【文章导读】基于遗传算法的传统街区空间形态优化研究——以喀什老城为例
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引言
随着我国城市化建设的不断推进，城市热岛效应显著增强，城市热环境也日趋恶化，甚至引发众多的城市公共安全问题。与现代都市自上而下规划模式不同，传统街区或聚落通常采取自下而上的营建模式，在长期的自然演化过程中，与当地气候建立了良好的适应关系，形成了独特的城市空间形态。这种历史营建中的气候适应智慧对现代城市更新与设计具有一定的借鉴价值。由于不同地区的气候条件不同，传统街区积累的气候适应经验也存在显著差异，针对不同气候特征下城市传统街区的气候适应经验进行深入挖掘，并从中凝练出可移植的城市设计策略运用到当今的城市更新与建设中，对于改善城市微气候有重要意义。
近年来，随着计算机科学和人工智能的不断发展，遗传算法逐渐被引入城市微气候的模拟研究中，该方法通过融合计算机建模、参数化设计、性能模拟与优化算法，进行自动寻优和方案迭代，避免传统模拟优化方法调整次数过多、效率低下的弊端。智能参数化设计与优化算法已逐渐成为建筑设计和城市设计领域中常用的优化方法，尤其是以Grasshopper为代表的参数化设计方法，但当前相关研究主要是针对现代城市街区，对传统街区空间形态优化的相关研究则相对缺乏，使得传统街区的大量气候适应经验在现代城市更新建设中得不到有效传递。
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研究对象
资料来源：根据谷歌卫星照片绘制。
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研究思路与方法
基于多目标进化算法（MOEA）得到一系列折中的解集，即帕累托最优解集（Pareto optimal set）或非支配解集（non-dominated set），再根据实际需求从中进行决策，使得各目标均衡的情况下效率最大化。采用基于GH平台的多目标遗传算法插件Octopus来实现自动优化，气象数据是来自Ladybug提供的气象站实测数据。
3.1 街区空间原型提取
主要研究对象是街区中的街道空间形态，因此在对街区空间肌理简化时，建筑庭院不做探讨。喀什老城的街道按尺度可分为街道和巷道两种，前期调研统计发现：街道平均长度300m左右，宽度6～12m；巷道平均长度100m左右，宽度2～6m。街区被两种不同尺度的道路以条形划分，在该体系下，可利用街道高宽比以及街道类型来实现喀什老城传统街区空间形态上的综合建模。分别针对街道尺度和巷道尺度建立基本街区单元的理想模型，街道单元长度设为300m，巷道单元长度设为100m。道路的宽度根据街道和巷道不同的尺度分别设为6～12m和2～6m。如图4红色体块分别代表道路两侧的建筑，建筑之间的道路为本次实验研究道路，周围体块模拟街区周边环境。
3.2 参数变量选取
在街道与建筑形态参数上，着重将街道宽度和朝向作为影响街区热环境的重要参数指标。在建筑形态上，着重将建筑高度、悬挑形式和悬挑尺度作为影响街区热环境的重要参数指标。在街道界面材质上，挑选当地常用的建筑与街道材质，着重分析材料属性，并模拟材料的热工属性对街区热环境的影响。在植被配置上，着重研究植物种植位置和形式对街区热环境的影响，不涉及其他植物属性的因素。
3.3 热舒适评价指标选取
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实验设计
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结果分析
对上述工况的模拟结果进行模拟计算，从得到的帕累托前沿解集中选取出最优解，然后通过对最优解中各空间形态参数的分析，得出基于室外人体舒适度改善的街区形态各参数的取值范围。分别形成街道尺度下和巷道尺度下街道高宽比与朝向、街道剖面形式、街巷岔路形式、街巷放大空间、街巷界面材质的优化结果。
以第一组街道高宽比与朝向优化实验为例，街道模拟过程经过38次迭代后，种群趋于稳定，产生了67个帕累托前沿最优解，其前沿解的分布和最优解的参数取值见图11。巷道模拟过程经过32次迭代后，种群趋于稳定，产生了82个帕累托前沿最优解，其前沿解的分布和最优解的参数取值见图12。
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基于热舒适改善的干热地区街道空间优化设计策略
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结语
原文介绍
《基于遗传算法的传统街区空间形态优化研究——以喀什老城为例》一文已在知网首发。
【doi】10.11819/cpr20221728a李 涛，西安建筑科技大学建筑学院，西部绿色建筑国家重点实验室，副教授。陈兆哲，山西省建筑设计研究院有限公司方案创作所。
王怀斌，西安建筑科技大学建筑学院在读硕士研究生。
李舒祺，西安建筑科技大学建筑学院在读硕士研究生。【基金项目】国家自然科学基金项目(51708439)；教育部人文社会科学研究一般项目(21YJCZH072)；陕西省社会科学基金年度项目(2021J035)；西部绿色建筑国家重点实验室自主研究课题(LSZZ202210)。
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