基於模糊理論的建築景觀空間優化設計論文

摘 要： 為了解決傳統基於視覺的建築景觀空間設計方法存在設計效果直觀性差以及用户滿意度低的問題，提出基於模糊理論的建築景觀空間設計方法，其對建築景觀實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處理，實現總體建築牆面以及頂棚的覆蓋，確保不同建築景觀空間構成同一整體，完成建築景觀空間的模糊化操作。採用基於模糊綜合評價方法對塑造的建築景觀空間效果實施評估，通過基於小生境遺傳算法的建築景觀設施優化方法對建築景觀設置的尺度比例實施改進，塑造優質的建築景觀效果。實驗結果説明所提方法可實現建築景觀空間的優化設計，用户滿意度高。

關鍵詞： 模糊理論； 建築； 景觀； 空間優化設計

中圖分類號： 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

塑造環保、美觀的建築景觀空間環境是各建築設計人員的最終目標。隨着環保意識和藝術審美觀念的提升，立體綠化成為當前建築景觀空間設計的重點方向[1]。“模糊化”是建築景觀空間的基本特徵，可確保建築屋頂、牆面等處的綠化同綠色景觀融為一體。而傳統基於視覺的建築景觀空間設計方法設計效果直觀性差，用户滿意度低，得到的建築景觀空間效果較差。因此，本文提出基於模糊理論的建築景觀空間優化設計方法，獲取更為直觀、合理的建築景觀空間，提高建築景觀的利用度和價值度。

1 基於模糊理論的建築景觀空間優化設計

1.1 建築立體綠化模糊化形態

目前的建築具有開放式特徵，建築景觀空間不是單獨呈現在某個建築空間界面中，而是在建築中實施整合，處於不同的建築界面中，建築、自然以及室內部件相互關聯、滲透以及包裹，組成總體建築景觀空間。建築景觀空間大多數是綜合模糊化，建築立體綠化交互使用在不同的建築空間內，完成建築空間的模糊化。圖1描述的是某藝術設計媒體學院的教學大樓，從遠處看不出其是五層樓框架的建築物，因為其同周圍環境互融。該建築通過較多的玻璃幕牆裝飾，確保室內光照條件。綠色屋頂通過絕緣材料實現隔熱降温，並且能夠將周圍的雨水匯聚起來，完成植物的灌溉。該建築的玻璃幕牆由兩個完全綠化延伸的弧形構成，兩個層面間存在高低落差，對景觀同建築空間界面以及建築層面實施模糊化處理，使得建築同自然邊界模糊消隱。

1.2 立體綠化模糊化的技術手段及生態性

由於科學技術的快速發展，建築景觀設計出現了較多的新措施，如通過支撐構架以及人工種植基盤對植物實施固定，塑造完整的建築景觀空間，其中含有完整的灌溉系統。新措施為建築景觀空間的模糊化狀態提供了技術支撐[2]，主要的模糊化狀態如下。

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，容器部署到不鏽鋼、鋼筋混凝土等支撐架構中，構成立體建築景觀。基於容器同支撐架構受力角度的差異性，直壁容器式垂直建築景觀包括固定方式、擺放式、懸掛式以及一體式集中類型。其中的一體式集中類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完整的種植裝置，融合多個一體式容器得到完整的建築綠化景觀牆面，並且對不同的一體式容器實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趨勢，該景觀方式滿足植物生長方向，可擁有臨時建築景觀牆面綠化，完成建築和景觀的模糊化處理。

1.2.2 垂直模?K式綠化系統

垂直模式建築景觀空間包括綠化模塊、結構系統以及澆灌系統。綠化模塊能夠種植綠化植物，通過結構系統部署到建築內形成相應的建築景觀面；支撐架同種植面板以及建築牆面相連接[3]，通常通過耐腐蝕以及高強度的不鏽鋼鐵框架確保景觀種植面板的穩定性。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模塊。其中的容器骨架式模塊是垂直模塊，能夠提高建築植物綠化的可視度。通過人工對容器中的土壤實施改良，為植物提供生長所需的養分，採用不鏽鋼固定骨架構成建築綠化立面，該模塊通常在小規模綠化項目中應用。介質模塊不存在種植基盤，由植物生長混合粉末、椰子纖維外皮以及發泡膜等構成，平時僅需在灌溉水內融入營養液和無毒殺菌殺蟲劑，可確保植物的正常生長。

