日照标准约束下的建筑容积率估算方法探讨

宋小冬

孙澄宇

日照标

准约束下的建筑容积率估算方选鱼过呈

圈提要,

日照标准约束下的建筑容积率

估算方法探讨宋小冬,

’

孙澄宇。

近年来城市房地产开发中建筑容积率和基地周边建筑日照标准的矛盾经常发生。,

其中土地,

批租时规划设计条件里建筑容积率定得过高往往是产生矛盾的原因之一筑容积率、

因此就需要在批租之前对建

日照

要求进行估算预评价防止矛盾的产生,

、

,

。

文章讨论了估算容积率的客观需求和基本方

法探讨了计算机辅助容积率估算的可行性提出了仿生学人工智能计算方法产生最大包络体的技术路线并对这一技术路线进行初步验证认为这种方法可用干制订合理建筑容积率的前期估算,,

。

关键词中图分类号

建筑容积率

住宅日照文献标识码

计算机辅助设计文章编号

人工智能〕洲一

风

一

一

卖获得如果签订合同后修改原始条件有违公开公平竞争,,

、

的原则

。

基地规划设计方案反复调整造成规划审批过程拉长,

,

近通过招投标,

年来城市房地产开发的市场化程度越来越明显,、

,

政府和企业的运作效率下降管理成本上升,,

。

房地产开发周,

拍卖批租土地开发住宅办公楼商,,、、

、

、

期延长风险加大投资效果的可预见性不明政府决策的可,

业设施的比重越来越高各地批租开发的过程大致如下政府经济管理土地管理城市规划部门共同拟定批租开发的土地城市规划部门提出基地规划设计条件或要求。

信度降低形象受损投资环境变差,

,

。

因此在土地批租之前预先估算建筑容积率预先评价,,

,

周边建筑日照水平是防患于未然的重要途径,

。

土地管理部门向社会发布招标或拍卖文件包

括规划设计条件、

,

若干房地产开发商根据招标或拍卖文,

件测算利润风险投标或竞标土地管理部门择优选择开发,

商并签定土地批租合同,

。

在各地城市开发实践中新区成片开发一般和控制性详,,

中标的开发商委托规划设计单位对基地进行规划设计经政府规划部门批准后进行详细的工程设计再开,,,

细规划结合较好容积率和日照关系的估算可纳人控制性详,

细规划的编制过

程见第、

节方法一

。

在旧区改造中单个,,

工建设

。

开发基地的边界很难完全在控制性详细规划中确定特别是,

由于城市土地资源的紧缺十分普遍在比较重要的地

在土地资源紧张高容积率开发情况下为了满足周边建筑,

段规划部门提出的基地规划设计条件中容积率指标往往比,

的日照要求相邻相近地块之间的容积率会有很大差异主,,

、

较高

。

房地产开发商在投标竞标之前往往按容积率上限,

、

要受基地开发先后顺序的影响因此不得不对控制性详细规,

估计开发的利润区规划设计规范

。

但是在基地规划设计阶段会出现周边建,

划指标进行调整

。

筑主要是住宅的日照达不到国家标准的情况《城市居住一

修建性详细规划如果发生在土地批租之前可以和容积,

》规定从,

,

年起住宅日

,

率估算结合起来见第后预先估算还是需要的。,

节方法二。

,

如果发生在土地批租之

照是强制性标准

,

为了保护周边住户的利益规划管理部门,,

要花很多精力仔细测算周边建筑的日照是否满足国家或地

因受文章篇幅限制规划编制和开发的关系不作深人,

方标准实际操作中基地规划设计方案往往修改多次日照,

讨论

和容积率指标仍不能兼顾,

。

据笔者在国内有关大城市调查,

,

这种情况并不少见在上海市甚至出现容积率上限需减少后才能保证周边住宅满足日照标准的案例。

如果这种,

情况频繁发生就会引发一系列的问题,

实际容积率大大低于上限而减少的建筑面积不能折算成地价返回房地产开发商因为土地开发权经公开投标拍,、

估算建筑容积率是针对具体的基地周边条件大致测,,

算基地自身的建筑布局建筑面积既符合有关的标准规,

、

、

国家自然科学基金重点项目基于数字技术的城市空间规划设计方法部分研究成果批准号

“

”

