基于GIS視線分析的山地城市建筑高度控制方法及其應(yīng)用
——以黃龍縣老城區(qū)為例

張耀文

北京北達(dá)城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究院上海分院 上海 200000

1 引言

伴隨著城市的發(fā)展，“看得見山，望得見水，記得住鄉(xiāng)愁”成為人民共同的生活愿景，也是城鎮(zhèn)化的目標(biāo)所在。然而，隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，山地城市受可建設(shè)用地短缺的制約，無序、高強(qiáng)度的建設(shè)行為嚴(yán)重破壞山體背景景觀的連續(xù)性，具有山地特色的城市景觀風(fēng)貌正逐漸消失，千城一面現(xiàn)象嚴(yán)重。近年來，為了保護(hù)山體背景景觀形成的天際線，山地城市在開發(fā)建設(shè)過程中亟需相關(guān)規(guī)劃對建筑高度進(jìn)行控制引導(dǎo)。為此，本文借助GIS技術(shù)平臺，通過建立山地城市的綜合視線影響模型，探索出了一套高效且適用于山地城市的建筑高度控制方法，為控制性詳細(xì)規(guī)劃階段城市建設(shè)用地的建筑高度控制提供參考。

2 現(xiàn)有建筑高度控制方法及利弊分析

目前，運(yùn)用比較多的建筑高度控制方法主要有三種：一是分區(qū)控制法，該方法最為常見，尤其是對傳統(tǒng)城區(qū)的保護(hù)，一般以仰視角度作為劃分控制分區(qū)的依據(jù)，操作方便且易于實(shí)施管理，但未考慮到觀測時的視線遮擋及對外圍背景環(huán)境的保護(hù)；二是眺望控制法，該方法通過對眺望點(diǎn)、眺望對象和眺望區(qū)域進(jìn)行控制，并將建筑高度限制在視線范圍內(nèi)，通過計算來精確控制視線通廊內(nèi)建筑高度，但視線通廊控制區(qū)域狹長，對整體城市建筑高度控制較弱；三是天際線控制法，該方法多結(jié)合海岸線、濱河空間、重要街道等進(jìn)行控制，是城市景觀與空間營造的重要因素，主要通過對天際線曲折度及層次感進(jìn)行綜合考慮與評價，適用于規(guī)劃中后期的多方案對比調(diào)整。

3 基于GIS視線分析的建筑高度控制方法

隨著三維可視化技術(shù)的發(fā)展，其為建筑高度控制提供了新的技術(shù)支撐，尤其對于保護(hù)山體背景景觀的復(fù)雜視線控制體系，無論在視線遮擋及外圍背景環(huán)境保護(hù)，還是視線控制區(qū)域，均具有巨大的改進(jìn)。本文以GIS為技術(shù)平臺，通過其三維可視分析等功能，對研究范圍內(nèi)建筑高度進(jìn)行精確計算，并為控制性詳細(xì)規(guī)劃階段的地塊高度控制提供參考。

（1）觀測點(diǎn)選擇及可視區(qū)域劃定

觀測點(diǎn)的選擇直接影響視線控制區(qū)域，為實(shí)現(xiàn)山體背景景觀的最佳保護(hù)效果，本文建議觀測點(diǎn)選擇遵循以下兩點(diǎn)：一是觀測點(diǎn)要正對研究區(qū)域，是山體背景景觀的最佳觀賞點(diǎn)；二是觀測點(diǎn)應(yīng)當(dāng)位于可達(dá)性好、人流集中的地方，如廣場、公共綠地、城市主要交通干道等。此外，隨著觀測方位的改變，眺望對象及可視區(qū)域也將發(fā)生相應(yīng)變化。例如，隨著人眼睛和身體的移動，人的視線可實(shí)現(xiàn)水平視角0°～360°和垂直視角-90°～90°的全方位變化。考慮到人眼距離地面的高度，本文按照一般人視線高度1.65m來計算。

