基于大數(shù)據(jù)的城市商業(yè)景觀公共設(shè)施設(shè)計模型研究

2019-10-16 05:25水源

周口師范學(xué)院學(xué)報 2019年5期

水源

(合肥學(xué)院藝術(shù)設(shè)計系，安徽合肥 230001)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市商業(yè)景觀以及公共設(shè)施和植物景觀設(shè)計得到了廣泛的關(guān)注[1].由此對該方面的研究越來越多，例如：低碳環(huán)保、人性化的公共設(shè)施,綠色經(jīng)濟(jì)的商業(yè)空間建設(shè)以及帶有創(chuàng)意的植物景觀等受到了人們的關(guān)注與喜愛[2].然而商業(yè)景觀公共設(shè)施區(qū)域利用的不合理就會造成灰空間，只有商業(yè)景觀與建筑協(xié)調(diào)發(fā)展，才會實現(xiàn)區(qū)域空間的利用最大化[3].城市商業(yè)空間類型以及元素要盡可能多元化，城市商業(yè)景觀中植物、水體以及硬質(zhì)的景觀與公共設(shè)施進(jìn)行高效地利用，使地域空間與特色的景觀文化空間相融合[4].因此，如何形成生態(tài)自然的城市商業(yè)景觀公共設(shè)施環(huán)境，營造綠色環(huán)保的消費理念，體現(xiàn)具有城市特色的商業(yè)景觀公共設(shè)施環(huán)境特點，形成城市商業(yè)景觀性的自然綠洲成為當(dāng)前該領(lǐng)域首要解決的問題[5].而對城市商業(yè)景觀公共設(shè)施設(shè)計進(jìn)行研究成為解決上述問題的有效途徑，具有重要的現(xiàn)實意義[6-7].

文獻(xiàn)[8]提出一種商業(yè)城市公共設(shè)施設(shè)計方法.該方法首先以城市環(huán)境為研究的主要內(nèi)容，對人的行為特點與需求進(jìn)行分析，將城市公共的服務(wù)設(shè)施以及公共空間環(huán)境等作為評價城市環(huán)境適宜居住的主要因素，同時對城市居住環(huán)境的特點分布進(jìn)行研究.以城市哈爾濱為例，對城市居住環(huán)境的適宜性以及不同層次的人群需求情況進(jìn)行分析.針對不同需求情況做出不同公共設(shè)施的優(yōu)化措施，但該方法存在區(qū)域分級化的問題.文獻(xiàn)[9]提出一種基于包容性理論的城市自然景觀與公共設(shè)施相融合的設(shè)計方法，該方法首先對城市的交通基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)的概念進(jìn)行分析與闡述，對城市當(dāng)前的基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展以及面臨的問題進(jìn)行概述，通過對上述分析，提出了城市商業(yè)景觀的公共設(shè)施設(shè)計的主要思想，以此對城市景觀公共設(shè)施策略進(jìn)行探討與研究，該方法較為簡單，但存在不能使地域特色與空間特色相融合的問題.文獻(xiàn)[10]提出了一種基于景觀原則的城市基礎(chǔ)公共設(shè)施設(shè)計方法，該方法首先對城市的公共設(shè)施理念以及目標(biāo)原則進(jìn)行研究.對國外優(yōu)秀的城市公共設(shè)施設(shè)計進(jìn)行探討，基于設(shè)計理論對城市公共設(shè)施中存在的問題提出改進(jìn)意見，并指出未來發(fā)展的方向.同時加強(qiáng)對城市公共設(shè)施的管理與維護(hù)，達(dá)到美化城市環(huán)境的目的，但該方法存在設(shè)計過程較為復(fù)雜的問題.

針對上述問題，提出一種基于大數(shù)據(jù)的商業(yè)景觀公共設(shè)施設(shè)計模型.實驗結(jié)果表明，本文方法不僅提高了人們的生活質(zhì)量，還形成生態(tài)自然的城市商業(yè)景觀公共設(shè)施環(huán)境，實現(xiàn)區(qū)域空間的利用最大化，具有廣泛的應(yīng)用價值.