范有关的城市规划又能充分利用土地资源,,

,

。

预先知道容,

规划设计方案周期短得多也可得到比较可靠的容积率指

,

积率指标可以定得多高对政府规划部门来说可以避免前文所讨论的问题产生对房地产开发商来说可以较准确地,

标

。

估计将来实际开发的建筑面积降低

投资风险,、

。

在目前的规

划体制相关标准和规范的约束下容积率上限和日照标准下限的关系是问题的核心,,。

,

提高容积率就要缩小建筑间,

距增加层数加大建筑进深和面宽由此带来日照阴影范围扩大周边和自身建筑的日照水平下降,

,

根据《市居住区规划设计规范》城,、

,

住宅日照以、

。

底层窗台为计算起点不同城市不同气候条件不同居住对

,

根据笔者经验考虑日照水平的容积率估算方法

,

象应保证冬季有不同的日照时间

。

如果要产生最大包络体

,

大致有

种方法一相似基地参照法。

需要考虑的因素和基本计算要求为选择若干情况相近,。、

确定周边需要考虑的窗台位置窗台数,

已经开发的基地,

,

对容积率日照建筑布局进行评价获得。

、

、

根据城市的地理经纬度和检验日期确定太阳运,

经验性的结论作为新基地规划设计条件的参照

行轨迹函数

方法二设计方案试做法,、

试做基地的建筑布。

参照规范确定日照有效时间段和最低日照时间,

局方案对日照容积率检验得出可行的容积率指标,

,

产生基地内允许布置建筑物的三维空间范围在、

,

方法三最大容积率估算法,

。

在满足标准规范。

几何上可称作三维包络体对不同包络体的体积进行比较体积最大者为计,

的条件下估算最大容积率再根据经验进行调整

,

上述、

种方法各有优缺点和适用性见表,

算结果

。

相似基地参照法适合新区成片开发因为周边限制条件少基地大基地自身建筑布局对容积率的高低起主要作用、

对不同包络体进行比较最简单的办法是穷举法即计,

,

,

算出所有可能的包络体逐一进行体积比较这种计算方法,

,

。

虽然简单可靠但是计算量非常大

、

,

。

假设有一

个窗台要考

设计方案试做法适合城市重要地段有充分的人力时间经费周边建筑对日照的要求可以事先确定基,,、

,

虑如果冬至日有效日照时间为,

巧

,

小时,

,

分

钟满足连续日照时间,

分钟计算精度为个,。

,

分钟可能产,

地内部建筑物的开发顺序建筑布局可以有效控制、

、

。

生的包络体为,,

一

如果需要考虑的窗台有沙以〕个

最大容积率估算法的适应性

灵活性强适用于

个可能产生的包络体为

二二

当窗台数为,

各种条件特别是小基地但是没有现成的估算方法表估算容积率不同方法比较优点适用对象新区开发大基地,

,

,

。

个时可能产生的包络体为为时可能产生的包络体为。,

,

,

万个

当窗台数假定产生

礴二

亿个,

。

方法名称相似基地

缺点边条件限制小

一个包络体需要天大约,

