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建筑設(shè)計(jì)中的數(shù)學(xué)思考論文
摘要:分析成都市的地形地貌，調(diào)查人口密集程度，研究周邊多種資源和市場(chǎng)，落實(shí)針對(duì)房屋高度及密度等細(xì)節(jié)，從而追求城市空間布局的美觀與舒適，并盡可能地支持城市科技技術(shù)的培養(yǎng)和發(fā)展。同時(shí)，貫徹《成都市中心城區(qū)特色風(fēng)貌街道規(guī)劃建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》中的“中優(yōu)”戰(zhàn)略思想，以數(shù)學(xué)思維探討成都市的建筑設(shè)計(jì)，將成都打造成具有地域特色、文化特色、古今結(jié)合的國際化大都市。
關(guān)鍵詞:數(shù)學(xué)思考;分區(qū)管理;建筑高度;密度;發(fā)展特色
0前言
成都作為四川省的省會(huì)城市，其科技的創(chuàng)新和人才的培養(yǎng)近年來一直受到國家的大力支持。同時(shí)，被譽(yù)為“國家級(jí)歷史文化名城”的成都因發(fā)達(dá)的飲食文化和豐富的名勝古跡吸引著大批的人口在此地定居。因此，如何將古風(fēng)雅居與現(xiàn)代高樓巧妙地結(jié)合成為了成都市政建設(shè)的一大課題，既要兼顧成都的歷史文化特色，又要結(jié)合當(dāng)?shù)氐娜照找约巴寥赖茸匀粭l件，還要考慮嚴(yán)肅的建筑學(xué)設(shè)計(jì)規(guī)律。成都是四川盆地的主平原，由于海拔較低，氣候濕潤多雨，因此房屋的地基也就相應(yīng)加深加固;同時(shí)，四川又處于歐亞地震帶，時(shí)常有強(qiáng)弱不一的地震作用，因此，對(duì)房屋的高度和密度更要特殊對(duì)待。
1住房高度設(shè)計(jì)
在2017年發(fā)布的《成都市中心城區(qū)特色風(fēng)貌街道規(guī)劃建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》中，政府明確指出中心城區(qū)新建建筑高度不宜超過24m。中心城區(qū)包括錦江區(qū)、金牛區(qū)等11個(gè)行政區(qū)和天府新區(qū)等2個(gè)功能區(qū)，涵蓋了杜甫草堂、寬窄巷子等文化遺跡和春熙路、太古里等商業(yè)中心。因此，周圍的建筑與環(huán)境的相互協(xié)調(diào)顯得尤為重要。如寬窄巷子內(nèi)的房屋高度為5～8m，與其道路寬度相似，視覺效果整體上便顯得休閑舒適，體現(xiàn)出了老成都的生活情趣，也烘托出了此景點(diǎn)的主題風(fēng)格。正因如此，為了使景點(diǎn)能夠很好地融入周圍景色，周圍建筑的高度最好不要超過3層，且類比黃金構(gòu)圖法，四周建筑不應(yīng)雜亂排列，高度應(yīng)盡量一致，前后不應(yīng)太過密集，在凸顯景點(diǎn)的同時(shí)切合自身商業(yè)需求，使其文化韻味得到升華。而至于春熙路這類大型商業(yè)集中區(qū)，則應(yīng)將建筑高度底線定在11m左右，同時(shí)將道路拓寬。作為成都的中心地區(qū)，建筑的恢弘大氣則顯示著城市的風(fēng)氣風(fēng)貌;建筑的整體格局也顯示著科技發(fā)展的水平。
對(duì)于2014年10月國家批準(zhǔn)成立的國家級(jí)新區(qū)天府新區(qū)，由于以現(xiàn)代制造業(yè)為主，則要?jiǎng)?lì)志將其作為另一個(gè)科技中心，并將其打造成為成都最先進(jìn)的創(chuàng)新園之一。同時(shí)，為了體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、給人以舒適清新的居住條件，新區(qū)又有著以“水”為核心主題的中央公園。而公園中的河流湖泊所匯入的鹿溪河等河流也作為水岸線環(huán)繞著新區(qū)。如今，它的勢(shì)頭正在趕超高新區(qū)。單論所處地理位置和初期發(fā)展戰(zhàn)略，重慶的兩江新區(qū)與其相似。雖說兩江新區(qū)早于天府新區(qū)5年之久，但兩地的聯(lián)系卻越來越緊密。成資渝第四高速的建立決定也充分體現(xiàn)了成都新區(qū)和兩江新區(qū)作為川渝兩地溝通要地的重要性。由人口統(tǒng)計(jì)可以得知，兩處新區(qū)的常住人口對(duì)于整個(gè)城市人口的比重也是非常大的。因此，兩地的居民住房都曾在短期時(shí)間內(nèi)有過爆炸式的增長�？梢钥闯�，重慶的房屋充分烘托了其山地的特征，錯(cuò)落有致。成都的天府新區(qū)處于成都平原，又有著依山傍水的優(yōu)勢(shì)，因而更應(yīng)該將建筑做得剛?cè)岵?jì)，不應(yīng)高低參差不齊，否則不僅顯得雜亂無章，而且破壞了原本“小城”的一種淡然超脫的氣質(zhì)。成都作為新一線城市，在建筑高度的規(guī)劃上更要有著看向未來的睿智，引領(lǐng)著其他城市的建造方向和水準(zhǔn)。
2建筑外形幾何元素幾何分析
優(yōu)美的建筑設(shè)計(jì)形態(tài)上總是讓人耳目一新，從幾何形態(tài)來說，水立方突出了正六邊形，奧體中心突出了圓弧形，中心商業(yè)區(qū)突出了菱形，我們知道，任何一個(gè)建筑需要有自身的特色，那么它所采用的基本幾何元素，要求而且必定是全部基本集合圖形的真子集。
3分區(qū)對(duì)待
