地景建筑屋頂開放空間設計研究

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1.地景建筑屋頂開放空間

1.1地景建筑

地景化的建筑發源于人類在生產生活中對地形的改造，在引入地形學、場域理論和場所精神等理論后，形成了處理建筑、環境關系的新思路。主要特征表現為：地景建筑將建筑與大地形態視作同一整體。建筑形態以其連綿起伏延展的形體與大地形態走向融合，甚至創造性地重構大地形態，而建筑則整合于城市系統和大地景觀系統之中[1]。

1.2地景建筑屋頂開放空間

地景建筑的屋頂開放空間是地景建筑的重要特征之一，建筑的屋面通過延伸、反轉、扭曲，實現了與地面的融合與重構，建筑不再脫離地面基底獨自存在。傾斜屋面使得人與建筑的關系發生改變，建筑不再拒人之外，斜面和屋頂滿足更多的都市活動，地景建筑的屋面成為一個可體驗、可接觸的引人入勝的場所[2]。

1.3坡度問題

屋頂開放空間的營造是場地周邊環境，建筑使用功能和景觀設計等因素綜合作用的結果。其中人的主觀體驗感受也有著重要的影響，坡度的大小會影響人的行走速度以及生理和心理感受。如果地景建筑的屋頂坡度過大，往往不利于人的行為活動，人走在上面會感到吃力并且具有危險感，難以誘發其他活動[2]。同樣也不利于植被的種植，甚至在暴雨時出現泥土的滑坡現象。在地景建筑形態越趨復雜化的趨勢下，如何在設計過程中充分考慮屋頂界面坡度的因素，提高屋頂開放空間的舒適性和安全性。下文將以北京世界園藝博覽會國際館投標概念設計方案為例，探討一種基于參數化分析的地景建筑屋頂開放空間設計。我們希望將屋頂開放空間的設計融入方案設計的全過程，通過運用GH軟件對非線性屋頂進行高程分析和坡度分析，依據人體工程學中對于行為活動的坡度要求，對屋頂的游憩空間進行設計，改善地景建筑屋頂開放空間的安全性和舒適性，打造人性化的開放空間。

2.基于參數化分析的屋頂開放空間設計

2.1設計目標

2019中國北京世界園藝博覽會國際館地處延慶縣，毗鄰八達嶺長城、海坨山。總建筑面積21298㎡，包括國家地區展廳等四個園藝展廳和辦公、接待等功能。國際館場地為世界園藝軸上的一處三角形場地，東西兩側為國際展園和中國展園，北側毗鄰湖區。方案設計之初，我們從世園會的場所特征和園藝博覽會國際館“平等、無國界”的性格出發，確定了“地球.家園”的主要設計立意。運用地景化設計手法，將建筑消隱在大地景觀之中，將參觀游客引上屋頂，在建筑屋頂營造一個綠色的、多樣化的開放空間，突出園藝博覽會綠色和園藝的主題（圖1）。

2.2建筑形體的推敲優化

在建筑的形態設計上，依據園藝展廳10m凈高的使用要求和將游客引上屋頂的設計構思，生成了建筑形體——將四個園藝展廳設置在中心和端處，同時在三端形成三處觀景平臺，建筑的三邊高度降低，形成自然起伏的坡地，建筑屋頂與大地直接相連，將人流引上屋頂空間，與場地軸線相呼應，形成建筑的主入口。接下來，通過對屋頂進行高程分析，優化建筑形體，使屋頂開放空間具有更好的可達性。我們運用grasshopper編寫一段邏輯，對屋頂界面的高程進行模擬，得到屋頂界面的高程點和等高線（圖2）。依據高程分析的結果，調整優化屋頂界面的高度，在滿足建筑使用功能的前提下，盡量降低建筑高度；建筑主入口位于屋頂與大地相連的斜坡之上，通過調整入口的高度，使入口坡度更加舒緩；同時優化屋面起伏造型，創造人性化的游憩空間。通過對建筑形體和高度的優化，實現建筑體量消隱，使建筑融入園藝和景觀之中，符合生態綠色概念以及地景建筑的特點。游客佇立屋頂草坪上，可遠眺海坨山，俯瞰世界展園和中國展園，觀賞花車巡游，沿中心坡道緩緩而下，可觀賞各國家地區各式園藝作品，為來賓創造多視角的觀展體驗。同時拉長了參觀流線，創造了更多的人與環境的互動，在場地受限制的情況下，充分擴大了場地條件。

