毛细现象和城中村更新――北京旧城改造中的参数化设计研究_图文

1、ISSUE 6 DEC. 2014 / JOURNAL OF HUMAN SETTLEMENTS IN WEST CHINA / 036毛细现象和城中村更新北京旧城改造中的参数化设计研究Capillarity Phenomenon and the Renewal of Urban VillagesR esearch on the Parametric Design During the Reconstruction of Beijing Old City 徐 丰 王立春 XUFeng,WANGLichun摘 要 对北京城中村区域在城市化进程中的演进可能性进行研究。采用参数化技术建立以城市功能模

2、块及人群流动为概念起点的动态化城市区域模型及设计原型, 以此对城中村的激活和城市肌理的演进提出多维度保护与发展的新思路。关键词 参数化;旧城改造;原型;城中村;动态组织Abstract:TheArticleisbasedontheresearchonBeijingurbanvillageevolution.TheAimoftheresearchistosetupadynamicurbanorganisationalsystemdrivenbydifferenturbanflowsanddistributionofurbanprograms,whichleadtowardsanurbanprot

3、otypemodel,asawaytounderstandurbanprocessinordertoproposeanalternativethinkingforurbanvillageevolution.Keywords:Parametric;UrbanEvolution;Prototype;UrbanVillage;DynamicOrganisation1议题北京城如同树木年轮一般,一圈一圈地向外扩张、发展。这种演进式发展的最初可以追溯自金、元至明清时期。在北京这样的古都的演进过程中,如何对待历史上形成的城市中心生活区,保护历史造就的城市特征,处理传统城市空间与现代都市元素的关系,促进传统

4、与现代的共生都是不可回避的问题。笔者针对北京城中村区域进行了相关研究,探索北京在城市化快速发展进程中面临的深刻危机和挑战。在为期两年的研究中,我们试图挑战传统的设计方法,提炼可能控制、影响城市形态的动态因素,诸如城市和经济的发展、环境、人口的流动和迁徙等。城市作为一种连续不断的流动体系,与广义的自然环境存在着一定的差异。我们挑战城市作为一种固化物永久不变的概念,提出城市作为不断流动的体系,在回应诸多影响因素过程中生长、变化和演进。整个研究阶段的重点在于如何回应影响城市发展的动态因素,并在其影响下创造一个流动循环的城市体系。我们探索数字技术,在现存的城市环境中编排动态交互的复杂城市环境;基于对数

5、字工具的探索生成和控制动态模型,设计者可以通过各种经验和假设与参数发生互动。我们的关注点在于让参与者的回馈和评价透过视觉表象去回应生态、土地、水、矿物等各种问题的方法,这样的导出我们称之为建筑(图1-2。近些年,随着中国社会的发展,城市化进程的速度越来越快,一些棘手的城市发展问题也随之出现。改革开放以来的30年间,中国的城市规模迅速扩大,原先分布在城市周边的村庄在城市的发展中被迫进入城市规划范围,村子被一栋栋高楼大厦围绕,最终形成了相对闭塞的城中村式的村落形态。本项目试图通过对某种物理现象(毛细现象和渗透现象的研究,从中找到一些可以DOI: 10.13791/ki.hsfwest.201406

6、08徐丰, 王立春. 毛细现象和城中村更新北京旧城改造中的参数化设计研究J. 西部人居环境学刊, 2014, 29(06: 36-42.中图分类号 TU983文献标识码 A文 章 编 号 2095-6304(201406-0036-07作者简介徐丰:W AX建筑工作室,建筑师,xufengnet王立春:W AX建筑工作室,建筑师2014年第6期 / 西部人居环境学刊 / 037 为城市设计所用的物理意义,来解决某种城市化发展问题,从而探讨未来城市发展的方向。 项目基地位于北京市四惠区域,西北侧是北京中央商务区。基地与外界相对孤立,北侧隔着通惠河与中央商务区相望,北京东站的铁路和火车站将基地与南

