柯 彦

林月彬*

林碧英

刘 健

登高眺望是中国人自古以来就抱有浓烈兴趣的一种游憩行为，也是目前城市森林步道、山地型绿道游憩价值体系的一个组成部分[1-2]。对于“眺望”这一细分领域的科学研究，能够引导城市森林步道、登山游径、山地型绿道的合理开发，帮助城市内部山地区域恢复眺望游憩价值。同时，眺望景观又是城市景观优化控制的重要内容，其评价研究通常成为景观风貌导控、城市景观保护、城市特色塑造的重要参考[3-4]。特别是随着快速城市化的发展，如何避免“城-景”边界地带的建筑高度失控而对城市景观的完整性和独特性构成威胁，往往需要针对不同的景观对象，依据眺望景观或天际线的美学评价来制定专属的景观保护策略。如1938年英国对圣保罗大教堂及伦敦大火纪念碑周边建筑高度的优化，就是在眺望景观控制领域中做出的早期尝试[5]。此外，西村幸夫也在其著作《城市风景规划——欧美景观控制方法与实务》[6]中指出了眺望景观优化控制对于保护城市风景的重要性。

但目前，针对城、景交接过渡地带眺望景观控制的研究仍然较少[7-9]，且其中大部分是基于“由城观景”的角度提出相应的控制框架或方法[10-13]，但这并不完全适用于在城市山地区域发生的“登山望城”行为的实际情况。2018年，福州城市规划部门已经把打造“登山观城”视廊纳入“城市双修之景观风貌优化”的考量中，希望从城市山地这一特殊的“景”出发，通过对山地周边地带城市区域的眺望景观优化，保持城市发展的整体性和景观的融合度，同时构建以眺望游憩作为亮点的城市山地区域所独有的价值体系，满足当下民众对于健康生活、和谐人居环境营造等诸多需求，这为风景园林学学科提出了一个新的研究论题。

因此，本研究在福州城市双修总体规划中“登山观城”视廊建设的思路框架下，以福道所在山体周边城市区域的眺望景观为主要研究对象，基于ArcGIS三维城市模型对眺望可视域及天际线的空间层次构成情况进行分析与评测，并利用GIS进行眺望视线控制基准模型的导控模拟。以期为眺望景观优化控制领域的研究进行补充，同时为相关规划设计决策提供分析依据和基于景观可视化的技术支持。

1 眺望视域内建筑空间层次平衡度量化评价方法

天际线是现代意义的眺望景观最重要、最基本的资源构成部分[10]，以天际线相关指标的量化为基点进行量化评价研究，往往可以形成一些关于眺望景观控制的精准决策[14-17]。其中，“建筑空间层次平衡度”(layering equilibrium degree of the skyline)是由相对于观测者视线方向的建筑界面形成的不同空间层次所产生的视觉感知，是天际线形态美学评价和城市规划技术标准的重要指标[18-20]。视廊中不同层次建筑可视面积比例的均衡程度可以直观反映视线通达程度，影响观测者的认知愉悦程度，是眺望景观美学品质的一种表达。

因此，本研究在可视域分析的基础上，综合亚瑟·斯坦普斯(Arthur Stamps)的天际线美学理论和钮心毅提出的基于视觉影响的城市天际线定量评估方法，将3个观测区域范围按可视距离均等划分为近景、中景和远景(对应可视界面的第一至第三层)，分别用S1、S2和S3来表示由不同距离的建筑群落所形成的3层可视界面层次的面积，通过层次占比情况来反映天际线层次感的均衡程度。借助这一指标的数据进一步实现“由山观城”视角眺望景观优化控制模拟。

2 案例

2.1 研究区域概况

福道是全国首条采用“Treetop Walkway”设计理念[21-23]的全钢架空式无障碍山地步行系统，它位于福州市鼓楼区，闽江东侧，环线总长约19km，涉及的山地森林范围达175hm2。全长约6.3km的高架步道主轴线东起左海公园，西至闽江国光公园，横贯以金牛山为主的多座丘陵，串联沿线数十个山地公园绿地节点[24]。2018年8月，福道全程完工并向市民开放，它将原本相对封闭的城市山地林区变为了城市中最受欢迎的森林漫步区。

