一種在城市規劃設計下設定視覺通廊三維尺度的核算方法與流程

2023-06-03 21:14:41

本發明屬於城市設計規劃技術領域，涉及一種在城市規劃設計下設定視覺通廊三維尺度的核算方法，特別是視覺通廊的設定位置及在不同視距條件下設定其內部三維尺度的核算方法，通過對城市設計規劃視覺通廊長度、寬度、目標建築物高度(三維尺度)的具體分析，將通廊橫軸方向的建築物進行分層限高；通廊內縱向軸線位置(不同視距)的建築物高度，依視點與目標物高度關係進行具體數據核算，保證城市重要視點與代表性目標景觀間通暢的視覺聯繫，滿足城市合理視距範圍內的借景、對景的規劃設計要求，有效減少了盲目「一刀切」的城市管控方式，讓城市規劃和歷史城市保護中視覺通廊的設置有據可依，並結合城市實際環境情況進行具體核算、設計落實，保證城市設計的科學化和系統化。

背景技術：
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在歷史城市保護規劃中，為突出城市特色，常將具有一定高度和城市地域文化代表性的建築物同城市各主要視點進行視線連接，使進入城市的遊客能從城市的各個角度無遮擋地看到城市標誌物，感受濃鬱的城市地方特色，即形成城市的視覺通廊。作為保證視覺連接的重要手段，需要在通廊區域內合理控制現有建築橫軸寬度及高程關係，並嚴控後建建築的高度和體量。視覺通廊採用三維度設計方式～結合通廊的橫向視覺寬度、建築高程關係，以及縱向軸(進深)方向不同視距關係條件下後建建築物的合理高度值，綜合考慮城市視覺通廊的位置及相關尺度設定。

現有的城市規劃理論中對於視覺通廊的闡述僅限於基本原則的論述，缺少結合城市現狀的精準技術操作方法的研究。在歷史文化名城中通視線分析方面，阮儀三、王景慧在《歷史文化名城保護理論與規劃》中，僅對特色景觀視廊的分級控高，進行了理論論述。並結合西安舊城區保護中舊城區內、外的8條「通視走廊」設置結果進行介紹。而在實際操作中，如何結合人的視線能力及周邊現有建築物情況，進行通廊內部縱向、橫向的尺度控制，沒有提供具體計算依據；國內也有少量涉及視覺通廊的研究論文，例如中國藝術研究院王勝利的《視線分析與高度控制～以北京和西安歷史文化名城保護為例》為題目的論文，相對較完整地論述了視覺通廊問題，但是仍存在以下問題：一是人的視覺能力分析中僅僅從視線角度進行分析(P19)，而在觀者的觀察過程通常處於環視狀態中。因此，只能說視線角度對通廊有一定程度的影響，對人眼視距能力的分析才是影響通廊設置的重要因素；二是論文中引入「視覺景觀控制面」的概念(P23)，這是一種理想的視覺環境分析，在實際工作中會出現協調原有建築、在建建築及待建建築與通廊目標物之間關係的問題，而視點與目標物間高度控制，也會隨著視距的變化呈現動態變化過程，僅從建築遮蔽係數角度分析，不能全面解決實際問題；三是通廊設計不能不根據實際情況，採取強搬硬套的強制性規定。論文中對北京古城的豎向6°視角內的建築控高，採用「建築控制高度表」分級方式(P30)，刻板而不具有實用性。

技術實現要素：
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本發明的目的在於克服現有技術存在的缺點，尋求設計提供一種在城市規劃設計下設定視覺通廊三維尺度的核算方法，結合現場勘測、理論分析、公式推導、實際校正等手段，通過對城市設計規劃視覺通廊長度、寬度、目標建築物高度(三維尺度)的具體分析，將通廊橫軸方向的建築物進行分層限高；通廊內縱向軸線位置(不同視距)的建築物高度，依視點與目標物高度關係進行具體數據核算。

