地景建筑屋顶开放空间设计研究

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1.地景建筑屋顶开放空间

1.1地景建筑

地景化的建筑发源于人类在生产生活中对地形的改造，在引入地形学、场域理论和场所精神等理论后，形成了处理建筑、环境关系的新思路。主要特征表现为：地景建筑将建筑与大地形态视作同一整体。建筑形态以其连绵起伏延展的形体与大地形态走向融合，甚至创造性地重构大地形态，而建筑则整合于城市系统和大地景观系统之中[1]。

1.2地景建筑屋顶开放空间

地景建筑的屋顶开放空间是地景建筑的重要特征之一，建筑的屋面通过延伸、反转、扭曲，实现了与地面的融合与重构，建筑不再脱离地面基底独自存在。倾斜屋面使得人与建筑的关系发生改变，建筑不再拒人之外，斜面和屋顶满足更多的都市活动，地景建筑的屋面成为一个可体验、可接触的引人入胜的场所[2]。

1.3坡度问题

屋顶开放空间的营造是场地周边环境，建筑使用功能和景观设计等因素综合作用的结果。其中人的主观体验感受也有着重要的影响，坡度的大小会影响人的行走速度以及生理和心理感受。如果地景建筑的屋顶坡度过大，往往不利于人的行为活动，人走在上面会感到吃力并且具有危险感，难以诱发其他活动[2]。同样也不利于植被的种植，甚至在暴雨时出现泥土的滑坡现象。在地景建筑形态越趋复杂化的趋势下，如何在设计过程中充分考虑屋顶界面坡度的因素，提高屋顶开放空间的舒适性和安全性。下文将以北京世界园艺博览会国际馆投标概念设计方案为例，探讨一种基于参数化分析的地景建筑屋顶开放空间设计。我们希望将屋顶开放空间的设计融入方案设计的全过程，通过运用GH软件对非线性屋顶进行高程分析和坡度分析，依据人体工程学中对于行为活动的坡度要求，对屋顶的游憩空间进行设计，改善地景建筑屋顶开放空间的安全性和舒适性，打造人性化的开放空间。

2.基于参数化分析的屋顶开放空间设计

2.1设计目标

2019中国北京世界园艺博览会国际馆地处延庆县，毗邻八达岭长城、海坨山。总建筑面积21298㎡，包括国家地区展厅等四个园艺展厅和办公、接待等功能。国际馆场地为世界园艺轴上的一处三角形场地，东西两侧为国际展园和中国展园，北侧毗邻湖区。方案设计之初，我们从世园会的场所特征和园艺博览会国际馆“平等、无国界”的性格出发，确定了“地球.家园”的主要设计立意。运用地景化设计手法，将建筑消隐在大地景观之中，将参观游客引上屋顶，在建筑屋顶营造一个绿色的、多样化的开放空间，突出园艺博览会绿色和园艺的主题（图1）。

2.2建筑形体的推敲优化

在建筑的形态设计上，依据园艺展厅10m净高的使用要求和将游客引上屋顶的设计构思，生成了建筑形体——将四个园艺展厅设置在中心和端处，同时在三端形成三处观景平台，建筑的三边高度降低，形成自然起伏的坡地，建筑屋顶与大地直接相连，将人流引上屋顶空间，与场地轴线相呼应，形成建筑的主入口。接下来，通过对屋顶进行高程分析，优化建筑形体，使屋顶开放空间具有更好的可达性。我们运用grasshopper编写一段逻辑，对屋顶界面的高程进行模拟，得到屋顶界面的高程点和等高线（图2）。依据高程分析的结果，调整优化屋顶界面的高度，在满足建筑使用功能的前提下，尽量降低建筑高度；建筑主入口位于屋顶与大地相连的斜坡之上，通过调整入口的高度，使入口坡度更加舒缓；同时优化屋面起伏造型，创造人性化的游憩空间。通过对建筑形体和高度的优化，实现建筑体量消隐，使建筑融入园艺和景观之中，符合生态绿色概念以及地景建筑的特点。游客伫立屋顶草坪上，可远眺海坨山，俯瞰世界展园和中国展园，观赏花车巡游，沿中心坡道缓缓而下，可观赏各国家地区各式园艺作品，为来宾创造多视角的观展体验。同时拉长了参观流线，创造了更多的人与环境的互动，在场地受限制的情况下，充分扩大了场地条件。

