高密度街區(qū)式住區(qū)布局形態(tài)生成機(jī)制及方法研究

摘要：深圳高密度住區(qū)因注重戶型日照而普遍呈現(xiàn)出點式超高層形態(tài)，從而忽略了建筑沿街高品質(zhì)街區(qū)空間形成，戶型與街區(qū)品質(zhì)兩極化問題凸顯。街區(qū)式布局被認(rèn)為是兼顧戶型與街區(qū)品質(zhì)的有效方式，本文在歸納國內(nèi)外高密度街區(qū)式住區(qū)類型與形成機(jī)制的基礎(chǔ)上，結(jié)合深圳設(shè)計控制原則，借助Grasshopper參數(shù)化平臺進(jìn)行高密度街區(qū)式住區(qū)的生成設(shè)計，以期形成多種高密度街區(qū)式住區(qū)布局及相關(guān)設(shè)計指標(biāo)，為未來多樣化高密度住區(qū)布局探索提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：高密度；街區(qū)式；住區(qū)；布局；生成設(shè)計

Abstract： High density residential areas in Shenzhen generally exhibit a point style super high-rise form under the emphasis on unit type sunlight， ignoring the formation of block spatial quality， and highlighting the polarization problem between unit type and block quality. The block style layout is considered an effective way to balance the quality of unit and residential areas. Based on summarizing the types and formation mechanisms of high-density block style residential areas at home and abroad， combined with the design control principles of Shenzhen， this article uses the Grasshopper parameterization platform to design the generation of high-density block style residential areas， in order to form various high-density block style residential area layouts and related design indicators， and provide a basis for exploring diversified high-density residential area layouts in the future.Keywords： High Density; Block style; Residential Areas; Layout Form; Generative Design

引言

城市高密度發(fā)展極大地改變了住區(qū)形態(tài)和品質(zhì)內(nèi)涵。住區(qū)形態(tài)如何響應(yīng)街區(qū)及戶型等不同層級的多品質(zhì)需求，成為住區(qū)的研究重點。我國高密度典型城市深圳，經(jīng)過40多年城市化發(fā)展，其住區(qū)平均開發(fā)容積率從最早的2.4上升到5.0以上（圖1），而住區(qū)設(shè)計在現(xiàn)行日照規(guī)范和建筑密度等指標(biāo)控制下，呈現(xiàn)出戶型品質(zhì)優(yōu)先的點式超高層布局形態(tài)（圖2），在連續(xù)街道、豐富內(nèi)街等方面無法形成良好的街區(qū)空間，戶型品質(zhì)與街區(qū)品質(zhì)的兩極化問題凸顯。

隨著戰(zhàn)后西方國家中心城市人口的快速聚集，出現(xiàn)了基于“小街區(qū)，密路網(wǎng)”模式的高密度街區(qū)式住區(qū)模式。高密度街區(qū)式住區(qū)可以說是傳統(tǒng)多層圍合住區(qū)形態(tài)的豎向發(fā)展，延續(xù)了街道空間營造的重要性認(rèn)識[1]，即高密度圍合形態(tài)有效兼顧了戶型與街區(qū)品質(zhì)，并成為城市住區(qū)形態(tài)發(fā)展的趨勢[2]。我國學(xué)者基于國外相關(guān)理論和國內(nèi)傳統(tǒng)城市街坊特征積極探索了我國街區(qū)式模式[3，4]，也闡述了建設(shè)街區(qū)式住區(qū)的必要性[5，6]。雖然相應(yīng)的街區(qū)式住區(qū)如萬科四季花城、武漢天地御江苑、上海龍南佳苑等先進(jìn)案例陸續(xù)出現(xiàn)，受到了國內(nèi)社會各界的廣泛認(rèn)可，但面對近幾年我國城市高密度化的迅猛發(fā)展，既有研究未能形成應(yīng)對高密度街區(qū)式住區(qū)形態(tài)的生成實驗與設(shè)計指標(biāo)體系。本文在歸納國內(nèi)外典型高密度街區(qū)式住區(qū)類型及其形成機(jī)制的基礎(chǔ)上，通過Grasshopper參數(shù)化平臺和相應(yīng)設(shè)計指標(biāo)探討，生成多品質(zhì)融合的多類型高密度街區(qū)化布局形態(tài)，以期為相關(guān)設(shè)計指標(biāo)優(yōu)化提供依據(jù)。