為了實現上述目的，本發明在不同視距條件下設定三維尺度的具體過程為：

第一步，將具有城市代表性、自身具有一定體量和高度的目標建築物，與城市各主要視點進行連接，形成城市視覺通廊前期虛擬位置，按照目標物重要性分為視覺通廊和輔助通廊兩大類，先選取視覺通廊的主要視點，根據城市重要交通樞紐與城市主幹道位置，以及與主要目標建築的距離，來確定視覺通廊的視點數量與位置，重要城市交通樞紐包括國際機場、火車站、長途汽車站、國道和鐵路，再設定視覺通廊的目標標誌物，目標標誌物為代表城市文化特點、反映歷史變化規律、在當地居民意識中共同認可的、具有標誌性意義的重要歷史保護建築或現代建築；然後初步確定視覺通廊的位置，將視點與目標標誌物進行連接，形成視覺通廊的初步位置，作為極其重要的目標標誌物，除設置主要視覺通廊外，還可配合設置多條輔助視覺通廊；

第二步:以第一步確定的視點為中心，根據正常人眼視力能力範圍，劃定視覺中心區、清晰襯景區和模糊襯景區，在視力的有效範圍內，以目標物平面輪廓外切圓等距離外移的方式，調整確定主要視點位置；正常人眼睛清晰辨別物體細節及形狀的能力範圍，是以視點為中心0～100m為半徑的圓形立體區域，其中50～100m範圍為視覺中心區；100～300m半徑的立體範圍內，人眼可清晰辨別物體外輪廓及大體明暗關係，為清晰襯景區；300m半徑以外範圍，人的視力只能看到模糊的物體外輪廓，其他內容無法辨識，為模糊襯景區，分析視覺清晰範圍的目的在於將視點與目標物的距離關係控制在視力有效範圍內，使視覺通廊在保持通暢的情況下，根據城市對景的需要，合理確定主要視點的觀測位置；

第三步:將所調整視點與原定目標物再次連接，形成符合視覺能力的視覺通廊最終確定位置；

第四步:根據視覺通廊在城市景觀系統中的重要性，將視覺通廊寬度值分為兩級，即一級視覺通廊和二級視覺通廊，各級通廊橫向寬度方向分成絕對控制區及協調控制區，其寬度各不相同，視覺通廊寬度根據其在城市景觀系統中的重要性來分級確定的，城市主通道與城區重要城市標誌物間的視覺連線，屬於城區景觀系統的重要組成部分，確定為一級視覺通廊；以創造、保護局部街道對景，形成獨特城市風貌為目的的視覺通廊，確定為二級通廊，即輔助通廊；以視點與目標標誌物之間的連線作為視覺通廊的中軸線，中軸線兩側作為通廊絕對控制區，寬度為50～100m，絕對控制區兩側各劃出寬度為20m的距離，作為通廊協調控制區；

第五步:在有效保證目標物的可視尺度前提下，協調觀景點與景觀對象間縱向高程關係，及目標物與周邊環境間的橫向高程關係，通廊長度與目標物可視尺度關係要求為：當L＝3H時，h＝1H；當L＝200m時，h＝1/3H；當L＝300m時，h＝1/2H；當L＝600m時，h＝2/3H，其中L為視點與目標標誌物間的距離，H為目標標誌物的高度，h為目標標誌物可視尺度；

第六步：根據所建立的視覺通廊內不同視距建築高度核算公式，將通廊長度、平均高度、目標物實際高度進行核算，確定通廊內各點建築高度值，在視覺通廊內部參照目標物實際尺寸，將通廊絕對控制區和協調控制區範圍內的建築物實行分級高度控制，通廊絕對控制區非道路地帶，必須嚴格控制現有建築物高度，不得插建遮擋通廊視線的後續建築物及構築物，對過分遮擋視線的已有建築物、構築物應予以拆除；通廊協調控制區範圍內的建築高度應據實際情況進行調整，起到協調、突出絕對控制區目標物的作用。

本發明所述視覺通廊內不同視距建築高度核算公式的建立過程為：以《歷史文化名城保護規劃規範》(GB 50357-2005)中「3.3建築高度控制」條款為基礎，建立視覺通廊內部不同視距的建築高度核算公式：先建立坐標系，其中橫坐標為視點與目標標誌物間的距離L，縱坐標為目標標誌物的高度H，再選取目標高h0和目標距離L0，然後建立任意點矩高關係式：

h＝tanθ·L

<![CDATA[ tan Θ = h 0 L 0 ]]>

<![CDATA[ h = h 0 L 0 L ]]>

式中θ為視原點O點(viewpoint)與目標物體(the proposed objects)最高點間的連線，同水平線所構成的夾角，利用上式求解任意點建築物高度(h1、L1)(h2、L2)(h3、L3)……，

