袁 紅 ，何 媛 ，姚 強

引言

2015年《中央城市工作會議》提出“加強對城市的空間立體性、平面協(xié)調(diào)性……要堅持集約發(fā)展、樹立‘精明增長’、‘緊湊城市’理念，科學(xué)劃定城市開發(fā)邊界，推動城市發(fā)展由外延擴張式向內(nèi)涵提升式轉(zhuǎn)變”等一系列理念[1]。2020年中國的城市軌道交通將達到6000公里設(shè)置4000個站點[2]。在TOD助推中國城市轉(zhuǎn)型的理念下，軌道交通的快速發(fā)展為城市提供了一個調(diào)整城市結(jié)構(gòu)、促進低碳發(fā)展的重要契機[3]。面對我國大城市的高度集聚及立體發(fā)展的現(xiàn)狀，發(fā)源于美國的TOD模式及理論不能解決中國城市的發(fā)展問題，迫切需要研究適應(yīng)中國國情的立體TOD模式及城市設(shè)計方法。城市軌道中心型站點核心區(qū)是城市中心區(qū)的核心，是人口聚集程度最高、城市矛盾（交通堵塞、地價高昂、環(huán)境復(fù)雜）最突出的區(qū)域，也是進行城市綜合體開發(fā)建設(shè)和地下空間利用需求度最高的區(qū)域。核心區(qū)地上、地面、空中三維空間協(xié)同（3D TOD）發(fā)展，可以優(yōu)化城市功能布局和空間結(jié)構(gòu)、提高城市容量、組織交通換乘、改善城市環(huán)境、構(gòu)建步行網(wǎng)絡(luò)，有效承載城市人口（實現(xiàn)50%以上的城市人口和通勤交通需求分布在軌道影響區(qū)范圍內(nèi)[4]）實現(xiàn)城市集約發(fā)展。同時，國土空間規(guī)劃將地上與地下空間資源均納入空間規(guī)劃范疇，極大地促進城市立體化、集約化、生態(tài)化發(fā)展。中心型站點核心區(qū)作為空間立體性最高、功能混合度最高、空間集約性最高、城市經(jīng)濟性最高的區(qū)域，其立體空間規(guī)劃（3D TOD規(guī)劃）是當(dāng)代城市空間規(guī)劃的重要研究內(nèi)容。

基于對中英文數(shù)據(jù)庫的綜合檢索和文獻分析，發(fā)現(xiàn)目前國內(nèi)外缺乏對站點區(qū)域城市空間形態(tài)及TOD城市設(shè)計的量化研究，缺乏立體化/數(shù)字化 TOD空間模式研究。通過英文數(shù)據(jù)庫Web of Science以主題詞“transitoriented development＋urban design＋3D”檢索結(jié)果為1篇會議短文，提出采用混合土地使用、TOD和3D（三維）設(shè)計方法實現(xiàn)城市設(shè)計的可持續(xù)性[5]；以主題詞“station area＋3D”檢索結(jié)果中沒有屬于urban study的相關(guān)研究，論文僅出現(xiàn)在工程、地質(zhì)等領(lǐng)域；以主題詞“TOD＋underground space”檢索結(jié)果僅為3篇；以主題詞“TOD＋urban design”檢索結(jié)果51篇1），側(cè)重于站點區(qū)域土地利用與交通相互作用機制[6]、可步行性[7]、居民出行方式[8]的量化研究以及TOD建成環(huán)境及效能指標(biāo)評價[9，10]，缺乏將TOD模式與三維（3D）城市設(shè)計結(jié)合的研究2）。