1" 高密度街區(qū)式住區(qū)類型及設(shè)計規(guī)則

1.1" 類型歸納

關(guān)于“高密度住區(qū)”的定義尚未有國家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但研究表明住區(qū)的高密度特征與容積率、建筑覆蓋率及人口密度有關(guān)[7]。在這些指標(biāo)中，容積率作為地塊開發(fā)強(qiáng)度指標(biāo)，是高密度形態(tài)的顯性特征之一，而建筑密度和人口密度很難直接反映在高密度空間形態(tài)之中。本文根據(jù)深圳住區(qū)容積率逐年演變統(tǒng)計，將具有較高共識度即容積率3.0以上的住區(qū)作為研究范疇，同時這些案例遵循小街區(qū)、密路網(wǎng)、建筑沿街道圍合布局的住區(qū)建筑形態(tài)特征（表1）。

從建筑形態(tài)與高度組合上來看，高密度街區(qū)式住區(qū)建筑布局形態(tài)主要呈現(xiàn)三種類型（圖3）：板式圍合（層數(shù)不等）、板式圍合（層數(shù)相等）、點群式圍合。

板式圍合的層數(shù)相等是歐洲傳統(tǒng)多層圍合住區(qū)的高密度化呈現(xiàn)，具有沿街建筑高度高且統(tǒng)一的特征，建筑層數(shù)普遍在10～20層之間，如日本東京的東云公團(tuán)是典型統(tǒng)一高度的高密度板式圍合住區(qū)，在容積率超過5.0的情況下，其層數(shù)控制在14層以內(nèi)。

隨著開發(fā)強(qiáng)度的持續(xù)增加，板式圍合住區(qū)的整體高度普遍超過20層，此時一些住區(qū)在其建筑上半部進(jìn)行體塊的收縮或退讓，形成高低錯落的建筑群，以此來緩解高密度對街道和內(nèi)街空間舒適度的影響。如紐約巴特利公園城社區(qū)，為了緩解高層圍合帶來的壓迫感，通過建筑上半部收縮形體的方式，增加天空可視度，在高密度和空間舒適度上找到新的平衡，并成為高密度街區(qū)式住區(qū)的典型形態(tài)之一[8]。

另一種類型是多層沿街圍合與點式高層的結(jié)合體，這種類型延續(xù)了多層建筑界面帶來的傳統(tǒng)街道空間尺度，而嫁接在多層建筑上面的點式高層則擁有良好的景觀視野。如鄰近海邊的溫哥華協(xié)和太平洋住區(qū)，為了大部分戶型均可獲得良好的景觀，參考香港塔樓設(shè)計模式，形成了點群圍合式高密度住區(qū)[9]。這種模式近幾年在我國的高密度住區(qū)中出現(xiàn)較多，主要因為我國住區(qū)多為注重戶型日照和景觀品質(zhì)的商品住房，其中典型代表為武漢天地御江苑住區(qū)。

1.2" 設(shè)計規(guī)則

以上三種高密度街區(qū)式住區(qū)類型在設(shè)計控制規(guī)則方面具有以下特征：城市設(shè)計層面遵循“小街區(qū)、密路網(wǎng)”的街區(qū)地塊劃分原則，保持適宜的地塊尺度范圍；住區(qū)設(shè)計層面，通過提高建筑覆蓋率、放寬日照要求、控制貼線率等措施，實現(xiàn)住區(qū)建筑的圍合布局，保證街道空間的連續(xù)性；建筑設(shè)計層面，通過彈性的建筑高度與面寬控制實現(xiàn)住區(qū)建筑形態(tài)的多樣化。