7、部住宅区分隔,东侧为四环高架桥,每天都有大量车辆往来。由于场地的这种特殊性,其主入口只能设置在西侧的沿街面上,但长达1000m的纵深让人群很难充分进入场地。常年来,如此之好的地段却因管理和经济扶持的缺乏、交通的相对闭塞而环境日渐恶劣,尤以基地东南侧为甚。随着原住民的搬迁,基地内居住人口变得繁杂。在此居住的人们由于生活水平的低下,渐渐与外界处于隔离状态,使此地成为了被周边建筑群包裹着的城中村(图3。除了东南侧的城中村,场地内还设有北京东站、八王坟长途汽车站、杂货市场等。由于人员构成的杂乱和管理的缺乏,这些地区也存在着同样的环境恶劣的问题,脏乱差的城市环境不但破坏了城市形象,也对人们的安全、健康造

8、成了威胁(图4-6。 2构思:连接中央商务区和南部住宅区由于场地的特殊地理位置,中央商务区和南侧住宅区的规划和发展都相对比较成熟。通过信息收集和分析,将这个地区未来的业态发展定性为大型市民活动场所,商业步行街区为最佳。配套的高级商务和酒店服务可加快人流速度,快速激活整图1北京旧城航拍图Fig.1mapofBeijing图2研究项目场地位置Fig.2siteoftheresearchproject图3场地周边情况Fig.3contextofthesite图4场地周边交通状况Fig.4thetrafficconditionaroundthesite图5场地周边主要楼盘情况Fig.5thehouse

9、saroundsite图6场地内部功能混杂Fig.6thecomplexfunctionsonthesiteISSUE 6 DEC. 2014 / JOURNAL OF HUMAN SETTLEMENTS IN WEST CHINA / 038 个地区,在带动区域发展的同时连通中央商务区与南部住宅区,促进人流的城市穿越(图7-8。3数据收集、整理与分析 在前期的数据分析阶段,从基地所在的宏观片区进行信息收集和整理,并推导出基地周边的主次路网关系、一天内不同时间段的人口密度分布、道路交通压力以及人流动线对道路交通的影响等,从而分析出基地中的优劣因素,把握好设计需针对的问题和解决方向。之后通过收集

10、和整理较微观的基地周边城市主要干道、道路噪音、火车站、景观带、地铁站(远、近、公交车站、长途客运站等方面的相关数据,分析出各因素对场地的影响,推导出场地中各层次空间的尺度以及公共空间、商业、住宅、办公等不同功能的用地价值(图9-11。4前期数据分析的参数化软件支持采用Rhino软件的Grasshopper插件对前期数据进行处理,通过链接不同的数据输入和输出值,在Grasshopper里设定区间取值,以等高线的方式把数字的峰值和谷值直观地表现出来。同时可在Grasshopper 里链接不同的场地影响因素,观测它们之间相互影响的可能性。图8未来场地功能配置的可能性Fig.8thepossiblef

11、uturefunctionalallocationsofthesite图9周边城市环境对场地的影响Fig.9theimpactofsurroundingurbanenvironmentonthesite图10周边城市环境对场地的影响Fig.10theimpactofsurroundingurbanenvironmentonthesite图7现状功能分析Fig.7theanalysisofexistingfunctions2014年第6期/西部人居环境学刊/0395抽象的物理和计算机实验阶段 项目的目标是设计一个链接中央商务区与南部住宅区的区块,在最终设计成果中最为强调的是对城市穿越性的优化,这

12、一改善场地相对闭塞的状态的目标决定了设计过程中对物理实验方式的选择。由于毛细现象呈现出来的扩散效果与场地中的人流渗透与穿越非常类似,所以设计中选择毛细现象进行了大量的物理实验,包括宣纸与墨水垂直接触时随时间推移墨水在宣纸上产生的形态变化、墨水滴在显微镜下水平放置的宣纸上后随时间推移在宣纸上产生的形态变化、彩色墨水与宣纸接触后产生的图案等不同方式的实验。 通过更改墨水的密度和纸张的材质并进行多次实验,最终归纳出毛细现象的基本规律,并在计算机中模拟了墨水的流动过程与纸质纤维之间的关系(2D与3D。从模拟图中可以清晰地看出,纸质纤维与墨水之间存在着一种引导和被引导的关系(图12。6与场地结合的物理实

13、验通过设计前期的数据收集、整理与分析,得到了项目用地中不同功能用地的价值;在物理实验中,发现纸质纤维在毛细现象中起到了引导墨水流动的作用。将这两步工作进行整合,即可将收集到的用地价值分析数据具象为可用于物理模拟的可视化的无线网格网络(mesh面(图13。 之后尝试将物理实验与得到的用地价值基础面进行结合,发现了以下两种现象,并分别对其建筑性进行了大胆假设。(1通过单体物理模型实验,发现不同材质的纸张与墨水之间的作用结果不一致,而影响作用结果的因素大致可归纳为四点:墨水在纸张上的流速、墨水流经纸张过程中的渗透量、墨水渗透后对纸张的影响面积以及墨水流经纸张的路径长度。如果假设墨水的流动代表人流动向

