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

張耀文

北京北達城鄉規劃設計研究院上海分院 上海 200000

1 引言

伴隨著城市的發展，“看得見山，望得見水，記得住鄉愁”成為人民共同的生活愿景，也是城鎮化的目標所在。然而，隨著城鎮化的快速發展，山地城市受可建設用地短缺的制約，無序、高強度的建設行為嚴重破壞山體背景景觀的連續性，具有山地特色的城市景觀風貌正逐漸消失，千城一面現象嚴重。近年來，為了保護山體背景景觀形成的天際線，山地城市在開發建設過程中亟需相關規劃對建筑高度進行控制引導。為此，本文借助GIS技術平臺，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，為控制性詳細規劃階段城市建設用地的建筑高度控制提供參考。

2 現有建筑高度控制方法及利弊分析

目前，運用比較多的建筑高度控制方法主要有三種：一是分區控制法，該方法最為常見，尤其是對傳統城區的保護，一般以仰視角度作為劃分控制分區的依據，操作方便且易于實施管理，但未考慮到觀測時的視線遮擋及對外圍背景環境的保護；二是眺望控制法，該方法通過對眺望點、眺望對象和眺望區域進行控制，并將建筑高度限制在視線范圍內，通過計算來精確控制視線通廊內建筑高度，但視線通廊控制區域狹長，對整體城市建筑高度控制較弱；三是天際線控制法，該方法多結合海岸線、濱河空間、重要街道等進行控制，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行綜合考慮與評價，適用于規劃中后期的多方案對比調整。

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的發展，其為建筑高度控制提供了新的技術支撐，尤其對于保護山體背景景觀的復雜視線控制體系，無論在視線遮擋及外圍背景環境保護，還是視線控制區域，均具有巨大的改進。本文以GIS為技術平臺，通過其三維可視分析等功能，對研究范圍內建筑高度進行精確計算，并為控制性詳細規劃階段的地塊高度控制提供參考。

（1）觀測點選擇及可視區域劃定

觀測點的選擇直接影響視線控制區域，為實現山體背景景觀的最佳保護效果，本文建議觀測點選擇遵循以下兩點：一是觀測點要正對研究區域，是山體背景景觀的最佳觀賞點；二是觀測點應當位于可達性好、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，眺望對象及可視區域也將發生相應變化。例如，隨著人眼睛和身體的移動，人的視線可實現水平視角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）各觀測點對應控制區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連線形成的連續曲折天際線，只要保證山脊線與觀測點構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。為保護自然山體山脊線形成的天際線，香港城市設計導則對建筑高度控制作出規定，即建筑物高度應確保山脊線以下20%山體景觀不被建筑物遮擋。本文參考香港城市設計導則，建議將山脊線高度整體下降20%，并與觀測點構建三維的視線控制面，同時保證視線范圍內所有建筑高度不得突破該控制面。在此基礎上，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，精確計算出該區域對應位置建筑高度控制值。

（3）綜合疊加分析

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

4 應用案例

4.1 黃龍縣老城區概況

黃龍縣位于延安市東南邊緣，被譽為陜北黃土高原上的“綠色明珠”。其中，老城區位于黃龍縣城區西部，其南側為黃龍穆柯寨景區，西側和北側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）沿老城區南側橫向穿過，與兩側山體交相輝映。老城區南北寬約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。本文考慮結合石堡河以南連續界面設置觀測點，以人眼可視區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 方法實現步驟

（1）設定觀測點

本文明確將老城區范圍作為建筑高度控制區域，以石堡河以南連續界面作為最佳觀測點選擇區域，以人眼可視區域內山體背景景觀作為觀測對象。在此基礎上，通過ArcGIS10.2軟件，根據觀測點人眼的高度和位置生成觀測點3D高程數據。通過對比分析，本文結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個連續觀測點。

（2）計算各觀測點對應控制區域建筑高度控制值

以觀測點4為例：首先，利用ArcGIS10.2中提供的“天際線”工具，構建該觀測點觀測到的山脊天際線（圖1）；其次，利用“要素折線轉點”工具提取點要素，通過“添加表面信息”工具獲取每一個折點的高程值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向下偏移0.2H，通過ArcGIS10.2中提供的“創建Tin”工具，將觀測點與偏移后的折點生成一個視線控制面；接下來，借助“創建漁網”工具生成點陣，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陣的屬性字段內；最后，通過點陣對應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個觀測點進行逐個計算，最終得到7個視域范圍對應的建筑高度控制值。

圖1 ：觀測點4視域內山脊線范圍

圖2 ：觀測點4建筑高度控制值

（3）多個觀測點綜合疊加分析計算

通過以上操作獲得7個觀測點對應建筑高度值之后，需要對多個觀測點建筑高度值進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，通過計算對應各點高度最小值，從而得到各點對應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變化的值，高程控制點較密，雖然整體精確度較高，但控制性詳細規劃階段尚未形成建筑設計方案，不能具體確定控制對象，故以高密度的點陣形成的高度控制值無法指導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”工具將點陣與用地地塊進行空間連接，通過計算地塊內各點建筑高度的平均值來確定地塊平均控制高度，為控制性詳細規劃階段建筑高度控制提供參考（圖3）。當然，在修建性詳細規劃或者城市設計階段建議參考前者進行優化，通過具體建筑對應位置內點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 綜合控制結果

鑒于連續多變的山體背景景觀天際線及老城區范圍內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。整個老城區范圍內建筑高度大概控制在0-75m之間，濱河區域建筑高度控制較為嚴格，部分地塊原則上不超過12m。經過與近期已改造完成地塊的對比，發現部分地塊建筑高度已明顯突破了建筑高度控制值，這與實際觀測結果一致。

5 結語

鑒于現有建筑高度控制方法的局限性，本文基于GIS技術平臺提出了以保護山體背景景觀為目標的山地城市建筑高度控制方法，并應用此方法對黃龍縣老城區建筑高度進行分析計算，驗證了其可行性。該方法對現有建筑高度控制方法進行了改進，進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。