1.2.1" 街區(qū)地塊尺度

街區(qū)地塊作為構(gòu)成城市空間的基本單元，其尺度對住區(qū)建筑布局形態(tài)有著重要影響。國外街區(qū)地塊邊長一般基于“小街區(qū)、密路網(wǎng)”控制在50～200米[10]，200米是適宜街區(qū)尺度的閾值，其中50～150米是應(yīng)用頻率最高的傳統(tǒng)街區(qū)尺度區(qū)間 。而面對高密度開發(fā)，國外高密度街區(qū)案例的最小地塊尺度相比傳統(tǒng)街區(qū)更大一些，一般在100～150米（表2），這個尺度與深圳高密度住區(qū)的最小短邊尺度相似。從這一點來看，在深圳推行高密度街區(qū)式住區(qū)，其理想街區(qū)地塊尺度可以控制在100～150米，面積在1～2.5公頃之間?；谶@一原則，面對較大地塊時，可以考慮增加路網(wǎng)密度，引入城市支路形成不同組團(tuán)的街區(qū)地塊。

1.2.2" 建筑退線與貼線率

目前《深圳城市規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)與準(zhǔn)則》（2021版）中將建筑退線按照兩級指標(biāo)進(jìn)行控制 1，這種非統(tǒng)一的控制原則不利于形成連續(xù)的沿街界面。國內(nèi)已有學(xué)者建議臨街建筑退線采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)以此來保持街道界面的連續(xù)性和整體性[12]。另一方面，當(dāng)高層建筑消防撲救面位于道路一側(cè)時，需退線15米，從而形成鋸齒狀界面，因此為了保證街區(qū)沿街界面的連續(xù)性，高層街區(qū)式住區(qū)建議采用消防撲救面結(jié)合市政道路或位于內(nèi)庭院的方式。連續(xù)界面的形成除了退線的相對統(tǒng)一外，還需要達(dá)到一定的貼線率，國內(nèi)外已有很多優(yōu)秀的已建成街區(qū)案例證明，貼線率達(dá)到70%以上能夠形成整齊連續(xù)的沿街界面[11]。

1.2.3" 建筑覆蓋率（建筑密度）

上述歸納的高密度街區(qū)式住區(qū)案例均保持較大的建筑覆蓋率（30%～50%），高建筑覆蓋率能夠顯著降低住區(qū)整體建筑高度，進(jìn)而提升整體空間品質(zhì)。在新加坡新 世紀(jì)新鎮(zhèn)的建設(shè)中，建筑覆蓋率設(shè)定為較高的 40%，而深圳采用不超過 25%的標(biāo)準(zhǔn)覆蓋率，因此，深圳常規(guī)住區(qū)多開發(fā)為0.6的容積率，其建筑高度普遍在150米左右。

1.2.4" 日照標(biāo)準(zhǔn)

日照標(biāo)準(zhǔn)是影響形態(tài)的重要因素之一。德國、英國、美國、日韓等國家均有相應(yīng)的日照標(biāo)準(zhǔn)，但結(jié)合特殊地段的日照豁免，日照補償機(jī)制，以及日照、采光、景觀等多元價值綜合評價等方式，在實際操作上有一定的靈活性[13]。而香港、新加坡等地區(qū)面對高密度開發(fā)需求，相繼取消了日照規(guī)范，實現(xiàn)了部分戶型無日照的高密度街區(qū)式住區(qū)。我國的日照標(biāo)準(zhǔn)是工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)制性條文，必須嚴(yán)格執(zhí)行，不能通過賠償解決或其他法律途徑救濟(jì)。深圳對于住宅的日照有著嚴(yán)格的要求2，這對圍合形態(tài)形成影響較大。因此，我國高密度地區(qū)需要適當(dāng)放寬日照標(biāo)準(zhǔn)或提供更多彈性機(jī)制。南京、成都等城市頒布了新建住宅的日照救濟(jì)條款，為實現(xiàn)“滿足日照要求”提供了協(xié)調(diào)可能性[14]。

