基于可拓?cái)?shù)據(jù)挖掘的建筑立面設(shè)計(jì)方法研究

于立全

在建筑立面設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要依靠設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)設(shè)計(jì)要素的嚴(yán)格把控，由于建筑立面設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及的設(shè)計(jì)要素較多，且復(fù)雜多樣，因此需要花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間才能完成建筑立面設(shè)計(jì)[1]。由于這種傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法不僅設(shè)計(jì)效率較低，并且建筑立面整體連續(xù)度較低，已經(jīng)無(wú)法滿足建筑立面設(shè)計(jì)的需求，所以此次提出將可拓?cái)?shù)據(jù)挖掘應(yīng)用到建筑立面設(shè)計(jì)中，形成一種新的方法。這種方法主要應(yīng)用可拓?cái)?shù)據(jù)挖掘技術(shù)發(fā)現(xiàn)針對(duì)建筑立面設(shè)計(jì)的規(guī)律性問(wèn)題，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)建設(shè)立面的設(shè)計(jì)。

1 基于可拓?cái)?shù)據(jù)挖掘的建筑立面設(shè)計(jì)方法

1.1 建筑立面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

根據(jù)以往的建筑立面設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，將建筑立面設(shè)計(jì)中主要數(shù)據(jù)分為建筑立面場(chǎng)地設(shè)計(jì)要素、建筑立面空間設(shè)計(jì)要素、建筑立面形象設(shè)計(jì)要素三類，判斷整個(gè)建筑立面設(shè)計(jì)方案是否合理，主要建立在對(duì)這三類要素組合方式的平衡和把握中[2]。準(zhǔn)備建筑立面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可為后期可拓?cái)?shù)據(jù)挖掘提供數(shù)據(jù)依據(jù)，對(duì)于建筑立面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的采集是基于一定條件的，有基于傳統(tǒng)立面設(shè)計(jì)的研究，同時(shí)也有基于現(xiàn)代建筑立面設(shè)計(jì)的研究，主要通過(guò)現(xiàn)實(shí)測(cè)量、取證，或者收集相關(guān)數(shù)據(jù)，記錄相關(guān)的立面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)并加以分析。除此之外，還可以通過(guò)攝影方式記錄不同地區(qū)、不同風(fēng)格的建筑立面設(shè)計(jì)要素，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)和歸納，然后將所有準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中，以此完成建筑立面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備。

1.2 建筑立面構(gòu)成要素特征分析

對(duì)準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，總結(jié)出建筑立面構(gòu)成要素特征。在建筑立面設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，并沒有明確的原理和公式可以作為建筑立面設(shè)計(jì)好壞的標(biāo)準(zhǔn)，“好”的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)不是唯一的，而是多角度的[3]。在基于可拓?cái)?shù)據(jù)挖掘的建筑立面設(shè)計(jì)方法中，主要從兩個(gè)角度出發(fā)選取可評(píng)判所有建筑立面設(shè)計(jì)要素的特征，即可拓建筑立面設(shè)計(jì)條件與各個(gè)條件之間的聯(lián)系[4]?？赏?cái)?shù)據(jù)挖掘建筑立面設(shè)計(jì)條件的確定需要考慮到建筑立面設(shè)計(jì)的客觀制約和主觀需求兩方面因素，并且最終落實(shí)到相應(yīng)的可拓建筑立面設(shè)計(jì)中，以設(shè)計(jì)條件之間的關(guān)聯(lián)作為依據(jù)，選取以可拓?cái)?shù)據(jù)挖掘?yàn)槟繕?biāo)的一組建筑立面構(gòu)成要素特征{a1,a2,a3…an}。比如在對(duì)建筑立面空間構(gòu)成要素進(jìn)行可拓?cái)?shù)據(jù)挖掘時(shí)，可選取{空間內(nèi)容、空間形狀、相對(duì)位置}作為特征，以此類推，選取所有建筑立面構(gòu)成要素特征[5]。上述的特征提取方法是最基礎(chǔ)的方法，為了保證設(shè)計(jì)的建筑立面更加合理，在分析特征時(shí)需要對(duì)建筑立面設(shè)計(jì)條件進(jìn)行更加細(xì)致的可拓分析。根據(jù)情況將原始條件與經(jīng)可拓分析得到的特征作為結(jié)果，其對(duì)設(shè)計(jì)條件可拓?cái)?shù)據(jù)挖掘的公式如下：

公式（1）中，a1代表建筑立面構(gòu)成要素的一個(gè)屬性特征；c1代表一個(gè)建筑立面構(gòu)成要素的屬性特征量值。根據(jù)公式（1）可獲取建筑立面構(gòu)成要素特征。

1.3 引入可拓?cái)?shù)據(jù)挖掘技術(shù)

