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基于模糊理論的建筑景觀(guān)空間優(yōu)化設計論文
摘 要： 為了解決傳統基于視覺(jué)的建筑景觀(guān)空間設計方法存在設計效果直觀(guān)性差以及用戶(hù)滿(mǎn)意度低的問(wèn)題，提出基于模糊理論的建筑景觀(guān)空間設計方法，其對建筑景觀(guān)實(shí)施直壁容器式綠化系統或垂直模塊式綠化系統的立體綠化模糊化形態(tài)處理，實(shí)現總體建筑墻面以及頂棚的覆蓋，確保不同建筑景觀(guān)空間構成同一整體，完成建筑景觀(guān)空間的模糊化操作。采用基于模糊綜合評價(jià)方法對塑造的建筑景觀(guān)空間效果實(shí)施評估，通過(guò)基于小生境遺傳算法的建筑景觀(guān)設施優(yōu)化方法對建筑景觀(guān)設置的尺度比例實(shí)施改進(jìn)，塑造優(yōu)質(zhì)的建筑景觀(guān)效果。實(shí)驗結果說(shuō)明所提方法可實(shí)現建筑景觀(guān)空間的優(yōu)化設計，用戶(hù)滿(mǎn)意度高。
關(guān)鍵詞： 模糊理論； 建筑； 景觀(guān)； 空間優(yōu)化設計
中圖分類(lèi)號： TN911.7334； S732 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）23?0064?05
Abstract： Since the traditional architectural landscape space design method based on vision has poor intuition of design effect and low user satisfaction， an architectural landscape space design method based on fuzzy theory is proposed. The three?dimensional greening fuzzy morphological processing based on the greening system with straight wall vessel type or vertical model type was conducted for the architectural landscape to cover the wall space and ceiling of the overall architecture， guarantee the integration composed of different architectural landscape spaces， and realize the fuzzy operation of the architectural landscape space. The fuzzy comprehensive evaluation method is used to evaluate the space effect of the constructed architectural landscape. The architectural landscape optimization method based on niche genetic algorithm is adopted to improve the set scaling ratio of the building landscape， construct the superior architectural landscape effect. The experimental results show that the proposed method can realize the optimal design of the architectural landscape space， and has high user satisfaction.
Keywords： fuzzy theory； architecture； landscape； space optimization design
0 引 言
塑造環(huán)保、美觀(guān)的建筑景觀(guān)空間環(huán)境是各建筑設計人員的最終目標。隨著(zhù)環(huán)保意識和藝術(shù)審美觀(guān)念的提升，立體綠化成為當前建筑景觀(guān)空間設計的重點(diǎn)方向[1]�！澳：笔墙ㄖ坝^(guān)空間的基本特征，可確保建筑屋頂、墻面等處的綠化同綠色景觀(guān)融為一體。而傳統基于視覺(jué)的建筑景觀(guān)空間設計方法設計效果直觀(guān)性差，用戶(hù)滿(mǎn)意度低，得到的建筑景觀(guān)空間效果較差。因此，本文提出基于模糊理論的建筑景觀(guān)空間優(yōu)化設計方法，獲取更為直觀(guān)、合理的建筑景觀(guān)空間，提高建筑景觀(guān)的利用度和價(jià)值度。