1.2.5" 建筑高度與面寬

關(guān)于建筑高度與面寬控制，各國家和地區(qū)并沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。深圳在《深圳市城市規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)與準(zhǔn)則》（2021版）中對建筑高度與面寬的關(guān)系進(jìn)行了說明，高度超過60米的建筑其面寬不宜大于60米，在實際設(shè)計過程中，這一規(guī)定很難突破，造成住宅建筑向點式高層、超高層發(fā)展，不利于形成圍合形態(tài)。在控制住區(qū)建筑高度與面寬時，可引入新加坡3等城市面對不同密度區(qū)域、不同道路等級的多層級控制體系，更加精細(xì)化地進(jìn)行高層建筑形態(tài)塑造。

對于建筑的裙房部分，需要形成相應(yīng)最低高度控制指標(biāo)，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，若要形成街道連續(xù)性的視野感知，沿街連續(xù)的建筑界面應(yīng)保持不低于12米高度，因為行人視野感知的界面連續(xù)性及尺度適宜性主要體現(xiàn)在12米高度范圍內(nèi)。

2" 高密度街區(qū)式住區(qū)生成方法

2.1" 生成路徑

隨著計算機(jī)生成平臺和技術(shù)的發(fā)展，聚焦于居住建筑領(lǐng)域的設(shè)計研究成果豐富。就住區(qū)形態(tài)生成路徑而言，主要分兩個方向：一是從“戶型－住棟－布局”的顆粒單元組合式生成[15，16]，有學(xué)者通過關(guān)注戶型空間的組合來生成形態(tài)布局[17，18]，這種生成模式類似于當(dāng)下多數(shù)住區(qū)設(shè)計實踐流程，生成結(jié)果和設(shè)計實踐更加契合；二是從城市設(shè)計的形態(tài)控制視角，以人機(jī)交互為前提設(shè)定設(shè)計規(guī)則和控制指標(biāo)，進(jìn)行住區(qū)整體形態(tài)生成[19，20]，這種模式因其生成系統(tǒng)的輕量化，有利于形態(tài)優(yōu)化及效能優(yōu)化效率的提升。本研究主要從城市設(shè)計視角，探討住區(qū)形態(tài)的優(yōu)化和相關(guān)控制指標(biāo)，同時也注重其在設(shè)計實踐中的落地性，因此采用上述兩種單元組合生成和形態(tài)控制結(jié)合的方式，單元組合方面參照深圳常用戶型尺寸和組合模式，確保生成過程中建筑體量的合理性，而形態(tài)控制方面，選擇性引入深圳現(xiàn)行城市設(shè)計規(guī)則和設(shè)計規(guī)范，以控制形態(tài)的生成符合實際設(shè)計過程。

2.2" 生成原則與控制項

整個生成過程遵循以人機(jī)交互為基礎(chǔ)，建筑沿著街區(qū)地塊周邊布置的總體原則。首先按照“小街區(qū)、密路網(wǎng)”結(jié)構(gòu)將場地劃分出符合前文中界定的適宜尺度的街區(qū)地塊單元；繼而設(shè)定住區(qū)設(shè)計的相關(guān)控制指標(biāo)項：建筑退線與貼線率，控制住區(qū)建筑圍合形態(tài)；在輸入整體布局參數(shù)指標(biāo)后， 設(shè)定建筑單體的生成控制指標(biāo)項，包括設(shè)定基于深圳常用戶型庫的建筑進(jìn)深控制項、建筑高度與面寬控制項、建筑間距控制項等；最后針對各控制項進(jìn)行指標(biāo)調(diào)整與優(yōu)化，最終形成不同類型的建筑布局形態(tài)（圖4）。生成平臺采用Rhino+Grasshopper+Python的組合系統(tǒng)，根據(jù)生成路徑將系統(tǒng)分為住區(qū)參數(shù)控制單元、建筑形態(tài)生成單元、數(shù)學(xué)求解單元、數(shù)據(jù)可視化單元（圖5）。