同時

本發明與現有技術相比，有以下優點：(1)在歷史城市保護規劃中，視覺通廊作為保證視覺連接的重要手段，需要在通廊區域內合理控制現有建築橫軸寬度及高程關係，並嚴控後建建築的高度和體量，本發明結合現場勘測、理論分析、公式推導、實際校正等手段，首次給出適合城市不同位置的視覺通廊三維計算方法～結合通廊的橫向視覺寬度、建築高程關係，以及縱向軸(進深)方向不同視距關係，根據自主研發的不同視距建築高度核算公式，將通廊長度、平均高度、目標物實際高度進行核算，確定通廊內各點建築高度值，綜合考慮城市視覺通廊的位置及相關尺度設定；(2)通過對城市規劃中視覺通廊的長度、寬度、目標建築物高度的三維尺度分析，將通廊內橫軸方向建築物進行分層限高；通廊內縱向軸線位置(不同視距)的建築物高度，依視點與目標物高度關係進行具體數據核算，保證城市重要視點與代表性目標景觀間通暢的視覺聯繫，滿足城市合理視距範圍內的借景、對景的規劃設計要求；(3)現有城市規劃理論中對於視覺通廊的闡述僅限於基本原則、分級控高的論述，缺少結合城市現狀的精準技術操作方法，沒有提供具體設計依據，本發明所涉及的相關計算方法的建立，有效減少了盲目「一刀切」的城市管控方式，讓城市規劃和歷史城市保護中視覺通廊的設置有據可依，並結合城市實際環境情況，代入相關數據，進行具體核算，保證城市設計的科學化和系統化；(4)本發明從人眼視距能力角度進行研究分析，並將設計中的視點校正作為重要工作程序予以強調，國內對視覺通廊的研究，還僅限於從某一固定視線角度進行分析，但觀者的觀察過程通常處於環視狀態中，因此只能說視線角度對通廊有一定程度的影響，而從視距能力角度進行研究分析才更具實用性；(5)本申請則從視點與目標物間的高度控制，會隨著視距變化呈現動態變化的特點中尋找規律，針對國內現有視覺通廊研究中的「視覺景觀控制面」的概念具有推動作用，解決在實際工作中對原有建築、在建建築及待建建築與通廊目標物之間的協調問題，避免了僅從刻板的建築遮蔽係數角度分析，所帶來的不能全面解決實際問題的弊端；(6)對城市視覺通廊的設定採取逐步分解、校正確定的方式，將前期的虛擬位置與人的視覺能力相結合，形成科學合理的視覺通廊最終位置；(7)在視覺有效範圍內，以視點為中心，採用目標物平面輪廓外切圓等距離偏移的方式，調整、確定主要視點位置，從環視的視覺角度將視覺景觀區分為視覺中心區、清晰襯景區、模糊襯景區，分析視覺清晰範圍的目的，在於將視點與目標物的距離關係控制在視力有效範圍內，使視覺通廊在保持通暢的情況下，多層次引用不同視距景觀，根據城市對景的需要，合理確定主要視點的觀測位置，創造視覺層次；(8)根據視覺通廊在城市景觀系統中的重要性，將通廊寬度值分為兩級，即一級視覺通廊和二級視覺通廊，並按照景觀的控制強度，分別確定不同寬度的絕對控制區及協調控制區，使通廊內部的控制更具靈活性，主次關係分明。

附圖說明：

圖1為本發明的工作流程原理示意框圖。

圖2為本發明實施例所述喀什主要交通路線與樞紐圖。

圖3為本發明實施例所述喀什老城區視覺通廊位置圖。

圖4為本發明實施例遠望時人的視力清晰度範圍分析圖。

圖5為本發明實施例視覺通廊中對原視覺控制點擬調整的新視點位置。

圖6為本發明實施例根據人的視覺能力調整的新視點最終確定位置。

圖7為本發明實施例喀什老城區視覺通廊調整後位置圖。

圖8為本發明實施例喀什老城區一級視覺通廊位置圖。

圖9為本發明實施例喀什老城區二級視覺通廊位置圖。

圖10為本發明實施例高臺民居的視覺通廊數量與位置圖。

具體實施方式：

下面通過實施例並結合附圖對本發明做進一步說明。

實施例：

本實施例以以新疆喀什為例，在不同視距條件下設定三維尺度，具體過程為：

第一步:喀什所確定的位於主要交通路線與樞紐的市區視點有四個:

視點1：喀什國際機場、國際長途汽車站的人流進入市區的迎賓大道交叉點；

視點2：喀什火車站的客流由315國道與世紀大道交叉點；

視點3：喀什市南側城南繞城高速和315國道向北進入市區的車流在克孜都維路(健康路)與解放南路交叉路口的匯聚點；

視點4：城區東側314國道的車流延西域大道向東進入市區的道路西端點。

喀什的悠久歷史，給它帶來大量的古城遺址、伊斯蘭教建築古蹟～麻扎、經文學校等文物建築，在科研工作中通過實際測繪和權衡，確定能成為喀什城市標誌的建築物或構築物，自身頂點海拔高度至少應該在1295.00m以上，結合當地居民調查問卷結果與當地主管部門意見，確定以下重要歷史建築作為城市標誌物：艾提尕爾清真寺、老城高臺民居、伊斯坎德爾王墓、玉素甫·哈斯·哈吉甫墓；通過對喀什市現場考察研究可得到七條主要視覺通廊：

通廊一：視線控制點1(1-THE VIEWPOINT)至艾提尕爾清真寺；

通廊二：視線控制點1(1-THE VIEWPOINT)至高臺民居中心點；

通廊三：視線控制點2(2-THE VIEWPOINT)至艾提尕爾清真寺(穿過高臺民居中心點)；

通廊四：視線控制點3(3-THE VIEWPOINT)至艾提尕爾清真寺；

通廊五：視線控制點3(3-THE VIEWPOINT)至高臺民居中心點；

通廊六：視線控制點4(4-THE VIEWPOINT)至艾提尕爾清真寺；

輔助通廊：作為重要的歷史文物建築——伊斯坎德爾王墓和玉素甫·哈斯·哈吉甫墓從城市街道對景角度設立輔助視覺通廊；

第二步:以第一步確定的視點為中心，根據正常人眼視力能力範圍，劃定視覺中心區、清晰襯景區和模糊襯景區(如圖3所示)，在視力的有效範圍內，以目標物平面輪廓外切圓等距離外移的方式，調整確定主要視點位置；以喀什老城區中心點為第一基準點，同時再以高臺民居中心點為第二基準點，各以距離圓心最遠點的目標景觀地域邊線為半徑畫外切圓，向外偏移600m作為模糊襯景區視點的邊緣位置，圓邊與視線控制點至目標標誌物連線的交點(即圖4中A～G點)位置，目標標誌物即成為模糊襯景；根據人的視覺能力調整的新視點最終確定位置如圖6所示，圖6中圓周上A』～G』各點，就是根據人眼視覺能力將目標物作為模糊襯景使用的極限距離。A』～G』各點確定為最終視覺通廊視點位置；

第三步:將所調整視點與原定目標物再次連接，形成符合視覺能力的視覺通廊最終確定位置，喀什老城區視覺通廊調整後位置圖如圖7所示，調整後通廊位置為：

通廊一：視線控制點1(1-THE VIEWPOINT)至艾提尕爾清真寺(國際機場人流)；

通廊二：視線控制點1(1-THE VIEWPOINT)至高臺民居中心點(國際機場人流)；

通廊三：視線控制點2(2-THE VIEWPOINT)至艾提尕爾清真寺(火車站人流)；

通廊四：視線控制點3(3-THE VIEWPOINT)至艾提尕爾清真寺(城南繞城高速和315國道人流)；

通廊五：視線控制點3(3-THE VIEWPOINT)至高臺民居中心點(城南繞城高速和315國道人流)；

通廊六：視線控制點4(4-THE VIEWPOINT)至艾提尕爾清真寺(314國道人流)；

通廊七：視線控制點7(7-THE VIEWPOINT)至高臺民居中心點(314國道人流)；

輔助通廊：從市中心至伊斯坎德爾王墓和玉素甫·哈斯·哈吉甫墓，形成道路對景，設立輔助視覺通廊(城市主要道路人流)。

第四步:根據通廊在城市景觀系統中的重要性，將視覺通廊寬度值分為兩級，即一級視覺通廊和二級視覺通廊，各級通廊橫向寬度方向分成絕對控制區及協調控制區，其寬度各不相同，喀什老城區內部形成的「通廊A」～「通廊L」為一級視覺通廊，即通廊絕對控制區寬度100m，協調控制區寬度兩側各20m；老城區內部形成的「通廊M」～「通廊T」為二級視覺通廊。即通廊絕對控制區寬度50m，協調控制區寬度兩側各20m；