1 基于模糊理論的建筑景觀(guān)空間優(yōu)化設計
1.1 建筑立體綠化模糊化形態(tài)
目前的建筑具有開(kāi)放式特征，建筑景觀(guān)空間不是單獨呈現在某個(gè)建筑空間界面中，而是在建筑中實(shí)施整合，處于不同的建筑界面中，建筑、自然以及室內部件相互關(guān)聯(lián)、滲透以及包裹，組成總體建筑景觀(guān)空間。建筑景觀(guān)空間大多數是綜合模糊化，建筑立體綠化交互使用在不同的建筑空間內，完成建筑空間的模糊化。圖1描述的是某藝術(shù)設計媒體學(xué)院的教學(xué)大樓，從遠處看不出其是五層樓框架的建筑物，因為其同周?chē)h(huán)境互融。該建筑通過(guò)較多的玻璃幕墻裝飾，確保室內光照條件。綠色屋頂通過(guò)絕緣材料實(shí)現隔熱降溫，并且能夠將周?chē)挠晁畢R聚起來(lái)，完成植物的灌溉。該建筑的玻璃幕墻由兩個(gè)完全綠化延伸的弧形構成，兩個(gè)層面間存在高低落差，對景觀(guān)同建筑空間界面以及建筑層面實(shí)施模糊化處理，使得建筑同自然邊界模糊消隱。
1.2 立體綠化模糊化的技術(shù)手段及生態(tài)性
由于科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，建筑景觀(guān)設計出現了較多的新措施，如通過(guò)支撐構架以及人工種植基盤(pán)對植物實(shí)施固定，塑造完整的建筑景觀(guān)空間，其中含有完整的灌溉系統。新措施為建筑景觀(guān)空間的模糊化狀態(tài)提供了技術(shù)支撐[2]，主要的模糊化狀態(tài)如下。
1.2.1 直壁容器式綠化系統
直壁容器式將植物栽種在不同的容器內，容器同地面平行，容器部署到不銹鋼、鋼筋混凝土等支撐架構中，構成立體建筑景觀(guān)�；谌萜魍渭軜嬍芰嵌鹊牟町愋�，直壁容器式垂直建筑景觀(guān)包括固定方式、擺放式、懸掛式以及一體式集中類(lèi)型。其中的一體式集中類(lèi)型在板塊中部署不同的容器，將支撐面板同容器連接成一個(gè)完整的種植裝置，融合多個(gè)一體式容器得到完整的建筑綠化景觀(guān)墻面，并且對不同的一體式容器實(shí)施拼裝可獲取相應的圖案，如圖2所示。
直壁容器式綠化系統內的植物呈現良好的生長(cháng)趨勢，該景觀(guān)方式滿(mǎn)足植物生長(cháng)方向，可擁有臨時(shí)建筑景觀(guān)墻面綠化，完成建筑和景觀(guān)的模糊化處理。
1.2.2 垂直模塊式綠化系統
垂直模式建筑景觀(guān)空間包括綠化模塊、結構系統以及澆灌系統。綠化模塊能夠種植綠化植物，通過(guò)結構系統部署到建筑內形成相應的建筑景觀(guān)面；支撐架同種植面板以及建筑墻面相連接[3]，通常通過(guò)耐腐蝕以及高強度的不銹鋼鐵框架確保景觀(guān)種植面板的穩定性。某花園公司綠化系統種植模塊如圖3所示。
綠化模塊的結構方式包括容器骨架式模塊、卡盆式模塊、種植盒模塊以及介質(zhì)模塊。其中的容器骨架式模塊是垂直模塊，能夠提高建筑植物綠化的可視度。通過(guò)人工對容器中的土壤實(shí)施改良，為植物提供生長(cháng)所需的養分，采用不銹鋼固定骨架構成建筑綠化立面，該模塊通常在小規模綠化項目中應用。介質(zhì)模塊不存在種植基盤(pán)，由植物生長(cháng)混合粉末、椰子纖維外皮以及發(fā)泡膜等構成，平時(shí)僅需在灌溉水內融入營(yíng)養液和無(wú)毒殺菌殺蟲(chóng)劑，可確保植物的正常生長(cháng)。
垂直模塊式綠化植物具有較高的實(shí)用性，其垂直面能夠確保植物覆蓋率達到100%。模塊部署鑒別能夠實(shí)現總體建筑墻面以及頂棚的覆蓋，確保不同空間構成同一整體，完成模糊化狀態(tài)[4]，并且也能夠實(shí)施任意拼接，塑造優(yōu)質(zhì)的建筑景觀(guān)效果。
1.3 基于模糊綜合評價(jià)法的建筑景觀(guān)空間評價(jià)
1.3.1 調查區域與數據收集過(guò)程