就某一建筑立面設(shè)計(jì)要素而言，選取的特征通常并不是唯一的，并且各個(gè)要素與建筑立面設(shè)計(jì)目標(biāo)的關(guān)聯(lián)程度不同，所以需要對(duì)各個(gè)特征進(jìn)行權(quán)重賦予。根據(jù)各個(gè)要素特征的支持度和可信度確定權(quán)重值，在可拓?cái)?shù)據(jù)挖掘知識(shí)式中，設(shè)計(jì)要素特征的可信度和支持度的表達(dá)式為：

其計(jì)算公式如下：

公式（3）中，U表示設(shè)計(jì)要素的全體特征元域，滿足該規(guī)則代表的樣本為1E，滿足前提條件的樣本為E2。由此可以計(jì)算出各個(gè)要素特征的支持度和可信度，根據(jù)支持度和可靠度值的大小，賦予建筑立面設(shè)計(jì)要素權(quán)重值，要素特征的支持度和可信度值越大，要素的權(quán)重值越大，由此確定建筑立面設(shè)計(jì)要素權(quán)重值。根據(jù)得到的建筑立面設(shè)計(jì)要素權(quán)重值，對(duì)建筑立面進(jìn)行可拓?cái)?shù)據(jù)挖掘，確定所有建筑立面設(shè)計(jì)要素的最終結(jié)果，其過(guò)程如下：

將建筑立面設(shè)計(jì)要素的評(píng)判特征數(shù)據(jù)用“數(shù)據(jù)A 屬于A 類”“數(shù)據(jù)B 與C 同屬于D 類”進(jìn)行表達(dá)。根據(jù)可拓分類為原則劃分?jǐn)?shù)據(jù)，得到正質(zhì)變類、正量變類、負(fù)量變類、負(fù)質(zhì)變類以及拓界類五類，其中分析正質(zhì)變類數(shù)據(jù)可得正質(zhì)變類關(guān)聯(lián)知識(shí)數(shù)據(jù)，該類數(shù)據(jù)是解決可拓?cái)?shù)據(jù)挖掘建筑立面設(shè)計(jì)矛盾問(wèn)題的關(guān)鍵知識(shí)。將得到的關(guān)聯(lián)知識(shí)表達(dá)為{A}→{B}、{A}→{B}→{C}、{A}∈{B}，或者添加某設(shè)計(jì)條件作為條件軸，并對(duì)條件進(jìn)行再運(yùn)用，令關(guān)聯(lián)項(xiàng)A，B或者C 作為條件進(jìn)行變換，以取得對(duì)某一項(xiàng)關(guān)聯(lián)量值的提升或降低，最后關(guān)聯(lián)量值最高的作為建筑立面要素最終結(jié)果輸出。

1.4 實(shí)現(xiàn)建筑立面設(shè)計(jì)

將可拓?cái)?shù)據(jù)挖掘結(jié)果，按照建筑立面設(shè)計(jì)內(nèi)容將建筑立面的場(chǎng)地、空間、形象、尺度、比例、方向、材質(zhì)等所有要素組合到一個(gè)界面，形成一個(gè)滿足對(duì)比、差異、統(tǒng)一、呼應(yīng)和穿插、幾何性、次序性、節(jié)奏和韻律等美學(xué)要求的建筑立面，從而實(shí)現(xiàn)基于可拓?cái)?shù)據(jù)挖掘的建筑立面設(shè)計(jì)。

2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)以某建筑作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，運(yùn)用此次提出方法與傳統(tǒng)方法對(duì)該建筑立面進(jìn)行設(shè)計(jì)，該建筑的功能主要是以居住為主，建筑結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土，建筑面積約45 000m2，體塊比例為120m×25m×20m。此次實(shí)驗(yàn)分別用提出方法與傳統(tǒng)方法對(duì)該建筑的立面進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)比兩種設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)建筑立面的連續(xù)度，連續(xù)度的值越高，說(shuō)明建筑立面整體連續(xù)性越好，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1 所示。

圖1 兩種方法設(shè)計(jì)效果對(duì)比圖

從圖1 可以看出，所提方法的連續(xù)度平均為0.96，而傳統(tǒng)方法的連續(xù)度平均僅為0.68，證明基于可拓?cái)?shù)據(jù)挖掘的建筑立面設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的建筑立面具有良好的連續(xù)性。

3 結(jié)束語(yǔ)

此次將可拓?cái)?shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用到建筑立面設(shè)計(jì)中，形成一種進(jìn)行建筑立面設(shè)計(jì)方法，有效保證了建筑立面設(shè)計(jì)的整體連貫性。此次雖然在該方面取得了一定的研究成果，但由于研究時(shí)間有限，該方法還存在一些不足之處，還需要在今后的實(shí)際應(yīng)用中對(duì)其進(jìn)行不斷完善和創(chuàng)新。