基于人体测量的小户型室内空间舒适性布局方法

曹峻博

(兰州文理学院 美术学院,兰州 730010)

0 引 言

由于我国人口众多,国土面积有限,住房结构也在不断的发生着改变,户型的微型化、自由化、年轻化已经成为现今户型发展的主流趋势,这也迎合了年轻人与工薪阶层的需求。对于小户型居民建筑,其室内空间布局是各类布局问题中较为复杂的一种,小户型室内空间布局需要考虑的因素较多,涉及面广,直接关系到小户型住宅的整体性能好坏。通常情况下,小户型室内空间布局会受房间尺寸、功能等因素的约束。而舒适性是目前人们最关注的小户型指标之一,为了提升小户型室内居住的舒适性,对小户型室内空间进行合理的布局是现今建筑领域重点研究课题之一[1]。由此可见,对小户型室内空间进行舒适性布局具有重要的现实意义。

目前国内对小户型室内空间布局有较多的研究成果[2]。就现有的小户型室内空间舒适性的布局方法,其均存在空间利用率低、复合性差的缺陷,无法满足小户型室内空间布局的需求。为了解决上述问题,笔者引入人体测量技术对小户型室内空间舒适性布局方法进行优化与研究。人体测量技术主要是通过人体整体或局部测量对对象特征、类型与发展进行探讨,通过人体测量技术的应用,可以从人体感官角度出发对小户型室内空间进行合理的布局,以此为基础,提升小户型居住的舒适性。同时,设计仿真对比实验对提出的小户型室内空间舒适性布局方法性能进行测试与分析。

1 小户型室内空间舒适性布局的优化

小户型室内空间舒适性布局主要是将家居场景进行合理放置,以家居场景为布局对象；小户型室内空间为布局容器。对小户型室内空间的布局,首先需要对小户型功能进行确定,进而对室内空间结构进行功能划分,对功能区域的位置与大小进行确定,最后根据功能区域的大小对家居进行相应的选择[3]。以上述思想为基础,对小户型室内空间舒适性布局方法进行设计。

1.1 基于人体测量的室内小空间场景组织设计

为了对小户型室内空间进行舒适性布局,对室内场景组织结构进行相应的定义,主要将小户型室内场景结构划分为3个层次,分别为场景、功能区域和家具[4]。具体情况如图1所示。

图1 室内场景结构层次示意图

如图1所示,第1层表示整个场景；第2层表示户型结构与功能区域,指小户型室内空间中具备居住行为与使用功能的区域；第3层表示具体的家居用具[5]。

为方便下述室内空间布局模型的构建,对室内场景组织结构进行定义,采用L=(G,R)表示小户型室内空间的布局。其中G表示的是功能区域集合,集合表示为G={G1,G2,…,Gn},每个功能区域属性集合表示为

Gi=(t,x,y,θ,lx,ly)

(1)

其中Gi表示第i个功能区域；t表示功能类型；(x,y)表示功能区域位置；θ表示功能区域的朝向；lx,ly分别表示功能区域的长与宽。

R表示小户型室内场景元素集合,集合表示为R={V,D},其中V表示小户型结构投影到平面上的多边形顶点集合,采用V={vi|i=1,2,…,m}进行表示,相邻的两个顶点进行连接即表示一面墙；D表示门,采用D={dj|j=1,2,…,l}进行表示,每个门表示为

Dj=(x,y,α)

(2)

其中(x,y)表示门洞的中心坐标；α表示门洞的朝向。

通过上述过程完成室内场景组织结构的定义,为下述室内空间布局模型的构建提供便利[6]。

1.2 室内布局属性取值概率分布

以上述定义的室内场景组织结构为基础,采用人体测量技术构建室内空间布局模型[7]。具体的构建过程如下所示。

室内空间布局模型主要依据布局容器的特征对布局对象的属性进行分布。首先对布局容器的特征以及布局对象属性进行定义,其次选取多个布局合理的室内场景样本,对其相关信息进行提取,对室内空间布局模型进行构建[8]。

图2 布局容器几何特征示意图

对小户型室内空间布局,室内空间轮廓在平面上投影得到的封闭空间即被称为布局容器。布局容器几何特征示意图如图2所示。

如图2所示,布局容器几何特征主要有4个,分别为入口位置、户型面积、长宽比与形状伸展度。

其中入口位置为(Ex,Ey)；户型面积为S；长宽比为Q；形状伸展度为C,则布局容器几何特征由特征向量F=(Ex,Ey,S,Q,C)。

布局对象属性如式(1)所示。依据布局容器几何特征与布局对象属性对室内空间布局得分进行计算,计算公式为

(3)