通過中文數(shù)據(jù)庫CNKI以主題詞“TOD+城市設(shè)計+立體”直接檢索結(jié)果為0篇；以主題詞“TOD+城市設(shè)計”檢索結(jié)果為期刊論文32篇（核心期刊6篇）、博士論文5篇，碩士論文28篇、會議論文4篇（以主題詞“TOD+地下空間”檢索發(fā)現(xiàn)核心期刊及博士論文與前者高度重合），涉及立體TOD相關(guān)內(nèi)容的論文以站點區(qū)域地上地下一體化開發(fā)[11]、土地利用[12]、空間發(fā)展模式[13]、步行系統(tǒng)[14]的定性研究為主，側(cè)重城市設(shè)計方法及策略的研究以及導(dǎo)則編制[15，16]。

基于中國立體TOD發(fā)展的重要性及研究缺陷，本文結(jié)合數(shù)字化技術(shù)和設(shè)計實踐要求，提出城市中心型軌道站點核心區(qū)立體TOD（3D TOD）的城市設(shè)計模式，探索智能化立體TOD城市設(shè)計的AI技術(shù)支持，展望智能化設(shè)計決策平臺的數(shù)字化TOD城市設(shè)計研究發(fā)展前景，為構(gòu)建中國城市中心型軌道站點核心區(qū)數(shù)字化立體TOD模式及城市設(shè)計理論提供有力的支撐。

1 立體TOD城市設(shè)計模式構(gòu)建的理論基礎(chǔ)

1.1 與TOD相關(guān)的軌道站點區(qū)域立體化城市設(shè)計理論及方法

1.1.1 “二維→三維”、“擴散→緊湊”的城市立體化發(fā)展理論

盡管TOD概念是作為新城市主義運動的城市設(shè)計方法論被提出的（Congress of New Urbanism, Charter of the New Urbanism, 1999），但是“交通引導(dǎo)城市發(fā)展”的理念由來已久。早在1882年，索里亞·瑪塔提出的“帶狀城市”中就明確了“交通干線是城市主要骨架”這一觀點。之后，相關(guān)理論及設(shè)計實踐隨之顯現(xiàn)，如：巴黎交通樞紐改造方案中將站點分五層布置（1906），“明日城市”、“垂直的田園城市”（1922）中構(gòu)想了多層交通體系；雅典憲章（1933）倡導(dǎo)通過利用地上地下空間結(jié)構(gòu)改善城市環(huán)境；阿斯普倫德（Hans Asplund，1983）總結(jié)性的提出雙層城市、城市立體化、城市平面交通模式可使城市中心、建筑、交通三者的關(guān)系得到協(xié)調(diào)發(fā)展；戶所?。?985）、渡部與四郎（1990）亦提出都市空間立體化；格蘭尼、尾島俊雄倡導(dǎo)地下空間、緊湊城市和坡地選址整合為一體（1995）；荷蘭 KVRDW公司（2010）創(chuàng)新性的提出密度城市、無零水平面、城市基面上下化（立體化）發(fā)展；東南大學(xué)韓冬青教授（1999）系統(tǒng)地提出城市空間形態(tài)與結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)化、立體化、宜人化趨勢，并認(rèn)為立體化就是“對用地進行地上、地面、地下三維的綜合開發(fā)，以構(gòu)成一個連續(xù)的、流動的空間體系”[17]。城市從原有二維平面發(fā)展轉(zhuǎn)向三維立體發(fā)展，從土地利用轉(zhuǎn)向空間利用。隨著進入后工業(yè)化時代，以往城市擴散式發(fā)展帶來了能源高損耗，耕地不足等城市問題，城市開始從擴散向緊湊式發(fā)展轉(zhuǎn)變。

1.1.2 基于TOD理論的軌道站點區(qū)域立體化城市設(shè)計方法及實踐

（1）軌道站點區(qū)域城市立體化設(shè)計實踐及理論研究日本作為最早進行站點區(qū)域立體化設(shè)計的國家之一，創(chuàng)造了東京站、澀谷站等成功的站城一體化城市設(shè)計（圖1～4），受到學(xué)界的廣泛專注，但目前少有專家進行立體TOD模式的系統(tǒng)構(gòu)建。盧濟威教授提出軌道交通站點區(qū)域協(xié)同發(fā)展有效地促進車站地區(qū)多層面空間規(guī)劃[18]。國內(nèi)外相關(guān)研究還包括軌道站點立體式開發(fā)、交通樞紐與城市發(fā)展的一體化趨勢、建筑綜合體與城市交通系統(tǒng)立體化銜接，軌道站點與區(qū)域協(xié)同式開發(fā)、城市公共空間與交通空間的復(fù)合開發(fā)模式、城市中心區(qū)立體步行交通系統(tǒng)等。

