城市建筑群三維空間布局評價(jià)與優(yōu)化
——以廈門島濱海地帶為例

王翠平,王豪偉,鄭淵茂,3,*

1 集美大學(xué) 港口與環(huán)境工程學(xué)院, 廈門 3610212 中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所 城市環(huán)境與健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廈門 3610213 中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,城市化進(jìn)程進(jìn)一步加快。城市的建設(shè)帶來土地資源緊張,使得越來越多的城市向著高層化、立體化、智能化方向發(fā)展。因此,如何合理高效地規(guī)劃利用城市用地、設(shè)計(jì)及優(yōu)化城市建筑群三維空間布局,避免土地資源的浪費(fèi),成為當(dāng)今城市建設(shè)研究的熱點(diǎn)問題[1]。目前,城市建筑群三維空間布局主要體現(xiàn)在隨著建筑高度增加,城市的容積率變大,城市空間顯得更加擁擠[2]。隨著地理信息和遙感技術(shù)的進(jìn)步,為城市建筑三維空間布局和優(yōu)化利用提供了更多的途徑；尤其是高分辨率遙感影像技術(shù)的不斷發(fā)展完善,為城市三維空間的特征及擴(kuò)展研究提供了新思路。對遙感技術(shù)等的綜合運(yùn)用,使得全天候、多層次監(jiān)測城市三維空間的發(fā)展變化成為可能；同時(shí)城市生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測與管理是生態(tài)文明建設(shè)的緊要內(nèi)容[3]。當(dāng)前,廈門市正處于高顏值、現(xiàn)代化的城市建設(shè)關(guān)鍵時(shí)期[4],從城市建筑群三維空間結(jié)構(gòu)和形態(tài)變化視角分析,可全方位、多角度獲取城市三維擴(kuò)展特征；能夠整體上把握城市擴(kuò)展的趨勢和規(guī)律,為城市土地資源規(guī)劃等政府部門的決策提供依據(jù)。同時(shí),構(gòu)建適宜的城市空間形態(tài)定量化評價(jià)模型,對于推進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展、合理利用和保護(hù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境具有重要意義[5]。因此,高分辨率遙感可為城市三維空間擴(kuò)展研究提供大量的數(shù)據(jù)支撐和技術(shù)支持[6],三維空間布局評價(jià)與優(yōu)化對城市建筑群合理布局和城市可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。

關(guān)于城市建筑群三維空間研究,國內(nèi)外學(xué)者主要集中在三維信息提取[7- 12]、三維模型構(gòu)建方法[13-15]、三維景觀格局分析[16-25],以及三維空間布局評價(jià)[26-37]。城市三維信息提取中,目前主要采用遙感影像、航空攝影測量以及采用激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)來提取城市建筑物三維信息[7-10],比如,Xie 等[11]基于航空影像采用構(gòu)造實(shí)體幾何模型的多面體法,提取城市三維模型信息；丁寧等[12]采用機(jī)載激光雷點(diǎn)云數(shù)據(jù)提取了建筑物屋頂定量信息。城市三維模型構(gòu)建研究中,國外主要采用模型應(yīng)用于城市管理中,而國內(nèi)主要是對城市的擴(kuò)展和規(guī)劃等進(jìn)行分析。在早期,Woodbury 等[13]基于古典形狀法,對城市建筑模型進(jìn)行了設(shè)計(jì)和創(chuàng)建。謝年等[14]基于 GIS 數(shù)據(jù)可快速構(gòu)建城市三維景觀模型,提高城市三維景觀的建模效率。因此,采用三維模型模擬解決現(xiàn)實(shí)的城市問題,對城市的發(fā)展具有重要的意義[15]。

