毛細現(xiàn)象和城中村更新――北京舊城改造中的參數(shù)化設(shè)計研究_圖文

1、ISSUE 6 DEC. 2014 / JOURNAL OF HUMAN SETTLEMENTS IN WEST CHINA / 036毛細現(xiàn)象和城中村更新北京舊城改造中的參數(shù)化設(shè)計研究Capillarity Phenomenon and the Renewal of Urban VillagesR esearch on the Parametric Design During the Reconstruction of Beijing Old City 徐 豐 王立春 XUFeng,WANGLichun摘 要 對北京城中村區(qū)域在城市化進程中的演進可能性進行研究。采用參數(shù)化技術(shù)建立以城市功能模

2、塊及人群流動為概念起點的動態(tài)化城市區(qū)域模型及設(shè)計原型, 以此對城中村的激活和城市肌理的演進提出多維度保護與發(fā)展的新思路。關(guān)鍵詞 參數(shù)化;舊城改造;原型;城中村;動態(tài)組織Abstract:TheArticleisbasedontheresearchonBeijingurbanvillageevolution.TheAimoftheresearchistosetupadynamicurbanorganisationalsystemdrivenbydifferenturbanflowsanddistributionofurbanprograms,whichleadtowardsanurbanprot

3、otypemodel,asawaytounderstandurbanprocessinordertoproposeanalternativethinkingforurbanvillageevolution.Keywords:Parametric;UrbanEvolution;Prototype;UrbanVillage;DynamicOrganisation1議題北京城如同樹木年輪一般,一圈一圈地向外擴張、發(fā)展。這種演進式發(fā)展的最初可以追溯自金、元至明清時期。在北京這樣的古都的演進過程中,如何對待歷史上形成的城市中心生活區(qū),保護歷史造就的城市特征,處理傳統(tǒng)城市空間與現(xiàn)代都市元素的關(guān)系,促進傳統(tǒng)

4、與現(xiàn)代的共生都是不可回避的問題。筆者針對北京城中村區(qū)域進行了相關(guān)研究,探索北京在城市化快速發(fā)展進程中面臨的深刻危機和挑戰(zhàn)。在為期兩年的研究中,我們試圖挑戰(zhàn)傳統(tǒng)的設(shè)計方法,提煉可能控制、影響城市形態(tài)的動態(tài)因素,諸如城市和經(jīng)濟的發(fā)展、環(huán)境、人口的流動和遷徙等。城市作為一種連續(xù)不斷的流動體系,與廣義的自然環(huán)境存在著一定的差異。我們挑戰(zhàn)城市作為一種固化物永久不變的概念,提出城市作為不斷流動的體系,在回應諸多影響因素過程中生長、變化和演進。整個研究階段的重點在于如何回應影響城市發(fā)展的動態(tài)因素,并在其影響下創(chuàng)造一個流動循環(huán)的城市體系。我們探索數(shù)字技術(shù),在現(xiàn)存的城市環(huán)境中編排動態(tài)交互的復雜城市環(huán)境;基于對數(shù)

5、字工具的探索生成和控制動態(tài)模型,設(shè)計者可以通過各種經(jīng)驗和假設(shè)與參數(shù)發(fā)生互動。我們的關(guān)注點在于讓參與者的回饋和評價透過視覺表象去回應生態(tài)、土地、水、礦物等各種問題的方法,這樣的導出我們稱之為建筑(圖1-2。近些年,隨著中國社會的發(fā)展,城市化進程的速度越來越快,一些棘手的城市發(fā)展問題也隨之出現(xiàn)。改革開放以來的30年間,中國的城市規(guī)模迅速擴大,原先分布在城市周邊的村莊在城市的發(fā)展中被迫進入城市規(guī)劃范圍,村子被一棟棟高樓大廈圍繞,最終形成了相對閉塞的城中村式的村落形態(tài)。本項目試圖通過對某種物理現(xiàn)象(毛細現(xiàn)象和滲透現(xiàn)象的研究,從中找到一些可以DOI: 10.13791/ki.hsfwest.201406