垂直模塊式綠化植物具有較高的實用性，其垂直面能夠確保植物覆蓋率達到100%。模塊部署鑑別能夠實現總體建築牆面以及頂棚的覆蓋，確保不同空間構成同一整體，完成模糊化狀態[4]，並且也能夠實施任意拼接，塑造優質的建築景觀效果。

1.3 基於模糊綜合評價法的建築景觀空間評價

1.3.1 調查區域與數據收集過程

本文采用模糊綜合評價法對1.2節塑造的建築景觀空間實施評估，以中關村建築景觀空間為例實施分析。本文進行了三次調研：第一次調研是為了整理評估因子，通過隨機抽樣法對在中關村西區上班的人羣進行調查；第二次調研是為了對有朝氣的建築景觀空間做分類，並且選出下階段準備採用的特色地點，到現場觀察以及記錄人數的時間為週日、週一、週三的中午12：00—13：00，分析得出結論，中關村西區的建築景觀空間主要彙集在建築出入口、步行街道以及綠地廣場；第三次調研是為了創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，發送了170份的重要度和滿意度評估問卷，收回160份，並且這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 評價指標體系的確定

基於1.3.1節的調查分析得出，個性化、多元化、便利性、領域感以及開放性五個評估標準為創新階層的建築景觀空間，評估因子為15個，如表1所示。

1.3.3 對建築景觀空間的模糊綜合評價

在模糊數學的綜合評價方法的基礎上得出模糊綜合評價法。其用模糊數學的隸屬度理論將定性評價變成定量評價，把受制於各類因素的事物和對象用模糊數學的方法進行整體評判。其可把不清晰、無法量化的問題處理好，適用於處理多種不確定性的問題，有結果明瞭、系統性強的優點。依據建築景觀空間“創意性”的主觀色彩明顯的特點，採用模糊綜合評價法分析滿意度[6]。在評價指標和評價因子的基礎上，建立評價因子集，包括16項：[U=][個性化的標識系統和導視系統[u1，]有雕塑、塗鴉等藝術景觀因素[u2，]…，視線的開闊程度[u16]]，創新階層再對上述因子進行依次打分，評語分為五級，評語集[V=][很滿意[v1，]滿意[v2，]一般[v3，]不滿意[v4，]很不滿意[v5]]。

將因子集和評語集之間構建起模糊關係，並把各類評價因子的隸屬度計算出來。模糊關係矩陣[R1，][R2，][R3]即是由統一獲得的因子模糊評價向量得出，其相應的建築景觀空間類型分別為建築出入口、步行街以及綠地廣場。各權重依據各類因子對終極評價結果的影響進行分配。本文用的方法是對比排序法[7]，對創新階層在16個評價因子裏篩選出的首要10個實施排序並給予分值（最重要給10分，次重要給9分，依次遞減）。通過各因子得分在因子總得分中所佔的比重獲得此因子的權重，公式如下：

例如 “建築出入口”空間種類裏，依據[U]的全部評價因子的權數組成模糊向量[A]。步行街以及綠地廣場的空間種類的因子權重賦值也用此算法。通過矩陣乘法來明確模糊綜合評價向量[B=A*R，][R]為前文提到的模糊關係矩陣，進而獲得三種空間類型的滿意度評估成果。則最終獲取的建築景觀整體滿意度評價結論為[B=13?（B1+B2+B3）]。

2 基於小生境遺傳算法的建築景觀設施優化

對建築景觀進行評判時，融合層次研究法來決定它的權重，其中分數最少的是景觀設施的尺度比例模糊評判。在上述數據研究結論的基礎上，提出關於建築景觀設施尺度比例的多目標優化方法，依據居民滿意度、投資成本，通過小生境遺傳算法進行景觀設施的尺度比例改良。