城市三維景觀格局分析中,當(dāng)前主要以城市三維建筑為研究對象,對城市立體化發(fā)展進(jìn)行探究。學(xué)者研究認(rèn)為,基于三維空間的探索將在未來城市發(fā)展和規(guī)劃中起到重要作用。比如,Liu 等[16]認(rèn)為高分辨率影像更適合城市的三維景觀格局分析識(shí)別。Kaňuk 等[17]重點(diǎn)研究三維建模在城市規(guī)劃中的應(yīng)用。Chen 等[18]和Wu 等[19]分析了城市三維景觀特征以及城市生態(tài)變化。Vasin 等[20]通過對不同城市景觀的比較,分析了三維可視化模型的優(yōu)缺點(diǎn)。張培峰等[21]構(gòu)建了南京三維城市景觀格局指數(shù),分析在不同空間尺度三維建筑景觀變化及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制。在城市三維特征方面,于卓等[22]和喬偉峰等[23]等探討了城市建筑高度、緊湊度、容積率等三維空間形態(tài)指標(biāo)變化過程。Lin 等[24]研究表明城市在建設(shè)過程中,低層建筑傾向于配置在城市外圍,高層建筑傾向于集約發(fā)展。Zhang 等[25]表明在經(jīng)濟(jì)水平達(dá)到一定階段后,發(fā)達(dá)的城市地區(qū)的三維空間會(huì)出現(xiàn)明顯變化。此外,城市三維空間與城市發(fā)展緊密聯(lián)系,城市立體延伸代表著城市集約度提升,也對城市生活環(huán)境產(chǎn)生影響。于卓等[22]研究認(rèn)為城市三維空間發(fā)展強(qiáng)度影響著二維空間穩(wěn)定性,城市建設(shè)需要衡量多維空間的尺度效應(yīng)。喬偉峰等[23]研究表明城市立體空間結(jié)構(gòu)并非越高越好,城市規(guī)劃建設(shè)應(yīng)綜合考慮用地強(qiáng)度、社會(huì)經(jīng)濟(jì)及生態(tài)環(huán)境等多方面的效益,并結(jié)合城市功能區(qū)進(jìn)行城市用地的合理規(guī)劃。因此,需要對城市三維空間布局的合理性進(jìn)行評價(jià)。

在城市三維空間布局的評價(jià)中,目前國內(nèi)外學(xué)者主要采用單一指標(biāo)進(jìn)行三維空間布局的評價(jià)研究,具體指標(biāo)包括：建筑景觀指標(biāo)、熱環(huán)境指標(biāo)或視覺效果指標(biāo)等。采用熱環(huán)境指標(biāo)方面,Srivanit 和 Kazunori 分析了熱環(huán)境指標(biāo)與12 個(gè)二維和三維格局的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)三維空間對城市熱環(huán)境的影響更大[26]; Chun 和 Guldmann 采用空間回歸模型也得出三維空間格局對熱環(huán)境貢獻(xiàn)度相對較高[27]。Zheng等[28]研究表明,與植被覆蓋比例和建筑物密度相比,建筑物高度對熱環(huán)境的影響更大。同時(shí),城市的熱環(huán)境效應(yīng)與土地利用變化及城市的三維空間結(jié)構(gòu)關(guān)系密切。Gaur 等[29]對城市區(qū)域進(jìn)行量化和建模分析,城市熱環(huán)境效應(yīng)與城市規(guī)模具有顯著的正相關(guān)關(guān)系。祝新明等[30]研究表明城市在城鎮(zhèn)化進(jìn)程伴隨著建成區(qū)面積的增加和熱環(huán)境高溫區(qū)面積的擴(kuò)大。此外,衛(wèi)星熱紅外傳感器是反演地表空間連續(xù)性的熱紅外地表溫度的有效方式[31-32]。采用建筑景觀指標(biāo)方面,張小飛等[33]對城市形態(tài)的結(jié)構(gòu)特征與功能的空間作用的理論進(jìn)行了探討。Yu 等[34]采用機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)提取建筑密度指標(biāo)并分析休斯頓市中心三維建筑布局。張培峰等[21]在構(gòu)建三維建筑景觀評價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)上,分析了不同空間尺度三維建筑景觀變化。陳探等[35]從建筑景觀指標(biāo)方面分析沈陽市三維景觀格局分異特征,表明密度和容積率方面沈陽三維建筑景觀差異顯著。采用視覺效果指標(biāo)方面多采用天際線對建筑群三維格局進(jìn)行分析,張建華等[36]對煙臺(tái)濱海天際線的三維空間格局進(jìn)行層次劃分與解析,主要探討該區(qū)域天際線指標(biāo)的各層次結(jié)構(gòu)與景觀效果的協(xié)調(diào)組織問題。甘偉等[37]采用街景天際線作為古城景觀的指標(biāo),可反映歷史文化街區(qū)空間界面特征,為古城保護(hù)和改造提供重要基礎(chǔ)依據(jù)。