（2）軌道站點區(qū)域立體TOD模式研究

TOD(Transit-Oriented-Development)作為倡導(dǎo)“以公共交通為導(dǎo)向”的城市開發(fā)模式[15]，其概念最早由新城市主義代表人物彼得·卡爾索普提出[19]，用以控制城市的無序蔓延，后被廣泛用于發(fā)展軌道交通的歐美中日韓等國。大量的城市實踐和研究證明TOD模式能夠有效提高公共交通沿線地區(qū)的土地價值與土地使用效率、減少碳排放量、提高城市空間品質(zhì)、增加交往機會、提升城市的整體效率，從而促進城市的有序發(fā)展（孫施文，2007）。但是由于人口聚集度、城市化率、土地政策、政府機制等制約因素，TOD模式在各國及城市的發(fā)展特征有所不同。由于中國大城市人口的高度集聚特征，其軌道站點核心區(qū)的TOD發(fā)展模式較之歐美城市具有更強的空間立體性，如：站點區(qū)域地下空間大量綜合開發(fā)、“軌道＋物業(yè)”“軌道＋停車”模式、以及地下、地面、空中網(wǎng)絡(luò)步行體系等。

傳統(tǒng)的TOD理論已經(jīng)不能完全指導(dǎo)站點區(qū)域的立體化發(fā)展，因此本文提出3D TOD的概念，基于數(shù)字技術(shù)精準(zhǔn)研究這種立體化、系統(tǒng)化的空間發(fā)展機制及空間構(gòu)成模式。通過對“軌道站點區(qū)域立體TOD模式”的相關(guān)研究進行歸納分析發(fā)現(xiàn)，軌道站點核心區(qū)以立體TOD模式進行開發(fā)的代表是東京、香港等地上地下一體化開發(fā)的站點區(qū)域，其以開發(fā)上蓋物業(yè)及地下空間為特征，以軌道站點為核心向上、向下、周邊進行立體空間擴張，將城市功能高度混合設(shè)置在站點核心區(qū)內(nèi)，其地下空間的開發(fā)亦遵循TOD理論，形成“以軌道交通為發(fā)展軸、軌道站點為發(fā)展點”的空間分布格局。目前，國內(nèi)外相關(guān)大型設(shè)計院（日建設(shè)計、中建西南院等）、國內(nèi)知名房地產(chǎn)商（萬科、綠城、龍湖等）及地鐵公司（重慶軌道交通集團等）在站點區(qū)域設(shè)計及宣傳上已經(jīng)大量運用了“立體TOD、TOD城市設(shè)計”等表征立體TOD模式的詞匯，僅深圳市軌道交通設(shè)計研究院蘭杰結(jié)合大量項目實踐提出了TOD的立體化模式（圖5），并將地下空間這一站點區(qū)域發(fā)展的重要因素納入TOD發(fā)展范疇[20]。由此可知，該領(lǐng)域相關(guān)研究非常匱乏，并且仍然停留在定性的經(jīng)驗總結(jié)階段。

總之，雖然立體TOD模式?jīng)]有被系統(tǒng)提出，但通過分析城市立體化發(fā)展演化脈絡(luò)發(fā)現(xiàn)，“交通引導(dǎo)城市發(fā)展”的理念可追溯到“帶形城市”（1882），證明站點區(qū)域地上地下立體化從產(chǎn)生之初就對城市發(fā)展有重要價值。當(dāng)前軌道站點區(qū)域立體化城市設(shè)計以定性研究為主，其立體TOD模式仍停留在設(shè)計實踐層面，亟需系統(tǒng)和科學(xué)的構(gòu)建立體TOD城市設(shè)計模式，滿足中國大城市發(fā)展要求。