秒钟计算时间算完万年显然窗台数超过,

个窗台需要个时算遍,

简单实用

、

参照法设计方案试做法

所有包络体的方法就不可行这是一个计算量按指数上升的针对性极强特别重要地段开发顺,

,

工作量大

,

问题计算机的速度再快也赶不上实际的需要,

。

由于窗台的、,

序可控或者建设时序,

周期长

位置会有很多变化笔者也没有查到现成的高效率的可以产生最优数学解的计算方法为了克服这一技术瓶颈近似最优解是一条可行的路径。,

,

、

对日照限制约不大最大值测算法灵活性大小基地日照问题敏感,

没有现成方法

对政府规划管理部门规划设计机构房地产开发商来说三种方法都应掌握到时根据需要组合使用是最理想的,

、

、

,

,

因此研究出第三种方法对科研人员是一个挑战,

,

。

在计算机辅助设计领域基于仿生学的人工智能技术可、

,

笔者在城市规划管理部门调查时很多管理人员技术人员不约而同地提出能否尝试利用计算机估算基地最大容积率特别是对于旧区改建的小基地这一方法有较大的实用性。,,

,

以在很短时间内产生近似优化结果这种仿生学的人工智能,

算法最初由约翰赫兰德于,、

,

年代提出见张颖,

,

,

经过多年发展改进在很多领域得到不同程度的应这组参

因为基地小内部建筑布局变化不会太大而周边建,,

用其基本原理如下,

筑日照对容积率的影响大

。

为此不少同行在讨论中都提出,

,

将要设计的对象以一组参数的形式来描述数构成对象的染色体个体。,

一种思路先根据周边条件主要是日照要求,

用计算机产

“

”

—信息任一组参数都对应一个明确的,,。

生可以布置建筑物的最大三维空间范围以体积最大为计算目标其结果称为最大包络体在最大包络体内再根据经验,

然后构

建一个可以根据染色体来评价不同个体优异。

,

程度的函数

再效仿自然界优胜劣汰的进化原则一代又一,

考虑建筑布局从而实现容积率上限的估算这不但比试做,

,

代地繁殖进化产生后代群体

在进化的过程中运用评价函

宋小冬

孙澄宇

日照标准约

查束下的建筑容塑率兰翌宣选邃丝二

数对每一代中的个体进行选拔优秀的个体具有较高的交配,

小时有效日照时间为机,

,

一

巧

。

计算机为普通台式以刃,,

繁殖机会

—允许一定比例的基因突变发生,

在新一代的个体中传播自己的染色体。,,

。

同时

,

为,,

十

,

操作系统为个个体经过,

编程,

这样就像恐龙为了生存可。

语言用耗时约,,

计算环境内有

代繁衍,

以进化成鸟一样从一群普通的设计方案中经过不断的进

得到近似的最大包络体体积为

图,

化优化

,

产生出优秀的设计方案见张颖,

,

,

在此基础上假设包络体内全部布置建筑物层高为。

在满足日照要求这一问题上笔者将所有窗台的起止日照时间合成为目标三维包络体的染色体的日照起止时刻确定后,

则算成容积率为

—将有唯一的三维包络体与之相对。

“

”

