)行便捷的曲面建構(gòu)和修改,并可對曲面高程、坡度、坡向和匯水等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行多方面的可視化和交互性分析。
風(fēng)景園林建筑體量是三維空間中的體量,可拆解為水平方向的建筑占地面積與垂直方向的建筑高度2個關(guān)鍵指標(biāo)。以選址山地為例,可通過采集場地的豎向信息,建立山地坡體形狀的數(shù)字地形(曲面)模型,利用Civil 3D提取等高線,進(jìn)行坡度分析以及視線影響區(qū)分析,根據(jù)風(fēng)景建筑與地形豎向要素之間的相關(guān)因素,以及游人對空間尺度的視覺感知特性,解析建筑邊界范圍、建筑與山體輪廓的參數(shù)因子,從而針對山地環(huán)境中的建筑設(shè)計構(gòu)建參數(shù)控制模型,建立基于建筑密度的面積控制算法。進(jìn)而充分利用數(shù)字地形模型數(shù)據(jù)處理與分析的優(yōu)勢,通過生成曲面縱斷面進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,并依據(jù)坡形比值研究對建筑高度的限制條件。
在運(yùn)行計算的過程中,結(jié)合前期對江南傳統(tǒng)優(yōu)秀風(fēng)景建筑的數(shù)據(jù)分析成果,運(yùn)用風(fēng)景環(huán)境中建筑密度的指標(biāo)區(qū)間、基于坡體形狀的指標(biāo)參數(shù)區(qū)間,為山地環(huán)境中建筑體量的計算提供參考依據(jù)。
宋代是風(fēng)景建筑的高速發(fā)展時期,王希孟的《千里江山圖》中呈現(xiàn)了多樣化的建筑形制。細(xì)觀山中建筑,體量組合多變、疏朗有致。宋代的文人園林也以疏朗為主,有“三分水、兩分竹、一分屋”的說法,建筑數(shù)量得到控制,不像明清時期通過游廊及建筑劃分空間而呈現(xiàn)出的高建筑密度。至清代,龔賢指出:“凡安寺觀大小,亦宜視山之深淺、林之厚薄、設(shè)橋亦然,小橋、板橋止可設(shè)于平灘沙水之際;深山大澤,須用石橋。樓臺宜聳出在松楸林木之外,然亦須襯貼。大石橋邊必有古寺。[11]”這一觀點(diǎn)充分體現(xiàn)了因山構(gòu)室、因穴成屋的重要思想。建筑因特定山體空間形態(tài)而選址,視特定的可建設(shè)用地而控制規(guī)模,正是對多變的山體形態(tài)的呼應(yīng)。
本研究以平整的土地特性提取空間范圍,通過可建設(shè)用地的面積倒推建筑占地面積。
1)地段可建設(shè)面積的獲取。
(1)等高線范圍的劃定:首先選擇建筑基址所在空間,將可建設(shè)坡度閾值定為0~25%,形成滿足坡度要求范圍的邊緣等高線,構(gòu)建基于坡度選擇的建筑選址初步范圍(圖1)。
(2)可視域范圍的確定:進(jìn)一步通過Civil 3D的視線影響計算模塊,根據(jù)地段內(nèi)道路及可視方位進(jìn)行視線影響區(qū)分析?;谝暰€雙向可逆的原理,設(shè)定以坡形限高比方法計算出的建筑高度作為計算基準(zhǔn)高度,通過計算得出可視域范圍,在該視域范圍內(nèi)觀與被觀均可滿足(圖2)。
圖1 等高線提取
圖2 視線影響區(qū)分析(紅色區(qū)域不可見,黃色區(qū)域部分可見,綠色區(qū)域全部可見)
圖3 邊界疊加
(3)可建設(shè)范圍確定:將建筑可視域范圍與等高線確定的邊界進(jìn)行疊加,得到更精準(zhǔn)的邊界,進(jìn)一步限定可建設(shè)范圍(圖3)。
2)建筑密度計算。
建筑密度是獲得建筑占地面積的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。風(fēng)景區(qū)建筑密度的控制指標(biāo)不能借鑒城鄉(xiāng)規(guī)劃的相關(guān)指標(biāo),二者環(huán)境背景不一樣,因此不具有可比性。為此,研究小組專門針對江浙一帶傳統(tǒng)優(yōu)秀建筑展開調(diào)研,通過獲取的電子數(shù)據(jù)結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果,采用同樣的方法,歸納計算相似條件的建筑及建筑群的建筑密度(表1),得出建筑密度(ρ)的可參照區(qū)間為0≤ρ≤0.25,可將其代入公式(建筑占地面積=可建設(shè)面積×建筑密度)計算建筑占地面積數(shù)值區(qū)間。