2.3坡度分析與屋頂開放空間設計

在屋頂開放空間的設計上，根據場地周邊的景觀與建筑的形體，我們確定了建筑主入口和觀景平臺的位置以及大致的參觀流線。接下來，通過對非線性屋頂進行坡度分析，對屋頂的游憩空間和游覽路徑進行詳細設計。首先，我們在grasshopper中編寫了一段簡單的邏輯，對屋頂界面的坡度進行模擬（本質上是將非線性的屋頂轉化一個網格面，求得網格面各點的傾斜角度，進而得到坡度），得出了屋頂界面各點的坡度和坡度分布情況（圖3）。分析結果表明，屋頂界面的坡度范圍在1.2%到24%之間，符合覆土種植屋面的坡度要求；屋頂界面的坡度分布均勻，較為平緩，在三端形成三處舒緩的平臺；外環屋頂的坡度變化較大，內環屋頂坡度變化較小，在內外環銜接的三個端處，坡度較為平緩。對于坡度設計參考，在地形學、景觀設計和建筑無障礙設計規范中，都有對活動空間坡度的規定與描述。在自然地形中，坡度值在3%以下稱為平坡地，對人們的活動以及其他景觀要素不造成影響。坡度在3%~10%之間稱為緩坡，坡度在10%~25%稱為中坡地，需設置臺階、臺地等景觀要素。在景觀設計中，園路主路的縱坡上限為8%，正常人與殘疾人都可以接受的路面坡度為5%以內，大于5%的要設計殘坡道，殘疾人坡道8%為最大坡度，范圍在5%~8%內[3]。對種植屋面而言，屋面坡度應小于50%，當坡度大于20%時種植土層應采取防滑措施。地景建筑的屋頂空間，作為一種室外空間，往往結合場地周邊環境。因此，我們將地景建筑屋頂開放空間設計看作是一種室外景觀設計，可參考景觀設計中對人活動場地的坡度要求，局部考慮無障礙設計的要求。最終確定坡度值在3%以下的區域可作為人的活動區域，坡度值5%~8%可設置坡道，坡度值大于8%需設置臺階。接下來，依據坡度分析結果和人體工程學中相關的坡度要求，設計游憩空間的布局和路徑。屋頂觀景平臺要位于坡度小于3%的區域，對于路徑坡度大于5%的需要設計坡道，大于8%的需要設置臺階。在滿足室內功能空間凈高的前提下，對屋頂形態進行微調，使屋頂端處的觀景平臺坡度更加平緩。路徑空間要盡量遠離建筑邊緣，尤其設置臺階的區域要靠近建筑內側，以增加游客的安全感。在坡度小于8%的區域，可考慮路徑空間與屋頂綠化的相結合，使游客能進入綠化區域，豐富參觀體驗，激發更多的自發性行為，得到最終的屋頂開放空間設計方案（圖4、5）。

3.總結

總的來看，基于參數化分析的地景建筑屋頂開放空間設計包含以下幾個步驟：（1）形體優化，結合屋頂開放空間的構思生成形體，通過屋頂高程點的調整優化建筑形體。（2）坡度分析，編寫grasshopper程序，分析非線性屋頂界面的坡度。（3）設計，依據坡度分析結果，對屋頂開放空間進行布局設計和路徑規劃。北京世界園藝博覽會國際館投標概念設計方案是地景建筑與參數化分析方法和地形學分析方法結合的一個小實驗，是坡度分析與人性化設計的一個初步探索，目前仍有較大的局限性。屋頂開放空間坡度參考并沒有一個統一的標準，還需要結合項目的實際情況，選擇適合的坡度標準。營造一個具有吸引力的屋頂開放空間，活動空間的坡度設計只是影響人主觀體驗的一個方面，還需要充分與景觀設計相結合。這種方法設計出的屋頂空間能對人活動的安全性與舒適性有多大的作用，也還需要在實踐中進一步的檢驗。但是，將地形學中高程分析和坡度分析與參數化分析方法相結合，引入建筑單體設計中，并參照建筑及景觀設計中步行空間的設計方法設計屋頂開放空間，這是與以往所不同的。這種方法從人性化設計的角度出發，試圖通過定量分析的方法，解決地景建筑坡度問題，是一種將地形學分析方法應用于建筑設計的新方法，也是對地景建筑和非線性建筑人性化設計的新探索。

作者:孫若宸 孫宗列 郭 駿 霍續東 單位:北京建筑大學 中元國際工程有限公司

參考文獻

[1]王曉艷.地景建筑設計研究[D].北方工業大學碩士論文，2013

[2]陳昱彬.當代城市地景建筑形態生成研究[D].華南理工大學碩士論文，2010

[3]李明菲.現代景觀設計中微地形設計研究[D].大連工業大學碩士論文，2014

[4]陳潔萍.場地書寫[M].東南大學出版社，2011