6、08徐豐, 王立春. 毛細現(xiàn)象和城中村更新北京舊城改造中的參數(shù)化設(shè)計研究J. 西部人居環(huán)境學刊, 2014, 29(06: 36-42.中圖分類號 TU983文獻標識碼 A文 章 編 號 2095-6304(201406-0036-07作者簡介徐豐:W AX建筑工作室,建筑師,xufengnet王立春:W AX建筑工作室,建筑師2014年第6期 / 西部人居環(huán)境學刊 / 037 為城市設(shè)計所用的物理意義,來解決某種城市化發(fā)展問題,從而探討未來城市發(fā)展的方向。 項目基地位于北京市四惠區(qū)域,西北側(cè)是北京中央商務區(qū)?；嘏c外界相對孤立,北側(cè)隔著通惠河與中央商務區(qū)相望,北京東站的鐵路和火車站將基地與南

7、部住宅區(qū)分隔,東側(cè)為四環(huán)高架橋,每天都有大量車輛往來。由于場地的這種特殊性,其主入口只能設(shè)置在西側(cè)的沿街面上,但長達1000m的縱深讓人群很難充分進入場地。常年來,如此之好的地段卻因管理和經(jīng)濟扶持的缺乏、交通的相對閉塞而環(huán)境日漸惡劣,尤以基地東南側(cè)為甚。隨著原住民的搬遷,基地內(nèi)居住人口變得繁雜。在此居住的人們由于生活水平的低下,漸漸與外界處于隔離狀態(tài),使此地成為了被周邊建筑群包裹著的城中村(圖3。除了東南側(cè)的城中村,場地內(nèi)還設(shè)有北京東站、八王墳長途汽車站、雜貨市場等。由于人員構(gòu)成的雜亂和管理的缺乏,這些地區(qū)也存在著同樣的環(huán)境惡劣的問題,臟亂差的城市環(huán)境不但破壞了城市形象,也對人們的安全、健康造

8、成了威脅(圖4-6。 2構(gòu)思:連接中央商務區(qū)和南部住宅區(qū)由于場地的特殊地理位置,中央商務區(qū)和南側(cè)住宅區(qū)的規(guī)劃和發(fā)展都相對比較成熟。通過信息收集和分析,將這個地區(qū)未來的業(yè)態(tài)發(fā)展定性為大型市民活動場所,商業(yè)步行街區(qū)為最佳。配套的高級商務和酒店服務可加快人流速度,快速激活整圖1北京舊城航拍圖Fig.1mapofBeijing圖2研究項目場地位置Fig.2siteoftheresearchproject圖3場地周邊情況Fig.3contextofthesite圖4場地周邊交通狀況Fig.4thetrafficconditionaroundthesite圖5場地周邊主要樓盤情況Fig.5thehouse

9、saroundsite圖6場地內(nèi)部功能混雜Fig.6thecomplexfunctionsonthesiteISSUE 6 DEC. 2014 / JOURNAL OF HUMAN SETTLEMENTS IN WEST CHINA / 038 個地區(qū),在帶動區(qū)域發(fā)展的同時連通中央商務區(qū)與南部住宅區(qū),促進人流的城市穿越(圖7-8。3數(shù)據(jù)收集、整理與分析 在前期的數(shù)據(jù)分析階段,從基地所在的宏觀片區(qū)進行信息收集和整理,并推導出基地周邊的主次路網(wǎng)關(guān)系、一天內(nèi)不同時間段的人口密度分布、道路交通壓力以及人流動線對道路交通的影響等,從而分析出基地中的優(yōu)劣因素,把握好設(shè)計需針對的問題和解決方向。之后通過收集

10、和整理較微觀的基地周邊城市主要干道、道路噪音、火車站、景觀帶、地鐵站(遠、近、公交車站、長途客運站等方面的相關(guān)數(shù)據(jù),分析出各因素對場地的影響,推導出場地中各層次空間的尺度以及公共空間、商業(yè)、住宅、辦公等不同功能的用地價值(圖9-11。4前期數(shù)據(jù)分析的參數(shù)化軟件支持采用Rhino軟件的Grasshopper插件對前期數(shù)據(jù)進行處理,通過鏈接不同的數(shù)據(jù)輸入和輸出值,在Grasshopper里設(shè)定區(qū)間取值,以等高線的方式把數(shù)字的峰值和谷值直觀地表現(xiàn)出來。同時可在Grasshopper 里鏈接不同的場地影響因素,觀測它們之間相互影響的可能性。圖8未來場地功能配置的可能性Fig.8thepossiblef

