基于模糊理论的建筑景观空间优化设计论文
摘 要： 为了解决传统基于视觉的建筑景观空间设计方法存在设计效果直观性差以及用户满意度低的问题，提出基于模糊理论的建筑景观空间设计方法，其对建筑景观实施直壁容器式绿化系统或垂直模块式绿化系统的立体绿化模糊化形态处理，实现总体建筑墙面以及顶棚的覆盖，确保不同建筑景观空间构成同一整体，完成建筑景观空间的模糊化操作。采用基于模糊综合评价方法对塑造的建筑景观空间效果实施评估，通过基于小生境遗传算法的建筑景观设施优化方法对建筑景观设置的尺度比例实施改进，塑造优质的建筑景观效果。实验结果说明所提方法可实现建筑景观空间的优化设计，用户满意度高。
关键词： 模糊理论； 建筑； 景观； 空间优化设计
中图分类号： TN911.7334； S732 文献标识码： A 文章编号： 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
塑造环保、美观的建筑景观空间环境是各建筑设计人员的最终目标。随着环保意识和艺术审美观念的提升，立体绿化成为当前建筑景观空间设计的重点方向[1]。“模糊化”是建筑景观空间的基本特征，可确保建筑屋顶、墙面等处的绿化同绿色景观融为一体。而传统基于视觉的建筑景观空间设计方法设计效果直观性差，用户满意度低，得到的建筑景观空间效果较差。因此，本文提出基于模糊理论的建筑景观空间优化设计方法，获取更为直观、合理的建筑景观空间，提高建筑景观的利用度和价值度。
1 基于模糊理论的建筑景观空间优化设计
1.1 建筑立体绿化模糊化形态
目前的建筑具有开放式特征，建筑景观空间不是单独呈现在某个建筑空间界面中，而是在建筑中实施整合，处于不同的建筑界面中，建筑、自然以及室内部件相互关联、渗透以及包裹，组成总体建筑景观空间。建筑景观空间大多数是综合模糊化，建筑立体绿化交互使用在不同的建筑空间内，完成建筑空间的模糊化。图1描述的是某艺术设计媒体学院的教学大楼，从远处看不出其是五层楼框架的建筑物，因为其同周围环境互融。该建筑通过较多的玻璃幕墙装饰，确保室内光照条件。绿色屋顶通过绝缘材料实现隔热降温，并且能够将周围的雨水汇聚起来，完成植物的灌溉。该建筑的玻璃幕墙由两个完全绿化延伸的弧形构成，两个层面间存在高低落差，对景观同建筑空间界面以及建筑层面实施模糊化处理，使得建筑同自然边界模糊消隐。
1.2 立体绿化模糊化的技术手段及生态性
由于科学技术的快速发展，建筑景观设计出现了较多的新措施，如通过支撑构架以及人工种植基盘对植物实施固定，塑造完整的建筑景观空间，其中含有完整的灌溉系统。新措施为建筑景观空间的模糊化状态提供了技术支撑[2]，主要的模糊化状态如下。
1.2.1 直壁容器式绿化系统
直壁容器式将植物栽种在不同的容器内，容器同地面平行，容器部署到不锈钢、钢筋混凝土等支撑架构中，构成立体建筑景观。基于容器同支撑架构受力角度的差异性，直壁容器式垂直建筑景观包括固定方式、摆放式、悬挂式以及一体式集中类型。其中的一体式集中类型在板块中部署不同的容器，将支撑面板同容器连接成一个完整的种植装置，融合多个一体式容器得到完整的建筑绿化景观墙面，并且对不同的一体式容器实施拼装可获取相应的图案，如图2所示。
直壁容器式绿化系统内的植物呈现良好的生长趋势，该景观方式满足植物生长方向，可拥有临时建筑景观墙面绿化，完成建筑和景观的模糊化处理。
1.2.2 垂直模塊式绿化系统
垂直模式建筑景观空间包括绿化模块、结构系统以及浇灌系统。绿化模块能够种植绿化植物，通过结构系统部署到建筑内形成相应的建筑景观面；支撑架同种植面板以及建筑墙面相连接[3]，通常通过耐腐蚀以及高强度的不锈钢铁框架确保景观种植面板的稳定性。某花园公司绿化系统种植模块如图3所示。
