“米兰设计周高校设计展”|优秀论文鉴赏第31辑

文摘教育 2024-06-28 17:06 湖北

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论文介绍

作者：张春霞，谢玮

论文名称：《基于参数化技术的城市历史街区空间肌理重构》

参赛类别：论文类

参赛单位：扬州大学

正文内容

摘要: 为了精确延续历史街区空间肌理特征，提高整体修复的科学性，本文用参数化方法对空间肌理进行解读，建构空间肌理解析与重构的技术模型，提出空间肌理重构的方法，并以南京荷花塘历史街区为对象进行例证。结果表明：参数化解析与重构方法能够获得与原始街区相似的空间肌理。客观科学、方便快捷的参数化方法为城市化进程中以历史街区为核心的周围空间历史风貌进行整体修复提供了科学依据。传播民族文化时，应注重采取图案化、象征化的表达方式，对传统符号进行现代化重构，并不断创新媒介传播方式，以传达具有中国特色的民族文化精神。

关键词: 历史街区；空间肌理；参数化解析与重构；CityEngine；南京荷花塘

引言

历史街区空间肌理指的是街区中道路、地块、建筑本体之间组成的空间关系，组合方式的不同呈现出形态丰富的肌理关系。在城市化进程中，在所谓局部更新基础上，包含文化底蕴的历史文化街区正衍生出许多似是而非的肌理类型，究其原因是对历史文化街区空间肌理形成的内在规律的忽视。目前，对历史街区空间肌理的定量研究主要集中在空间句法的运用。如以历史遗产分布的空间句法分析结果作为文化空间整合的依据[1]，也有将空间句法理论运用在历史街区空间形态的演变与评估上[2]。空间句法是一种将人类行为置于空间形态研究中来探讨空间合理性的定量分析方法[3]，适用于历史街区评估优化与探讨空间形态普遍性秩序，但集成度、连接值等参数比较抽象，不适合重构历史街区空间肌理。历史街区空间肌理是随时间累积不断演变而成的，居民择善而居的生活方式决定了街区肌理的形式，具有一定随机性，在确定参照对象后，随机性开始与规律性并存。从这个意义分析，利用CityEngine（简称CE）系统的参数化技术重构历史街区空间肌理，符合历史街区发展规律。因此，本文基于形态学视角，以南京荷花塘为例，尝试借助计算机参数化技术探讨历史街区空间肌理参数化重构方法。

1 参数化技术的建立

参数化是借助计算机而生成的一种定量研究方法，引入到历史街区空间肌理分析，其核心是用数字关系表示物质载体，建立起参数(基于对象) 与物质形态之间的动态关联，通过参数值、参数规则的动态调整控制物质形态特征变化的计算机辅助设计技术。[4]相比建筑师主观经验主导的定性分析，参数化方法更具科学客观性、方便快捷性。

1.1 技术路径 (图 1)

历史街区空间肌理分道路、地块、建筑三类。首先，基于形态—类型学视角，在历史街区空间肌理中分别提取出道路、地块、建筑形态肌理。其次，结合调研测绘，初步构建能够反映道路、地块、建筑肌理特征的参数集，确定道路生成规则类型、地块细分类型、编写建筑生成规则(CGA) 1，并从各肌理中计算出各参数值。接着，将这些参数值代入 CE 软件平台生成新的道路、地块、建筑。然后，将新、原道路肌理进行对比分析。若相似度较低则动态调整前期的参数集、参数值、参数规则，直至新、原道路肌理相似度较高；若相似度较高说明空间肌理参数化解析成功。最后，导出相应的参数集、参数值与参数规则并运用于规划实践。