11、uturefunctionalallocationsofthesite圖9周邊城市環(huán)境對場地的影響Fig.9theimpactofsurroundingurbanenvironmentonthesite圖10周邊城市環(huán)境對場地的影響Fig.10theimpactofsurroundingurbanenvironmentonthesite圖7現(xiàn)狀功能分析Fig.7theanalysisofexistingfunctions2014年第6期/西部人居環(huán)境學刊/0395抽象的物理和計算機實驗階段 項目的目標是設(shè)計一個鏈接中央商務區(qū)與南部住宅區(qū)的區(qū)塊,在最終設(shè)計成果中最為強調(diào)的是對城市穿越性的優(yōu)化,這

12、一改善場地相對閉塞的狀態(tài)的目標決定了設(shè)計過程中對物理實驗方式的選擇。由于毛細現(xiàn)象呈現(xiàn)出來的擴散效果與場地中的人流滲透與穿越非常類似,所以設(shè)計中選擇毛細現(xiàn)象進行了大量的物理實驗,包括宣紙與墨水垂直接觸時隨時間推移墨水在宣紙上產(chǎn)生的形態(tài)變化、墨水滴在顯微鏡下水平放置的宣紙上后隨時間推移在宣紙上產(chǎn)生的形態(tài)變化、彩色墨水與宣紙接觸后產(chǎn)生的圖案等不同方式的實驗。 通過更改墨水的密度和紙張的材質(zhì)并進行多次實驗,最終歸納出毛細現(xiàn)象的基本規(guī)律,并在計算機中模擬了墨水的流動過程與紙質(zhì)纖維之間的關(guān)系(2D與3D。從模擬圖中可以清晰地看出,紙質(zhì)纖維與墨水之間存在著一種引導和被引導的關(guān)系(圖12。6與場地結(jié)合的物理實

13、驗通過設(shè)計前期的數(shù)據(jù)收集、整理與分析,得到了項目用地中不同功能用地的價值;在物理實驗中,發(fā)現(xiàn)紙質(zhì)纖維在毛細現(xiàn)象中起到了引導墨水流動的作用。將這兩步工作進行整合,即可將收集到的用地價值分析數(shù)據(jù)具象為可用于物理模擬的可視化的無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)(mesh面(圖13。 之后嘗試將物理實驗與得到的用地價值基礎(chǔ)面進行結(jié)合,發(fā)現(xiàn)了以下兩種現(xiàn)象,并分別對其建筑性進行了大膽假設(shè)。(1通過單體物理模型實驗,發(fā)現(xiàn)不同材質(zhì)的紙張與墨水之間的作用結(jié)果不一致,而影響作用結(jié)果的因素大致可歸納為四點:墨水在紙張上的流速、墨水流經(jīng)紙張過程中的滲透量、墨水滲透后對紙張的影響面積以及墨水流經(jīng)紙張的路徑長度。如果假設(shè)墨水的流動代表人流動向

14、,紙張代表不同的功能建筑,則上述四個因素可以分別對應為人流穿越場地的速度(墨水在紙張上的流速、場地內(nèi)建筑對人流的拉動性(墨水流經(jīng)紙張過程中圖11周邊城市環(huán)境對場地的影響Fig.11theimpactofsurroundingurbanenvironmentonthesite圖12墨水實驗Fig.12inkexperiment圖13計算機模擬墨水流動的強度分布,通過帶高度的網(wǎng)格曲面表示Fig.13theintensitydistributionofinkmovementsimulatedbycomputerISSUE 6 DEC. 2014 / JOURNAL OF HUMAN SETTLEME

15、NTS IN WEST CHINA / 040 圖16對墨水實驗進行歸納,與現(xiàn)實功能進行適配Fig.16theanalysisoftheinkexperimenttoadaptwith actualfunction圖17計算機內(nèi)對墨水實驗進行模擬研究Fig.17thesimulatedstudyoftheinkexperimentincomputer 圖18在場地中進行墨水實驗,研究墨水從多點發(fā)生的運行軌跡和積聚方式Fig.18 theinkexperimentonthesite圖14墨水實驗,研究墨水在帶高度的紙面上流動滲透的現(xiàn)象Fig.14inkexperimentonfoldedpape