以天府廣場(chǎng)為中心，成都大致可以分為4個(gè)區(qū)域。擁有著如浣花溪公園、杜甫草堂等偏古典風(fēng)格的城西地區(qū)作為成都的老城區(qū)，西區(qū)一直透著一股濃濃的古風(fēng)韻味和休閑姿態(tài)，也因此吸引著越來越多的人在此地定居;但是，由于城西結(jié)構(gòu)幾乎已經(jīng)定型，加上一些受到蝴蝶效應(yīng)影響的人群的馬太效應(yīng)，其居民住房變得供不應(yīng)求，從而使一些開發(fā)商不顧周邊環(huán)境而密集地開發(fā)新居。這種操作使原本悠閑的西城逐漸變得臟亂和擁擠，不但漸漸失去了西城的地方特色，而且使得那些因靜謐的環(huán)境和古樸的風(fēng)景而選擇此地的人群失去了其選擇的目的。城西的主體建筑不應(yīng)該是太高或太擠，這樣在優(yōu)雅的城西顯得過于雞肋。除去一些工業(yè)園或者商業(yè)中心，周邊的房屋最好走小型公寓的風(fēng)格，建立連棟別墅區(qū)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。城南則恰恰相反。南部可以說是成都的心臟，這里匯聚著許多金融家資本家，在科技等方面也屬于成都的領(lǐng)頭羊和開拓者�？梢钥闯�，南區(qū)的可塑性相比于西區(qū)還是較大的，加上人口流動(dòng)性也持續(xù)地上升中，各種建筑必然有著密集化的趨勢(shì)。但正如前文對(duì)天府新區(qū)的描述，建筑不應(yīng)太過復(fù)雜，整體依照周邊自然環(huán)境而形成流線型的建筑群，突出標(biāo)志性建筑，有主有次，而不會(huì)突兀。
城東和城南曾因有著許多的工廠造成環(huán)境被污染，所以最初這里可謂“人煙稀少”。隨著成都熱度的不斷提高，污染的問題也漸漸被重視，許多工廠也倒閉關(guān)門。但是，作為一種文化，這些具有蒸汽朋克風(fēng)格的建筑被保留了下來。例如東郊記憶公園，雖然原本的工業(yè)價(jià)值已經(jīng)消失，但作為一個(gè)工業(yè)遺址，它在懷舊和藝術(shù)的方面卻重現(xiàn)生機(jī)。目前東郊記憶已作為4A級(jí)景區(qū)繼續(xù)存在。這種建筑風(fēng)格的特點(diǎn)之一就是棱角分明，懷舊和現(xiàn)代金屬的碰撞。由于產(chǎn)生的背景主要在工業(yè)革命時(shí)代的英國，當(dāng)時(shí)的建筑正處于一個(gè)新舊交替的關(guān)鍵時(shí)期。同時(shí)，城東和城南還是有很大的發(fā)展空間，因此，這兩個(gè)區(qū)域的中心建筑高度可以參照新城區(qū)的高度。而景區(qū)周圍的建筑可以適當(dāng)?shù)鼐o密一些，在保證陽光照射的情況下可以在布局和外觀上體現(xiàn)一種巴洛克風(fēng)格，使整個(gè)區(qū)域都具有異域風(fēng)情和風(fēng)格連貫性。
4建筑密度設(shè)計(jì)
城市建筑由于高度較高，密度較大，建筑物體量巨大，土地的承載能力有限，中心商業(yè)體還要著重考慮光照度，以某一高層建筑為例，它的高度決定了在其附近某一區(qū)域內(nèi)，有成比例的太陽光照投影區(qū)域，而在此區(qū)域內(nèi)的建筑物，在一天之中的某一段時(shí)間，光線被其所遮擋，光照情況。個(gè)陰影區(qū)，為了保證光照度，則必須盡可能地加大樓間距，而樓間距的增加意味著土地成本的上升，而建筑設(shè)計(jì)不僅僅考慮藝術(shù)性，還要適用性和經(jīng)濟(jì)性兼顧，為了調(diào)和這一矛盾，有必要研究他們之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，通過建模計(jì)算，是否存在一種折中的解決方案，以找到可能的最佳需求間距，達(dá)成三者之間的平衡。由上式可知，存在一個(gè)合適的建筑高度，使得建筑密度有一個(gè)相對(duì)應(yīng)的最大值，也就是最低的土地成本，以上是對(duì)實(shí)際情況的一個(gè)簡單建模，實(shí)際情況遠(yuǎn)遠(yuǎn)比這個(gè)要復(fù)雜，比如建筑物并不會(huì)在同一區(qū)域內(nèi)外形雷同，現(xiàn)實(shí)中地形由于某些河流或者歷史文化古建筑的影響，建筑群落的展開并沒有非常簡化的數(shù)學(xué)表達(dá)式，由此而來的數(shù)學(xué)建模會(huì)相對(duì)復(fù)雜很多，而建筑師設(shè)計(jì)時(shí)的考慮切入角度，又都萬變不離其宗。
5小結(jié)
本文從成都的建筑文化地方特色出發(fā)，結(jié)合集合、導(dǎo)數(shù)等數(shù)學(xué)工具，對(duì)建筑行為進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模。城市的建筑是一門科學(xué)，需要考慮方方面面的因素，而一座城之所以是一座城，除了地域就是文化，而建筑風(fēng)格是彰顯文化的一個(gè)重要方面，從建筑實(shí)際出發(fā)，成都的城市風(fēng)貌需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件、居民居住習(xí)慣等因素，結(jié)合土地成本等資本因素，綜合進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)。
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