当每个窗台

应

。

然后以该包络体的体积作为评价函数,

再设定个体,。

数世代数进行繁殖进化,

、

。

在每代种群的繁殖过程中总是随着,

给予拥有较大体积的个体以更多的繁衍后代的机会。

计算时间的增加种群繁衍的世代数也同比增加每代种群中个体的平均体积便相继增大,

在其他条件不变的情况下,

,

窗台数量的增加每代的计算时间呈同比线性增加不存在按指数级递增的问题,。

由于这种仿生的进化过程是按人的,。

意志控制的在计算机内存中进行计算可以在允许的时间

段内得到相应的近似优化结果化程度越高、

在面对实际问题时计算的,,,

时间仅仅与结果的相对优化程度相关即计算时间越长优。

这就是用可以接受的计算时间获得近似的。,

,

、

相对的优化结果

由于产生包络体是为了估算容积率近,

似相对优化的最大包络体从经验角度应该可以接受在此基础上再进一步估算规划容积率指标。

图

软件生成的包络体三维图形,

在初步验证的基础上进一步假设

在叉口有。

条主要道路的交,,

个基地要开发见图、

,

基地面积共,

限高

在基地南侧西侧北侧东北侧均有建筑物这里不、、

、

、

为了验证近似优化计算方法的可行性笔者开发了一个初步适用的软件用一个假设的具有典型性的案例进行验证。,、

,

但要考虑基地建筑物对西北侧北侧东北侧住宅的日照遮挡还要考虑基地南侧建筑物对基地建筑物的日照遮挡再,

,

本案例假设发生在上海市中心城区基地面积约,,

,

假设城市规划允许在基地南侧布置商业零售设施他们的,

,

建筑限高

。

西北侧有,

层住宅

栋见图

,

日照可以被遮挡

。

基地内部建筑物自己相互遮挡问题暂时,,

共有

个窗台需要考虑日照日照最低标准为冬至日连续

不考虑如果要考虑也是可以的会使包络体更复杂一些但

图尾

门图

假设案例的甚地平面图

圈

假设的另一个案例甚地平面图

对计算效率不造成本质性的影响

。

计算开始时有!,

个个,

体图,,

,

为第

代包络体中的一个体积为

图

介小结以土地招标拍卖方式进行房地产开发要求规划部门、

为计算到第图,

代产生的包络体中的一个体积为代的包络体中的一个这时计算机,

为计算到第

,

耗时,

包络体体积为,

假设包络体内全部布。

事先给定的基地建筑容积率指标有很强的可操作性因受住,

置建筑物层高为

则算成容积率为,。

在此可以清,

,

宅日照标准的影响在大城市旧区改造中开发商有时无法,,

晰地看到随着计算时间的增加种群繁衍代数的增加随机抽取的每代中个体的体积正在增加

做到容积率的上限而城市土地资源紧缺问题又长期存在,,

,

过低的容积率指标不利于土地资源的集约利用因此在土地批租之前估算容积率上限是客观需要。

,

利用计算机产生

可布置建筑物的最大三维空间范围称体积最大的三维包络

体法。

,

再根据经验估算实际的容积率是一种值得尝试的方,

靠穷举法产生包络体进行比较优选因受计算时间的,

,

、

,

限制不具有可行性为此作者提出用仿生学的人工智能计,

,

算方法产生近似最优解并且对这种计算方法进行了初步验,

证为计算机辅助容积率估算找出了一条大致可行的技术途,

径

。

为了使容积率估算方法更加实用如何布置基地内部的,

建筑包络体怎样转换成更加实际的规划容积率指标还需,

,

要进一步研究

。

上海市城市规划管理局许键刘锦屏胡建东黄琦上,

、

、

、

图

计算到第代时包络体三维图形

海鸿业同行信息科技有限公司宋怡昆周风为本研究工作,

、

的前期调查和案例验证提供了有益的帮助谨致谢忱

,

。

风一

参考文献格雷厄姆人工智能使机器城市居住区规划设计规范业出版社北京,,

“

思维

”

机械工业出版社北京,

,

一

,

年版

,

建筑工

何斌京,

访

十

十

数字图像处理

第二版

人民邮电出版社北

,

金廷赞计算机图形学浙江大学出版社杭州,

,

钮心毅基于知识的系统在城市规划中应用及进展城市规划汇刊,

【〕

,

一

,

同济大学出版社,

图

计算到第

代时包络体三维图形

上海市城市规划管理局上海城市规划管理技术规定上海,

孙家广计算机辅助儿何造型技术清华大学出版社北京,

,

田峰,

高密度城市环晚,

日照

间距研究同济大学建筑系硕士学位

论文上海

杨祥金人工智能科学技术文献出版社重庆分社重庆,

,

张颖软计算方法辞书出版社上海,

,

庄堆敏建筑策划导论中国水利水电出版社北京,

,

《

作者简介

宋小冬同济大学城市规划与设计现代技术实验室教授,

,

博导孙澄宇同济大学建筑与城市规划学院硕士生,

圈

计算到第

代时包络体三维图形