山水环境场地分析与选址的参数化方法研究

　　随着当代山水环境规划设计方法的不断深化，依据场地—环境生态因素的相互作用规律，运用量化分析技术辅助进行场地设计已成为参数化规划设计的重要趋势之一。作者东南大学建筑学院副教授李哲，东南大学建筑学院本科生卓百会，刘海滨，郑振婷，张颖在《规划师》2016年第9期撰文，文章以南京市汤山紫清湖区域为研究对象，以GIS空间分析技术为主要手段，系统整合LandsatTM遥感影像数据、AHP、ModelBuilder等参数化研究方法，进行环境解析与综合因子评价，为建设项目选址提供参数化分析依据。

　　山水环境场地分析的参数化方法

　　自麦克哈格创立生态适宜性评价的理论基础以来，生态学和环境科学的工作方法逐渐成为现代规划设计的技术内核之一。卡尔·斯坦尼兹、斯坦纳和鲁兹卡相继突破了地图叠加技术的机械性及局限性，使基于参数化理念的场地规划由物理叠图向数据化、综合化、多元化的方向发展。在理论研究不断积累、技术手段不断更新的时代背景下，数字化场地分析方法的推陈出新，使得规划师能够在复杂的地形地貌条件下进行科学、理性的方案设计，并不断推敲设计方案与自然地形环境的契合关系，实现从二维平面到三维空间的交互研究，力求全方位准确把握设计各个环节(图1)。任何山水环境规划建设均集生态修复、发展与利用于一体，需要结合地理学、地图学、遥感、生态学与计算机科学等学科知识。其场地环境解析可以充分利用参数化手段，通过分析与处理信息数据，建立分析数据库，并以数据库为基础，实现多种功能强大的专项分析方法，如空间统计分析、视域分析和最佳路径分析等。本文的研究方法以场地的构成要素集成解析为基础，运用层次分析法确定相关参数，通过加权叠加获取综合因子；继而通过对建设项目选址条件的因子化处理，综合运用参数化空间分析技术进行集成分析，生成选址地理边界，调整选址条件直到确定适宜范围，最终得出场地选址规划图(图2)。

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　　场地信息的数字化采集与量化

　　科学认知环境特征是当代城市规划的显著特点，也是山水环境规划分析与设计的重要前提，其基础是场地要素的数字化采集与信息量化。当前，越来越多的技术途径可以将原本限于描述性的环境特征转化为数字语言，从而为进一步开展的参数化设计构建理性的数字平台。例如，利用全站仪获取场域环境信息，通过三维扫描获取点阵云数据，凭借RS系统对场地进行栅格化处理等，为规划设计基础条件的数字化生成发挥了重要作用。

　　山水环境普遍具有环境资源好、空间尺度大和变化丰富等特点，传统的实地踏勘往往无法获得完整的场地信息，小型数字化测绘工具也因受采集范围的限制，难以在整体规划范围内普遍使用。比较而言，遥感影像技术是山水环境场地信息数字化采集的重要而有效的技术手段，它视域广泛，能够客观真实地反映地表、地貌各构成要素的交互关系。

　　遥感影像，英文为LandsatTM，其中，Landsat是美国陆地探测卫星系统；TM是Landsat卫星上安装的成像设备，可以对地球表面进行成像。在光谱分辨率方面，TM采用7个波段来记录遥感器获取的目标地物信息，基于目前广泛使用的光谱分析软件ErdasImagine，人们可以对遥感影像进行信息解析和量化处理。例如，通过对山水环境卫星影像数据不同波段的图像进行分类解析，获取矢量数据(Shape格式)，可以用于场地内植被的分层解析，进而获取乔木、灌木与地被的分布地理边界和面积；在此基础上，结合CAD测绘高程，可以进行场地竖向信息转化，录入GIS进行更高精度的三维模型建模，用于随后的场地分析。

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　　分析平台的建立与可视化

　　山水环境场地的分析与评估是一个闭合的、完整的信息集成处理流程，且不同建设项目选址的基本解析流程一致，所用到的工具具有重复性和交叉性。为使场地分析方法更具实用价值，必须构建一种适用性分析平台。

　　从目前的情况看，基于ArcGIS系统的ModelBuilder平台能够满足这一工作要求。ModelBuilder是以地理空间数据库为基础，兼容遥感影像数据，实现场地数据的存储、分析与三维再现，为规划分析与空间决策提供良好服务的人机交互平台。ModelBuilder具备从场地信息录入、单因子分析到综合因子分析全过程的定量分析与可视化能力，同时具有数据处理体系清晰、可交互反馈、便于反复调试的特点，适用于山水环境场地问题的量化分析、规划预测与优化模拟。

　　ModelBuilder平台可以把分析工具和数据集成在一起，实现自动处理。利用ArcGIS操作系统，将场地数据分类录入，创建数据库并生成ModelBuilder模型。

　　通过ModelBuilder对场地分析与评估流程的整体建模，可以在综合因子叠加、典型场地分析(如建筑选址、道路选址、水域选址等)中有效简化分析步骤，提高分析效率与准确性。

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　　分析平台的建立与可视化

　　参数化设计是在量化设计基础上产生的，是在原有的分析要素数据化的基础上，强调用“参数”确定各个要素之间的线性逻辑，使得局部的数据变化都能通过“参数”来影响整体，并确保整体因子的数字化协同。山水环境是一个复杂系统，具有深层次的逻辑结构和空间秩序。发现、理解并利用这种动态的逻辑关系是参数化设计的前提。山水环境分析要素众多，如高程、坡度、坡向、地表曲率、道路(距离)、水体(面积)、乔木覆盖密度、灌木覆盖密度、草地覆盖密度及人工设施(含建筑物、市政设施等)，一方面使得参数化设计有了用武之地，另一方面也使得其参数的设定难以简单采用感性的判断，必须借助于专业算法。

　　山水环境参数化分析与评价方法包括层次分析法、模糊综合评价方法、SPSS(社会科学统计程序)统计分析和聚类分析等，以及基于GIS的网络分析法、叠加分析法等。其中，“层次分析法是由美国运筹学家萨蒂(A.L.Aaaty)于20世纪70年代提出的一种定性与定量相结合的决策分析方法，通过建立层次体系来确定每个影响因子对绿地系统整体的影响程度，并在不同层次上将各因子或要素两两对比，构建判断矩阵，经过矩阵运算确定各因子权重，反映整个区域生态环境总体及各个不同侧面的质量状况”。

　　在本文中，该方法主要应用于单因子叠加建立综合因子的过程。当前，考察单个生态因子的做法早已过时，对于综合因子的参数解析成为参数化设计的技术优势。AHP的深化应用大大推动了参数化评价技术的发展，使其成为现代城市规划、景观规划和环境保护等领域中重要的分析手段之一。在具备场地高程、植被分布和建设情况等数据的基础之上，通过AHP方法获得各类因子的权重，运用GIS提供的表面分析、叠加分析等信息处理工具，可快速得到场地评价结果。同时，通过对项目策划报告的分析，能够将具体建设项目的选址条件进行归类分析并按照同一数学关系因子化，以确定其参数。