2.3坡度分析与屋顶开放空间设计

在屋顶开放空间的设计上，根据场地周边的景观与建筑的形体，我们确定了建筑主入口和观景平台的位置以及大致的参观流线。接下来，通过对非线性屋顶进行坡度分析，对屋顶的游憩空间和游览路径进行详细设计。首先，我们在grasshopper中编写了一段简单的逻辑，对屋顶界面的坡度进行模拟（本质上是将非线性的屋顶转化一个网格面，求得网格面各点的倾斜角度，进而得到坡度），得出了屋顶界面各点的坡度和坡度分布情况（图3）。分析结果表明，屋顶界面的坡度范围在1.2%到24%之间，符合覆土种植屋面的坡度要求；屋顶界面的坡度分布均匀，较为平缓，在三端形成三处舒缓的平台；外环屋顶的坡度变化较大，内环屋顶坡度变化较小，在内外环衔接的三个端处，坡度较为平缓。对于坡度设计参考，在地形学、景观设计和建筑无障碍设计规范中，都有对活动空间坡度的规定与描述。在自然地形中，坡度值在3%以下称为平坡地，对人们的活动以及其他景观要素不造成影响。坡度在3%~10%之间称为缓坡，坡度在10%~25%称为中坡地，需设置台阶、台地等景观要素。在景观设计中，园路主路的纵坡上限为8%，正常人与残疾人都可以接受的路面坡度为5%以内，大于5%的要设计残坡道，残疾人坡道8%为最大坡度，范围在5%~8%内[3]。对种植屋面而言，屋面坡度应小于50%，当坡度大于20%时种植土层应采取防滑措施。地景建筑的屋顶空间，作为一种室外空间，往往结合场地周边环境。因此，我们将地景建筑屋顶开放空间设计看作是一种室外景观设计，可参考景观设计中对人活动场地的坡度要求，局部考虑无障碍设计的要求。最终确定坡度值在3%以下的区域可作为人的活动区域，坡度值5%~8%可设置坡道，坡度值大于8%需设置台阶。接下来，依据坡度分析结果和人体工程学中相关的坡度要求，设计游憩空间的布局和路径。屋顶观景平台要位于坡度小于3%的区域，对于路径坡度大于5%的需要设计坡道，大于8%的需要设置台阶。在满足室内功能空间净高的前提下，对屋顶形态进行微调，使屋顶端处的观景平台坡度更加平缓。路径空间要尽量远离建筑边缘，尤其设置台阶的区域要靠近建筑内侧，以增加游客的安全感。在坡度小于8%的区域，可考虑路径空间与屋顶绿化的相结合，使游客能进入绿化区域，丰富参观体验，激发更多的自发性行为，得到最终的屋顶开放空间设计方案（图4、5）。

3.总结

总的来看，基于参数化分析的地景建筑屋顶开放空间设计包含以下几个步骤：（1）形体优化，结合屋顶开放空间的构思生成形体，通过屋顶高程点的调整优化建筑形体。（2）坡度分析，编写grasshopper程序，分析非线性屋顶界面的坡度。（3）设计，依据坡度分析结果，对屋顶开放空间进行布局设计和路径规划。北京世界园艺博览会国际馆投标概念设计方案是地景建筑与参数化分析方法和地形学分析方法结合的一个小实验，是坡度分析与人性化设计的一个初步探索，目前仍有较大的局限性。屋顶开放空间坡度参考并没有一个统一的标准，还需要结合项目的实际情况，选择适合的坡度标准。营造一个具有吸引力的屋顶开放空间，活动空间的坡度设计只是影响人主观体验的一个方面，还需要充分与景观设计相结合。这种方法设计出的屋顶空间能对人活动的安全性与舒适性有多大的作用，也还需要在实践中进一步的检验。但是，将地形学中高程分析和坡度分析与参数化分析方法相结合，引入建筑单体设计中，并参照建筑及景观设计中步行空间的设计方法设计屋顶开放空间，这是与以往所不同的。这种方法从人性化设计的角度出发，试图通过定量分析的方法，解决地景建筑坡度问题，是一种将地形学分析方法应用于建筑设计的新方法，也是对地景建筑和非线性建筑人性化设计的新探索。

作者:孙若宸 孙宗列 郭 骏 霍续东 单位:北京建筑大学 中元国际工程有限公司

参考文献

[1]王晓艳.地景建筑设计研究[D].北方工业大学硕士论文，2013

[2]陈昱彬.当代城市地景建筑形态生成研究[D].华南理工大学硕士论文，2010

[3]李明菲.现代景观设计中微地形设计研究[D].大连工业大学硕士论文，2014

[4]陈洁萍.场地书写[M].东南大学出版社，2011