在風(fēng)景建筑尺度控制的傳統(tǒng)理念中,有清代施閏章所描述的“補(bǔ)形”思想,也有如李漁所追求的“增益”思想:“因其高而愈高之,豎閣磊峰于峻坡之上,因其卑而愈卑之,穿塘鑿井于下濕之區(qū)。[12]”二者都屬于因山構(gòu)室以求“增補(bǔ)互益”的理念。這一思想對于建筑高度的控制有著模糊的制約,其基本理念都是在視覺感知下充分考慮山體形態(tài)的連續(xù)與完整以及建筑在空間格局中的隱藏與凸顯。本文以Civil 3D提取山地坡形,通過參數(shù)化計算得出建筑高度的控制指標(biāo)。
1)基于坡形的建筑高度限制計算(圖4):通過場地豎向信息的采集,建立數(shù)字地形模型。基于建筑選址展開分析,首先經(jīng)過某一觀景駐點(diǎn)和建筑選址中心點(diǎn)創(chuàng)建并提取縱斷面。在縱斷面中連接觀景駐點(diǎn)與背景山體最高點(diǎn),構(gòu)建虛擬坡形線,過建筑中心位置做虛擬坡形線的垂直交線,得到基于坡形的建筑限制高度。
2)在縱斷面中,通過上述輔助線獲取的坡形限高高度,受所創(chuàng)建的縱斷面曲線曲率及其變化的影響。在風(fēng)景環(huán)境中,可基于規(guī)劃平面選取合適的駐點(diǎn)位置以提取縱斷面,駐點(diǎn)涵蓋近景、中景、遠(yuǎn)景的觀賞視距(圖5)。設(shè)置多處駐點(diǎn)并求其最小值(對景觀環(huán)境的影響最小),以確保所得建筑高度滿足多個觀賞角度下的尺度要求。
3)利用坡形限高比計算建筑高度。傳統(tǒng)風(fēng)景建筑的高度在增補(bǔ)互益的觀念下,或強(qiáng)調(diào)坡形的連續(xù)起伏,或在高處增補(bǔ)凸顯。因此,坡形限高并不等于建筑的真實高度,需要對計算出的坡形限高進(jìn)行參數(shù)化修正計算。將建筑高度與基于坡形線的建筑限制高度的比值定義為坡形限高比(F),作為建筑高度控制的指標(biāo)參數(shù),用于描述視野范圍內(nèi)建筑高度對山體坡形的影響。通過提取模型中的多個縱斷面分析得到多個坡形限高高度,進(jìn)而選取以最小值計算得到建筑坡形限高高度Hi的區(qū)間,提出坡形限高比計算公式:
F=H/Hi
式中,F(xiàn)為坡形限高比;H為建筑高度;Hi為建筑坡形限高高度。
坡形限高比的參數(shù)區(qū)間是通過對類似條件下優(yōu)秀傳統(tǒng)建筑的選取與數(shù)據(jù)分析得到的。調(diào)研并歸納相似環(huán)境條件下的案例(表2),可得到坡形限高比F的區(qū)間為[0.45,1.55],以計算建筑高度(H)區(qū)間。通過坡形限高比可以看出建筑高度對山體坡形的影響。雖案例有限,但基本可以看出相對于坡形限高上下50%的變化幅度,可以認(rèn)為,在傳統(tǒng)理念與觀賞視角下,建筑的隱與顯大多為半遮半掩狀態(tài),基本符合通常對建筑尺度控制的理念。
圖4 Civil 3D縱斷面模型分析
表1 相似條件建筑調(diào)研數(shù)據(jù)
表2 區(qū)間地帶坡形限高比
圖5 設(shè)置多處駐點(diǎn)進(jìn)行縱斷面創(chuàng)建
圖6 南京老山風(fēng)景區(qū)衛(wèi)星圖
圖7 可建設(shè)面積與等高線及不可視域的疊合
圖8 多角度縱斷面分析
南京老山風(fēng)景區(qū)是南京城市總體規(guī)劃確定的13片環(huán)境風(fēng)貌保護(hù)區(qū)之一,老山國家森林公園是其中的核心部分。在公園中,有一處位于3座山峰之間的山間平臺(圖6),擬在地塊東側(cè)結(jié)合原南宋狀元張孝祥的雕像形成草坪廣場,地塊西側(cè)構(gòu)建一座穿插迂回的狀元廊,廊內(nèi)設(shè)竹簡銘墻,同時擁有展示、售賣、公共衛(wèi)生間和觀景等功能,將成為狀元廣場上的核心景觀建筑。該建筑體量應(yīng)當(dāng)與山體環(huán)繞的空間相協(xié)調(diào),通透的體量既成為一處觀景勝地,又構(gòu)成一處絕佳風(fēng)景。在建筑選址、道路流線確定的情況下,基于Civil 3D的兩大算法成為研究建筑體量的重要工具。
1)建筑占地面積的計算。
首先提取高程信息建立數(shù)字地形模型(曲面),并將道路部分的設(shè)計圖紙疊加于模型上,標(biāo)識出建筑初步選址范圍。將可建設(shè)坡度閾值設(shè)定為0~25%,更改曲面樣式顯示坡度變化,提取建筑選址范圍內(nèi)適于建設(shè)的坡度邊界,得出區(qū)域內(nèi)可建設(shè)面積S。利用Civil 3D判斷建筑初步選址位置的所在高程(高程=125m),選擇坡度適合的相鄰2根等高線(高程分別為115、135m)構(gòu)成邊界,形成建筑選址區(qū)域。設(shè)定選址處6m高度的位置進(jìn)行視線影響區(qū)分析,生成建筑可視域與不可視域,疊加并細(xì)化建筑選址范圍,得到區(qū)域可建設(shè)用地總面積30 415.76m2。根據(jù)建筑密度(ρ)的數(shù)值區(qū)間[0,0.25],可得到在該選址位置處建筑占地面積(m2)數(shù)值的控制區(qū)間為[0,7 603.940](圖7)。