（2）各觀測點(diǎn)對應(yīng)控制區(qū)域建筑高度控制分析

山脊線是在保證觀測視線不被遮擋情況下，觀測山體的每條視線消失點(diǎn)連線形成的連續(xù)曲折天際線，只要保證山脊線與觀測點(diǎn)構(gòu)建的三維控制面不被建筑物遮擋，就可看到完整的山脊線輪廓。為保護(hù)自然山體山脊線形成的天際線，香港城市設(shè)計導(dǎo)則對建筑高度控制作出規(guī)定，即建筑物高度應(yīng)確保山脊線以下20%山體景觀不被建筑物遮擋。本文參考香港城市設(shè)計導(dǎo)則，建議將山脊線高度整體下降20%，并與觀測點(diǎn)構(gòu)建三維的視線控制面，同時保證視線范圍內(nèi)所有建筑高度不得突破該控制面。在此基礎(chǔ)上，通過計算各位置垂直方向的視線控制高程值和地形高程值，精確計算出該區(qū)域?qū)?yīng)位置建筑高度控制值。

（3）綜合疊加分析

在山地城市中，不同觀測點(diǎn)的視線控制區(qū)域不同，對應(yīng)同一個位置的建筑高度控制值也會發(fā)生很大變化，可謂是步移景異。本文考慮對各觀測點(diǎn)分析計算結(jié)果進(jìn)行綜合疊加，同時保證重合部分取最小值，確保從各觀測點(diǎn)眺望山體均能看到不少于20%的山體背景景觀。鑒于控制性詳細(xì)規(guī)劃階段是以用地地塊為單位進(jìn)行建筑高度控制，本文考慮將地塊內(nèi)建筑高度控制值進(jìn)行平均計算，從而為用地的建筑高度控制提供參考。

4 應(yīng)用案例

4.1 黃龍縣老城區(qū)概況

黃龍縣位于延安市東南邊緣，被譽(yù)為陜北黃土高原上的“綠色明珠”。其中，老城區(qū)位于黃龍縣城區(qū)西部，其南側(cè)為黃龍穆柯寨景區(qū)，西側(cè)和北側(cè)分別為西山文化公園和北山休閑公園，縣城重要河流（石堡河）沿老城區(qū)南側(cè)橫向穿過，與兩側(cè)山體交相輝映。老城區(qū)南北寬約550米，東西長約1500米，總面積約83公頃，周邊山體海拔高度為1001.31m～1596.31m之間。本文考慮結(jié)合石堡河以南連續(xù)界面設(shè)置觀測點(diǎn)，以人眼可視區(qū)域山體背景景觀為界，形成極具景觀效果的山、城、河空間格局。

4.2 方法實(shí)現(xiàn)步驟

（1）設(shè)定觀測點(diǎn)

本文明確將老城區(qū)范圍作為建筑高度控制區(qū)域，以石堡河以南連續(xù)界面作為最佳觀測點(diǎn)選擇區(qū)域，以人眼可視區(qū)域內(nèi)山體背景景觀作為觀測對象。在此基礎(chǔ)上，通過ArcGIS10.2軟件，根據(jù)觀測點(diǎn)人眼的高度和位置生成觀測點(diǎn)3D高程數(shù)據(jù)。通過對比分析，本文結(jié)合石堡河以南觀賞效果好、居民休閑活動較為密集的穆柯寨廣場、景觀木棧道、健身步道等重要位置確定7個連續(xù)觀測點(diǎn)。

