基于GIS视线分析的山地城市建筑高度控制方法及其应用——以黄龙县老城区为例

张耀文

北京北达城乡规划设计研究院上海分院 上海 200000

1 引言

伴随着城市的发展，“看得见山，望得见水，记得住乡愁”成为人民共同的生活愿景，也是城镇化的目标所在。然而，随着城镇化的快速发展，山地城市受可建设用地短缺的制约，无序、高强度的建设行为严重破坏山体背景景观的连续性，具有山地特色的城市景观风貌正逐渐消失，千城一面现象严重。近年来，为了保护山体背景景观形成的天际线，山地城市在开发建设过程中亟需相关规划对建筑高度进行控制引导。为此，本文借助GIS技术平台，通过建立山地城市的综合视线影响模型，探索出了一套高效且适用于山地城市的建筑高度控制方法，为控制性详细规划阶段城市建设用地的建筑高度控制提供参考。

2 现有建筑高度控制方法及利弊分析

目前，运用比较多的建筑高度控制方法主要有三种：一是分区控制法，该方法最为常见，尤其是对传统城区的保护，一般以仰视角度作为划分控制分区的依据，操作方便且易于实施管理，但未考虑到观测时的视线遮挡及对外围背景环境的保护；二是眺望控制法，该方法通过对眺望点、眺望对象和眺望区域进行控制，并将建筑高度限制在视线范围内，通过计算来精确控制视线通廊内建筑高度，但视线通廊控制区域狭长，对整体城市建筑高度控制较弱；三是天际线控制法，该方法多结合海岸线、滨河空间、重要街道等进行控制，是城市景观与空间营造的重要因素，主要通过对天际线曲折度及层次感进行综合考虑与评价，适用于规划中后期的多方案对比调整。

3 基于GIS视线分析的建筑高度控制方法

随着三维可视化技术的发展，其为建筑高度控制提供了新的技术支撑，尤其对于保护山体背景景观的复杂视线控制体系，无论在视线遮挡及外围背景环境保护，还是视线控制区域，均具有巨大的改进。本文以GIS为技术平台，通过其三维可视分析等功能，对研究范围内建筑高度进行精确计算，并为控制性详细规划阶段的地块高度控制提供参考。

（1）观测点选择及可视区域划定

观测点的选择直接影响视线控制区域，为实现山体背景景观的最佳保护效果，本文建议观测点选择遵循以下两点：一是观测点要正对研究区域，是山体背景景观的最佳观赏点；二是观测点应当位于可达性好、人流集中的地方，如广场、公共绿地、城市主要交通干道等。此外，随着观测方位的改变，眺望对象及可视区域也将发生相应变化。例如，随着人眼睛和身体的移动，人的视线可实现水平视角0°～360°和垂直视角-90°～90°的全方位变化。考虑到人眼距离地面的高度，本文按照一般人视线高度1.65m来计算。

（2）各观测点对应控制区域建筑高度控制分析

山脊线是在保证观测视线不被遮挡情况下，观测山体的每条视线消失点连线形成的连续曲折天际线，只要保证山脊线与观测点构建的三维控制面不被建筑物遮挡，就可看到完整的山脊线轮廓。为保护自然山体山脊线形成的天际线，香港城市设计导则对建筑高度控制作出规定，即建筑物高度应确保山脊线以下20%山体景观不被建筑物遮挡。本文参考香港城市设计导则，建议将山脊线高度整体下降20%，并与观测点构建三维的视线控制面，同时保证视线范围内所有建筑高度不得突破该控制面。在此基础上，通过计算各位置垂直方向的视线控制高程值和地形高程值，精确计算出该区域对应位置建筑高度控制值。

（3）综合叠加分析

在山地城市中，不同观测点的视线控制区域不同，对应同一个位置的建筑高度控制值也会发生很大变化，可谓是步移景异。本文考虑对各观测点分析计算结果进行综合叠加，同时保证重合部分取最小值，确保从各观测点眺望山体均能看到不少于20%的山体背景景观。鉴于控制性详细规划阶段是以用地地块为单位进行建筑高度控制，本文考虑将地块内建筑高度控制值进行平均计算，从而为用地的建筑高度控制提供参考。