綜上所述,以上專家學(xué)者研究均取得了一定的成果,但均從單一角度進(jìn)行建筑群三維空間布局的評價(jià)研究,而且目前關(guān)于從多角度對建筑群三維布局與優(yōu)化的研究相對較少。鑒于此,本研究以廈門島濱海地帶為研究區(qū),基于多源、多空間分辨率遙感影像數(shù)據(jù),從建筑景觀、熱環(huán)境和視覺效果三個(gè)角度評價(jià)廈門島濱海地帶三維空間格局的現(xiàn)狀,并總結(jié)城市三維空間布局優(yōu)化發(fā)展模式；最后,從建筑景觀、熱環(huán)境和視覺效果這三個(gè)角度提出了廈門島濱海地帶城市建筑三維空間的布局優(yōu)化建議,以期為未來城市三維空間的合理規(guī)劃提供一定的參考價(jià)值,對城市可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

1.1 研究區(qū)域

廈門市位于中國福建省東南沿海地區(qū)[38]。海洋環(huán)境自然地將城市分為兩部分：廈門島和大陸,廈門島包含思明區(qū)和湖里區(qū),大陸由四個(gè)區(qū)組成轄區(qū)(包含集美、海滄、同安、翔安)。廈門島的地形地勢具有起伏,范圍從0 —379 m,為亞熱帶季風(fēng)氣候,年平均氣溫21℃[39]。

廈門市是中國最早建立4個(gè)經(jīng)濟(jì)特區(qū)的城市之一,在過去的30多年里,廈門市的城市空間和人口都有了快速的增長[40-42]。廈門島的思明區(qū)是廈門市政治、經(jīng)濟(jì)和文化中心,是廈門市的城市中心；同時(shí),廈門市是濱海旅游城市,廈門島擁有廈門市的黃金海岸線,境內(nèi)的旅游景點(diǎn)眾多、旅游資源豐富,濱海地段的城市建筑群具有重要的旅游、觀光景觀價(jià)值。廈門島東南濱海地區(qū),是市民游客休閑旅游的首選目標(biāo)之一,隨著環(huán)島路從鄉(xiāng)村小道—海防路—濱海環(huán)島路的演變,該區(qū)域是集城市山、水環(huán)境特色的典型區(qū)域。 本研究選取廈大片區(qū)和曾厝垵為研究區(qū), 從高清影像上看,廈大片區(qū)三維建筑密集,距海洋的距離也較近,而曾厝垵區(qū)則為較多的民宿和一些地方特色建筑,具體為從演武大橋開始至環(huán)島路與曾厝垵西路交匯處的環(huán)島路段兩側(cè)的建筑區(qū)(圖1)。因此,本研究以廈門島東南濱海地帶為研究區(qū)開展建筑群三維空間布局評價(jià)與優(yōu)化具有重要意義。

圖1 研究區(qū)域的區(qū)位Fig.1 Location of research area

1.2 數(shù)據(jù)來源

首先,本研究基于Landsat8 OLI/TIRS遙感影像數(shù)據(jù)提取廈門島地表溫度,Landsat8 OLI/TIRS遙感數(shù)據(jù)是從USGS網(wǎng)站下載,該影像數(shù)據(jù)獲取的時(shí)間為2017年8月15日,地理空間坐標(biāo)信息為WGS_1984_UTM_Zone_50N；其次,基于GF- 2衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)提取建筑容積率,該數(shù)據(jù)來源于中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心,該中心提供的影像已對數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何糾正、輻射校正和影像融合等預(yù)處理過程,最后得到空間分辨率為0.8 m的高分辨率影像,該數(shù)據(jù)獲取時(shí)間為2017年12月22日,地理空間坐標(biāo)信息為WGS_1984_UTM_Zone_50N；最后,采用實(shí)地調(diào)查采樣獲取廈門島濱海地段建筑群的立面影像數(shù)據(jù),并經(jīng)處理提取濱海地段的天際線。

2 評價(jià)指標(biāo)

結(jié)合綜合性、代表性、可計(jì)量性和易操性等規(guī)則對三維空間布局評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行選取的原則,本研究從建筑景觀、熱環(huán)境和視覺效果等方面選取建筑容積率、地表溫度和天際線作為三維空間布局的評價(jià)因子。隨著城市平面和立體空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展變化,尤其是三維空間結(jié)構(gòu)的快速變化,城市的熱島效應(yīng)在不斷增強(qiáng),城市內(nèi)部熱環(huán)境與城市建設(shè)內(nèi)部矛盾也會(huì)日漸突出。建筑物容積率反映了城市土地利用的開發(fā)強(qiáng)度,建筑物容積率是城市規(guī)劃、城市生活環(huán)境質(zhì)量評價(jià)的重要指標(biāo)。隨著城市的發(fā)展建設(shè),城市高層建筑不斷出現(xiàn),高層建筑和超高層建筑已成為了影響城市天際線的決定性因素,天際線作為沿海城市濱海地帶區(qū)域景觀構(gòu)成的重要構(gòu)成部分,對表達(dá)和識(shí)別城市特色起到了重要的作用。