16、rtostudytheflowandpenetrationphenomenon圖15墨水實驗,研究墨水在帶高度的紙面上流動滲透的現(xiàn)象Fig.15inkexperimentonfoldedpapertostudytheflowandpenetrationphenomenon的滲透量、建筑進深與人流可達性(墨水滲透之后對紙張的影響面積、場地內(nèi)部的可達性(墨水流經(jīng)紙張的路徑長度 (圖14-15。在實驗中選用了不同材質(zhì)的紙張,選擇現(xiàn)象差異最為明顯的四種紙張進行對比后,發(fā)現(xiàn)可將不同紙張與不同的建筑功能進行類比,如:墨水在宣紙上流速慢(人流穿越場地的速度慢,墨水流經(jīng)宣紙的滲透量多(場地內(nèi)建筑對人流的拉動性

17、大,墨水滲透之后對宣紙的影響面積大(建筑進深與人流可達性高,墨水流經(jīng)紙張的路徑長度短(場地內(nèi)部的可達性差,宣紙所對應的建筑性質(zhì)恰好符合商業(yè)建筑所具有的特征。同時一一整理分析卡紙、打印紙和硫酸紙的性質(zhì)特征,并將其分別對應于公共空間、住宅建筑和辦公建筑所具有的建筑性質(zhì)(圖16。(2在計算機中,仍然采用R h i n o Grasshopper對之前生成的Mesh面賦予材質(zhì)屬性,并進行滴墨模擬。在算法上用粒子系統(tǒng)模擬墨滴的運動,并追蹤粒子在Mesh面上的運動軌跡,形成一系列樣條曲線。隨著初始設(shè)定的不同(位置、起始粒子數(shù)量、初速度、Mesh面坡度等,其運動的軌跡也會不同,從而得到如圖17所示的模擬的墨

18、水路徑。(3通過進行大量的單體物理實驗和計算機模擬實驗,讓實驗產(chǎn)生的結(jié)果通過數(shù)據(jù)可控后,在整個基地上進行物理實驗模擬。選擇單一的效果明顯的材質(zhì)作為主要的實驗用材,以增強實驗結(jié)果的可觀察性。從整個場地的物理實驗中發(fā)現(xiàn)了另一個可用的實驗建筑性:利用宣紙的折疊拼接來模擬前期分析所得出的用地價值基本面,在物理模型上進行滴墨實驗,得到的結(jié)果明確地顯示了滴墨點、墨水流經(jīng)路徑和墨水擴散點的位置及關(guān)系。之后發(fā)現(xiàn)可將結(jié)果假設(shè)為可以人為控制的場地入口(滴墨點、希望在場地中大量聚集人群的區(qū)域(墨水擴散點以及從場地入口引導人流進入場地、到達目標區(qū)域的路徑(墨水流經(jīng)路徑(圖18。通過上述兩個現(xiàn)象和所假設(shè)出的實驗建筑性,

19、歸納出此次設(shè)計中可以運用到的邏輯工具,即可以通過設(shè)置場地入口(滴墨點、人群聚集區(qū)域(墨水擴散點和不同的功能區(qū)域(紙張材質(zhì)來影響人流(墨水路徑的方向、速度并對人流的被拉動性和可達性進行優(yōu)化(圖19。7針對項目基地的設(shè)計由于前文已分析到的項目基地相對封閉的特殊性,設(shè)計概念被確定為分期建設(shè):從場地周邊的商業(yè)敏感地帶入手,大量引進商業(yè),為中央商務區(qū)、南部住宅區(qū)以及周邊地區(qū)提供快捷的商業(yè)服務;當商業(yè)運作正常進行后,每個區(qū)域之間產(chǎn)生次中心區(qū),用以連接兩個邊緣中心,從而既建2014年第6期/西部人居環(huán)境學刊/041 地分布不同， 分期建設(shè)中不同功能的建設(shè) 時段也不盡相同， 所以模擬產(chǎn)生的路徑所 形成的空間也

20、存在著時間和空間上的差異 （圖22-23） 。 對所得到的橫向和縱向路徑進行三維 轉(zhuǎn)化， 即可形成較為完整且分期明確的三 維人流動線圖（圖24） 。 7.2 參數(shù)化工具的辯證使用 應當看到， 參數(shù)化工具（主要在Rhino Grasshopper內(nèi)）的使用最大的優(yōu)勢是建立 圖19 通過墨水實驗定義場地中人流進入和匯集的點 Fig.19 defining the entering and assembling points based on the ink experiment 起從場地數(shù)據(jù)到抽象形態(tài)的關(guān)聯(lián)， 通過場 地數(shù)據(jù)的分析和計算機里的重新處理， 在 場地內(nèi)建立起一個動態(tài)的力場。這個力場 與