本文采用模糊綜合評價(jià)法對1.2節塑造的建筑景觀(guān)空間實(shí)施評估，以中關(guān)村建筑景觀(guān)空間為例實(shí)施分析。本文進(jìn)行了三次調研：第一次調研是為了整理評估因子，通過(guò)隨機抽樣法對在中關(guān)村西區上班的人群進(jìn)行調查；第二次調研是為了對有朝氣的建筑景觀(guān)空間做分類(lèi)，并且選出下階段準備采用的特色地點(diǎn)，到現場(chǎng)觀(guān)察以及記錄人數的時(shí)間為周日、周一、周三的中午12：00—13：00，分析得出結論，中關(guān)村西區的建筑景觀(guān)空間主要匯集在建筑出入口、步行街道以及綠地廣場(chǎng)；第三次調研是為了創(chuàng )新性地評判特色空間[5]。把第一次的調查對象作為此次的調查對象，以第二次調研選取的特色空間為基礎，發(fā)送了170份的重要度和滿(mǎn)意度評估問(wèn)卷，收回160份，并且這160份樣本的同步性檢驗為有效，調查數據有效率達到94.1%。
1.3.2 評價(jià)指標體系的確定
基于1.3.1節的調查分析得出，個(gè)性化、多元化、便利性、領(lǐng)域感以及開(kāi)放性五個(gè)評估標準為創(chuàng )新階層的建筑景觀(guān)空間，評估因子為15個(gè)，如表1所示。
1.3.3 對建筑景觀(guān)空間的模糊綜合評價(jià)
在模糊數學(xué)的綜合評價(jià)方法的基礎上得出模糊綜合評價(jià)法。其用模糊數學(xué)的隸屬度理論將定性評價(jià)變成定量評價(jià)，把受制于各類(lèi)因素的事物和對象用模糊數學(xué)的方法進(jìn)行整體評判。其可把不清晰、無(wú)法量化的問(wèn)題處理好，適用于處理多種不確定性的問(wèn)題，有結果明了、系統性強的優(yōu)點(diǎn)。依據建筑景觀(guān)空間“創(chuàng )意性”的主觀(guān)色彩明顯的特點(diǎn)，采用模糊綜合評價(jià)法分析滿(mǎn)意度[6]。在評價(jià)指標和評價(jià)因子的基礎上，建立評價(jià)因子集，包括16項：[U=][個(gè)性化的標識系統和導視系統[u1，]有雕塑、涂鴉等藝術(shù)景觀(guān)因素[u2，]…，視線(xiàn)的開(kāi)闊程度[u16]]，創(chuàng )新階層再對上述因子進(jìn)行依次打分，評語(yǔ)分為五級，評語(yǔ)集[V=][很滿(mǎn)意[v1，]滿(mǎn)意[v2，]一般[v3，]不滿(mǎn)意[v4，]很不滿(mǎn)意[v5]]。
將因子集和評語(yǔ)集之間構建起模糊關(guān)系，并把各類(lèi)評價(jià)因子的隸屬度計算出來(lái)。模糊關(guān)系矩陣[R1，][R2，][R3]即是由統一獲得的因子模糊評價(jià)向量得出，其相應的建筑景觀(guān)空間類(lèi)型分別為建筑出入口、步行街以及綠地廣場(chǎng)。各權重依據各類(lèi)因子對終極評價(jià)結果的影響進(jìn)行分配。本文用的方法是對比排序法[7]，對創(chuàng )新階層在16個(gè)評價(jià)因子里篩選出的首要10個(gè)實(shí)施排序并給予分值（最重要給10分，次重要給9分，依次遞減）。通過(guò)各因子得分在因子總得分中所占的比重獲得此因子的權重，公式如下：
例如 “建筑出入口”空間種類(lèi)里，依據[U]的全部評價(jià)因子的權數組成模糊向量[A]。步行街以及綠地廣場(chǎng)的空間種類(lèi)的因子權重賦值也用此算法。通過(guò)矩陣乘法來(lái)明確模糊綜合評價(jià)向量[B=A*R，][R]為前文提到的模糊關(guān)系矩陣，進(jìn)而獲得三種空間類(lèi)型的滿(mǎn)意度評估成果。則最終獲取的建筑景觀(guān)整體滿(mǎn)意度評價(jià)結論為[B=13?（B1+B2+B3）]。
2 基于小生境遺傳算法的建筑景觀(guān)設施優(yōu)化
對建筑景觀(guān)進(jìn)行評判時(shí)，融合層次研究法來(lái)決定它的權重，其中分數最少的是景觀(guān)設施的尺度比例模糊評判。在上述數據研究結論的基礎上，提出關(guān)于建筑景觀(guān)設施尺度比例的多目標優(yōu)化方法，依據居民滿(mǎn)意度、投資成本，通過(guò)小生境遺傳算法進(jìn)行景觀(guān)設施的尺度比例改良。
2.1 景觀(guān)設施尺度比例多目標優(yōu)化模型構建
2.1.1 優(yōu)化變量選取及權重確定
把建筑景觀(guān)空間的入口、出口、亭子等地方設立成考察點(diǎn)，考察對象是建筑中的居民�；�1.3.3節方法可獲取居民對建筑景觀(guān)設施的滿(mǎn)意度，并對其中滿(mǎn)意度低的景觀(guān)設施實(shí)施改進(jìn)。尺度比例的評價(jià)層次框架圖是在評價(jià)目標層為景觀(guān)設施尺度比例的基礎上，用層次分析法，依據景觀(guān)設施的種類(lèi)構建指標層而獲得，最后算出權重值[8]。通過(guò)層次分析法的satty標度法建立指標層的判斷矩陣，實(shí)施數據操作，設置獲得指標層的權重[WA32]=（0.367，0.012，0.033，0.020，0.194，0.136，0.160，0.036，0.042）。匯總分析建筑景觀(guān)空間中綠化容器、停車(chē)位、燈具、公共座椅的權重，得出的權重值依次為0.428，0.226，0.159，0.1。