2.1 建筑景觀指標(biāo)

建筑物容積率是指建筑物總面積與建筑地塊面積的比值,它是衡量城市土地開發(fā)利用強(qiáng)度的重要指標(biāo)[32]。建筑容積率既反映了建筑群密度也反映了建筑群高度信息,是建筑景觀指標(biāo)的重要評價(jià)因子。建筑容積率的獲取方法主要有實(shí)地測定法和高分遙感影像提取法；對于大范圍城市的建筑容積率獲取,采用高分辨率的遙感影像提取陰影來反演容積率更加符合需求。廈門市在過去的30多年里,城市空間和人口都得到快速的增長[40- 42]。因此,本研究選取建筑容積率指標(biāo)來評價(jià)與優(yōu)化廈門市的城市建設(shè)快速發(fā)展?fàn)顩r,具有代表性。本研究采用實(shí)地調(diào)查和陰影長度法[43]相結(jié)合的方法反演建筑容積率,陰影長度法是基于建筑物、陰影、太陽與衛(wèi)星之間的幾何關(guān)系,首先利用建筑物陰影長度估算建筑物高度,然后依據(jù)建筑物高度得出建筑物樓層數(shù),再結(jié)合建筑物基底面積和建筑物占地總面積,估算建筑物容積率。

2.2 熱環(huán)境指標(biāo)

城市熱環(huán)境的主要表征之一是地表溫度。地表溫度是由地表熱輻射和熱力學(xué)特性共同決定的,受到熱通道、地面濕度、地表反射率、太陽和大氣下行輻射以及近地表氣溫的影響[44]。由于廈門市處于亞熱帶季風(fēng)氣候,夏季高溫,因此,本研究選取熱環(huán)境指標(biāo)對廈門市夏季的城市三維空間進(jìn)行評價(jià)與優(yōu)化,具有適宜性。本研究基于Landsat8 OLI/TIRS遙感影像,采用大氣校正法反演地表溫度[45]來提取研究區(qū)域的地表溫度。

2.3 視覺效果指標(biāo)

天際線是指城市在垂直方向表現(xiàn)出來的三維空間形態(tài)的總體輪廓,能夠?qū)Τ鞘腥S空間形態(tài)進(jìn)行直觀地展示[23]。三維空間結(jié)構(gòu)清晰、形態(tài)完整的城市建筑物構(gòu)成的天際線不僅能夠增強(qiáng)城市的可識(shí)別性和地域特色,還具有極高的城市藝術(shù)價(jià)值[46]。同時(shí),城市天際線是觀測者在不同時(shí)期內(nèi)沿城市某一方向觀測三維建筑所觀察到的全景,每個(gè)城市均具有其特有的三維空間輪廓[6]。城市天際線作為一種景觀現(xiàn)象,離不開景觀主客體因素及其相互之間必要的視覺條件保證。由視覺美學(xué)上看,城市海濱岸線上的景物在縱深方向主要由前景、中景和背景等多層次展現(xiàn)出來,因此,從客觀上根據(jù)景觀客體的體量和位置進(jìn)行層次劃分、并進(jìn)行分層次的解析是尤為重要的[36]。廈門環(huán)島路是廈門市的黃金海岸線,其濱海地段的城市建筑群具有重要的旅游、觀光景觀價(jià)值。因此,本研究選取天際線指標(biāo)來進(jìn)行廈門島濱海地段的城市建筑群三維空間的評價(jià)與優(yōu)化,具有代表性意義。

3 城市建筑群三維空間布局評價(jià)體系建立

3.1 建筑容積率與三維空間布局

3.1.1建筑容積率提取

圖2 研究區(qū)域內(nèi)各居住區(qū)的容積率分級展示Fig.2 The gradation display of the floor area ratio for each residential area in the study area

首先,從谷歌地圖高清影像上提取研究區(qū)各建筑群小區(qū)范圍,然后采用高分二號(hào)遙感影像提取研究區(qū)建筑物信息和建筑物陰影信息,并通過實(shí)地調(diào)查對研究區(qū)各小區(qū)建筑高度進(jìn)行糾正,最后基于陰影高度法提取各小區(qū)建筑容積率信息(圖2)。如圖2所示,所有小區(qū)建筑容積率均值為1.32。由此可知,研究區(qū)的各小區(qū)高層建筑較少,以別墅和低層建筑為主,靠近海岸一側(cè)的小區(qū)相對高于遠(yuǎn)離海岸區(qū)域的居住區(qū)。