由于架空结构抬高了眺望者的站位、拓宽了眺望视域，福道几乎完全打破了传统地基型森林步道的眺望点布局，且步道建设本身也与以天际线、眺望景观优化为主要内容的“城-景”边界风貌导控有着直接联系：2017年3月22日，住房和城乡建设部下发《关于将福州等19个城市列为生态修复城市修补试点城市的通知》，福州成为全国第二批“城市双修”试点城市的排头兵，城市规划部门随即编制了《福州市“生态修复、城市修补”总体规划》。这份双修总规划以“青山入城”为主题，力图建立及维护“山山互见”“城内观山”“登山观城”3种类型的视线廊道。其中“登山观城”视廊的打造思路，就是摒弃被动的封闭式山地保护策略，利用各种形式的山地慢行系统主动将市民引入山地森林中，增强城市中心山体群的开放度，为市民提供更多的具有公共性和标志性的眺望点，将城市天际线和城市建设的面貌展现给公众，满足市民所渴求的眺望赏景、健身休闲的基本需求，进而凸显城市山地丰富的价值层次，激发全社会对城市山地的重视与保护；同时对“山-城”视廊的优化、眺望景观优化控制等课题进行评估论证，再逐步对山体周边城市区域的天际线、建筑空间构成、高度、体量、密度等建设要素进行导控。因此，福道项目实际上承担了“城-景”边界地带景观完整性保护、眺望景观风貌导控的试点任务。

2.2 确定眺望点和眺望区域

按照福州市双修总规，全市共规划建设26条“登山观城”视廊，金牛山作为重要试点，涉及“金牛山-大儒片区”“金牛山-闽江北岸片区”“金牛山-西湖片区”3条视廊的建设。因此，大儒片区、闽江北岸片区和西湖片区成为本研究的3个主要观测区域。对应3个片区的观测，本研究在福道线路中选择6个视野开阔且能够满足较大人流量聚集的观景平台或登山过程中的休憩集散点作为天际线观测点，每个片区分别对应2个海拔高度不同的观测点[25](图1，表1)。

图1 观测片区和观测点(作者改绘自参考文献[25])

表1 天际线观测点信息

2.3 基于ArcGIS的研究区三维可视化实现过程

本研究利用ArcGIS构建以福道所在山体为核心，向外辐射约4km范围的城市三维模型(人眼最大眺望视距约4km[4])。基础数据来源主要包括：比例尺1:1 000 000的福州市建筑(带高程数据)矢量图、利用Locaspce Viewer软件获得的研究区Google Earth影像图，以及WGS-84坐标系下的数字高程模型。另外，使用GPS仪(Unistrong-Z5)实地采集带高程坐标的眺望点和福道路线全段的SHP矢量数据，用于在三维模型中确定眺望点的准确位置。

在Arcmap中完成对各基础数据地理配准和几何校正的基础上，首先构建三维地形，主要包括城市自然景观的地形或数据，如山体、地形、河流水系，以数字高程模型(DEM)形式显示，将研究区地形基础数据导入ArcGIS Pro中的三维场景，系统根据其不同的高度信息浮动于地形上；再将二维的建筑矢量数据导入ArcGIS Pro，根据其原有的建筑高度信息进行多面体拉伸，完成建筑三维体模型；最后将三维地形与建筑模型合并叠加至同一场景，并导入城市其他道路水系数据，即完成三维城市模型的构建(图2)。

图2 福道周边城市区域三维城市场景叠加构建过程示意

3 量化评测结果

3.1 “登山观城”视廊眺望区域可视域分析

本研究模拟正常气候下游憩者在眺望点以最大视距4km所获取的可视范围，借助ArcGIS Pro中的3D Analyst模块在带建筑高程值和地形高程的栅格地表面，对6个优选眺望点进行可视域分析(View-shed Analysis)，获得视野面内遮挡的建筑和山体的可视域栅格图。根据像元大小，计算出各个眺望点视野面内的遮挡建筑物和地形可视面积(图3)。