1.2 數(shù)字化TOD城市設(shè)計研究基礎(chǔ)

1.2.1 TOD城市設(shè)計量化研究基礎(chǔ)

目前，TOD城市設(shè)計量化研究主要集中在交通出行、土地利用、功能混合、建成環(huán)境及效能指標(biāo)[9，10]等幾個方面，僅有少數(shù)量化研究探索了站點區(qū)域城市地下空間對城市緊湊性和土地多樣性的影響機制、分析了站點與城市公共空間的耦合關(guān)系，如：構(gòu)建軌道站點影響區(qū)微觀萬有引力緊湊度模型，證明站域地下空間開發(fā)對提高城市緊湊性有重要的促進作用[21]；運用GIS空間分析方法從網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通度及可達度兩方面研究地下空間在城市土地多樣性發(fā)展中的影響機制[22]；基于GIS平臺及空間統(tǒng)計分析，研究站點網(wǎng)絡(luò)與城市公共中心的空間耦合關(guān)系[23]。但空間形態(tài)及TOD城市設(shè)計的量化研究仍然非常缺乏。

圖1 東京站站域城市更新項目

圖2 東京站建筑師手繪圖（田中智之繪制）

圖3 未來的澀谷站全景圖

圖4 未來的澀谷站剖面圖

圖6 開發(fā)前的3D建筑+地質(zhì)可視化模型

1.2.2 軌道站點區(qū)域3D數(shù)字化模型研究

該領(lǐng)域目前僅有劍橋大學(xué)Simon James Price以倫敦Earls Court為例研究地下空間的三維地質(zhì)模型，并將其納入城市規(guī)劃體系，形成3D ground-use模式，以達到緩解土地發(fā)展壓力及促進可持續(xù)性發(fā)展的目的[24]（如圖6）；瑞士BG Cousulting Engineers (2011)小組運用GIS研究某城市副中心地下空間資源利用途徑并建立Deep City模式（2014）[25]屬于基于GIS決策支持系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計研究，類似的三維研究較為匱乏（圖7）。

2 城市中心型軌道站點立體TOD城市設(shè)計模式探索

2.1 城市中心型軌道站點概念界定

根據(jù)《城市軌道沿線地區(qū)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則》（以下簡稱《導(dǎo)則》），中心型站點是承擔(dān)城市級中心及副中心功能的軌道站點，原則上為多條軌道交通線路的交匯站，定位為區(qū)域級公共服務(wù)中心，軌道站點核心區(qū)范圍內(nèi)鼓勵進行城市綜合體開發(fā)建設(shè)（亦是地下空間利用需求度最高的區(qū)域），多個中心站組合構(gòu)成城市中心區(qū)[4]?！秾?dǎo)則》將軌道站點區(qū)域分為四個空間范圍層次：（1）0～100 m地上地下空間；（2）100～500m核心影響區(qū)；（3）500～800m影響區(qū)；（4）800～1500m次級影響區(qū)。由于各城市化率發(fā)展不一，城市建設(shè)規(guī)模不同，為提取站點核心區(qū)的顯著特征，本文選擇國內(nèi)I級線網(wǎng)城市300m核心區(qū)的臨界范圍3），研究其立體TOD城市設(shè)計模式。

2.2 立體TOD城市設(shè)計模式構(gòu)想

圖7 基于GIS評估地下空間資源用于城市規(guī)劃

圖8 中心型軌道站點核心區(qū)軸側(cè)展開圖

通過對城市中心型軌道站點核心區(qū)的研究分析，提出立體TOD城市設(shè)計模式的初步構(gòu)想（圖8），選擇以站點為中心300m范圍內(nèi)的300m×300m地塊，設(shè)定街區(qū)尺度100m，地面—地上建設(shè)全步行系統(tǒng)及立體綠化，站點核心區(qū)開發(fā)地下空間用于商業(yè)、停車及軌道交通，地下空間僅在建筑地面層僅保留部分入口及功能房間，形成站點核心區(qū)地上—地面—地下多層次的立體城市空間（該立體TOD城市設(shè)計模式構(gòu)想可以類比用于軌道站點影響區(qū)各圈層的TOD模式研究）。