3.1.2建筑容積率與三維空間布局

為了更細(xì)致地分析研究區(qū)三維建筑群與容積率之間的關(guān)系,本研究將研究區(qū)各小區(qū)進(jìn)行功能分區(qū),劃分為文教區(qū)、商品房居住區(qū)、民房居住區(qū)以及商業(yè)區(qū)共四種功能區(qū),為了進(jìn)一步分析不同功能建筑小區(qū)與容積率關(guān)系,本研究計(jì)算了每種功能區(qū)的容積率均值和建筑密度均值(表1)。由表1所示,商業(yè)區(qū)容積率最高,以11層左右的小高層為主；其次是商品房居住區(qū),以6至11層的多層住宅為主；文教區(qū)占地面積廣,建筑密度低,多層建筑為主；民房居住區(qū)的的容積率是最低的,但是其建筑密度高,建筑以2層建筑為主。

表1 不同功能區(qū)容積率均值

3.2 熱環(huán)境與三維空間布局

3.2.1地表溫度提取

圖3 廈門島熱環(huán)境的溫度分級Fig.3 Temperature classification of thermal environment in Xiamen Island

為了便于信息提取,本研究首先基于Landsat8 OLI/TIRS 遙感影像數(shù)據(jù)提取廈門島地表溫度,然后計(jì)算各建筑小區(qū)的平均地表溫度。并基于溫度等級將廈門島劃分為中溫、中高溫、高溫和極高溫共4個(gè)不同溫度區(qū)域(圖3)。如圖3所示,整體上廈門島濱海區(qū)域溫度高于中心區(qū)區(qū)域,城市極高溫區(qū)域主要集中于西北部港口和機(jī)場以及濱海區(qū)域,高溫、中高溫和中溫區(qū)域主要集中在中部和南部水域和山區(qū)。

3.2.2地表溫度與三維空間布局

圖4 研究區(qū)域內(nèi)各居住區(qū)的溫度分級展示Fig.4 The temperature classification display of each residential area in the study area

基于廈門島地表溫度信息,提取研究區(qū)各居住區(qū)平均地表溫度(圖4)。由圖4可知,研究區(qū)溫度范圍為高溫和極高溫,6個(gè)小區(qū)的平均溫度為極高溫。

為了進(jìn)一步分析不同功能建筑區(qū)與溫度關(guān)系,并本研究計(jì)算了每種功能區(qū)的平均溫度。由于地表溫度高低與植被覆蓋度具有較大的關(guān)聯(lián)性,為了分析不同功能區(qū)溫度差異的成因,本研究計(jì)算每個(gè)建筑區(qū)的NDVI均值,并計(jì)算每種功能區(qū)的NDVI均值(表2)。由表2可知,民房居住區(qū)的溫度最高,其次是商業(yè)區(qū)、文教區(qū),商品房居住區(qū)最低。并由NDVI均值可知,民居區(qū)域植被覆蓋較低,民居區(qū)域建筑密度高,且多為低矮平房；商品房小區(qū)NDVI均值最高,溫度也最低,對比文教區(qū)建筑群三維布局可知,商品房小區(qū)建筑群通常樓層較多；而商業(yè)區(qū)則建筑密度也較高。由此可知,考慮溫度因素,建筑群建筑密度過大、建筑層數(shù)過多都會(huì)造成溫度較高。

表2 不同功能區(qū)平均溫度

3.3 天際線與三維空間布局

廈門島地形以濱海平原、臺(tái)地和丘陵為主,萬石山和東坪山作為研究區(qū)濱海天際線的背景層次,為天際線提供了更豐富的景觀層次。從遠(yuǎn)景上為天際線呈現(xiàn)了固定的背景景觀要素,同時(shí)其在立體上的輪廓也為濱海天際線的組織提供了背景參照。本研究所選研究區(qū)具有顯著的山體背景,該區(qū)域天際線的視覺角度與城市內(nèi)陸地區(qū)的天際線存在較大差異,該區(qū)域的天際線具有非常明確的視覺邊界,即海岸沙灘和山體。該區(qū)域沿海岸帶具有寬廣的視覺空間,寬闊的海面為以山體為背景的天際線形成了鮮明的對比,同時(shí)該區(qū)域的立體空間中,海面起到托浮岸畔和水中景觀的基底作用,山體的山脊線為天際線提供了空間起伏的視覺美感。