绿化模块的结构方式包括容器骨架式模块、卡盆式模块、种植盒模块以及介质模块。其中的容器骨架式模块是垂直模块，能够提高建筑植物绿化的可视度。通过人工对容器中的土壤实施改良，为植物提供生长所需的养分，采用不锈钢固定骨架构成建筑绿化立面，该模块通常在小规模绿化项目中应用。介质模块不存在种植基盘，由植物生长混合粉末、椰子纤维外皮以及发泡膜等构成，平时仅需在灌溉水内融入营养液和无毒杀菌杀虫剂，可确保植物的正常生长。
垂直模块式绿化植物具有较高的实用性，其垂直面能够确保植物覆盖率达到100%。模块部署鉴别能够实现总体建筑墙面以及顶棚的覆盖，确保不同空间构成同一整体，完成模糊化状态[4]，并且也能够实施任意拼接，塑造优质的建筑景观效果。
1.3 基于模糊综合评价法的建筑景观空间评价
1.3.1 调查区域与数据收集过程
本文采用模糊综合评价法对1.2节塑造的建筑景观空间实施评估，以中关村建筑景观空间为例实施分析。本文进行了三次调研：第一次调研是为了整理评估因子，通过随机抽样法对在中关村西区上班的人群进行调查；第二次调研是为了对有朝气的建筑景观空间做分类，并且选出下阶段准备采用的特色地点，到现场观察以及记录人数的时间为周日、周一、周三的中午12：00—13：00，分析得出结论，中关村西区的建筑景观空间主要汇集在建筑出入口、步行街道以及绿地广场；第三次调研是为了创新性地评判特色空间[5]。把第一次的调查对象作为此次的调查对象，以第二次调研选取的特色空间为基础，发送了170份的重要度和满意度评估问卷，收回160份，并且这160份样本的同步性检验为有效，调查数据有效率达到94.1%。
1.3.2 评价指标体系的确定
基于1.3.1节的调查分析得出，个性化、多元化、便利性、领域感以及开放性五个评估标准为创新阶层的建筑景观空间，评估因子为15个，如表1所示。
1.3.3 对建筑景观空间的模糊综合评价
在模糊数学的综合评价方法的基础上得出模糊综合评价法。其用模糊数学的隶属度理论将定性评价变成定量评价，把受制于各类因素的事物和对象用模糊数学的方法进行整体评判。其可把不清晰、无法量化的问题处理好，适用于处理多种不确定性的问题，有结果明了、系统性强的优点。依据建筑景观空间“创意性”的主观色彩明显的特点，采用模糊综合评价法分析满意度[6]。在评价指标和评价因子的基础上，建立评价因子集，包括16项：[U=][个性化的标识系统和导视系统[u1，]有雕塑、涂鸦等艺术景观因素[u2，]…，视线的开阔程度[u16]]，创新阶层再对上述因子进行依次打分，评语分为五级，评语集[V=][很满意[v1，]满意[v2，]一般[v3，]不满意[v4，]很不满意[v5]]。
将因子集和评语集之间构建起模糊关系，并把各类评价因子的隶属度计算出来。模糊关系矩阵[R1，][R2，][R3]即是由统一获得的因子模糊评价向量得出，其相应的建筑景观空间类型分别为建筑出入口、步行街以及绿地广场。各权重依据各类因子对终极评价结果的影响进行分配。本文用的方法是对比排序法[7]，对创新阶层在16个评价因子里筛选出的首要10个实施排序并给予分值（最重要给10分，次重要给9分，依次递减）。通过各因子得分在因子总得分中所占的比重获得此因子的权重，公式如下：
例如 “建筑出入口”空间种类里，依据[U]的全部评价因子的权数组成模糊向量[A]。步行街以及绿地广场的空间种类的因子权重赋值也用此算法。通过矩阵乘法来明确模糊综合评价向量[B=A*R，][R]为前文提到的模糊关系矩阵，进而获得三种空间类型的满意度评估成果。则最终获取的建筑景观整体满意度评价结论为[B=13?（B1+B2+B3）]。
2 基于小生境遗传算法的建筑景观设施优化
对建筑景观进行评判时，融合层次研究法来决定它的权重，其中分数最少的是景观设施的尺度比例模糊评判。在上述数据研究结论的基础上，提出关于建筑景观设施尺度比例的多目标优化方法，依据居民满意度、投资成本，通过小生境遗传算法进行景观设施的尺度比例改良。
2.1 景观设施尺度比例多目标优化模型构建
2.1.1 优化变量选取及权重确定