3" 高密度街區(qū)式住區(qū)生成設(shè)計

3.1" 生成場地概況

為了探討高密度街區(qū)式住區(qū)的可行性與多樣性，在深圳核心區(qū)（密度一區(qū) 4 ）選取未來城市發(fā)展規(guī)劃中用于大面積開發(fā)的居住用地。場地位于深圳市寶安區(qū)新安街道37區(qū)（圖6），屬于舊城棚戶區(qū)改造范圍，根據(jù)深圳自然資源局網(wǎng)站公示資料，場地周邊均為在建或規(guī)劃中的點式超高層住區(qū)（圖7），是目前深圳典型形態(tài)的住區(qū)，實驗場地周邊道路為城市次干道及支路。

3.2" 生成控制指標(biāo)設(shè)定

首先根據(jù)“小街區(qū)、密路網(wǎng)”的規(guī)劃結(jié)構(gòu)，將350×270米的實驗場地進(jìn)行地塊劃分。劃分之后的地塊尺度為105×125米左右（圖8），符合前文中對適應(yīng)高密度街區(qū)式住區(qū)的適宜街區(qū)單元尺度100～150米的總結(jié)。此外，將住宅建筑退線統(tǒng)一為6米，根據(jù)劃分后的地塊及周邊道路情況，設(shè)定生活性街道（城市次干路）、服務(wù)性街道（街區(qū)支路）及景觀街道（面向景觀）三種類型，面向生活性街道，其臨街建筑貼線率需不低于80%；面向服務(wù)性街道或景觀街道，其臨街建筑貼線率不低于70%。

建筑高度控制因面向不同街道類型而有所不同，結(jié)合深圳市現(xiàn)行建筑高度與面寬規(guī)范，設(shè)定三種高度分區(qū)控制：0～8層、8層～20層，20層以上。

建筑覆蓋率及日照規(guī)范突破深圳現(xiàn)行要求，因此不作為此生成實驗的自變量控制指標(biāo)，而作為從形態(tài)中獲取的因變量指標(biāo)。

通過總結(jié)深圳典型人才房戶型的組合模式，將塔樓住宅建筑尺寸控制在26～30米之間（塔樓平面類型包括十字型、U型、T型、矩形）；裙房建筑首層及二層作為商業(yè)用途，層高4.5米；三層及以上作為住宅，廊式住宅建筑根據(jù)外廊和內(nèi)廊的不同形式，進(jìn)深控制在11～30米之間，住宅層高3米。

由于實驗場地位于密度一區(qū)，故將目標(biāo)容積率設(shè)定為6.0，具體生成控制指標(biāo)如表3所示。

3.2" 方案生成

確定地塊尺度、街道類型、容積率等生成指標(biāo)后，在已構(gòu)建好的Grasshopper生成系統(tǒng)中輸入指標(biāo)參數(shù)，形成上述三種類型的高密度街區(qū)式布局形態(tài)，包括層數(shù)不等板式圍合、層數(shù)相等板式圍合、點群式圍合。在各類型隨機(jī)生成的模型中，選取最具代表性的方案，并導(dǎo)出高度、建筑覆蓋率、日照系數(shù)等因變量指標(biāo)（圖9） 。