21、場地周邊的因素如交 通、 城市功能、 氣 立起地塊邊緣中心之間的聯(lián)系， 又對人流 的城市穿越需求起到一定的輔助作用， 將 人流漸漸引入中心區(qū)域； 第三、 四階段的目 標是發(fā)展更為密集的微中心區(qū)域， 進而建 立起整個基地的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)， 劃分不同功能 用地中的人流路徑， 實現(xiàn)最優(yōu)化的城市穿 越； 最終通過人流的大量穿越和聚集來激 活整個區(qū)域（圖19） 。 7.1 人流路徑的確定 首先隨機選擇基地周邊的入口以及基 地內(nèi)部需要人流匯集的點進行人流路徑模 擬。 同時變換不同功能用地價值的基本面 來影響模擬出的人流路徑， 并將二維的平 面路徑轉(zhuǎn)化為三維的立體路徑。 根 據(jù) 設(shè) 計 概 念，通 過 數(shù) 據(jù) 分

22、 析 得出 基地周邊最具商業(yè)敏感度的區(qū)域， 將其設(shè) 定為計算機模擬的第一期基地入口。 選擇 適用于商業(yè)功能的用地價值基礎(chǔ)面和相對 應的紙張材質(zhì)， 進行第一期計算機模擬。 分析得到的結(jié)果并選擇次中心區(qū)的位置， 進 行 第二 期 計 算 機 模 擬。依 此 類 推 完 成 第三、 四期的微中心吸引人流的計算機模 擬。 當完成最后一期的計算機模擬后可發(fā) 現(xiàn)， 整個場地基本已完全被人流路徑所覆 蓋， 從而達到了設(shè)計概念所預期的場地激 活的目標（圖20-21） 。 在垂直空間模擬時， 首先導入根據(jù)最 初收集的數(shù)據(jù)所分析出的基地功能用地價 值基本面。 由于不同的功能在基地中的用 候、 日照、水文等相互影響

23、， 在其作用下， 場地內(nèi)部的功能布局、人流組織和密度分 布能夠初步整合在一起， 通過一系列動態(tài) 三維路徑圖展示出來。從這個意義上講， 三維人流路徑圖所展示的并非傳統(tǒng)意義上 的城市布局或城市設(shè)計所指向的形態(tài)， 而 是數(shù)據(jù)在時間、 空間維度上的具象轉(zhuǎn)譯和 展示， 因此將三維人流路徑圖看作更高層 次的數(shù)據(jù)圖也不為過。 在此基礎(chǔ)上， 需對三維人流路徑圖進 行進一步的處理和轉(zhuǎn)化， 才能形成傳統(tǒng)意 義上的建筑和城市形態(tài)。 7.3 從人流路徑到建筑形態(tài)的轉(zhuǎn)化嘗試 最終得到的人流路徑結(jié)果明確分為四 圖20 通過追蹤人流運動形成隨時間變化的軌跡線 Fig.20 the trajectory formed by

24、tracing human f low changing over time 圖21 通過追蹤人流運動形成隨時間變化的軌跡線 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 圖22 從剖面上研究軌跡線隨時間的三維變化 Fig.22 the sectional analysis of the 3 dimensional change of trajectory over ti

25、me 圖24 場地上的三維軌跡線構(gòu)成， 說明人流隨時間變化 在空間上的演繹 Fig.24 the 3 dimensional trajectory organization on the site 圖25 場地上軌跡線的建筑形態(tài)轉(zhuǎn)換與設(shè)計的生成 圖23 從剖面上研究軌跡線隨時間的三維變化 Fig.23 the sectional analysis of the 3 dimensional change of trajectory over time Fig.25 the architecture proposal based on trajectory transformation 個建設(shè)時間段。 嘗試將最為簡易的第一期 路徑進行建筑建造優(yōu)化后發(fā)現(xiàn)， 多數(shù)路徑 由于不同功能的用地價值基本面的引導作 用偏向于同一方向，從平面圖上可以清晰 地看到人流路徑（未來的人流聚集地 道路網(wǎng)）和空