來源：規(guī)劃師雜志 作者：李哲 卓百會 等
隨著當(dāng)代山水環(huán)境規(guī)劃設(shè)計方法的不斷深化，依據(jù)場地—環(huán)境生態(tài)因素的相互作用規(guī)律，運用量化分析技術(shù)輔助進行場地設(shè)計已成為參數(shù)化規(guī)劃設(shè)計的重要趨勢之一。作者東南大學(xué)建筑學(xué)院副教授李哲，東南大學(xué)建筑學(xué)院本科生卓百會，劉海濱，鄭振婷，張穎在《規(guī)劃師》2016年第9期撰文，文章以南京市湯山紫清湖區(qū)域為研究對象，以GIS空間分析技術(shù)為主要手段，系統(tǒng)整合LandsatTM遙感影像數(shù)據(jù)、AHP、ModelBuilder等參數(shù)化研究方法，進行環(huán)境解析與綜合因子評價，為建設(shè)項目選址提供參數(shù)化分析依據(jù)。
山水環(huán)境場地分析的參數(shù)化方法
自麥克哈格創(chuàng)立生態(tài)適宜性評價的理論基礎(chǔ)以來，生態(tài)學(xué)和環(huán)境科學(xué)的工作方法逐漸成為現(xiàn)代規(guī)劃設(shè)計的技術(shù)內(nèi)核之一�？枴に固鼓崞潯⑺固辜{和魯茲卡相繼突破了地圖疊加技術(shù)的機械性及局限性，使基于參數(shù)化理念的場地規(guī)劃由物理疊圖向數(shù)據(jù)化、綜合化、多元化的方向發(fā)展。在理論研究不斷積累、技術(shù)手段不斷更新的時代背景下，數(shù)字化場地分析方法的推陳出新，使得規(guī)劃師能夠在復(fù)雜的地形地貌條件下進行科學(xué)、理性的方案設(shè)計，并不斷推敲設(shè)計方案與自然地形環(huán)境的契合關(guān)系，實現(xiàn)從二維平面到三維空間的交互研究，力求全方位準(zhǔn)確把握設(shè)計各個環(huán)節(jié)(圖1)。任何山水環(huán)境規(guī)劃建設(shè)均集生態(tài)修復(fù)、發(fā)展與利用于一體，需要結(jié)合地理學(xué)、地圖學(xué)、遙感、生態(tài)學(xué)與計算機科學(xué)等學(xué)科知識。其場地環(huán)境解析可以充分利用參數(shù)化手段，通過分析與處理信息數(shù)據(jù)，建立分析數(shù)據(jù)庫，并以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，實現(xiàn)多種功能強大的專項分析方法，如空間統(tǒng)計分析、視域分析和最佳路徑分析等。本文的研究方法以場地的構(gòu)成要素集成解析為基礎(chǔ)，運用層次分析法確定相關(guān)參數(shù)，通過加權(quán)疊加獲取綜合因子；繼而通過對建設(shè)項目選址條件的因子化處理，綜合運用參數(shù)化空間分析技術(shù)進行集成分析，生成選址地理邊界，調(diào)整選址條件直到確定適宜范圍，最終得出場地選址規(guī)劃圖(圖2)。
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場地信息的數(shù)字化采集與量化
科學(xué)認(rèn)知環(huán)境特征是當(dāng)代城市規(guī)劃的顯著特點，也是山水環(huán)境規(guī)劃分析與設(shè)計的重要前提，其基礎(chǔ)是場地要素的數(shù)字化采集與信息量化。當(dāng)前，越來越多的技術(shù)途徑可以將原本限于描述性的環(huán)境特征轉(zhuǎn)化為數(shù)字語言，從而為進一步開展的參數(shù)化設(shè)計構(gòu)建理性的數(shù)字平臺。例如，利用全站儀獲取場域環(huán)境信息，通過三維掃描獲取點陣云數(shù)據(jù)，憑借RS系統(tǒng)對場地進行柵格化處理等，為規(guī)劃設(shè)計基礎(chǔ)條件的數(shù)字化生成發(fā)揮了重要作用。