把建筑景观空间的入口、出口、亭子等地方设立成考察点，考察对象是建筑中的居民。基于1.3.3节方法可获取居民对建筑景观设施的满意度，并对其中满意度低的景观设施实施改进。尺度比例的评价层次框架图是在评价目标层为景观设施尺度比例的基础上，用层次分析法，依据景观设施的`种类构建指标层而获得，最后算出权重值[8]。通过层次分析法的satty标度法建立指标层的判断矩阵，实施数据操作，设置获得指标层的权重[WA32]=（0.367，0.012，0.033，0.020，0.194，0.136，0.160，0.036，0.042）。汇总分析建筑景观空间中绿化容器、停车位、灯具、公共座椅的权重，得出的权重值依次为0.428，0.226，0.159，0.1。
2.1.2 目标函数建立
本文在景观设施的尺度比例基础上实施多目标改良，包括投资成本以及居民满意度两个目标函数。依据对绿化容器、停车位、灯具、公共座椅等关联成分的研究，在自变量是其增加量的基础上，限制优化目标[9]。
（1） 成本目标函数。建筑景观设施的成本与增长量间的联系为正比例增长关系，融合各种景观设施的价格，成本目标函数可被描述成：
（2） 满意度目标函数。考虑到建筑空间的面积大小以及长度等原因，设施尺度比例正当的情况下，居民满意度与景观设施数量间的关联是正比例关系。固定的居住空间中，景观设施的尺度比例越大，景观设施数量就越小，居民的利用要求就无法得到满足，导致居住空间的满意度下降。反之，尺度比例越小，景观设施数量就越大，陈设就越集中，严重妨碍居住空间的视觉美感、空间明亮、生态规划等，居住空间的满意度也随之下降。在一定的限制前提下，满意度目标函数的公式为：
（3） 约束条件。为了解决建筑景观资源浪费和管理负担，通过增加公共座椅满足用户需要，设置增加的公共座椅是[4≤X1+ΔX1≤11]。设置各种灯具的平均价格是[a3]=260元，建筑已有灯具的总数大概是[X3]=84个，所以[90≤X3+ΔX3≤180]，且[6≤ΔX3≤96]。
2.2 小生境遗传算法优化建筑景观设施尺度比例
本文采用小生境遗传算法对建筑景观设施尺度比例实施改进，为了方便单体适应度的调节，该算法运用设计单体之间平行水平共用函数的方法[10]，使寻找改善问题的一切部分最优解以及整体最优解更容易，运用浮点数对染色体基因实施编码，就是把成本[C0]表示的[C0min，C0max]与满意度[S]表示的[Smin，Smax]间的浮点数进行计算。
2.2.1 小生境技术
2.2.2 选择算子和交叉算子
2.2.3 变异算子
综合分析得出，小生境遗传算法推算出的结论如果满足约束条件，那么算法结束。反之，其将退回实施选择、交叉、变异等轮回流程，直至满足约束条件。
3 实验结果与分析
为了验证本文方法的性能，采用本文方法對中关村建筑景观空间实施优化设计。本文方法能够获取建筑景观的满意度，进而描述人们对建筑景观的认可程度。图4描述了建筑入口、步行街以及绿地广场的评价因子的关注度情况，采用本文方法获取三类建筑景观空间的满意度情况用图5描述。最终可获取非常满意到完全不满意五个等级，并且设置分数值为2～-2分。分析图5能够看出，本文方法设计下的中关村各因子的总体结果基本一致，用户对中关村建筑景观空间的满意程度介于“一般”到“满意”之间，对中关村建筑景观空间的设计效果较为认可。说明本文方法能够有效实现建筑景观空间的优化设计。
通过图5的三类建筑景观空间的满意度值，获取总体中关村建筑景观建筑出入口、步行街以及绿地广场的综合满意评分分别是0.716，0.668以及1.003。能够得出，绿地广场的满意度最高。这主要是因为绿地广场空间是中关村西区开放空间同规划具有最高匹配度的区域。由于步行街的铺装门面的宽度和装饰风格差异较大，具有较低的围合度，因此满意度较低。
4 结 语
针对当前方法存在的不足，提出基于模糊理论的建筑景观空间设计方法，结果表明，本文塑造了优质的建筑景观空间，提高了用户满意度，具有较高的实际应用价值。
参考文献
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