第五步:在有效保證目標物的可視尺度前提下，協調觀景點與景觀對象間縱向高程關係，及目標物與周邊環境間的橫向高程關係，通廊長度與目標物可視尺度關係要求為：當L＝3H時，h＝1H；當L＝200m時，h＝1/3H；當L＝300m時，h＝1/2H；當L＝600m時，h＝2/3H，其中L為視點與目標標誌物間的距離，H為目標標誌物的高度，h為目標標誌物可視尺度；

第六步：根據所建立的視覺通廊內不同視距建築高度核算公式，將通廊長度、平均高度、目標物實際高度進行核算，確定通廊內各點建築高度值，在視覺通廊內部參照目標物實際尺寸，將通廊絕對控制區和協調控制區範圍內的建築物實行分級高度控制，通廊絕對控制區非道路地帶，必須嚴格控制現有建築物高度，不得插建遮擋通廊視線的後續建築物及構築物，對過分遮擋視線的已有建築物、構築物應予以拆除；通廊協調控制區範圍內的建築高度應據實際情況進行調整，起到協調、突出絕對控制區目標物的作用。

本實施例所述視覺通廊內不同視距建築高度核算公式的建立過程為：以《歷史文化名城保護規劃規範》(GB 50357-2005)中「3.3建築高度控制」條款為基礎，建立視覺通廊內部不同視距的建築高度核算公式：先建立坐標系，其中橫坐標為視點與目標標誌物間的距離L，縱坐標為目標標誌物的高度H，再選取目標高h0和目標距離L0，然後建立任意點矩高關係式：

h＝tanθ·L

<![CDATA[ tan Θ = h 0 L 0 ]]>

<![CDATA[ h = h 0 L 0 L ]]>

式中θ為視原點O點(viewpoint)與目標物體(the proposed objects)最高

點間的連線，同水平線所構成的夾角，利用上式求解任意點建築物高度(h1、L1)(h2、L2)(h3、L3)……，

同時

以新疆喀什玉素甫·哈斯·哈吉甫墓為例：L0＝200M，要求目標物可視高度為1/3，即h0＞10.933M；通視走廊內建築物矩高比關係式為：

<![CDATA[ h = 10.933 200 L ]]>

擬L＝50

<![CDATA[ h = 10.933 200 × 50 ]]>

h＝2.733

即在目標物為16.400M，視距為200M的通視走廊內部，距離目標物為150M距離上，可保證視覺通暢的建築物限高為2.733M。

將現有視覺通視走廊進行加權運算，可得到各通視走廊的平均高度值：

根據目標物實際高度，可將喀什老城區視覺通廊內建築高度確定為：

表3喀什老城區視覺通廊區域建築高度控制表

本實施例得到的喀什市老城區視覺通廊設計結論如下：

(1)喀什老城區內部視覺通廊共計18條：一級視覺通廊為城市重要交通樞紐至老城核心區中心的視覺聯繫通道，共計11條。「通廊A」～「通廊L」為一級視覺通廊。即通廊絕對控制區寬度100M，協調控制區寬度兩側各20M；

二級視覺通廊為城市主要街道視點與城市標誌建築物的街區對景視覺通道，共計7條。「通廊M」～「通廊T」為二級視覺通廊。即通廊絕對控制區寬度50M，協調控制區寬度兩側各20M；

一級視覺通廊內部建築高度根據目標物的實際高度，可以分成≤3M、≤4M、≤5M、≤6M、≤7M、≤9M六種高度，絕對控制區為≤3M、≤4M、≤5M、≤6M四種建築高度，協調控制區為≤7M、≤9M兩種建築高度；

(2)喀什市老城區高臺民居視覺通廊共計5條：皆為一級視覺通廊～即通廊C、E、F、H、G，視覺通廊絕對控制區內建築高度應≤3M，協調控制區內部建築高度應≤7M。