所生成的三種類型方案中，板式圍合類型（層數(shù)不等、層數(shù)相等）滿足冬至日1小時日照要求的戶數(shù)占整體戶數(shù)的87%左右，建筑覆蓋率為35%，層數(shù)可控制在20層以內(nèi)，從整體形態(tài)來看與周邊的點式超高層有明顯的差異，在沿街建筑連續(xù)帶來的街區(qū)空間品質(zhì)，以及低住區(qū)高度帶來的可持續(xù)方面優(yōu)勢顯著，但需要日照規(guī)范、建筑覆蓋率、建筑退線等方面做出較大突破。

點群式圍合類型的日照性能基本可滿足深圳現(xiàn)行日照要求，是目前深圳點式超高層住區(qū)與板式圍合高密度住區(qū)的折中形式，可以提供大部分高品質(zhì)戶型產(chǎn)品和相對較好的街區(qū)空間，建筑高度控制在100米以內(nèi)，也處于兩者之間。雖然該類型在當(dāng)前設(shè)計指標(biāo)體系中具有較強(qiáng)的落地性，但也要在建筑退線、日照規(guī)范方面進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化。

4" 結(jié)論與展望

回歸住區(qū)設(shè)計的多樣化，避免“千城一面”是城市未來長遠(yuǎn)發(fā)展的重要方向。面對深圳目前普遍的點式超高層住區(qū)形態(tài)，高密度街區(qū)式多樣化建筑布局具有較高的應(yīng)用潛力，不僅可以提供較好的街道空間品質(zhì)和豐富的戶型產(chǎn)品，還可以降低住區(qū)整體建筑高度，使高密度城市 住區(qū)開發(fā)更加多樣和可持續(xù)。但在目前住區(qū)設(shè)計的實際 落地過程中，現(xiàn)行城市設(shè)計規(guī)則和建筑設(shè)計規(guī)范的部分 指標(biāo)阻礙了高密度街區(qū)化形態(tài)的形成。

通過高密度街區(qū)式住區(qū)的生成設(shè)計研究，可以優(yōu)化不同高密度街區(qū)式住區(qū)模式下的設(shè)計指標(biāo)：1）基于“小街區(qū)，密路網(wǎng)”的地塊適宜尺度；2）基于連續(xù)沿 街建筑界面形成的統(tǒng)一建筑退線與彈性貼線率；3）提高住區(qū)整體密度及降低住區(qū)建筑高度為導(dǎo)向的建筑覆蓋率；4）面向圍合型住區(qū)形態(tài)的彈性日照規(guī)范。

高密度街區(qū)式住區(qū)的多樣化布局和相關(guān)指標(biāo)探討，可為城市管理者對多樣化住區(qū)形態(tài)的推廣和嘗試提供新的思路，同時，為后期高密度街區(qū)式住區(qū)的人因感知實驗和物理環(huán) 境模擬提供空間范本。

注釋：

1" 三層及以下以最小退讓距離6米為基準(zhǔn)，四層及以上住宅建筑最小為9米。

2" 住宅建筑需滿足大寒日有效日照時間不低于3小時，或冬至日有效日照時間不低于1小時。

3參照https：//www.ura.gov.sg/uol/Corporate/Guidelines/Development-Control/Residential/Flats-Condominiums/Building-Length中建筑高度與面寬的設(shè)定。

4" 2013年密度分區(qū)正式納入《深圳市城市規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)與準(zhǔn)則》，正式成為規(guī)范化文件。在2021版《深圳市城市規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)與準(zhǔn)則》中，城市建設(shè)用地密度分區(qū)共分為5個等級區(qū)間，從密度一區(qū)至五區(qū)，分別對應(yīng)開發(fā)建設(shè)特征為：高密度、中高密度、中密度、中低密度、低密度。當(dāng)居住用地屬于城市建設(shè)用地密度一區(qū)、二區(qū)時，居住用地的容積率上限為6.0。

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基金項目：十四五國家重點研發(fā)計劃課題（2023YFC3807403），國家自然科學(xué)基金面上項目（52178020）