基于大数据的城市商业景观公共设施设计模型研究

水 源

(合肥学院 艺术设计系，安徽 合肥 230001)

随着社会经济的快速发展，城市商业景观以及公共设施和植物景观设计得到了广泛的关注[1].由此对该方面的研究越来越多，例如：低碳环保、人性化的公共设施,绿色经济的商业空间建设以及带有创意的植物景观等受到了人们的关注与喜爱[2].然而商业景观公共设施区域利用的不合理就会造成灰空间，只有商业景观与建筑协调发展，才会实现区域空间的利用最大化[3].城市商业空间类型以及元素要尽可能多元化，城市商业景观中植物、水体以及硬质的景观与公共设施进行高效地利用，使地域空间与特色的景观文化空间相融合[4].因此，如何形成生态自然的城市商业景观公共设施环境，营造绿色环保的消费理念，体现具有城市特色的商业景观公共设施环境特点，形成城市商业景观性的自然绿洲成为当前该领域首要解决的问题[5].而对城市商业景观公共设施设计进行研究成为解决上述问题的有效途径，具有重要的现实意义[6-7].

文献[8]提出一种商业城市公共设施设计方法.该方法首先以城市环境为研究的主要内容，对人的行为特点与需求进行分析，将城市公共的服务设施以及公共空间环境等作为评价城市环境适宜居住的主要因素，同时对城市居住环境的特点分布进行研究.以城市哈尔滨为例，对城市居住环境的适宜性以及不同层次的人群需求情况进行分析.针对不同需求情况做出不同公共设施的优化措施，但该方法存在区域分级化的问题.文献[9]提出一种基于包容性理论的城市自然景观与公共设施相融合的设计方法，该方法首先对城市的交通基础设施相关的概念进行分析与阐述，对城市当前的基础设施的发展以及面临的问题进行概述，通过对上述分析，提出了城市商业景观的公共设施设计的主要思想，以此对城市景观公共设施策略进行探讨与研究，该方法较为简单，但存在不能使地域特色与空间特色相融合的问题.文献[10]提出了一种基于景观原则的城市基础公共设施设计方法，该方法首先对城市的公共设施理念以及目标原则进行研究.对国外优秀的城市公共设施设计进行探讨，基于设计理论对城市公共设施中存在的问题提出改进意见，并指出未来发展的方向.同时加强对城市公共设施的管理与维护，达到美化城市环境的目的，但该方法存在设计过程较为复杂的问题.

针对上述问题，提出一种基于大数据的商业景观公共设施设计模型.实验结果表明，本文方法不仅提高了人们的生活质量，还形成生态自然的城市商业景观公共设施环境，实现区域空间的利用最大化，具有广泛的应用价值.

1 城市商业景观公共设施设计研究

首先依据景观生态学理论从景观自然性、视野的开阔性、公共设施的多样性、景观奇特性和整体协调性等五个方面进行可量化表达，结合景观生态学理论进行可量化表达，利用三维模拟空间分析技术建立景观公共设施公平指数模型完成对城市商业景观公共设施设计研究.具体步骤如下.

1.1 基于大数据的城市商业景观公共设施特征指数构建

城市公共设施中以商业景观为主，以植被、道路和路灯等其他公共设施为辅，其中城市商业的自然景观与公共设施建设对人们的生活有着重要的影响.城市商业景观公共设施大数据模型结构如图1所示.

图1 城市商业景观公共设施大数据模型结构图

在图1的基础上，再依据景观生态学理论，结合城市商业景观的特点，从五个方面进行可量化表达，五个方面包括景观自然性、视野的开阔性、景观公共设施的多样性、景观奇特性和整体协调性.

(1)景观自然性是指城市中植物的分布以及生长的状况，城市商业景观的自然性是由植被的覆盖率进行表达.植被覆盖率主要是指树木、草坪和一些植物所覆盖的面积占城市区域总面积的百分比，主要反映了城市商业景观中的植物密度，植被覆盖率越高表示商业景观的自然性就越强，植被覆盖率公式为：

(1)

公式(1)中，Cv表示植被的覆盖率，Sv表示植被覆盖的总面积，A表示城市商业景观的总面积.