图3 可视域面积统计

由分析结果可知，闽江北岸片区的B1眺望点所在的位置可视域范围最大，可以初步认为该眺望点视野辽阔，“山-城”眺望视廊通透性相对较好，不排除可能与所在地形高程为6个点之中的最高值有关。而面对大儒片区的A1、A2眺望点的可见视域面积最小，且面对相同眺望区域，海拔更高的眺望点A1并没有比低视点A2产生可视域面积的明显增量，可能与该片区建筑密度相对较大，且与山体距离过近，导致对眺望视野造成的遮挡。

3.2 视域内建筑空间层次平衡度量化评测

借助ArcGIS三维城市模型进行3个片区不同视距层次的障碍物分析，并获取天际线二维立面展开图(图4)，通过对不同层次建筑的识别和测算，得到关于3个观测片区对应的6条天际线的建筑层次均衡程度相关数据[25](图5，表2)。

图4 基于ArcGIS三维城市模型进行3个片区不同视距层次的障碍物分析

表2 6条天际线可视界面层次可视层比率

图5 天际线二维立面展开图

从中可以直观地发现：大儒片区视线方向的2条天际线建筑群形成的近、中、远3个不同层次的可视界面面积比例存在比较明显的失衡情况，尤其是可视界面的第一可视层占比很高。通过高视点A1获取的天际线轮廓平缓、缺乏起伏变化，第一可视层(近景)面积达到建筑可视界面总面积的62.20%，中景建筑体面积占比仅11.8%；通过低视点A2获取的天际线第一可视层(近景)面积占比高达81.70%，已接近第三可视层(远景)建筑的12倍之多，近景建筑的过度密集、体量过大，对于登山眺望者的远眺视线产生较大阻挡，这一数据表现与可视域分析的结果相互印证。另外，通过实地走访发现，该片区第一层面建筑多数为体量和密度较大、建筑风格和外形相近的高层商业住宅。这一类型的建筑群落对山地林区近距离的围拢应当是影响视廊通透、导致眺望视线受限的一个重要原因。

闽江北岸片区视线方向的2条天际线的建筑可视界面层次构成比例则完全相反，第一可视层(近景建筑群)相对弱势：2条天际线的近景建筑群面积占比均低于20%，通过高视点B1获取的天际线第二、三可视层(中、远景)的面积合计约为第一可视层(近景)的6.9倍。通过低视点B2获取的天际线第二可视层(中景建筑群)的面积占比也超过了50%。

西湖片区视线方向通过低视点C2获取的天际线同样存在近景建筑比例过大的问题。相对而言，只有西湖片区视线方向通过高视点获取的天际线C1的近、中、远3层建筑群面积比例较为理想，3个可视层次面积比例为2.5:2:1，没有出现某一层次过于强势的情况。

4 讨论与拓展

4.1 以协调“城-景”边界为导向的眺望景观建筑高度控制

区别于现有一些规划类的研究中[7，13，26-27]已知眺望点和眺望对象，对视距内建筑高度进行限高调控的方法，本研究认为，从风景园林学学科出发，协调“城-景”边界景观融合度和完整性的核心在于“景”。因此，“登山观城”眺望景观的优化控制也应当以山(或像福道这样的新型山地步道)提供的眺望点出发，尽可能保证眺望视线通透、视距的延展，同时视域范围内天际线的空间形态还需要具有良好的视觉观感：建筑群立面应当是有序叠加且富于变化，视觉层次占比合理、对比关系协调，甚至于建筑材质的质感丰富，共同形成有韵律、有规律、有节奏的形体组合关系。