1 城市商業(yè)景觀公共設(shè)施設(shè)計研究

首先依據(jù)景觀生態(tài)學(xué)理論從景觀自然性、視野的開闊性、公共設(shè)施的多樣性、景觀奇特性和整體協(xié)調(diào)性等五個方面進(jìn)行可量化表達(dá)，結(jié)合景觀生態(tài)學(xué)理論進(jìn)行可量化表達(dá)，利用三維模擬空間分析技術(shù)建立景觀公共設(shè)施公平指數(shù)模型完成對城市商業(yè)景觀公共設(shè)施設(shè)計研究.具體步驟如下.

1.1 基于大數(shù)據(jù)的城市商業(yè)景觀公共設(shè)施特征指數(shù)構(gòu)建

城市公共設(shè)施中以商業(yè)景觀為主，以植被、道路和路燈等其他公共設(shè)施為輔，其中城市商業(yè)的自然景觀與公共設(shè)施建設(shè)對人們的生活有著重要的影響.城市商業(yè)景觀公共設(shè)施大數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 城市商業(yè)景觀公共設(shè)施大數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)圖

在圖1的基礎(chǔ)上，再依據(jù)景觀生態(tài)學(xué)理論，結(jié)合城市商業(yè)景觀的特點，從五個方面進(jìn)行可量化表達(dá)，五個方面包括景觀自然性、視野的開闊性、景觀公共設(shè)施的多樣性、景觀奇特性和整體協(xié)調(diào)性.

(1)景觀自然性是指城市中植物的分布以及生長的狀況，城市商業(yè)景觀的自然性是由植被的覆蓋率進(jìn)行表達(dá).植被覆蓋率主要是指樹木、草坪和一些植物所覆蓋的面積占城市區(qū)域總面積的百分比，主要反映了城市商業(yè)景觀中的植物密度，植被覆蓋率越高表示商業(yè)景觀的自然性就越強(qiáng)，植被覆蓋率公式為：

(1)

公式(1)中，Cv表示植被的覆蓋率，Sv表示植被覆蓋的總面積，A表示城市商業(yè)景觀的總面積.

(2)城市景觀的視野開闊性主要指人身處在城市景觀中視野開闊的程度，狹小的景觀建筑影響著局部商業(yè)景觀的環(huán)境，給人帶來負(fù)面的視覺感受.由此利用建筑景觀的密度以及建筑景觀的擁擠度來衡量商業(yè)景觀的視野開闊性.

建筑景觀的密度主要是指景觀底面覆蓋的面積占城市區(qū)域面積的百分比，反映商業(yè)景觀在水平方向上密集的程度，商業(yè)景觀密集的程度越大則表示視野開闊性就越低，表示公式如下：

(2)

公式(2)中，Cb表示城市建筑景觀的密度，sbi表示第i個建筑景觀的底面積，n表示城市商業(yè)建筑景觀的總數(shù).

建筑景觀密度主要是人們行走時關(guān)注的視野開闊度，當(dāng)以一種全面的角度審視景觀群體空間時，建筑景觀的擁擠度可更好地描繪出景觀視野中的開闊度，能很好地反映出景觀在建筑空間中的分布密度，分布密度的指標(biāo)值越大，則表明擁擠度就越高，開闊性就越低.可用公式表示為：

(3)

公式(3)中，SCb表示建筑景觀空間的擁擠度，Vbi表示第i個建筑景觀的面積，max{Hb}表示城市商業(yè)建筑物景觀最大的高度值.

(3)城市景觀公共設(shè)施的多樣性要素能給人們帶來視覺上的沖擊與新鮮感，滿足不同層次的需求，景觀公共設(shè)施的多樣性包含構(gòu)成的成分以及色彩的豐富程度等. 由此本文提出采用城市商業(yè)景觀的色彩以及組分構(gòu)成，利用商業(yè)景觀組分的復(fù)雜度表示景觀公共設(shè)施的多樣性.

商業(yè)景觀組分的復(fù)雜度能反映商業(yè)景觀色彩以及構(gòu)成元素的多樣化，可用公式表示為：

F=CR*TY

(4)

公式(4)中，F(xiàn)表示商業(yè)景觀組分的復(fù)雜度，CR表示景觀色彩的種類，TY表示景觀的類型.