(2)城市景观的视野开阔性主要指人身处在城市景观中视野开阔的程度，狭小的景观建筑影响着局部商业景观的环境，给人带来负面的视觉感受.由此利用建筑景观的密度以及建筑景观的拥挤度来衡量商业景观的视野开阔性.

建筑景观的密度主要是指景观底面覆盖的面积占城市区域面积的百分比，反映商业景观在水平方向上密集的程度，商业景观密集的程度越大则表示视野开阔性就越低，表示公式如下：

(2)

公式(2)中，Cb表示城市建筑景观的密度，sbi表示第i个建筑景观的底面积，n表示城市商业建筑景观的总数.

建筑景观密度主要是人们行走时关注的视野开阔度，当以一种全面的角度审视景观群体空间时，建筑景观的拥挤度可更好地描绘出景观视野中的开阔度，能很好地反映出景观在建筑空间中的分布密度，分布密度的指标值越大，则表明拥挤度就越高，开阔性就越低.可用公式表示为：

(3)

公式(3)中，SCb表示建筑景观空间的拥挤度，Vbi表示第i个建筑景观的面积，max{Hb}表示城市商业建筑物景观最大的高度值.

(3)城市景观公共设施的多样性要素能给人们带来视觉上的冲击与新鲜感，满足不同层次的需求，景观公共设施的多样性包含构成的成分以及色彩的丰富程度等. 由此本文提出采用城市商业景观的色彩以及组分构成，利用商业景观组分的复杂度表示景观公共设施的多样性.

商业景观组分的复杂度能反映商业景观色彩以及构成元素的多样化，可用公式表示为：

F=CR*TY

(4)

公式(4)中，F表示商业景观组分的复杂度，CR表示景观色彩的种类，TY表示景观的类型.

可用景观的分维数表示商业景观形状的复杂度，城市中的建筑有不同的形状体，给城市增添了特色.平均分维数越大，则表示建筑景观的形状就越复杂，城市建筑景观的平均分维数可用公式进行表示为：

(5)

公式(5)中，FDb表示建筑景观的平均分维数，Pbi表示建筑景观i的底面积周长，Sbi表示建筑景观i的底面积.

(4)景观的奇特性主要影响景观公共设施对人们的吸引力，城市商业景观主要由大量的建筑群体构成的，容易形成同样的风格，可利用建筑体积的优势度进行衡量城市商业景观的奇特性.

城市商业景观的体积优势度主要表示景观的多样性对最大多样性偏离的程度，建筑景观优势度主要描述城市建筑群少数体积大的建筑体控制程度，控制值越大，则表示某一建筑体占优势，通常优势度较大的建筑景观具有社会文化功能，为标志性城市建筑物.参照商业景观的优势度的定义与计算的方法，可将指数计算为：

(6)

公式(6)中，Hmax表示多样性的指数，Pbi表示建筑景观i的体积占建筑景观总体积比例.

(5)城市商业景观的协调性主要指景观公共设施元素间的协调性，包含建筑景观与自然植被间的搭配，利用自然景观和人工景观的体积比例进行表示.

城市商业景观主要由自然元素与人工元素构成，人工元素构成的主体是房屋建筑，自然植被是自然元素的主要内容.建筑景观中包含了人文精神满足活动功能需求，景观空间建筑与植物比例的协调搭配较为重要.自然景观与人工景观所占比例的相宜性能给人们带来最佳的视觉享受，可用公式进行表示为：

(7)

公式(7)中，CO表示自然景观与人工景观相宜的指数，VV表示城市自然景观总的体积，Vb表示城市人工景观总的体积.

1.2 建立城市商业景观公共设施公平指数模型

结合上述依据景观生态学理论对城市商业景观公共设施特征指数的构建，利用三维模拟空间分析技术建立景观公共设施公平指数模型进行城市商业景观公共设施设计.可达性为城市商业景观公共设施的吸引力指数与隔离的函数，由公式(8)进行表示，景观公共设施与空间影响的模型基础为：

(8)

公式(8)中，Wj表示为景观公共设施的引力指数，Sij表示景观空间距离，主要是i到j的景观距离.城市商业景观公共设施特征依据公式(8)，构建城市商业景观公共设施指数的模型为：

(9)

公式(9)中，Eij(k)表示商业景观公共设施j(k)在建筑空间i的公平指数，i=1,2,3,…,I，k表示商业景观公共设施的第k类设施，k=1,2,…,k，wj(k)=Qj(k)/Qk，wj(k)表示k类设施中第j个设施影响的系数.