山水環(huán)境普遍具有環(huán)境資源好、空間尺度大和變化豐富等特點，傳統(tǒng)的實地踏勘往往無法獲得完整的場地信息，小型數(shù)字化測繪工具也因受采集范圍的限制，難以在整體規(guī)劃范圍內(nèi)普遍使用。比較而言，遙感影像技術(shù)是山水環(huán)境場地信息數(shù)字化采集的重要而有效的技術(shù)手段，它視域廣泛，能夠客觀真實地反映地表、地貌各構(gòu)成要素的交互關(guān)系。
遙感影像，英文為LandsatTM，其中，Landsat是美國陸地探測衛(wèi)星系統(tǒng)；TM是Landsat衛(wèi)星上安裝的成像設(shè)備，可以對地球表面進行成像。在光譜分辨率方面，TM采用7個波段來記錄遙感器獲取的目標(biāo)地物信息，基于目前廣泛使用的光譜分析軟件ErdasImagine，人們可以對遙感影像進行信息解析和量化處理。例如，通過對山水環(huán)境衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)不同波段的圖像進行分類解析，獲取矢量數(shù)據(jù)(Shape格式)，可以用于場地內(nèi)植被的分層解析，進而獲取喬木、灌木與地被的分布地理邊界和面積；在此基礎(chǔ)上，結(jié)合CAD測繪高程，可以進行場地豎向信息轉(zhuǎn)化，錄入GIS進行更高精度的三維模型建模，用于隨后的場地分析。
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分析平臺的建立與可視化
山水環(huán)境場地的分析與評估是一個閉合的、完整的信息集成處理流程，且不同建設(shè)項目選址的基本解析流程一致，所用到的工具具有重復(fù)性和交叉性。為使場地分析方法更具實用價值，必須構(gòu)建一種適用性分析平臺。
從目前的情況看，基于ArcGIS系統(tǒng)的ModelBuilder平臺能夠滿足這一工作要求。ModelBuilder是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，兼容遙感影像數(shù)據(jù)，實現(xiàn)場地數(shù)據(jù)的存儲、分析與三維再現(xiàn)，為規(guī)劃分析與空間決策提供良好服務(wù)的人機交互平臺。ModelBuilder具備從場地信息錄入、單因子分析到綜合因子分析全過程的定量分析與可視化能力，同時具有數(shù)據(jù)處理體系清晰、可交互反饋、便于反復(fù)調(diào)試的特點，適用于山水環(huán)境場地問題的量化分析、規(guī)劃預(yù)測與優(yōu)化模擬。
ModelBuilder平臺可以把分析工具和數(shù)據(jù)集成在一起，實現(xiàn)自動處理。利用ArcGIS操作系統(tǒng)，將場地數(shù)據(jù)分類錄入，創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫并生成ModelBuilder模型。
通過ModelBuilder對場地分析與評估流程的整體建模，可以在綜合因子疊加、典型場地分析(如建筑選址、道路選址、水域選址等)中有效簡化分析步驟，提高分析效率與準(zhǔn)確性。
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分析平臺的建立與可視化