（2）計算各觀測點(diǎn)對應(yīng)控制區(qū)域建筑高度控制值

以觀測點(diǎn)4為例：首先，利用ArcGIS10.2中提供的“天際線”工具，構(gòu)建該觀測點(diǎn)觀測到的山脊天際線（圖1）；其次，利用“要素折線轉(zhuǎn)點(diǎn)”工具提取點(diǎn)要素，通過“添加表面信息”工具獲取每一個折點(diǎn)的高程值H，同時，為保證山脊線以下20%山體不被遮擋，本文考慮將每個折點(diǎn)向下偏移0.2H，通過ArcGIS10.2中提供的“創(chuàng)建Tin”工具，將觀測點(diǎn)與偏移后的折點(diǎn)生成一個視線控制面；接下來，借助“創(chuàng)建漁網(wǎng)”工具生成點(diǎn)陣，并通過“添加表面信息”工具分別將地形表面高程值及視線控制面高程值添加至點(diǎn)陣的屬性字段內(nèi)；最后，通過點(diǎn)陣對應(yīng)的高程值相減得到建筑高度控制值（圖2）。按照以上操作方法，依次對石堡河南岸7個觀測點(diǎn)進(jìn)行逐個計算，最終得到7個視域范圍對應(yīng)的建筑高度控制值。

圖1 ：觀測點(diǎn)4視域內(nèi)山脊線范圍

圖2 ：觀測點(diǎn)4建筑高度控制值

（3）多個觀測點(diǎn)綜合疊加分析計算

通過以上操作獲得7個觀測點(diǎn)對應(yīng)建筑高度值之后，需要對多個觀測點(diǎn)建筑高度值進(jìn)行綜合疊加分析計算，本文借助ArcGIS10.2中提供的“連接字段”工具，通過計算對應(yīng)各點(diǎn)高度最小值，從而得到各點(diǎn)對應(yīng)位置的建筑高度控制值。但是，以上得到的建筑高程控制是一個連續(xù)變化的值，高程控制點(diǎn)較密，雖然整體精確度較高，但控制性詳細(xì)規(guī)劃階段尚未形成建筑設(shè)計方案，不能具體確定控制對象，故以高密度的點(diǎn)陣形成的高度控制值無法指導(dǎo)以地塊為單位的建筑高度控制。本文提出以地塊為單位，借助ArcGIS10.2中提供的“空間連接”工具將點(diǎn)陣與用地地塊進(jìn)行空間連接，通過計算地塊內(nèi)各點(diǎn)建筑高度的平均值來確定地塊平均控制高度，為控制性詳細(xì)規(guī)劃階段建筑高度控制提供參考（圖3）。當(dāng)然，在修建性詳細(xì)規(guī)劃或者城市設(shè)計階段建議參考前者進(jìn)行優(yōu)化，通過具體建筑對應(yīng)位置內(nèi)點(diǎn)的最小值來確定建筑高度。

圖3 ：各地塊建筑高度綜合控制值

4.3 綜合控制結(jié)果

鑒于連續(xù)多變的山體背景景觀天際線及老城區(qū)范圍內(nèi)自身地形起伏的影響，在滿足視線控制要求前提下，各地塊建筑高度控制值有所差異，總體上遵循由濱河到山腳逐步遞增的趨勢。整個老城區(qū)范圍內(nèi)建筑高度大概控制在0-75m之間，濱河區(qū)域建筑高度控制較為嚴(yán)格，部分地塊原則上不超過12m。經(jīng)過與近期已改造完成地塊的對比，發(fā)現(xiàn)部分地塊建筑高度已明顯突破了建筑高度控制值，這與實(shí)際觀測結(jié)果一致。

5 結(jié)語

鑒于現(xiàn)有建筑高度控制方法的局限性，本文基于GIS技術(shù)平臺提出了以保護(hù)山體背景景觀為目標(biāo)的山地城市建筑高度控制方法，并應(yīng)用此方法對黃龍縣老城區(qū)建筑高度進(jìn)行分析計算，驗(yàn)證了其可行性。該方法對現(xiàn)有建筑高度控制方法進(jìn)行了改進(jìn)，進(jìn)一步拓展了山地城市建筑高度控制方法，具有一定的啟示和借鑒意義。