Sij表示城市商业景观公共设施的分布与使用者区位间的空间距离，a表示空间距离的参数，a的取值范围为1至2之间，取值为2时较多，本文商业景观公共设施指数的取值为2.由此建筑空间i中k类的第j个景观公共设施的分布公平指数为：

(10)

由此，商业景观空间i内城市商业景观公共设施公平指数的总值为：

(11)

公式(11)中，Ti表示第i个城市建筑空间景观公共设施分布的总体公平指数.

(12)

公式(12)中，T表示城市商业景观公共设施的公平指数之和，由此完成对城市商业景观公共设施设计研究.

2 实验结果与分析

为了验证基于大数据的城市商业景观公共设施设计模型的有效性，需要进行一次实验，在Matlab2016环境下搭建城市商业景观公共设施设计平台.实验数据来自某个城市的某一区域.表1表示本文方法与文献[8]、文献[9]所提方法的商业景观公共设施的多样性对比.

表1 不同方法商业景观公共设施的多样性对比

对表1进行分析可知，本文所提方法商业景观公共设施的多样性明显高于文献[8]与文献[9]所提方法，本文所提方法的商业景观公共设施的多样性的构成成分有十种类型，色彩的丰富度达到88%，由此说明本文所提方法具有多样性，而且还能满足人们视觉上的感受.图2表示本文方法与文献[9]、文献[10]所提方法的商业景观公共设施植被覆盖率(%)对比.

对图2进行分析可知，本文依据景观生态学理论所提方法的植被覆盖率明显高于文献[9]与文献[10]所提方法，其中，文献[9]所提方法随着植被面积的增加，植被覆盖率波动较明显，且植被覆盖率最高时也没有超过40%，说明该方法可行性较低. 而本文方法的植被覆盖率随着植被面积的增加，有逐渐上升的趋势，由此可说明，本文所提方法具有可行性，能有效地提高植被覆盖率，做到低碳环保，还可吸收二氧化碳.图3表示本文所提方法与文献[8]、文献[9]所提方法的二氧化碳吸收量(%)对比.

图2 不同方法下植被覆盖率对比

图3 不同方法下二氧化碳吸收量对比

由上述图2的植被覆盖率对比对图3进行分析可知，文献[10]所提方法的植被覆盖率虽然不低，但由图3能看出，二氧化碳的吸收量却较低，由此说明，文献[10]虽然植被覆盖率不低，但存在种植的植被吸收二氧化碳的能力较差，而本文利用三维模拟空间分析技术进行商业景观公共设施设计不仅植被的覆盖率高，且对二氧化碳的吸收能力也较好.图4表示本文所提方法与文献[8]、文献[9]所提方法的空间占用率(%)对比.

图4 不同方法下空间占用率对比

分析图4可知，本文提出的利用三维模拟空间分析技术进行商业景观公共设施设计的空间占有率相比较文献[8]与文献[9]所提方法的空间占有率较高一些，而文献[8]所提方法虽然空间占有率波动一直较平缓，但随着植被面积的增长，波动曲线有所下滑.本文所提方法虽然也会随着植被面积的增长，空间占有率也会有波动，但整体属于上升趋势. 由此说明利用三维模拟空间分析技术进行商业景观公共设施设计能有效提高人们的生活质量，实现区域空间利用的最大化.

3 结束语

采用当前方法不能有效地提高人们的审美观念，无法创造出属于城市的特色商业景观公共设施设计.由此需要更多地关注商业景观公共设施的设计与使用问题，引导人们对环境的审美意识.为此，提出一种基于大数据的商业景观公共设施设计模型.由实验表明，通过对商业景观公共设施进行设计，使低碳环保的观念深入人心，构建出人与自然环境的和谐发展.