图1：技术路径

1.2 空间肌理参数化解析

解析一词引入到历史街区空间肌理研究即将原始空间肌理特征解构成量化的参数集、参数值和程序规则等参数化语言，用定量方式挖掘出空间肌理内在规律。基于上述研究思路，构建特征参数集—编写生成规则(CGA) —提取参数值为参数化解析具体步骤。其中，针对特征参数集的选取，以整体性为原则，以历史街区发展趋势为依据，对空间激励特征“条件式” 继承，遴选出需要剔除地、优化后再延续地，以及直接延续地特征点，再结合CE软件平台提供的相关参数，分别梳理出控制道路、地块、建筑形态特征的基本参数集。（表1、2、3）针对参数值提取算法的确定，以参数化实验为主，兼具相关文献的参照。

1.3 空间肌理参数化重构

重构是在解析基础上提取的基本参数值在 CE 系统中的重新生成。历史街区空间肌理参数化重构的目的是反演出兼具传统特征，又满足现代基本生活需求的空间形态。重构路径遵从“ 道路——地块——建筑”循序渐进模式。针对道路与地块肌理重构，CE平台分别自动设置了对应的生成规则，根据道路与地块细分方式的选择，以及不同参数值的代入，可生成不同的路网与地块肌理。其中，地块重构是在重构好的路网基础上进行操作。与道路、地块肌理重构的方式稍有不同，CE平台没有针对建筑而专门设置三维模块，因此需要根据建筑的基本要素编写生成规则（CGA），每个CGA即为一种建筑类型的参数化三维模型，在重构的地块肌理上根据不同建筑类型数量比随机分布。对于文保建筑与历史建筑等重要节点，可单独调整CGA规则文件，量体裁衣式方法的补充在整体性修复基础上确保了不可动遗产的原真性。同样，对于需要单独处理的其他民居建筑也可采用此方法。

2 荷花塘历史街区空间肌理参数化重构

荷花塘历史街区隶属于今南京城南门西地区，是目前南京老城内现存的明清传统民居中历史格局最清晰、历史风貌最完整、历史遗存最丰富的地区。[5]2012 年南京市规划局编制完成了《荷花塘历史文化街区保护规划》，针对空间格局、环境风貌保护、非物质文化遗产的保护与利用等提出了系列保护规则。2016 荷花塘历史文化街区成功入选江苏省历史文化街区。随着专家、政府的不断重视，荷花塘历史街区逐渐进入人们“视线”，然而居住环境的老化与私搭乱建的严重，古都历史街区呈现肌理模糊化倾向。

2.1 构建轴线模型

轴线模型是参数化解析与重构的前提。确定轴线模型可以将空间肌理特征转化为量化的图示语言，通过挖掘轴线的特征参数与各轴线间的相互关系，精确分析区域内空间形态的变化规律，为周边区域的空间肌理修复提供参照依据。历史街区一直面临着自身及其周边的复杂的历史、现状与未来的挑战，只研究城市空间的片段，并将其作为城市形态的“素材”或元素是不够的，因为没有回答这些元素是如何内在地组织在一起。[6]荷花塘历史街区与周边区域共同构成了南京老门西景象，然而只将区域内作为受保护地段，无视周边混乱的空间环境，只会加剧整个空间肌理消逝。

为了整体修复荷花塘历史街区的空间肌理，首先，依据《荷花塘历史文化街区保护规划》，确定荷花塘区域范围，圈出区域内历史风貌良好的文保单位和历史建筑，严格保护此类建筑的现有高度、整体特征特与地块基线，划定区域对外扩张的界限，明确整体修复的区域外范围，如图 2 (a) 。其次，针对荷花塘街区的主要街巷肌理一直延续明清时期格局[7]，在现有肌理图上提取荷花塘历史街区的道路形态图，如图2 (b)。最后，基于最大程度维持道路肌理特征，采用“道格拉斯—普克算法”2在 CAD 里将曲线、复杂的折线简化成直线式轴线模型图，见图 2(c)。

图 2：荷花塘历史文化遗产与对外扩张图(a) 荷花塘道路形态图(b) 荷花塘道路简化模型图(c)