14、,纸张代表不同的功能建筑,则上述四个因素可以分别对应为人流穿越场地的速度(墨水在纸张上的流速、场地内建筑对人流的拉动性(墨水流经纸张过程中图11周边城市环境对场地的影响Fig.11theimpactofsurroundingurbanenvironmentonthesite图12墨水实验Fig.12inkexperiment图13计算机模拟墨水流动的强度分布,通过带高度的网格曲面表示Fig.13theintensitydistributionofinkmovementsimulatedbycomputerISSUE 6 DEC. 2014 / JOURNAL OF HUMAN SETTLEME

15、NTS IN WEST CHINA / 040 图16对墨水实验进行归纳,与现实功能进行适配Fig.16theanalysisoftheinkexperimenttoadaptwith actualfunction图17计算机内对墨水实验进行模拟研究Fig.17thesimulatedstudyoftheinkexperimentincomputer 图18在场地中进行墨水实验,研究墨水从多点发生的运行轨迹和积聚方式Fig.18 theinkexperimentonthesite图14墨水实验,研究墨水在带高度的纸面上流动渗透的现象Fig.14inkexperimentonfoldedpape

16、rtostudytheflowandpenetrationphenomenon图15墨水实验,研究墨水在带高度的纸面上流动渗透的现象Fig.15inkexperimentonfoldedpapertostudytheflowandpenetrationphenomenon的渗透量、建筑进深与人流可达性(墨水渗透之后对纸张的影响面积、场地内部的可达性(墨水流经纸张的路径长度 (图14-15。在实验中选用了不同材质的纸张,选择现象差异最为明显的四种纸张进行对比后,发现可将不同纸张与不同的建筑功能进行类比,如:墨水在宣纸上流速慢(人流穿越场地的速度慢,墨水流经宣纸的渗透量多(场地内建筑对人流的拉动性

17、大,墨水渗透之后对宣纸的影响面积大(建筑进深与人流可达性高,墨水流经纸张的路径长度短(场地内部的可达性差,宣纸所对应的建筑性质恰好符合商业建筑所具有的特征。同时一一整理分析卡纸、打印纸和硫酸纸的性质特征,并将其分别对应于公共空间、住宅建筑和办公建筑所具有的建筑性质(图16。(2在计算机中,仍然采用R h i n o Grasshopper对之前生成的Mesh面赋予材质属性,并进行滴墨模拟。在算法上用粒子系统模拟墨滴的运动,并追踪粒子在Mesh面上的运动轨迹,形成一系列样条曲线。随着初始设定的不同(位置、起始粒子数量、初速度、Mesh面坡度等,其运动的轨迹也会不同,从而得到如图17所示的模拟的墨

18、水路径。(3通过进行大量的单体物理实验和计算机模拟实验,让实验产生的结果通过数据可控后,在整个基地上进行物理实验模拟。选择单一的效果明显的材质作为主要的实验用材,以增强实验结果的可观察性。从整个场地的物理实验中发现了另一个可用的实验建筑性:利用宣纸的折叠拼接来模拟前期分析所得出的用地价值基本面,在物理模型上进行滴墨实验,得到的结果明确地显示了滴墨点、墨水流经路径和墨水扩散点的位置及关系。之后发现可将结果假设为可以人为控制的场地入口(滴墨点、希望在场地中大量聚集人群的区域(墨水扩散点以及从场地入口引导人流进入场地、到达目标区域的路径(墨水流经路径(图18。通过上述两个现象和所假设出的实验建筑性,

19、归纳出此次设计中可以运用到的逻辑工具,即可以通过设置场地入口(滴墨点、人群聚集区域(墨水扩散点和不同的功能区域(纸张材质来影响人流(墨水路径的方向、速度并对人流的被拉动性和可达性进行优化(图19。7针对项目基地的设计由于前文已分析到的项目基地相对封闭的特殊性,设计概念被确定为分期建设:从场地周边的商业敏感地带入手,大量引进商业,为中央商务区、南部住宅区以及周边地区提供快捷的商业服务;当商业运作正常进行后,每个区域之间产生次中心区,用以连接两个边缘中心,从而既建2014年第6期/西部人居环境学刊/041 地分布不同， 分期建设中不同功能的建设 时段也不尽相同， 所以模拟产生的路径所 形成的空间也