參數(shù)化設(shè)計是在量化設(shè)計基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，是在原有的分析要素數(shù)據(jù)化的基礎(chǔ)上，強調(diào)用“參數(shù)”確定各個要素之間的線性邏輯，使得局部的數(shù)據(jù)變化都能通過“參數(shù)”來影響整體，并確保整體因子的數(shù)字化協(xié)同。山水環(huán)境是一個復(fù)雜系統(tǒng)，具有深層次的邏輯結(jié)構(gòu)和空間秩序。發(fā)現(xiàn)、理解并利用這種動態(tài)的邏輯關(guān)系是參數(shù)化設(shè)計的前提。山水環(huán)境分析要素眾多，如高程、坡度、坡向、地表曲率、道路(距離)、水體(面積)、喬木覆蓋密度、灌木覆蓋密度、草地覆蓋密度及人工設(shè)施(含建筑物、市政設(shè)施等)，一方面使得參數(shù)化設(shè)計有了用武之地，另一方面也使得其參數(shù)的設(shè)定難以簡單采用感性的判斷，必須借助于專業(yè)算法。
山水環(huán)境參數(shù)化分析與評價方法包括層次分析法、模糊綜合評價方法、SPSS(社會科學(xué)統(tǒng)計程序)統(tǒng)計分析和聚類分析等，以及基于GIS的網(wǎng)絡(luò)分析法、疊加分析法等。其中，“層次分析法是由美國運籌學(xué)家薩蒂(A.L.Aaaty)于20世紀(jì)70年代提出的一種定性與定量相結(jié)合的決策分析方法，通過建立層次體系來確定每個影響因子對綠地系統(tǒng)整體的影響程度，并在不同層次上將各因子或要素兩兩對比，構(gòu)建判斷矩陣，經(jīng)過矩陣運算確定各因子權(quán)重，反映整個區(qū)域生態(tài)環(huán)境總體及各個不同側(cè)面的質(zhì)量狀況”。
在本文中，該方法主要應(yīng)用于單因子疊加建立綜合因子的過程。當(dāng)前，考察單個生態(tài)因子的做法早已過時，對于綜合因子的參數(shù)解析成為參數(shù)化設(shè)計的技術(shù)優(yōu)勢。AHP的深化應(yīng)用大大推動了參數(shù)化評價技術(shù)的發(fā)展，使其成為現(xiàn)代城市規(guī)劃、景觀規(guī)劃和環(huán)境保護等領(lǐng)域中重要的分析手段之一。在具備場地高程、植被分布和建設(shè)情況等數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上，通過AHP方法獲得各類因子的權(quán)重，運用GIS提供的表面分析、疊加分析等信息處理工具，可快速得到場地評價結(jié)果。同時，通過對項目策劃報告的分析，能夠?qū)⒕唧w建設(shè)項目的選址條件進行歸類分析并按照同一數(shù)學(xué)關(guān)系因子化，以確定其參數(shù)。
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基于選址導(dǎo)向的分析技術(shù)集成化
在構(gòu)建山水環(huán)境場地分析平臺的基礎(chǔ)上，整合LandsatTM遙感影像等數(shù)據(jù)并將其構(gòu)成要素體系化與數(shù)字化，利用層次分析法將各因子參數(shù)化，以環(huán)境—場地的形態(tài)關(guān)系為圖式語言，運用數(shù)字集成的方法開展以建設(shè)項目選址為導(dǎo)向的參數(shù)化選址工作。應(yīng)用的主要分析方法有疊加分析、鄰域分析、選擇和提取、表面分析、距離分析、水文分析和網(wǎng)絡(luò)分析等，其中疊加分析技術(shù)和表面分析技術(shù)的運用最為廣泛。
在場地信息集成與選址條件齊備的條件下，可綜合運用疊加分析、緩沖區(qū)分析、表面分析和水文分析等方法進行場地分析，生成場地生態(tài)敏感度解析圖、建設(shè)適宜度解析圖和空間密度解析圖；分析項目策劃報告，將選址條件因子與上述三張基礎(chǔ)圖紙進行二次疊加，生成建設(shè)選址圖。在此基礎(chǔ)上，進一步評估分析結(jié)果是否合理，并通過改變選址條件參數(shù)的方法不斷優(yōu)化條件，從而獲得最為合理的建設(shè)選址圖。該成果表現(xiàn)為二維矢量彩色圖紙，能夠清晰、準(zhǔn)確地判定建設(shè)場地的位置、范圍等地理條件，為建設(shè)項目選址的確定及深化設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。