2)建筑高度的計算。
在建筑選址位置周邊的主要游覽道路上設(shè)置近、中、遠(yuǎn)共5個觀賞駐點(diǎn),進(jìn)行縱斷面分析(圖8,表3),綜合考慮建筑在近景、中景以及遠(yuǎn)景的眺望尺度下最合理的高度區(qū)間。觀賞駐點(diǎn)為近景2處、中景2處、遠(yuǎn)景1處,分別通過駐點(diǎn)與建筑選址位置做5個縱斷面,并利用Civil 3D進(jìn)行分析,得到對應(yīng)的坡形限高高度,利用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)整理求其最小值。結(jié)合調(diào)研得到的坡形限高比F的參數(shù)值區(qū)間為[0.45,1.55],利用公式H=F×Hi,對建筑高度H的區(qū)間范圍進(jìn)行計算。得出在該選址位置處建筑高度(m)數(shù)值的控制區(qū)間應(yīng)為[5.5,18.6]?;诃h(huán)境容量的考慮,建筑高度實際只要低于18.6m,對環(huán)境的影響都是可以承受的,且越接近底線越好。其中5.5m為參數(shù)計算的最低值,實際上如果低于此高度,表示在某些可視域內(nèi)無法看到,對環(huán)境影響自然更小。
3)建筑體量及設(shè)計調(diào)整。
通過計算,可獲得建筑的大致體積(m3)區(qū)間[0,141 432.5],實際設(shè)計的狀元廊建筑體量為6 198.9m3,在計算得到的控制區(qū)間內(nèi)。在設(shè)計控制的系列指標(biāo)中,考慮到建筑高度控制區(qū)間的最高值從燕子磯夕照樓采集而來,屬于垂直體量的建筑類型,與本方案建筑類型有較大差異,因此將建筑高度(m)數(shù)值控制區(qū)間調(diào)整為[5.5,13.6],且建筑選址位于陡坡邊緣,視覺彰顯度較大,因此結(jié)合高差變化,最終將建筑最高高度確定為10.2m(局部跌落),大部分高度在4.2~7.3m,基本都在基于坡形限高比得出的建筑高度限制區(qū)間[5.5,13.6]內(nèi);建筑占地總面積659m2,觀景平臺占地460m2,在計算出的建筑占地面積區(qū)間[0,7 603.9]內(nèi),大部分可用區(qū)域最終建設(shè)成為廣場和草坪。
在設(shè)計中,考慮到建筑體量數(shù)值偏于計算出的空間容量下限,因此實際建筑體量具有了較大彈性。在布局中通過回轉(zhuǎn)曲廊的方法,圍合出面向廣場和面向山谷的兩大開放空間,形成了空間與流線互相穿插的折線空間;在建筑體量的調(diào)整中,以計算出的限高下限為準(zhǔn),建筑物以一層高度為主,并利用場地的豎向高差,形成高低錯落的建筑形態(tài)。考慮到面向山谷的景觀面的開敞度,整個建筑體量布局偏向場地西側(cè),東側(cè)以觀景平臺及以張孝祥雕塑為主的大面積草坪相呼應(yīng)。建筑以廊道形式為主,采用木屋架結(jié)構(gòu)結(jié)合混凝土支撐結(jié)構(gòu),在廊內(nèi)設(shè)置可旋轉(zhuǎn)的竹簡銘墻,彰顯狀元文化的特色與底蘊(yùn)。在連續(xù)變化的通透長廊中,利用局部空間的變化,融入相對封閉的售賣、衛(wèi)生間等功能,構(gòu)成了以狀元文化為底蘊(yùn)的老山國家森林公園中的重要景點(diǎn)(圖9、10)。
圖9 老山狀元廊技術(shù)圖紙
圖10 老山狀元廊實景
表3 各縱斷面建筑坡形限高高度統(tǒng)計
從傳統(tǒng)模糊的體量控制理念到參數(shù)化計算,相較于經(jīng)驗、感性的控制理念更為科學(xué)、合理。基于Civil 3D計算的體量控制技術(shù)是一次有益的嘗試,其中等高線與坡斷面的自動提取功能是其優(yōu)勢。在結(jié)合傳統(tǒng)理念的基礎(chǔ)上,不僅具有清晰可調(diào)控的技術(shù)手段,而且能兼顧多種設(shè)計方向,兼顧不同建筑類型,具有可調(diào)節(jié)的彈性區(qū)間。需要強(qiáng)調(diào)的是,參數(shù)化計算方法只是通過科學(xué)計算找到了基于環(huán)境特征的最大承載量,在實際操作上應(yīng)盡量取建筑控制高度的最小值,這樣才能使整體環(huán)境更加貼近自然。