2.3 站點核心區(qū)立體TOD城市設(shè)計模式分析

通過對12個國內(nèi)I類線網(wǎng)城市（北京、廣州、上海、深圳、重慶、成都、天津、南京、武漢、杭州、鄭州、長沙）的中心型軌道站點進行逐一篩選，最終選取其中最有代表性的57個中心型站點，依據(jù)《城市軌道沿線地區(qū)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則》并結(jié)合站點的實際情況，將其分為“商務(wù)＋商業(yè)、商業(yè)＋公共樞紐、商務(wù)＋公共樞紐、會展＋商務(wù)、商業(yè)＋教育、商業(yè)＋歷史街區(qū)”六種類型4），分析站點核心區(qū)用地功能（表1）。在分析各站點用地功能的基礎(chǔ)上，結(jié)合《導(dǎo)則》及澀谷站、東京站等案例，提出了以下站點核心區(qū)立體TOD模式圖（表2）5）。

3 智能化立體TOD城市設(shè)計研究展望

3.1 建立智能化立體TOD城市設(shè)計方法

數(shù)字化、智能化技術(shù)為城鄉(xiāng)規(guī)劃和建筑學(xué)提供了新的機遇，也向城市設(shè)計的理論建構(gòu)與實踐應(yīng)用提出了新的命題（楊俊宴，2018）。王建國院士（2017）從歷史發(fā)展角度將城市設(shè)計歸類為傳統(tǒng)城市設(shè)計、現(xiàn)代城市設(shè)計、綠色城市設(shè)計、基于人機交互的數(shù)字化城市設(shè)計四個階段，并系統(tǒng)化地提出數(shù)字化城市設(shè)計“多重尺度的設(shè)計對象、數(shù)字量化的設(shè)計方法、人機互動的設(shè)計過程”三個特征[26]。此外，龍瀛提出數(shù)據(jù)增強設(shè)計（DAD）、數(shù)據(jù)自適應(yīng)城市設(shè)計的理念，通過數(shù)據(jù)的有效分析來支撐城市設(shè)計方案的生成，通過精細(xì)化的“訂制大數(shù)據(jù)”的反饋，來實現(xiàn)設(shè)計方案和空間使用的可持續(xù)良性互動[27]；楊俊宴在多源大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上提出全數(shù)字化城市設(shè)計的概念及工作方法，建立基于全數(shù)字化流程的城市設(shè)計理想范式[28]。

借鑒數(shù)字化和智能化城市設(shè)計的相關(guān)研究成果，本文在研究軌道站點核心區(qū)立體TOD城市設(shè)計模式的基礎(chǔ)上，提出建立軌道站點區(qū)域“立體TOD城市設(shè)計技術(shù)框架”，研究立體TOD城市設(shè)計方法。以中國I級線網(wǎng)城市中心型站點核心區(qū)為目標(biāo)區(qū)域、以日韓新及香港城市中心型站點為樣本區(qū)域建立3DGIS空間數(shù)據(jù)庫，從城市設(shè)計的“交通效率、土地利用、空間形態(tài)”三大方面建立立體TOD測度指標(biāo)，基于GIS及AI技術(shù)研究樣本區(qū)域空間發(fā)展機制、指標(biāo)、因素、因子及模式。并將其應(yīng)用于目標(biāo)區(qū)域數(shù)據(jù)庫、優(yōu)化目標(biāo)區(qū)域立體TOD指標(biāo)體系，抽提指標(biāo)影響因素，確定因子區(qū)間值，基于AI生成空間設(shè)計模式、模擬3DTOD理想空間模型及建立數(shù)字化城市設(shè)計方法。從“機制→指標(biāo)→因素→因子→模式→設(shè)計”系統(tǒng)構(gòu)建立體TOD城市設(shè)計方法，以促進軌道中心站核心區(qū)立體緊湊發(fā)展（圖9）。