綜合而言，通過參數(shù)來動態(tài)控制山水環(huán)境規(guī)劃設(shè)計中“場地—建設(shè)”的生成、變化邏輯關(guān)系，促成了場地客觀條件與建設(shè)內(nèi)容高度吻合的狀態(tài)，在提高設(shè)計“精度”、提升規(guī)劃設(shè)計的合理性的同時，加強了設(shè)計與場地之間的“耦合度”，促進了山水環(huán)境規(guī)劃設(shè)計數(shù)字化水平的提高。
案例研究：
紫清湖度假區(qū)參數(shù)化
場地分析與選址
紫清湖度假區(qū)位于南京江寧經(jīng)濟開發(fā)區(qū)東部，規(guī)劃面積約為80hm2。規(guī)劃以保護與修復(fù)山水環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)為基本目標(biāo)，通過科學(xué)合理的策劃定位，為游人提供高品質(zhì)的生態(tài)旅游、度假休閑和環(huán)�？破盏仍O(shè)施，為此規(guī)劃要求充分調(diào)查研究與分析基地現(xiàn)狀生態(tài)環(huán)境，對山水環(huán)境及其場地資源進行詳細(xì)調(diào)研與評估，充分發(fā)揮自然景觀優(yōu)勢，結(jié)合現(xiàn)有地形地貌處理好建設(shè)項目的空間選址。
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對區(qū)域環(huán)境信息的數(shù)字化采集
依托江蘇省城鄉(xiāng)與景觀數(shù)字技術(shù)工程中心的技術(shù)平臺，開展紫清湖度假區(qū)項目場地環(huán)境信息的數(shù)據(jù)采集與量化工作，主要包括：①紫清湖度假區(qū)LandsatTM遙感影像數(shù)據(jù)，通過對紫清湖航片不同波段信息的解析與分類，主要用于地形地貌、植被覆蓋情況的圖像解析與信息采集；②紫清湖度假區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖，主要用于配合遙感影像數(shù)據(jù)進行該地塊數(shù)字高程、地表信息和水域緩沖區(qū)信息的采集等(圖3)；③江寧區(qū)總體規(guī)劃圖，主要用于獲得紫清湖度假區(qū)空間發(fā)展、旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關(guān)要求；④紫清湖度假區(qū)策劃報告，主要用于歸納整理建設(shè)項目的功能要求、場地要求及其對周邊環(huán)境的控制性要求，并按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進行數(shù)據(jù)匯總；⑤現(xiàn)場調(diào)研獲取資料，如已有建設(shè)情況、用地現(xiàn)狀和現(xiàn)狀動植物資源分布等，進一步修測與完善場地數(shù)據(jù)庫。將上述數(shù)據(jù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，建立數(shù)據(jù)庫，供后續(xù)分析使用。
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生成豎向解析模型，建立可視化的分析平臺