2.2 重构荷花塘道路空间肌理

荷花塘区域内道路格局基本延续明清时期，是重要的历史遗迹，所以对区域内道路重构基本以原真性为原则适当拓宽或打通支、次巷，明晰道路肌理。对于已严重破坏原始空间肌理的周边区域，则以荷花塘区域内简化后的道路骨架模型为对象进行参数化重构。首先，对调研测绘所得数据根据居民现实生活需求进行优化3，得到如表1所示的荷花塘道路参数统计；其次，以殷高巷—水斋庵—磨盘街为边界，将优化后数据代入CE 平台的道路模块中生成新的道路肌理；最后，在结合手动优化得到如图3所示的参数化重构后的新路网方案。参数化重构后的周边区域新路网呈现整体性，是物质属性与社会属性的集合体，既显性的延续了原始街巷的方向走势、小尺度和形态的复杂性、空间的丰富性，又隐性的融合了荷花塘历史街区的经济、文化、制度等非物质形态基因。因为重构后的参数是基于原始道路形态提取的，具有原始空间肌理特征，而原始空间肌理又与文化习俗、社会制度、生活方式和生产水平等相关联。[8]

实地调研走访发现，荷花塘历史街区围着明城墙和内秦淮形成，局部形成了典型的鱼骨状的天然肌理，河道、街道、巷道、民居院落之间的关系来自地域系统内部的自组织体系，是沿着内秦淮和明城墙脉络自发性生长出来的，这种自发性是因为它们有着自我确定和内部调节的整体性发展机制。这种关于历史空间“形式常数”4的发现，为评估空间肌理参数化重构合理性提供了理论依据。

表2：荷花塘道路参数统计图3荷花塘及周边区域重构路网

2.3重构荷花塘地块空间肌理

荷花塘地块分割具有规律性，“即按照前期设定好的主导方向于无形中展开布局，展开过程中，展开频率与幅度又能始终保持在一个特定的参数”。[9]通过类型化手法提取地块东西向边线分析 (图 4)，荷花塘区域A地块呈现以“鸣羊里——五福里”巷道为中心的“鱼骨状”，一根根地块切线像切片机一样，将A地块群切成密度与均匀度均较高的切片。与A地块相比，C地块切线虽较低，但其整个地块群也表现出同样的内在结构关系，与A 地块群之间达成一致，地块切线间构成从西向东的顺承关系。在以高岗里为核心的 B 地块群中，以局部形式展现的地块切线密度与频率均能与其它两地块群构成关联，新建筑的插入虽然破坏了原有地块的空间肌理，但跨过传统建筑肌理消逝的区域，局部再现的切线依然能与消逝处之前的切线取得对应关系。

从西向东依势顺切的地块分割规律转移成参数化语言即为地块方向；地块展开的频率、幅度又与道路布局方向关联，可转译城“临街度”；“鱼骨状”地块分布形态代表地块细分类型。地块肌理重构主要针对历史街区及其周边区域由于新建筑的插入导致地块肌理模糊所进行的肌理修复，目的是整体性延续荷花塘地块分割规律。

地块肌理特征参数的提取与优化，在继承传统特征的同时，又要符合现代发展趋势。基于发展趋势视角对地块肌理传统特征进行优化5，优化后的荷花塘地块肌理参数如表2所示。鉴于周边区域风貌与荷花塘区域严重不符，对周边区域的地块重构，以体现区域内地块分割规律的参数值为依据，在前期重构好的道路形态网上进行二维平面分割。对于区域内地块肌理重构，重点注意的是，重构过程中药通过人工划定分割线方法，确定区域范内温饱建筑与历史建筑的地块基线。重构好的荷花塘及其周边区域的地块肌理以典型的递归方式为主，局部以骨架穿插，分割方式、分割密度与地块朝向都很好的延续了原始地块肌理。（图5）