其中p表示功能区域布局属性的取值概率分布。

而室内空间布局模型主要是对p进行计算。其模型为

p=∬Gi*Dj/β2

(4)

其中β2表示计算因子。

通过上述过程完成了室内空间布局模型的构建,为室内场景元素的适配提供工具支撑。

1.3 小户型室内场景元素的适配

以上述构建的室内空间布局模型为基础,采用模糊理论对舒适性指标进行定义[9]。具体定义过程如下所示。

根据研究发现,舒适性主要由容积率、采光率、噪声、通风以及保温性5个指标决定[10]。小户型室内空间布局舒适性模糊综合评价情况如表1所示。

表1 小户型室内空间布局舒适性模糊综合评价情况表

依据表1对舒适性指标进行定义,得到舒适性指标表示为

(5)

其中ζ1,ζ2,ζ3,ζ4,ζ5分别表示容积率、采光率、噪声、通风以及保温性。

通过上述过程完成了舒适性评价指标的设置,为下述室内场景元素进行适配[11]。

以式(5)得到的舒适性评价指标为依据,对室内场景元素进行适配[12]。具体适配过程如下所示。

对小户型室内空间布局,只有在功能区域中适配上具体的场景元素,才能得到完整的小户型室内空间布局场景[13]。为完成某种功能的家具组合,采用语义文件对功能区域的属性进行描述[14]。室内场景适配示意图如图3所示。

图3 室内场景适配示意图

由图3可知,空心点表示已知的点集；实心点表示目标点[15]。通过上述过程完成了室内场景元素的适配,实现了小户型室内空间的舒适性布局,为住户提供更加舒适的生活环境。

2 实验结果分析

实验采用某地区某80 m2建筑,该建筑材料具有多元性,属于小户型建筑,符合文章实验要求。图4为该建筑的实际外观图与外立面图。

图4 建筑外观图 图5 项目外立面Fig.4 Architectural appearance Fig.5 Project facade

上文实现了小户型室内空间舒适性布局方法的设计,但是对其是否能解决现有方法存在的问题还无法确定,因此,设计仿真对比实验对提出方法的性能进行测试与分析。

在实验过程中,笔者采用提出方法与现有方法进行对比实验,由于布局方法的不同,其过程也存在较大的差距,为了保障实验结果的准确性,对实验外部环境参数进行统一设置,采用第三方软件对实验结果进行记录与分析,通过空间利用率与复合性检验方法性能,具体实验结果分析过程如下所示。

2.1 空间利用率对比分析

通过实验得到空间利用率对比情况如表2所示。

表2 空间利用率对比情况表

如表2数据显示,笔者方法与现有方法空间利用率数值存在着较大的差异,说明实验数据有效。笔者通过对比发现,提出方法的空间利用率远远的高于现有方法,最大值可以达到91%。

2.2 复合性对比分析

图6 复合性参数对比情况图Fig.6 Comparisons of composite parameters

复合性指的是室内空间功能性的满足程度,复合性参数越高,则小户型室内空间布局合理性越好。通过实验得到复合性参数对比情况如图6所示。

如图6数据所示,提出方法与现有方法复合性参数存在较大的差异,说明实验数据有效。通过对比发现,提出方法的复合性参数远远的高于现有方法,最大值可以达到9.0。

通过实验结果显示,笔者提出的小户型室内空间舒适性布局方法极大的提升了空间利用率与复合性,充分说明提出方法具备更好的布局合理性。

2.3 空间扩充视觉效果对比分析

为适应住宅的可持续发展,设计者将空间纵向划分开,起居室、餐厨空间、书房以及卧室4者在各自分化的功能空间中,又相互连接和互通,客观的削弱了功能空间。形成在整体空间的切割,却又相互扩充的设计效果,增加了空间的互动性和开敞性,实现了更多功能的可能性。不同方法下空间扩充视觉效果对比如图7所示。

a 文献[3]方法 b 文献[4]方法 c 笔者方法

3 结 语

笔者提出小户型室内空间舒适性布局方法极大的提升了空间利用率与复合性,为住户提供更加舒适的生活环境。但是该方法的空间利用率与复合性依然存在较大的上升空间,需要对小户型室内空间舒适性布局方法进行进一步的研究与优化。