基于采集數(shù)據(jù)，本次研究遴選了10項數(shù)字化分析要素—高程、坡度、坡向、地表曲率、道路(距離)、水體(面積)、喬木覆蓋密度、灌木覆蓋密度、草地覆蓋密度及人工設(shè)施(含建筑物、市政設(shè)施等)，將相關(guān)數(shù)據(jù)分層錄入ArcGIS，生成ModelBuilder豎向解析模型(圖4)。該模型可以直接對場地情況進行單因子分析，如對山水環(huán)境豎向、坡度、坡向和柵格化等具備直接獲取數(shù)據(jù)的要素進行圖紙轉(zhuǎn)化(圖5)。需要說明的是，本研究單因子分析僅為綜合分析的基礎(chǔ)性工作，根據(jù)建設(shè)需要選取有關(guān)因子并賦予參數(shù)，進而獲取的綜合因子解析圖才對山水環(huán)境分析與建設(shè)選址具有指導(dǎo)意義。
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對分析因子進行參數(shù)化處理，復(fù)合生成場地綜合因子
綜合因子是指由單因子疊加而成的復(fù)合因子，可以被理解為若干個單因子在不同程度上綜合作用的結(jié)果。所謂單因子是指GIS工具箱中的各類一級工具，這類工具只能對數(shù)據(jù)進行第一層級的分析。利用AHP方法，基于耦合原理可系統(tǒng)、高效地進行單因子向場地綜合因子的參數(shù)化復(fù)合疊加與轉(zhuǎn)化。風(fēng)景旅游建筑與場地的耦合度評價是進行方案設(shè)計階段的方案對比、設(shè)計調(diào)整及實際工程項目評估的重要手段，運用AHP方法進行耦合度評價體系的建構(gòu)，其評價過程建立在專家學(xué)者對現(xiàn)有案例或設(shè)計方案的主觀打分之上，外界影響的干預(yù)性較小，簡單易行且清晰明確。
在紫清湖度假區(qū)山水環(huán)境的場地分析與設(shè)計中，為了簡化場地分析方法，增強可操作性，規(guī)劃提出空間密度、生態(tài)敏感度和建設(shè)適宜度3個綜合評價因子，通過對相關(guān)單因子群落進行AHP分析并獲得其參數(shù)，可以在ModelBuilder模型中進行疊合分析并確定相應(yīng)的選址范圍。
（1）空間密度
空間密度反映場地表層在三維空間上的疏密程度，并與人的行為、感受有著密切的關(guān)系�？臻g密度對規(guī)劃項目選址的影響較大，場地內(nèi)不同區(qū)域的空間開朗程度具有明顯差異的空間氛圍；同時，空間密度對建設(shè)活動也有著明顯的影響，空間密度較大的區(qū)域應(yīng)當(dāng)避免設(shè)置過多設(shè)施，降低建設(shè)難度和成本�？臻g密度對紫清湖度假區(qū)建設(shè)項目的選址具有一定的參考意義。本次研究選取能夠反映場地豎向變化的高程、坡度、坡向和地表曲率4個因子(水面被視為空間密度最低的區(qū)域)，以及能夠反映植被密度變化的喬木覆蓋密度、灌木覆蓋密度和草地覆蓋密度3個因子進行綜合疊加。上述因子參數(shù)采用AHP方法獲取，通過圖紙疊加得到空間密度的分類圖。
（2）生態(tài)敏感度
生態(tài)敏感度是指生態(tài)系統(tǒng)對人類活動干擾和自然環(huán)境變化的反映程度，說明發(fā)生生態(tài)環(huán)境問題的難易程度和可能性大小。通過生態(tài)敏感度的分類可以清晰地掌握一個地區(qū)的自然環(huán)境狀況，能夠劃分優(yōu)先重點保護及資源開發(fā)與利用的對象。決定山水環(huán)境條件下生態(tài)敏感度大小的基礎(chǔ)因子很多，本次研究選取與場地豎向關(guān)系密切的高程、坡度、坡向、水體和植被5個基本因子，對各因子環(huán)境影響程度進行分析與評價，應(yīng)用AHP方法對各因子進行參數(shù)計算，得出各因子的參數(shù)值大�。煌ㄟ^GIS加權(quán)疊加工具對各因子進行疊加分析，設(shè)定不同敏感度的識別范圍，導(dǎo)入ModelBuilder模型并生成地理邊界(圖6)。
（3）建設(shè)適宜度