廈門島環(huán)島路景觀具有其自身的特色,濱海區(qū)域一般為植被,綜合考慮具體景觀要素,研究區(qū)景觀的景在縱深方向主要由前景植被、前景建筑群、中景建筑群、背景建筑群以及背景山體等多層次展現(xiàn)。為了更清晰詳細(xì)地繪制天際線,本文將研究區(qū)分為兩段：白城至?xí)◤V場段,書法廣場至音樂廣場段。

首先,本研究在白城海灘獲取白城至?xí)◤V場段天際線(圖5)。由圖5可知,廈門島白城至?xí)◤V場段天際線層次較分明,受前景植被的影響,前景天際線不夠突出；中景天際線起伏不顯著,構(gòu)成中景天際線的建筑群樓層高度過于一致,建筑形態(tài)也較為雷同,同時(shí)作為天際線的豎向構(gòu)圖主體部分,中景天際線缺少在層次上起到視覺中心作用的建筑。起到中心海上遠(yuǎn)景效果上削弱了濱海城市天際線作為城市標(biāo)志形象的突出作用；背景天際線起伏顯著,建筑形態(tài)具有鮮明的特色,特別是世貿(mào)雙子塔非常突出,因此背景天際線未能起到豐富中景天際線和山體之間的層次變化的作用。為了更細(xì)致的了解此段天際線的具體情況,本研究分段對天際線進(jìn)行了局部放大提取,如圖5所示,以世貿(mào)雙子塔為背景的天際線部分,背景天際線建筑密度偏少,僅世貿(mào)雙子塔突兀的呈現(xiàn)在背景天際線中,但由于其過于突出的存在又降低了前景和中景天際線的存在感。另外一段具有山體背景天際線的部分,總體天際線層次變化較顯著,但同一層次天際線建筑形態(tài)單一,高度起伏也不顯著。

圖5 白城至?xí)◤V場天際線Fig.5 Skyline from Baicheng to Calligraphy Square

其次,本研究在書法廣場獲取書法廣場至音樂廣場段天際線,如圖6所示。由圖6可知,廈門島書法廣場至音樂廣場段以商業(yè)區(qū)和民宿居多,高層建筑較少,較大部分建筑均被植被遮擋,層次不分明,整體來看天際線層次不分明,起伏變化不顯著,僅背景山體天際線較突出,總體來看該段濱海地帶天際線景觀不利于多層次天際線界面的展示。為了更細(xì)致的了解此段天際線的具體情況,本研究也分段對天際線進(jìn)行了局部放大提取,如圖6所示,以中間具有背景天際線部分,中景天際線建筑較密集,建筑形態(tài)也較具有特色,但建筑高度較一致；背景天際線建筑密度偏低,建筑形態(tài)也較單一,但高度也較一致,且高度偏高,在一定程度上能起到豐富中景天際線和山體之間的層次變化的作用；另外一段無背景天際線的部分,天際線層次變化單一,建筑景觀呈現(xiàn)的天際線僅為中景天際線,天際線建筑形態(tài)也較單一,高度起伏也不顯著。

圖6 書法廣場至音樂廣場天際線Fig.6 Skyline of Calligraphy Square to Music Square

4 城市建筑群三維空間布局優(yōu)化發(fā)展建議

4.1 建筑景觀角度三維空間布局優(yōu)化發(fā)展建議

從容積率分析結(jié)果來看,廈門島濱海地帶以低層民居、低層別墅以及中高層居民區(qū)和商業(yè)區(qū)為主。從三維布局來看,不同類型的建筑存在各自不同布局問題,針對不同建筑類型提出如下建議：

4.1.1優(yōu)化低層建筑布局

廈門島濱海地帶多為低層別墅和低層民居,低層別墅基本符合別墅區(qū)為正常的容積率值,而民居層數(shù)基本為二層建筑,民居的容積率接近1,建筑密度過高。民居固然有其自身的特色,但卻存在較多的生態(tài)和社會(huì)問題,應(yīng)優(yōu)化低層民居的空間布局,加快民居的空間規(guī)劃,降低其空間密度,適當(dāng)增加建筑高度,提高其容積率。

4.1.2合理布局中高層建筑

廈門島濱海地帶的中高層建筑以商業(yè)區(qū)和居民區(qū)為主,容積率基本符合中高層容積率范圍。在廈門日益增加的用地壓力下,適當(dāng)增加中高層建筑密度,提高建筑高度可緩解廈門用地壓力。