2.1.2 目標函數建立
本文在景觀(guān)設施的尺度比例基礎上實(shí)施多目標改良，包括投資成本以及居民滿(mǎn)意度兩個(gè)目標函數。依據對綠化容器、停車(chē)位、燈具、公共座椅等關(guān)聯(lián)成分的研究，在自變量是其增加量的基礎上，限制優(yōu)化目標[9]。
�。�1） 成本目標函數。建筑景觀(guān)設施的成本與增長(cháng)量間的聯(lián)系為正比例增長(cháng)關(guān)系，融合各種景觀(guān)設施的價(jià)格，成本目標函數可被描述成：
�。�2） 滿(mǎn)意度目標函數�？紤]到建筑空間的面積大小以及長(cháng)度等原因，設施尺度比例正當的情況下，居民滿(mǎn)意度與景觀(guān)設施數量間的關(guān)聯(lián)是正比例關(guān)系。固定的居住空間中，景觀(guān)設施的尺度比例越大，景觀(guān)設施數量就越小，居民的利用要求就無(wú)法得到滿(mǎn)足，導致居住空間的滿(mǎn)意度下降。反之，尺度比例越小，景觀(guān)設施數量就越大，陳設就越集中，嚴重妨礙居住空間的視覺(jué)美感、空間明亮、生態(tài)規劃等，居住空間的滿(mǎn)意度也隨之下降。在一定的限制前提下，滿(mǎn)意度目標函數的公式為：
�。�3） 約束條件。為了解決建筑景觀(guān)資源浪費和管理負擔，通過(guò)增加公共座椅滿(mǎn)足用戶(hù)需要，設置增加的公共座椅是[4≤X1+ΔX1≤11]。設置各種燈具的平均價(jià)格是[a3]=260元，建筑已有燈具的總數大概是[X3]=84個(gè)，所以[90≤X3+ΔX3≤180]，且[6≤ΔX3≤96]。
2.2 小生境遺傳算法優(yōu)化建筑景觀(guān)設施尺度比例
本文采用小生境遺傳算法對建筑景觀(guān)設施尺度比例實(shí)施改進(jìn)，為了方便單體適應度的調節，該算法運用設計單體之間平行水平共用函數的方法[10]，使尋找改善問(wèn)題的一切部分最優(yōu)解以及整體最優(yōu)解更容易，運用浮點(diǎn)數對染色體基因實(shí)施編碼，就是把成本[C0]表示的[C0min，C0max]與滿(mǎn)意度[S]表示的[Smin，Smax]間的浮點(diǎn)數進(jìn)行計算。
2.2.1 小生境技術(shù)
2.2.2 選擇算子和交叉算子
2.2.3 變異算子
綜合分析得出，小生境遺傳算法推算出的結論如果滿(mǎn)足約束條件，那么算法結束。反之，其將退回實(shí)施選擇、交叉、變異等輪回流程，直至滿(mǎn)足約束條件。
3 實(shí)驗結果與分析
為了驗證本文方法的性能，采用本文方法對中關(guān)村建筑景觀(guān)空間實(shí)施優(yōu)化設計。本文方法能夠獲取建筑景觀(guān)的滿(mǎn)意度，進(jìn)而描述人們對建筑景觀(guān)的認可程度。圖4描述了建筑入口、步行街以及綠地廣場(chǎng)的評價(jià)因子的關(guān)注度情況，采用本文方法獲取三類(lèi)建筑景觀(guān)空間的滿(mǎn)意度情況用圖5描述。最終可獲取非常滿(mǎn)意到完全不滿(mǎn)意五個(gè)等級，并且設置分數值為2～-2分。分析圖5能夠看出，本文方法設計下的中關(guān)村各因子的總體結果基本一致，用戶(hù)對中關(guān)村建筑景觀(guān)空間的滿(mǎn)意程度介于“一般”到“滿(mǎn)意”之間，對中關(guān)村建筑景觀(guān)空間的設計效果較為認可。說(shuō)明本文方法能夠有效實(shí)現建筑景觀(guān)空間的優(yōu)化設計。
通過(guò)圖5的三類(lèi)建筑景觀(guān)空間的滿(mǎn)意度值，獲取總體中關(guān)村建筑景觀(guān)建筑出入口、步行街以及綠地廣場(chǎng)的綜合滿(mǎn)意評分分別是0.716，0.668以及1.003。能夠得出，綠地廣場(chǎng)的滿(mǎn)意度最高。這主要是因為綠地廣場(chǎng)空間是中關(guān)村西區開(kāi)放空間同規劃具有最高匹配度的區域。由于步行街的鋪裝門(mén)面的寬度和裝飾風(fēng)格差異較大，具有較低的圍合度，因此滿(mǎn)意度較低。
4 結 語(yǔ)
針對當前方法存在的不足，提出基于模糊理論的建筑景觀(guān)空間設計方法，結果表明，本文塑造了優(yōu)質(zhì)的建筑景觀(guān)空間，提高了用戶(hù)滿(mǎn)意度，具有較高的實(shí)際應用價(jià)值。
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