3.2 智能化立體TOD城市設(shè)計的AI技術(shù)支持

3.2.1 AI技術(shù)在城鄉(xiāng)規(guī)劃和建筑學(xué)領(lǐng)域的運用概況

當(dāng)前，人工智能（Artificial intelligence，簡稱“AI”）技術(shù)在城鄉(xiāng)規(guī)劃和建筑學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在機器學(xué)習(xí)層面（吳志強，2018；何宛余，2018）。城鄉(xiāng)規(guī)劃領(lǐng)域，吳志強院士提出將機器學(xué)習(xí)運用于城市生長規(guī)律和城市空間規(guī)律的研究，重點研究“智能數(shù)據(jù)捕捉輔助發(fā)掘城市規(guī)律、城市功能的智能配置和城市形態(tài)的智能設(shè)計”；麥克·巴迪（Michael Batty）提出將規(guī)劃設(shè)計問題轉(zhuǎn)化成一個網(wǎng)絡(luò)化的均值求解問題，通過構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)預(yù)測模型的方法。建筑學(xué)領(lǐng)域，哈佛大學(xué)數(shù)據(jù)科學(xué)家Stanislas Chaillou運用AI技術(shù)進行建筑空間組織和風(fēng)格塑造，孫澄宇分析了深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的選擇原理，何宛余、楊小荻探索了AI建筑設(shè)計的實現(xiàn)途經(jīng)，袁烽、柴華提出基于信息系統(tǒng)的建筑可視化技術(shù)。但總體來說，國內(nèi)外尚未有將機器學(xué)習(xí)運用于站點區(qū)域城市設(shè)計研究的先例6）。

3.2.2 AI技術(shù)運用于站點區(qū)域土地利用規(guī)劃

土地利用的相關(guān)研究涵蓋社會、經(jīng)濟、交通、規(guī)劃等多領(lǐng)域，涉及多種復(fù)雜信息，其智能規(guī)劃、預(yù)測已成為學(xué)界關(guān)注的熱點。目前，地理學(xué)領(lǐng)域率先將AI技術(shù)運用在宏觀層面的土地利用研究中，通過運用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)城市群或市域土地利用的預(yù)測模擬和分析，為城鄉(xiāng)規(guī)劃領(lǐng)域引入AI技術(shù)研究土地利用規(guī)劃提供了可借鑒的方法。未來可將AI技術(shù)運用于站點核心區(qū)土地利用模式提取、預(yù)測及優(yōu)化研究。借助AI技術(shù)強大的非線性數(shù)據(jù)處理能力，實現(xiàn)研究成果精細(xì)化和準(zhǔn)確化。技術(shù)路線如圖10：首先，建立站點區(qū)域立體TOD數(shù)據(jù)庫并從中提取樣本區(qū)域土地利用模式數(shù)據(jù)和目標(biāo)區(qū)域現(xiàn)狀土地利用相關(guān)數(shù)據(jù)；然后，運用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法以及元胞自動機（cellular automata，簡稱“CA”），依托MATLAB軟件，對一定量的樣本數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練和校正，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)中隱含的知識，從而達到對目標(biāo)區(qū)域土地利用測算模擬；最后，在對模擬精度進行多方法驗證確認(rèn)其相對準(zhǔn)確性和合理性后，通過GIS將預(yù)測結(jié)果數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為二維或三維圖示。

