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1 绪论1

1.1 研究背景1

1.2 现实意义5

1.3 研究对象和研究框架7

1.3.1 研究对象——城市形态、自然形态、参数化设计7

1.3.2 研究框架10

1.3.3 创新点10

2 城市形态学方面的理论综述12

2.1 概述12

2.2 概念——从“形态”到“城市形态”12

2.2.1 形态12

2.2.2 城市形态13

2.3 城市形态研究背景与历史14

2.3.1 当前国际研究状况14

2.3.2 国际研究的历史15

2.3.3 国际研究的分类17

2.3.4 国内研究的历史18

2.3.5 国内研究的分类29

2.3.6 目前城市形态研究中存在的问题29

3 城市设计中的自然形态及其来源30

3.1 区域尺度的自然形态设计31

3.1.1 以自然地理为框架的天然自然形态31

3.1.2 以人类活动为框架的自发式自然形态35

3.2 城市尺度的自然形态设计39

3.2.1 概述39

3.2.2 继承——从城市历史文脉出发的自然更新40

3.2.3 叠合——恢复基地原有的绿色环境44

3.2.4 创造——新自然形的产生47

3.3 分区尺度的自然形态设计52

3.3.1 概述52

3.3.2 仿生与隐喻52

3.3.3 “句法生成”方法55

3.3.4 参数化设计57

3.4 节点尺度的自然形态设计61

3.4.1 概述61

3.4.2 自然形态的景观62

3.4.3 自然形态建筑63

3.4.4 将建筑和景观融为一体的城市新节点66

3.5 本章小结67

4 传统城市中的自然形态70

4.1 概述70

4.2 西方传统城市的自然形态73

4.2.1 从远古至古典时期的城市73

4.2.2 早期伊斯兰教城市76

4.2.3 中世纪城市中的自然形态77

4.2.4 文艺复兴城市80

4.2.5 巴洛克城市81

4.3 中国传统城市的自然形态82

4.3.1 城市的低密度82

4.3.2 建筑群的内向性84

4.3.3 对自然的抽象和理性认识——“风水”84

4.3.4 因地制宜的山水城市85

4.4 本章小结86

5 城市自然形态设计的几何基础88

5.1 几何学对自然形态城市设计的意义88

5.2 几何学在自然形态城市设计中的运用89

5.2.1 欧氏几何的应用89

5.2.2 解析几何的应用92

5.2.3 “找形法”与索引曲面94

5.2.4 微分几何与样条曲面（包括NURBS曲面）97

5.2.5 分形几何的应用100

5.2.6 拓扑几何的应用110

5.3 本章小结115

6 （关联）参数化方法116

6.1 建筑领域应用（关联）参数化设计方法的历史116

6.1.1 西方早期的应用——盖里和格雷姆肖等建筑师的实践116

6.1.2 国内（早期）实践118

6.2 参数化设计思路的发展119

6.2.1 几何约束119

6.2.2 几何关联121

6.2.3 意义关联122

6.2.4 人工智能和复杂科学124

6.3 参数化设计软件125

6.3.1 “参数化设计软件生态圈”的概念125

6.3.2 参数化绘图软件126

6.4 城市自然形态设计与参数化方法的结合136

6.4.1 来源于自然界本身的自然形态136

6.4.2 来源于感性艺术创造的自然形态137

6.4.3 来源于市民互有偏差的个性化活动的自然形态137

6.5 本章小结137

7 传统设计方式与参数化设计方式的结合138

7.1 草图和草图数字化139

7.1.1 草图和草图数字化的意义139

7.1.2 各种草图数字化技术140

7.2 手工模型的三维扫描144

7.2.1 手工模型的价值144

7.2.2 自由曲面形式模型的制作方法144

7.2.3 三维扫描145

7.2.4 三维扫描的计算机输入151

7.3 替代三维扫描的近景摄影测量方法151

7.3.1 近景摄影测量和PhotoModeler软件的工作原理151

7.3.2 利用PhotoModeler完成项目的步骤和方法152

7.3.3 PhotoModeler替代三维扫描的现实意义159

7.4 数控加工和快速成型160

7.4.1 针对模型的快速数字加工技术160

7.4.2 针对实际建筑的数字加工技术162

7.5 本章小结164

8 结合地形的城市设计及地形数字化表达与分析165

8.1 自然化的城市地形设计方法165

8.1.1 顺应天然地形的城市选址和总体布局安排166

8.1.2 顺应天然地形的道路和交通设计173

8.2 城市自然地形设计的图形表达——从“平子样”至数字高程模型DEM174

8.2.1 地形的图纸表达174

8.2.2 地形的实物模型表达176

8.2.3 地形的数字化表达176

8.3 GIS平台下的地形分析和设计180

8.3.1 数字地形分析基础及三维GIS系统的发展状况180

8.3.2 数据读取、转化和三维TIN的生成181

8.3.3 高程、坡度和坡向分析182

8.3.4 数字地形的三维可视化和剖面操作183

8.3.5 ArcView辅助下的竖向设计186

8.4 本章小结188

9 基于分析和模拟的城市自然形态优化190

9.1 概述190

9.2 分析和模拟方法的沿革191

9.2.1 实物模型模拟191

9.2.2 简单的和线性的模拟、分析192

9.2.3 复杂的和非线性的模拟192

9.3 计算机分析和模拟的尺度性195

9.4 区域和城市尺度的分析和模拟195

9.4.1 静态的城镇体系和城市功能布局模型195

9.4.2 动态模拟城市人口、交通、用地和开发策略之间的关系196

9.4.3 城市用地适宜度的叠图评价199

9.4.4 区域绿廊的网络指标分析方法200

9.4.5 区域和城市尺度的小结201

9.5 分区尺度的分析和模拟202

9.5.1 公共开放空间的拓扑分析（空间句法）202

9.5.2 城市机动车交通和人行交通的模拟209

9.5.3 城市基础设施模拟209

9.5.4 各类环境指标模拟209

9.5.5 小结214

9.6 节点尺度的分析和模拟214

9.6.1 建筑环境和景观环境的视景仿真214

9.6.2 建筑受力结构模拟217

9.6.3 建筑构造模拟219

9.6.4 能耗和建筑物理环境模拟225

9.6.5 经济性模拟225

9.6.6 小结226

9.7 一个运用了计算机模拟方法的城市设计案例——Holcim竞赛方案“与鸟有约”227

9.7.1 项目背景和构思227

9.7.2 方案设计228

9.7.3 分析和模拟228

9.7.4 对计算机分析和模拟价值的反思229

9.8 本章小结230

10 针对居民参与的多选择造型231

10.1 概述231

10.2 居民参与的理论231

10.2.1 居民参与的几种方式231

10.2.2 “定制”用于城市设计的困难232

10.3 参数化辅助设计的技术概述234

10.3.1 参数（Parameters）234

10.3.2 参数化设计软件圈235

10.3.3 技术流程236

10.4 结合实例说明如何用参数化技术辅助居民参与社区设计237

10.4.1 基地237

10.4.2 步骤一：由未来居民通过“动态地图”来共同决定方案的功能和布局237

10.4.3 步骤二：生成可扩展性高的路网系统241

10.4.3 步骤三：定制符合居民个性的住宅247

10.4.4 步骤四：塑造丰富多彩的社区空间255

10.4.5 结论255

10.5 本章小结255

11 总结与展望256

11.1 总结256

11.2 讨论256

11.2.1 城市设计中的自然形式与设计的生态效果之间的关系256

11.2.2 参数化设计是否一定能提高设计工作效率257

11.3 思考与展望257

参考文献259

图片来源272

表格来源281

致谢282