4.2 熱環(huán)境角度三維空間布局優(yōu)化發(fā)展建議

城市熱島是城市化進(jìn)程中日益突出的問題,而建筑三維空間布局對城市熱環(huán)境具有較大的影響。本研究以保障城市可持續(xù)發(fā)展,減少城市熱島對城市居民舒適生活的影響,實(shí)現(xiàn)城市化與城市環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。對廈門島濱海地帶的三維空間布局提出如下建議：

4.2.1優(yōu)化城市用地類型空間布局

在建筑密集區(qū)增加降溫用地比例,合理規(guī)劃熱島效應(yīng)區(qū)域與降溫用地的空間布局。從用地空間布局來看,城市建設(shè)用地比例越高,城市熱島效應(yīng)越顯著。同時(shí),城市建筑密度高的區(qū)域,NDVI指數(shù)通常均較低,因此,增加植被覆蓋比例對減緩城市熱島效應(yīng)具有較顯著的效果。在城市用地類型空間布局優(yōu)化方面：一方面要減少城市建筑用地聚集效應(yīng),在未來規(guī)劃過程中需要合理規(guī)劃城市建設(shè)用地和植被用地比例；另一方面要在已經(jīng)集中連片的高樓和建設(shè)用地及其周邊,增加植被用地的規(guī)劃?？傊?合理規(guī)劃建設(shè)用地和植被用地比例,優(yōu)化城市用地類型空間布局,進(jìn)而較少產(chǎn)生城市建成區(qū)的熱島效應(yīng)。

4.2.2合理規(guī)劃風(fēng)景區(qū)建筑布局

廈門島濱海地帶有較多的旅游風(fēng)景區(qū),特別是具有閩南特色的濱海民居,非常受游客們的青睞,本研究中的曾厝垵就是其中的典型代表,每天都有大量的游客集中在這個(gè)區(qū)域。從城市熱環(huán)境分析來看,曾厝垵是所有功能區(qū)類型中溫度最高,屬于極高溫區(qū)。分析其原因包括多個(gè)方面,建筑密度高,植被少,人流量大,建筑布局規(guī)律雜亂等。曾厝垵屬于濱海民居,是集美食、住宿和游玩于一體的綜合區(qū)域,也是廈門重要的旅游風(fēng)景區(qū),為游客提供舒適的環(huán)境是非常重要的。因此,在解決城市熱島效應(yīng)的有效方法是：合理規(guī)劃該類區(qū)域的建筑布局,增加植被占比,增加區(qū)域內(nèi)容的通風(fēng)性。

4.3 視覺效果角度三維空間布局優(yōu)化發(fā)展建議

天際線是城市重要的景觀之一,特別是濱海旅游城市,其視覺景觀效果更為重要,通過三維空間布局優(yōu)化提升天際線的視覺景觀效果。廈門島具有天際線視覺效果的天然優(yōu)勢,廈門島中心多山地,為天際線美觀效果形成良好的背景,濱海地帶又由較多的適合于觀景的平臺(tái),游客在欣賞海天一色的美景的同時(shí),還可欣賞由山體作為背景的由三維建筑構(gòu)成的城市天際線。由前述部分分析可知從布局來看,廈門島濱海天際線從視覺美觀來看仍有欠缺,本研究提出如下建議：

4.3.1建筑形態(tài)多樣化

廈門島濱海地帶的三維建筑功能類型是多樣的,由文教區(qū)、商業(yè)區(qū)、居住區(qū)和民居,但建筑形態(tài)類型卻較單一。從天際線的視覺效果來看,同一層次的三維建筑較單一,高度未形成錯(cuò)落有致的景觀美感,三維建筑形態(tài)也多以長方體形態(tài)為主。應(yīng)增加同一層次三維建筑的多樣化類型,從高度上形成高低起伏,錯(cuò)落有致的空間布局；從三維建筑形態(tài)來看,應(yīng)增加多樣化建筑類型,濱海地帶是廈門重要的風(fēng)景區(qū),應(yīng)增加具有地方特色的閩南建筑類型,使游客在欣賞自然風(fēng)光的同時(shí),還能領(lǐng)略閩南民俗文化。