圖9 智能化立體TOD城市設(shè)計方法技術(shù)框架

表1 12個國內(nèi)I類線網(wǎng)城市中心型站點用地功能圖

表2 中心型軌道站點核心區(qū)立體TOD模式圖

3.2.3 AI技術(shù)運用于城市空間形態(tài)設(shè)計

近年來已經(jīng)開始有學(xué)者運用機器學(xué)習(xí)進行更加精細(xì)化的城市空間形態(tài)研究。例如“小庫科技”立足于深度學(xué)習(xí)圖像判別技術(shù)，探索卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在城市感知方面的應(yīng)用，設(shè)計城市圖像識別流程以及AI自動生成及優(yōu)選居住區(qū)規(guī)劃的實踐（何宛余，2018）。未來可將AI技術(shù)運用于站點核心區(qū)空間形態(tài)模式提取、預(yù)測及優(yōu)化研究。通過建立“生成設(shè)計的算法模型”及“限定模型生成的約束參數(shù)/判斷系統(tǒng)”來實現(xiàn)站點核心區(qū)空間形態(tài)布局的模擬。具體操作流程如圖11。

（1）“生成設(shè)計的算法模型”：共有三種生成訓(xùn)練模型的方法，每種方法各自對應(yīng)一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：a/基于輸入的原始數(shù)據(jù)，通過基于設(shè)計邏輯的快速生成網(wǎng)絡(luò)生成方案一；b/輸入足量的原始數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，通過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Convolutional Neural Network, 簡稱“CNN”）學(xué)習(xí)生成方案二；c/輸入足量的原始數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，通過對抗生成網(wǎng)絡(luò)（Generative Adversarial networks，簡稱“Gans”）生成方案三。在以上生成的三種方案中進行擇優(yōu)選擇，輸出最優(yōu)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)模型。

（2）“限定模型生成的約束參數(shù)/判斷系統(tǒng)”：一方面將最優(yōu)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)模型進行蒙特卡洛樹搜索7），提取樣本區(qū)域的TOD模式進行最佳方案的訓(xùn)練及搜索；另一方面，基于價值判斷網(wǎng)絡(luò)，輸入目標(biāo)區(qū)域立體TOD模式下的空間形態(tài)布局方案的相關(guān)指標(biāo)與參數(shù)；最后，通過將輸入價值判斷網(wǎng)絡(luò)的指標(biāo)參數(shù)與蒙特卡洛樹搜索結(jié)果進行加權(quán)平均，輸出基于目標(biāo)區(qū)域特征的立體TOD模式下的空間形態(tài)布局新方案。

3.3 智能化設(shè)計決策平臺的開發(fā)應(yīng)用

圖10 基于AI技術(shù)生成立體TOD土地利用模式工作流程

圖11 基于AI技術(shù)生成空間形態(tài)布局方案的具體工作流程

圖12 GIS運用于大尺度城市空間形態(tài)分析

智能化設(shè)計決策平臺包括GIS技術(shù)平臺、AI建筑設(shè)計軟件平臺及軟件(AI)＋模型的設(shè)計決策平臺三種。其中，基于GIS的設(shè)計決策平臺是規(guī)劃設(shè)計領(lǐng)域的成熟方式（圖12）。首先，將大量空間數(shù)據(jù)應(yīng)用于GIS系統(tǒng)，再由設(shè)計師根據(jù)空間分析的結(jié)構(gòu)進行適時調(diào)整，最終完成包含空間分析、評價、迭代生成概念的空間規(guī)劃方案[26]?；贏I建筑設(shè)計的軟件平臺以小庫科技的AI智能系統(tǒng)為代表，該智能系統(tǒng)專門為建筑設(shè)計而開發(fā)，前期通過機器學(xué)習(xí)足量的設(shè)計方案訓(xùn)練數(shù)據(jù)形成生成一套固定的方案設(shè)計邏輯，后期可以通過輸入特定的各種城市數(shù)據(jù)、地形、日照、規(guī)范等數(shù)據(jù)而生成建筑概念方案（圖13）[29]。基于軟件（AI）＋模型的設(shè)計決策平臺，其代表是MIT media Lab研發(fā)的CityScope，其特點是綜合使用樂高積木設(shè)計的可觸交互界面和增強現(xiàn)實可視化系統(tǒng)以提高決策過程的可參與性；通過多代理模擬和機器學(xué)習(xí)技術(shù)實現(xiàn)的城市多項性能的實時反饋；以及提供優(yōu)化建議的人工智能助手，幫助使用者更有效地定義、達成關(guān)于城市的愿景（圖14）[30]。