表 3：荷花塘建筑参数统计

2.4重构荷花塘建筑空间肌理

荷花塘街区在历史上一直是被内秦淮河与明城墙围绕而成，建筑增长方式只能进行内部加密而非外拓，于是产生了荷花塘独特而丰富的低层、高密度建筑空间肌理。基于建筑类型学分析，荷花塘街区的建筑共分“一”型、“= ”型、“L”型、 “U”型、“回”型、 “U”+ “一”型六种类型，其中“U”型的三间两厢型院落是所有院落平面形态的原型。在原型基础上通过增、减、组合等方式产生不同变体，变体与原型之间再进行“串联”、“并联” 、“串并联”等组合方式构成荷花塘整个街区丰富多样的院落形态景象图。在形成过程中，建筑原型作为先验环境而存在，并规定着后来着，在原型中生长出来的各种变体将不可避免的带上原型的印记，从而形成街区历史风貌的整体和谐。就平面构图而言，“门”、“廊”、“堂 ”、“院”构成传统院落的基本元素，并以“院”为中心形成左右对称前后呼应的建筑体量。

建筑空间肌理的重构步骤与道路、地块重构步骤相似，结合发展趋势遴选与优化建筑空间肌理特征6，提取优化后的建筑空间参数值（表3），将参数值输入参数化平台进行模拟生成。不同的是，建筑肌理重构前，需要针对不同建筑类型编写不同建筑生成规则（CGA）。以原型建筑为标准优先编写“U”形 CGA，在“U”形 CGA 基础上采用增、减、组合等方式分别编写其他五种建筑类型的 CGA，再根据“串联”“并联”“串并联” 等方式完成联排式多进深院落的 CGA 规则文件。具体步骤如下（图 6）：第一步，地块到“U”形建筑基底形态生成。根据“U”形建筑基底形状、面积与街巷空间位置的参数，利用 CE 系统里的 comp 命令对单体地块 LOT 进行第一次分割，确定“U”形的建筑与庭院空间 LOT1，再基于 LOT1 基础上生成最小内接矩形，然后再通过 comp 命令对最小内接矩形进行分割，确定基底平面形态大小与街巷空间位置。第二步，横向“U”形建筑基底形态到纵向建筑墙体、屋顶、马头墙生成。根据建筑面宽、进深、高度，以及屋顶形式等参数，对建筑基底平面形态通过拉伸、分割等方式完成单体建筑基本形态。第三步，整合前两个步骤的代码于一个 CGA 规则文件中，实现参数模型可视化。第四步，原型建筑 CGA 到不同类型的变体建筑 CGA 生成。根据每种建筑类型对“U”形的建筑基底形状进行增、减、对合等操作，确定每种类型的建筑基底形状，接下来参照第二、三步骤即可。第五步，六种基本建筑类型到多进深或联排院落空间形态的生成。以编写好的 CGA 规则文件为样本，运用“串联”、“并联”、“串并联”等方式进行随机组建。组建的关键是在同一地块内确定各建筑基底平面间的相互位置关系，确保重构后的建筑空间肌理能够形成连续的“门”、“廊”、“堂”、“院”等传统院落风貌。

图6：建筑生成规则过程图示

以上操作是在同一套参数值基础上编写的建筑生成规则，在不改变文保建筑与历史建筑的前提下，可以根据建筑基底形态占比值，随机组建成类型丰富的多进深院落空间形态肌理图。（图 7）

图7：荷花塘重构的局部建筑肌理图

3 比较分析荷花塘重构与原始空间肌理形态

重构出的空间肌理与原始肌理在各空间要素上具有较高的相似度。在原始路网基础上重构的周边区域的道路形态网在道路的模式、密度、长宽度、整体走势等方面继承了荷花塘原始道路的空间肌理。基于交通便利原则，原始道路呈现“井” 字形布局模式，道路布局基本以内秦淮河与明城墙为准，整体走势或者垂直于明城墙，或者垂直于内秦淮河，东西与南北向的路网密度基本一致，道路尺度也比较宜人。在历史发展过程中，明城墙与内秦淮河的功能性逐渐消退，然而考虑到新建的中山南路成为荷花塘历史街区对外连接的重要道路，所以重构后的路网主要以东西向道路为主，路网密度呈现东西向高于南北向的趋势。此外，发展过程中道路形成缺乏统筹规划的协调性而存在随机性，导致荷花塘原始路网的衔接不免有些不协调，而重构后的道路网在保持原始路网的空间形态基础上，各路衔接更加自然、舒适。