4.3.2優(yōu)化天際線前景、中景和背景的層次布局

廈門島中心山體已為濱海地帶城市景觀天際線形成天然的背景,但并未起到良好的視覺效果。結(jié)合實(shí)際情況,廈門濱海地帶天際線景觀分為4個(gè)層次：前景植被、前景建筑、中景建筑、背景建筑和背景山體?？傮w來看,廈門濱海地帶未形成前景、中景和背景相互交錯(cuò),層次突出的特色城市天際線景觀。背景建筑密度偏低,即最靠近山體的建筑較少,可適當(dāng)考慮增加靠近山體的建筑密度,形成近可欣賞山景遠(yuǎn)可欣賞海景的特色建筑類型。前景植被密度過高,幾乎遮擋全部的前景建筑,可考慮給密集的前景植被開放多個(gè)出口,既可起到通風(fēng)效果又可降低前景植被的遮擋作用；還可適當(dāng)增加前景建筑的高度,不僅可增加前景建筑的層次,還增強(qiáng)了前景建筑欣賞海景的視覺效果。

綜上所述,廈門濱海地帶三維建筑空間布局存在如下問題：總體來看,各建筑小區(qū)植被比例偏低,熱島效應(yīng)顯著,低層建筑容積率異常,城市景觀天際線的視覺效果不顯著。具體來看,低層民居建筑密度偏高,植被比例過低；中高層建筑密度正常,但占比較少,三維建筑形態(tài)單一；高層建筑密度偏低,占比也較少,城市景觀天際線視覺效果差。

未來需要優(yōu)化發(fā)展建議為：(1)民居建筑已形成地方特色建筑,在不影響其民俗文化價(jià)值的前提下可適當(dāng)降低空間密度,提升建筑高度,增加植被用地比例；(2)中高層商業(yè)區(qū)和居民區(qū)可適當(dāng)提升建筑用地密度,緩解廈門用地壓力,除必要的建設(shè)用地外增加植被用地比例,提升中高層建筑形態(tài)的多樣化布局；(3)增加高層建筑密度,提升高層建筑景觀天際線背景天際線視覺效果。

此外,除了從建筑景觀、熱環(huán)境和視覺效果角度來發(fā)展及優(yōu)化城市建筑群信息等自然因素感知,將來還應(yīng)考慮結(jié)合心理感知、社會(huì)經(jīng)濟(jì)視角、過程與風(fēng)險(xiǎn)等相關(guān)方面的來探討城市建筑群的研究,來努力實(shí)現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展[47-48]。

5 結(jié)論

本研究建立了城市建筑群三維空間布局的評估方法體系,從建筑景觀、熱環(huán)境和視覺效果3個(gè)角度評價(jià)了廈門島濱海地帶三維空間格局的現(xiàn)狀,并總結(jié)了廈門島濱海區(qū)域的三維空間布局優(yōu)化發(fā)展模式,最后給出廈門島濱海地帶三維建筑空間布局優(yōu)化建議。本研究可得以下結(jié)論：

從建筑景觀、熱環(huán)境和視覺效果3個(gè)角度評價(jià)三維空間布局可得：(1) 不同功能建筑群與容積率關(guān)系：商業(yè)區(qū)容積率最高,以11層左右的小高層為主；其次是商品房居住區(qū),以6至11層的多層住宅為主；文教區(qū)占地面積廣,建筑密度低,多層建筑為主；民房居住區(qū)的容積率是最低的但其建筑密度高,建筑主要以2層建筑為主； (2) 考慮溫度因素,建筑群建筑密度過大、建筑層數(shù)過多都會(huì)造成溫度較高；(3)研究區(qū)具有寬廣的視覺空間和寬闊海面,與以山體為背景的天際線形成了鮮明的對比,同時(shí)該區(qū)域的立體空間中,海面起到托浮岸畔和水中景觀的基底作用,山體的山脊線為天際線提供了空間起伏的視覺美感。

最后,從對應(yīng)3個(gè)指標(biāo)提出城市建筑群的優(yōu)化發(fā)展建議。具體從優(yōu)化低層建筑和合理布局中高層建筑的建筑容積率角度；優(yōu)化城市用地類型和合理規(guī)劃風(fēng)景區(qū)的熱環(huán)境角度；以及設(shè)計(jì)建筑形態(tài)多樣化和優(yōu)化天際線前景、中景和背景的層次布局的天際線角度,來提出廈門島濱海地帶的城市建筑群三維空間布局的優(yōu)化發(fā)展建議。此外,將來可以考慮結(jié)合心理感知、社會(huì)經(jīng)濟(jì)視角、過程與風(fēng)險(xiǎn)等相關(guān)方面指標(biāo)進(jìn)一步探討城市建筑群的研究,對實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。