圖13 小庫科技自動生成居住區(qū)設(shè)計方案界面

圖14 MIT media Lab研發(fā)的CityScope

結(jié)語

當(dāng)前，發(fā)源于美國的TOD理論已經(jīng)不能完整解決中國大城市高度集聚立體化發(fā)展的城市問題。本文在系統(tǒng)歸納城市立體化發(fā)展理論、站點區(qū)域立體化城市設(shè)計方法及實踐的基礎(chǔ)上，初步構(gòu)建城市中心型軌道站點核心區(qū)立體TOD（3D TOD）城市設(shè)計模式。根據(jù)站點核心區(qū)土地利用及城市功能特征，總結(jié)出“商務(wù)＋商業(yè)、商業(yè)＋公共樞紐、商務(wù)＋公共樞紐、會展＋商務(wù)、商業(yè)＋教育、商業(yè)＋歷史街區(qū)”六種中心型站點立體TOD模式的發(fā)展類型，構(gòu)建站點核心區(qū)智能化立體TOD城市設(shè)計方法的技術(shù)框架，展望人工智能技術(shù)和智能化設(shè)計決策平臺為立體智能化TOD城市設(shè)計提供重要技術(shù)支持的前景。

圖、表來源

圖1：根據(jù)“Gransta: Tokyo Station in Evolution and ‘Tokyo Station City’, Tetsudo Kaikan, 2009”改繪；

圖 2：https://www.wired.com/2016/07/lose-tomoyuki-tanakas-xray-illustrations-tokyo-train-stations/；

圖3 -4：由東急電鐵/東急設(shè)計提供；

圖5：參考文獻[21]；圖6：參考文獻[25]；

圖7：參考文獻[26]；

圖8、10、11、表1、表2：作者繪制；

圖9：王建國.中國工程院城市設(shè)計發(fā)展前沿高端論壇.2017；

圖12：參考文獻[27]；圖13：參考文獻[30]；

圖14：參考文獻[31]；

注釋

1）以主題詞檢索“station area＋urban design”查詢結(jié)果中屬于urban study的共44篇，且與軌道站點研究相關(guān)的論文與“TOD＋urban design”檢索的文獻幾乎重復(fù)，說明軌道站點（station area）的研究以TOD研究為核心。

2）該部分內(nèi)容詳見“1.2.1 TOD城市設(shè)計量化研究基礎(chǔ)”。

3）《城市軌道沿線地區(qū)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則》規(guī)定，“I級線網(wǎng)”為規(guī)劃中心城區(qū)城市人口超過500萬的城市軌道線網(wǎng)。

4）主要依據(jù)《城市軌道沿線地區(qū)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則》P16“圖6.2 確定站點分類及主要功能示例”。

5）交通布局參考了同濟大學(xué)建筑與城規(guī)學(xué)院孫彤宇教授的“超級街區(qū)”概念，引自：https://mp.weixin.qq.com/s/vi8CclTjMDn2r7sPS2Fg8Q.

6）目前，AI技術(shù)尚未運用在軌道站點區(qū)域土地利用研究中，CNKI,Web of science, EI三個數(shù)據(jù)庫搜索結(jié)果均為0。

7）蒙特卡洛樹搜索( Monte Carlo Tree Search，簡稱“MCTS" )：通過四個步驟不斷地重復(fù)搜索:選擇，擴展，模擬和反向傳播，根據(jù)相關(guān)需求設(shè)定在一個合理的時間停止搜索模擬(理論上時間越充裕結(jié)果越佳)。