從廣義上看，建設(shè)適宜度的概念常常被等同于生態(tài)敏感度，本文中的建設(shè)適宜度是指山水環(huán)境場地中建設(shè)人工設(shè)施(如建筑、道路、景觀裝置等構(gòu)筑物)的工程適宜程度，并初步將建設(shè)適宜度分為了3個等級：S1(禁止建設(shè)區(qū))、S2(限制建設(shè)區(qū))、S3(適宜建設(shè)區(qū))。本次研究選取高程、坡度、坡向、地表曲率4個影響工程的因子及道路、水體、人工設(shè)施3個建設(shè)現(xiàn)狀因子，進行綜合疊加，所得建設(shè)適宜度等級主要用于該項目內(nèi)人工構(gòu)筑物的場地選址及建設(shè)范圍邊界劃定。
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通過分析技術(shù)的集成化，實現(xiàn)建設(shè)項目的參數(shù)化選址
（1）建設(shè)項目選址要求提取
紫清湖度假區(qū)策劃報告是根據(jù)相關(guān)城市規(guī)劃、旅游市場調(diào)研和人文資源分析等條件獲得的。它反映了業(yè)主希望增加哪些經(jīng)營項目的意愿，但無法對環(huán)境能否適應(yīng)這些建筑進行合理的判斷。因此，需要在確定建設(shè)項目對場地要求的特殊因子的基礎(chǔ)上，與前文的豎向解析基礎(chǔ)圖紙進行二次疊加解析。需要注意的是，各建設(shè)項目的場地要求往往具有關(guān)聯(lián)性，因此需要把握好權(quán)重的關(guān)系。
紫清湖度假區(qū)項目共設(shè)置了5個規(guī)劃分區(qū)(入口區(qū)、養(yǎng)生溫泉區(qū)、濕地景觀區(qū)、鱷魚觀光區(qū)、深林探險區(qū))，每個分區(qū)進一步設(shè)置了3~4個建設(shè)項目，在項目策劃報告中需對這些建設(shè)項目的選址條件進行提取、歸納。以“養(yǎng)生溫泉區(qū)”為例，規(guī)劃在“養(yǎng)生溫泉區(qū)”共設(shè)置野外露營、溫泉別墅、度假酒店和室外溫泉4個建設(shè)項目，其中野外露營區(qū)為游客提供室外餐飲功能，結(jié)合功能需要選址在平緩的草坡之上，日照要求較高，并以南向坡度的場地為佳；溫泉別墅區(qū)旨在向該景區(qū)的游客提供具有溫泉體驗功能的別墅，選址要求為環(huán)境優(yōu)美、遠(yuǎn)離車行道路、較為清凈的地點；度假酒店主要為游客提供住宿，選址在坡度平緩且有變化的地方，以利于度假酒店凸顯山地特色；室外溫泉區(qū)是該景區(qū)的核心景點，以溫泉為特色，要求濱水、幽靜(表1)。
（2）參數(shù)化選址技術(shù)操作
“養(yǎng)生溫泉區(qū)”的具體選址操作步驟如下：①依據(jù)“養(yǎng)生溫泉景區(qū)”選址條件，對空間密度、生態(tài)敏感度和建設(shè)適宜度3個綜合因子進行二次疊加，選取同時滿足生態(tài)敏感度較低、建設(shè)適宜度較高和空間密度較低3個條件的區(qū)域。②根據(jù)建設(shè)項目選址要求，選取同時滿足坡度在0％～5％、近水(距水體100m)、坡向南向和光照較好的區(qū)域；通過對綜合因子選區(qū)和建設(shè)項目選址要求進行疊加，得到項目初級選址圖。③篩選出場地面積≥3000m2(根據(jù)策劃報告要求的建筑規(guī)模反推)的區(qū)域，得到養(yǎng)生溫泉區(qū)選址圖。該圖紙反映了規(guī)劃區(qū)域內(nèi)符合要求的所有地塊，需結(jié)合其他分區(qū)的選址結(jié)果進行進一步遴選(圖7)。④在此基礎(chǔ)上，以同樣方式分析其他規(guī)劃分區(qū)內(nèi)容，獲得對應(yīng)選址區(qū)域，對各選區(qū)進行綜合比選，歸納整合后形成最終選址圖(圖8)。該圖反映了紫清湖度假區(qū)內(nèi)各規(guī)劃建設(shè)項目的最佳規(guī)劃位置，基于該圖可以開展后續(xù)設(shè)計。目前，本項目已完成設(shè)計、建成并投入使用。
連接：http://www.chla.com.cn/htm/2016/1116/255449.html