重构地块在规则度、密度、尺度，以及与街巷之间的关系等方面与原始地块基本保持一致。根据荷花塘社会阶层变迁分析，从老城南区域诞生至民国初期，荷花塘历史街区一直以大家族为主。明清时期的达官贵人、乡绅士族等大家庭的聚居，使荷花塘深受宗祠礼制文化影响，地块线性延伸的指向性、向心性更高。中华人民共和国成立之后，社会结构开始以普通居民为主，原有的居住环境已很难满足现代生活需求。在原有地块划分基础上扩大单体地块尺度、提高地块规则度，进而最大化利用地块，为后期基本适应现代生活需求的建筑重构提供了前提条件。因此，重构的地块肌理在原始地块分割规律上呈现出部分单体地块尺度变大、整体地块规则度上升的趋势。

重构建筑在尺度、风格、密度等方面也延续了原始建筑的空间特征。基于经济水平的制约，最大程度满足当时高密度居住人群是居民面临的首要问题。因此，省略周围的耕作空间，院落类型开始从分散式合院类型向紧凑式天井院落发展，居民自发地在原有建筑基础上按照街巷走势逐渐外扩，省去了繁文缛节的装饰，形成以功能为主的联排错落式院落空间布局模式。相邻院落共用山墙，天井尺度大小适宜，院落多进深小开间，整体形成低层、高密度、简洁式原始建筑空间肌理。然而，考虑到将“厨、卫、居”三大功能并置于同一建筑主体，居住模式从传统父系大家族转向现代小家庭式，以及封建礼制影响的降低，重构建筑在延续原始建筑空间肌理基础上，呈现出主体建筑尺度渐大、院落空间渐小、院落进深渐少的趋势。此外，针对单体建筑空间肌理的保护与更新，可将居民对自己所住住宅的诉求进行梳理汇总，再编成规则输入 CE 系统，为居民提供可供参考的三维可视化方案，可有效解决公众参与成本高、效率低的问题，也为活化历史街区提供了保障。

4结语

历史街区空间肌理修复面临种种困境，基于原始肌理特征参数化解析与重构的方法是解决当前历史街区问题的一个尝试。将历史街区的道路、地块、建筑各构成要素细化，通过函数和规则关联各要素，实现各形态要素的实时联动变化，寻求控制道路、地块、建筑肌理生成的各关键参数集、参数值、生成规则。笔者提出参数化重构方法，并以南京荷花塘为例，验证了参数化方法在历史街区空间肌理重构中的可行性，所获得的特征与数据使历史街区空间肌理的修复与更新变得有据可循。此外，需要说明的是，历史街区空间是一个复杂性命题，是物质因素与文化因素的集合体，而参数化本身只是一个技术工具，可以将物质形态要素通过函数解构并反演出来。但如何合理地将文化、习俗、生活方式等非物质因素解析成科学、量化的参数化语言并融入参数化设计方案，是接下来研究的重点。

参考文献

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[5] 张春霞.南京荷花塘传统巷井空间特色与保护策略研究[D].南京艺术学院硕士学位论文， 2015:2.

[6] 赵琳：《元明工艺美术风格流变：以青花瓷为主线》,上海：复旦大学出版社，2014年，“序论”，第1页

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[7] 诸汉涛.基于建筑类型学的南京中华门门西地区传统民居平面空间演变[J].福州大学学报 (自然科学版)，2016 (6) :822.

[8] 何依、邓巍.历史街区建筑肌理的原型与类型研究[J].城市规划， 2014 (8)：58.

[9] 张春霞.南京荷花塘传统巷井空间特色与保护策略研究[D].南京艺术学院硕士学位论文， 2015:77.

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