可用景觀的分維數(shù)表示商業(yè)景觀形狀的復(fù)雜度，城市中的建筑有不同的形狀體，給城市增添了特色.平均分維數(shù)越大，則表示建筑景觀的形狀就越復(fù)雜，城市建筑景觀的平均分維數(shù)可用公式進(jìn)行表示為：

(5)

公式(5)中，F(xiàn)Db表示建筑景觀的平均分維數(shù)，Pbi表示建筑景觀i的底面積周長，Sbi表示建筑景觀i的底面積.

(4)景觀的奇特性主要影響景觀公共設(shè)施對人們的吸引力，城市商業(yè)景觀主要由大量的建筑群體構(gòu)成的，容易形成同樣的風(fēng)格，可利用建筑體積的優(yōu)勢度進(jìn)行衡量城市商業(yè)景觀的奇特性.

城市商業(yè)景觀的體積優(yōu)勢度主要表示景觀的多樣性對最大多樣性偏離的程度，建筑景觀優(yōu)勢度主要描述城市建筑群少數(shù)體積大的建筑體控制程度，控制值越大，則表示某一建筑體占優(yōu)勢，通常優(yōu)勢度較大的建筑景觀具有社會文化功能，為標(biāo)志性城市建筑物.參照商業(yè)景觀的優(yōu)勢度的定義與計算的方法，可將指數(shù)計算為：

(6)

公式(6)中，Hmax表示多樣性的指數(shù)，Pbi表示建筑景觀i的體積占建筑景觀總體積比例.

(5)城市商業(yè)景觀的協(xié)調(diào)性主要指景觀公共設(shè)施元素間的協(xié)調(diào)性，包含建筑景觀與自然植被間的搭配，利用自然景觀和人工景觀的體積比例進(jìn)行表示.

城市商業(yè)景觀主要由自然元素與人工元素構(gòu)成，人工元素構(gòu)成的主體是房屋建筑，自然植被是自然元素的主要內(nèi)容.建筑景觀中包含了人文精神滿足活動功能需求，景觀空間建筑與植物比例的協(xié)調(diào)搭配較為重要.自然景觀與人工景觀所占比例的相宜性能給人們帶來最佳的視覺享受，可用公式進(jìn)行表示為：

(7)

公式(7)中，CO表示自然景觀與人工景觀相宜的指數(shù)，VV表示城市自然景觀總的體積，Vb表示城市人工景觀總的體積.

1.2 建立城市商業(yè)景觀公共設(shè)施公平指數(shù)模型

結(jié)合上述依據(jù)景觀生態(tài)學(xué)理論對城市商業(yè)景觀公共設(shè)施特征指數(shù)的構(gòu)建，利用三維模擬空間分析技術(shù)建立景觀公共設(shè)施公平指數(shù)模型進(jìn)行城市商業(yè)景觀公共設(shè)施設(shè)計.可達(dá)性為城市商業(yè)景觀公共設(shè)施的吸引力指數(shù)與隔離的函數(shù)，由公式(8)進(jìn)行表示，景觀公共設(shè)施與空間影響的模型基礎(chǔ)為：

(8)

公式(8)中，Wj表示為景觀公共設(shè)施的引力指數(shù)，Sij表示景觀空間距離，主要是i到j(luò)的景觀距離.城市商業(yè)景觀公共設(shè)施特征依據(jù)公式(8)，構(gòu)建城市商業(yè)景觀公共設(shè)施指數(shù)的模型為：

(9)

公式(9)中，Eij(k)表示商業(yè)景觀公共設(shè)施j(k)在建筑空間i的公平指數(shù)，i=1,2,3,…,I，k表示商業(yè)景觀公共設(shè)施的第k類設(shè)施，k=1,2,…,k，wj(k)=Qj(k)/Qk，wj(k)表示k類設(shè)施中第j個設(shè)施影響的系數(shù).

Sij表示城市商業(yè)景觀公共設(shè)施的分布與使用者區(qū)位間的空間距離，a表示空間距離的參數(shù)，a的取值范圍為1至2之間，取值為2時較多，本文商業(yè)景觀公共設(shè)施指數(shù)的取值為2.由此建筑空間i中k類的第j個景觀公共設(shè)施的分布公平指數(shù)為：

(10)

由此，商業(yè)景觀空間i內(nèi)城市商業(yè)景觀公共設(shè)施公平指數(shù)的總值為：

(11)

公式(11)中，Ti表示第i個城市建筑空間景觀公共設(shè)施分布的總體公平指數(shù).