2.1 景觀設施尺度比例多目標優化模型構建

2.1.1 優化變量選取及權重確定

把建築景觀空間的入口、出口、亭子等地方設立成考察點，考察對象是建築中的居民。基於1.3.3節方法可獲取居民對建築景觀設施的滿意度，並對其中滿意度低的景觀設施實施改進。尺度比例的評價層次框架圖是在評價目標層為景觀設施尺度比例的基礎上，用層次分析法，依據景觀設施的種類構建指標層而獲得，最後算出權重值[8]。通過層次分析法的satty標度法建立指標層的判斷矩陣，實施數據操作，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）。彙總分析建築景觀空間中綠化容器、停車位、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

本文在景觀設施的尺度比例基礎上實施多目標改良，包括投資成本以及居民滿意度兩個目標函數。依據對綠化容器、停車位、燈具、公共座椅等關聯成分的研究，在自變量是其增加量的基礎上，限制優化目標[9]。

（1） 成本目標函數。建築景觀設施的成本與增長量間的聯繫為正比例增長關係，融合各種景觀設施的'價格，成本目標函數可被描述成：

（2） 滿意度目標函數。考慮到建築空間的面積大小以及長度等原因，設施尺度比例正當的情況下，居民滿意度與景觀設施數量間的關聯是正比例關係。固定的居住空間中，景觀設施的尺度比例越大，景觀設施數量就越小，居民的利用要求就無法得到滿足，導致居住空間的滿意度下降。反之，尺度比例越小，景觀設施數量就越大，陳設就越集中，嚴重妨礙居住空間的視覺美感、空間明亮、生態規劃等，居住空間的滿意度也隨之下降。在一定的限制前提下，滿意度目標函數的公式為：

（3） 約束條件。為了解決建築景觀資源浪費和管理負擔，通過增加公共座椅滿足用户需要，設置增加的公共座椅是[4≤X1+ΔX1≤11]。設置各種燈具的平均價格是[a3]=260元，建築已有燈具的總數大概是[X3]=84個，所以[90≤X3+ΔX3≤180]，且[6≤ΔX3≤96]。

2.2 小生境遺傳算法優化建築景觀設施尺度比例

本文采用小生境遺傳算法對建築景觀設施尺度比例實施改進，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]，使尋找改善問題的一切部分最優解以及整體最優解更容易，運用浮點數對染色體基因實施編碼，就是把成本[C0]表示的[C0min，C0max]與滿意度[S]表示的[Smin，Smax]間的浮點數進行計算。

2.2.1 小生境技術

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足約束條件，那麼算法結束。反之，其將退回實施選擇、交叉、變異等輪迴流程，直至滿足約束條件。

3 實驗結果與分析

為了驗證本文方法的性能，採用本文方法?χ泄卮褰ㄖ?骯劭佔涫凳┯嘔?杓啤１疚姆椒?芄換袢〗ㄖ?骯鄣穆?舛齲???枋鋈嗣嵌越ㄖ?骯鄣娜峽沙潭取Ｍ?描述了建築入口、步行街以及綠地廣場的評價因子的關注度情況，採用本文方法獲取三類建築景觀空間的滿意度情況用圖5描述。最終可獲取非常滿意到完全不滿意五個等級，並且設置分數值為2～-2分。分析圖5能夠看出，本文方法設計下的中關村各因子的總體結果基本一致，用户對中關村建築景觀空間的滿意程度介於“一般”到“滿意”之間，對中關村建築景觀空間的設計效果較為認可。説明本文方法能夠有效實現建築景觀空間的優化設計。

通過圖5的三類建築景觀空間的滿意度值，獲取總體中關村建築景觀建築出入口、步行街以及綠地廣場的綜合滿意評分分別是0.716，0.668以及1.003。能夠得出，綠地廣場的滿意度最高。這主要是因為綠地廣場空間是中關村西區開放空間同規劃具有最高匹配度的區域。由於步行街的鋪裝門面的寬度和裝飾風格差異較大，具有較低的圍合度，因此滿意度較低。

4 結 語

針對當前方法存在的不足，提出基於模糊理論的建築景觀空間設計方法，結果表明，本文塑造了優質的建築景觀空間，提高了用户滿意度，具有較高的實際應用價值。

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