4 应用案例

4.1 黄龙县老城区概况

黄龙县位于延安市东南边缘，被誉为陕北黄土高原上的“绿色明珠”。其中，老城区位于黄龙县城区西部，其南侧为黄龙穆柯寨景区，西侧和北侧分别为西山文化公园和北山休闲公园，县城重要河流（石堡河）沿老城区南侧横向穿过，与两侧山体交相辉映。老城区南北宽约550米，东西长约1500米，总面积约83公顷，周边山体海拔高度为1001.31m～1596.31m之间。本文考虑结合石堡河以南连续界面设置观测点，以人眼可视区域山体背景景观为界，形成极具景观效果的山、城、河空间格局。

4.2 方法实现步骤

（1）设定观测点

本文明确将老城区范围作为建筑高度控制区域，以石堡河以南连续界面作为最佳观测点选择区域，以人眼可视区域内山体背景景观作为观测对象。在此基础上，通过ArcGIS10.2软件，根据观测点人眼的高度和位置生成观测点3D高程数据。通过对比分析，本文结合石堡河以南观赏效果好、居民休闲活动较为密集的穆柯寨广场、景观木栈道、健身步道等重要位置确定7个连续观测点。

（2）计算各观测点对应控制区域建筑高度控制值

以观测点4为例：首先，利用ArcGIS10.2中提供的“天际线”工具，构建该观测点观测到的山脊天际线（图1）；其次，利用“要素折线转点”工具提取点要素，通过“添加表面信息”工具获取每一个折点的高程值H，同时，为保证山脊线以下20%山体不被遮挡，本文考虑将每个折点向下偏移0.2H，通过ArcGIS10.2中提供的“创建Tin”工具，将观测点与偏移后的折点生成一个视线控制面；接下来，借助“创建渔网”工具生成点阵，并通过“添加表面信息”工具分别将地形表面高程值及视线控制面高程值添加至点阵的属性字段内；最后，通过点阵对应的高程值相减得到建筑高度控制值（图2）。按照以上操作方法，依次对石堡河南岸7个观测点进行逐个计算，最终得到7个视域范围对应的建筑高度控制值。

图1 ：观测点4视域内山脊线范围

图2 ：观测点4建筑高度控制值

（3）多个观测点综合叠加分析计算

通过以上操作获得7个观测点对应建筑高度值之后，需要对多个观测点建筑高度值进行综合叠加分析计算，本文借助ArcGIS10.2中提供的“连接字段”工具，通过计算对应各点高度最小值，从而得到各点对应位置的建筑高度控制值。但是，以上得到的建筑高程控制是一个连续变化的值，高程控制点较密，虽然整体精确度较高，但控制性详细规划阶段尚未形成建筑设计方案，不能具体确定控制对象，故以高密度的点阵形成的高度控制值无法指导以地块为单位的建筑高度控制。本文提出以地块为单位，借助ArcGIS10.2中提供的“空间连接”工具将点阵与用地地块进行空间连接，通过计算地块内各点建筑高度的平均值来确定地块平均控制高度，为控制性详细规划阶段建筑高度控制提供参考（图3）。当然，在修建性详细规划或者城市设计阶段建议参考前者进行优化，通过具体建筑对应位置内点的最小值来确定建筑高度。

图3 ：各地块建筑高度综合控制值

4.3 综合控制结果

鉴于连续多变的山体背景景观天际线及老城区范围内自身地形起伏的影响，在满足视线控制要求前提下，各地块建筑高度控制值有所差异，总体上遵循由滨河到山脚逐步递增的趋势。整个老城区范围内建筑高度大概控制在0-75m之间，滨河区域建筑高度控制较为严格，部分地块原则上不超过12m。经过与近期已改造完成地块的对比，发现部分地块建筑高度已明显突破了建筑高度控制值，这与实际观测结果一致。

5 结语

鉴于现有建筑高度控制方法的局限性，本文基于GIS技术平台提出了以保护山体背景景观为目标的山地城市建筑高度控制方法，并应用此方法对黄龙县老城区建筑高度进行分析计算，验证了其可行性。该方法对现有建筑高度控制方法进行了改进，进一步拓展了山地城市建筑高度控制方法，具有一定的启示和借鉴意义。