(12)

公式(12)中，T表示城市商業(yè)景觀公共設(shè)施的公平指數(shù)之和，由此完成對城市商業(yè)景觀公共設(shè)施設(shè)計研究.

2 實驗結(jié)果與分析

為了驗證基于大數(shù)據(jù)的城市商業(yè)景觀公共設(shè)施設(shè)計模型的有效性，需要進(jìn)行一次實驗，在Matlab2016環(huán)境下搭建城市商業(yè)景觀公共設(shè)施設(shè)計平臺.實驗數(shù)據(jù)來自某個城市的某一區(qū)域.表1表示本文方法與文獻(xiàn)[8]、文獻(xiàn)[9]所提方法的商業(yè)景觀公共設(shè)施的多樣性對比.

表1 不同方法商業(yè)景觀公共設(shè)施的多樣性對比

對表1進(jìn)行分析可知，本文所提方法商業(yè)景觀公共設(shè)施的多樣性明顯高于文獻(xiàn)[8]與文獻(xiàn)[9]所提方法，本文所提方法的商業(yè)景觀公共設(shè)施的多樣性的構(gòu)成成分有十種類型，色彩的豐富度達(dá)到88%，由此說明本文所提方法具有多樣性，而且還能滿足人們視覺上的感受.圖2表示本文方法與文獻(xiàn)[9]、文獻(xiàn)[10]所提方法的商業(yè)景觀公共設(shè)施植被覆蓋率(%)對比.

對圖2進(jìn)行分析可知，本文依據(jù)景觀生態(tài)學(xué)理論所提方法的植被覆蓋率明顯高于文獻(xiàn)[9]與文獻(xiàn)[10]所提方法，其中，文獻(xiàn)[9]所提方法隨著植被面積的增加，植被覆蓋率波動較明顯，且植被覆蓋率最高時也沒有超過40%，說明該方法可行性較低. 而本文方法的植被覆蓋率隨著植被面積的增加，有逐漸上升的趨勢，由此可說明，本文所提方法具有可行性，能有效地提高植被覆蓋率，做到低碳環(huán)保，還可吸收二氧化碳.圖3表示本文所提方法與文獻(xiàn)[8]、文獻(xiàn)[9]所提方法的二氧化碳吸收量(%)對比.

圖2 不同方法下植被覆蓋率對比

圖3 不同方法下二氧化碳吸收量對比

由上述圖2的植被覆蓋率對比對圖3進(jìn)行分析可知，文獻(xiàn)[10]所提方法的植被覆蓋率雖然不低，但由圖3能看出，二氧化碳的吸收量卻較低，由此說明，文獻(xiàn)[10]雖然植被覆蓋率不低，但存在種植的植被吸收二氧化碳的能力較差，而本文利用三維模擬空間分析技術(shù)進(jìn)行商業(yè)景觀公共設(shè)施設(shè)計不僅植被的覆蓋率高，且對二氧化碳的吸收能力也較好.圖4表示本文所提方法與文獻(xiàn)[8]、文獻(xiàn)[9]所提方法的空間占用率(%)對比.

圖4 不同方法下空間占用率對比

分析圖4可知，本文提出的利用三維模擬空間分析技術(shù)進(jìn)行商業(yè)景觀公共設(shè)施設(shè)計的空間占有率相比較文獻(xiàn)[8]與文獻(xiàn)[9]所提方法的空間占有率較高一些，而文獻(xiàn)[8]所提方法雖然空間占有率波動一直較平緩，但隨著植被面積的增長，波動曲線有所下滑.本文所提方法雖然也會隨著植被面積的增長，空間占有率也會有波動，但整體屬于上升趨勢. 由此說明利用三維模擬空間分析技術(shù)進(jìn)行商業(yè)景觀公共設(shè)施設(shè)計能有效提高人們的生活質(zhì)量，實現(xiàn)區(qū)域空間利用的最大化.

3 結(jié)束語