20、存在着时间和空间上的差异 （图22-23） 。 对所得到的横向和纵向路径进行三维 转化， 即可形成较为完整且分期明确的三 维人流动线图（图24） 。 7.2 参数化工具的辩证使用 应当看到， 参数化工具（主要在Rhino Grasshopper内）的使用最大的优势是建立 图19 通过墨水实验定义场地中人流进入和汇集的点 Fig.19 defining the entering and assembling points based on the ink experiment 起从场地数据到抽象形态的关联， 通过场 地数据的分析和计算机里的重新处理， 在 场地内建立起一个动态的力场。这个力场 与

21、场地周边的因素如交 通、 城市功能、 气 立起地块边缘中心之间的联系， 又对人流 的城市穿越需求起到一定的辅助作用， 将 人流渐渐引入中心区域； 第三、 四阶段的目 标是发展更为密集的微中心区域， 进而建 立起整个基地的关系网络， 划分不同功能 用地中的人流路径， 实现最优化的城市穿 越； 最终通过人流的大量穿越和聚集来激 活整个区域（图19） 。 7.1 人流路径的确定 首先随机选择基地周边的入口以及基 地内部需要人流汇集的点进行人流路径模 拟。 同时变换不同功能用地价值的基本面 来影响模拟出的人流路径， 并将二维的平 面路径转化为三维的立体路径。 根 据 设 计 概 念，通 过 数 据 分

22、 析 得出 基地周边最具商业敏感度的区域， 将其设 定为计算机模拟的第一期基地入口。 选择 适用于商业功能的用地价值基础面和相对 应的纸张材质， 进行第一期计算机模拟。 分析得到的结果并选择次中心区的位置， 进 行 第二 期 计 算 机 模 拟。依 此 类 推 完 成 第三、 四期的微中心吸引人流的计算机模 拟。 当完成最后一期的计算机模拟后可发 现， 整个场地基本已完全被人流路径所覆 盖， 从而达到了设计概念所预期的场地激 活的目标（图20-21） 。 在垂直空间模拟时， 首先导入根据最 初收集的数据所分析出的基地功能用地价 值基本面。 由于不同的功能在基地中的用 候、 日照、水文等相互影响

23、， 在其作用下， 场地内部的功能布局、人流组织和密度分 布能够初步整合在一起， 通过一系列动态 三维路径图展示出来。从这个意义上讲， 三维人流路径图所展示的并非传统意义上 的城市布局或城市设计所指向的形态， 而 是数据在时间、 空间维度上的具象转译和 展示， 因此将三维人流路径图看作更高层 次的数据图也不为过。 在此基础上， 需对三维人流路径图进 行进一步的处理和转化， 才能形成传统意 义上的建筑和城市形态。 7.3 从人流路径到建筑形态的转化尝试 最终得到的人流路径结果明确分为四 图20 通过追踪人流运动形成随时间变化的轨迹线 Fig.20 the trajectory formed by

24、tracing human f low changing over time 图21 通过追踪人流运动形成随时间变化的轨迹线 Fig.21 the trajectory formed by tracing human f low changing over time ISSUE 6 DEC. 2014/JOURNAL OF HUMAN SETTLEMENTS IN WEST CHINA/042 图22 从剖面上研究轨迹线随时间的三维变化 Fig.22 the sectional analysis of the 3 dimensional change of trajectory over ti

25、me 图24 场地上的三维轨迹线构成， 说明人流随时间变化 在空间上的演绎 Fig.24 the 3 dimensional trajectory organization on the site 图25 场地上轨迹线的建筑形态转换与设计的生成 图23 从剖面上研究轨迹线随时间的三维变化 Fig.23 the sectional analysis of the 3 dimensional change of trajectory over time Fig.25 the architecture proposal based on trajectory transformation 个建设时间段。 尝试将最为简易的第一期 路径进行建筑建造优化后发现， 多数路径 由于不同功能的用地价值基本面的引导作 用偏向于同一方向，从平面图上可以清晰 地看到人流路径（未来的人流聚集地 道路网）和空