基于以上眺望景观优化控制目标，参考自2014年以来已在国内部分城市(武汉、青岛等)实施的眺望视线控制法，以及基于“梯度增量”和“三分之二原则”的分区控制法[7，26-28]，同时结合视距对眺望感知的现实影响(表3)，提出本研究区眺望景观建筑高度控制方法(图6)。设定眺望者位于山顶时垂直方向上的上下视角展开度分别为30°、40°，眺望者在步道所提供的眺望点中，能够清晰辨析建筑层次的视距大约为1km，首先将这一视距范围划分为“限建缓冲区”和“梯度控制区”2个区域，其中“梯度控制区”按照视距对眺望感知的影响，再划分为近、中、远3个区域，呈梯度递增进行限高。视距300m以内为近景层，限定建筑高度控制在山体高度1/4以内，且这一区域内的建筑细部特征、外形结构、屋顶样式等应做特别规定；中景层和远景层建筑高度分别限定在山体高度1/2和2/3以内，旨在产生易辨识的远近梯度叠加的视觉层次对比关系。由于人眼在视距1～2km范围内对建筑空间层次的视觉感知已发生弱化，不能再简单地按递增方式限高(会导致天际线层次过于死板，缺乏活跃的视觉观感)，因此这一视距范围划定为“核心高度控制区”，建筑高度可以有所提升，但需要基于眺望视线控制分析建立建筑高度基准模型进行模拟和具体细化。视距2km以外的区域划为“背景协调区”，在这一区域人眼只能大体识别建筑轮廓，可以在水平方向上有所协调，突出具有影响力的天际线局部制高点，垂直方向上的建筑高度不做严格控制。

图6 研究区眺望景观建筑高度控制方法示意

表3 视距与视觉感知分析

4.2 眺望视线控制基准模型的导控模拟

综合现有研究中的建筑高度控制模型、视线综合模型等[7，13]，进一步提出研究区“基准＋修正”的建筑高度控制框架(图7)，先建立主要针对核心高度控制区的建筑高度控制基准模型，再根据福州自然山水环境与城市建筑特点，基于景观美学原则，对基准模型进行天际线局部辅助调整，使城市建筑控制更加符合视觉美学理念，并达到城市建设与山地环境和谐发展的理想要求。

图7 研究区眺望景观建筑高度控制模型框架

以建筑高度控制基准模型为例，根据本研究眺望景观建筑高度控制方法，在计算出梯度控制区远景层建筑限高之后，核心高度控制区应以高度为tanα·S4＋h的视线形成的视野面作为建筑限高面(天际线是通过视野面中被建筑遮挡的投影所形成，故建筑控制高度需在视野面之下)。由于研究区中的地形多变，需再运用GIS栅格计算工具，将视野限高面与地形表面进行相减运算，即：H(i点的建筑高度)＝Hi(i点投影的建筑限高面高程值)－hi(i点的地面高程值)，以此得到区域内建筑的基础控制高度。

最后按地理空间的对应位置，对各街区地块和建筑高度控制值进行匹配，对重叠的部分地块取最小值，计算出研究区各个街道区域的建筑高度，形成研究区与3个视廊保护区对应的基于视线分析的建筑高度控制基准模型(部分调控数据见表4)。考虑到城市土地的集约使用存在现实压力，还可以利用GIS的重采样工具，融合更多因素将一个地块进行多个亚控制单元的划分[29]。

表4 建筑高度优化控制

5 结语

本文聚焦“登山望城”视角下的城、景交接过渡地带眺望景观优化控制问题，利用ArcGIS三维可视化技术完成对眺望视廊内天际线建筑空间层次构成情况的量化评测。提出研究区眺望景观建筑高度控制方法，并利用GIS进行眺望视廊内建筑空间层次的模拟优化。一方面对“由景入城”视角下的城市眺望景观优化控制研究进行补充；另一方面也为当地后续的城市风貌导控等相关策略的制定提供参考。

我国在城市景观优化控制领域的研究工作尚属起步阶段，无论是理论研究、操作技法还是项目实践都处在探索过程中，而直接从城市景观入手，引导、规范城市的开发与再开发，维护城市地块的特殊性，从而为人们提供一个和谐、易识别的景观环境，则是一个值得注意的研究切入点[5]。眺望景观的优化控制正是如此，从风景园林学的学科角度展开相关研究，往往能够形成对城市景观保护、融合与完整性等有价值的规划设计策略。而“基准＋修正”的建筑高度控制框架与GIS技术的结合则可以在这一类研究中发挥更多积极作用。此外，本研究所采用的计算机三维空间可视化技术可以比较直观地展示城、景的物理形态，满足风景园林研究和规划设计实践对于精准化越来越高的需求，也能规避调查类评测方法所产生的一些主观倾向。

注：文中图片除注明外，均由作者绘制。