瑞士乡村建筑视觉暴露的时空演变：六十年景观可视性分析揭示蔓延管控挑战

《Scientific Reports》：Visual exposure to buildings in Switzerland: spatial patterns and changes over six decades

本研究针对乡村景观中建筑视觉暴露这一常被忽视的维度，通过二进制和累积视域分析，评估了瑞士1960-2024年间非建筑区内建筑的视觉暴露变化。研究发现，尽管有管控措施，非建筑区内的建设仍导致视觉暴露持续增加，其中高原地区累积可视性最高，而阿尔卑斯山区仍保留大量视觉干扰最小区域。该研究为将视觉暴露指标纳入空间规划与景观监测框架提供了重要依据。

　　

在欧洲，乡村景观正经历着城市化压力、农业发展和空间规划政策演变带来的显著转变。然而，与分散发展的生态和功能后果相比，建筑如何改变乡村景观的感知体验这一视觉维度，却相对受到忽视。理解景观的空间模式、空间配置和物理特征对于环境规划、城市发展和生态研究等领域的决策至关重要。视觉景观分析已成为量化、表征和解释景观感知与体验品质的关键实践。

瑞士作为中欧国家，其人口密度高达212人/平方公里，远高于欧盟平均水平。尽管瑞士自1980年颁布《空间规划法》以来，已设立建筑区以遏制城市蔓延，但非建筑区（占国土面积95%）内的建设活动仍在持续。这使得评估建筑在乡村景观中的视觉存在变得尤为重要。

在这项发表于《Scientific Reports》的研究中，苏黎世联邦理工学院的Andreas Moser和Adrienne Grêt-Regamey团队，开展了一项跨越64年（1960-2024）的全面视觉暴露评估。他们旨在量化建筑在瑞士五个生物地理区域可见度的演变，特别关注建筑区内外建筑的视觉影响。

研究人员整合了历史与当代建筑足迹数据集、数字高程模型和森林覆盖数据，采用二进制视域分析和累积视域分析两种方法。二进制分析确定每个栅格细胞是否可见至少一栋建筑，而累积分析则计算从每个位置可见的建筑数量。分析限定了最大可视距离为2公里，并考虑了森林对视线的遮挡效应。建筑高度根据其占地面积估算，以确保历史数据的一致性。计算密集的视域任务使用GPU加速的xarray-spatial Python包完成。

建筑增长的历史轨迹

结果显示，瑞士的建筑数量从1960年的971,869栋增加到2024年的2,027,426栋，增长超过一倍。高原地区集中了全国超过47%的建筑，到2024年达到52.4%。建筑增长速率总体呈下降趋势，1960-1970年间增长最为显著。尽管建筑区内的建筑增长率始终高于非建筑区，但非建筑区的绝对建筑数量在整个研究期间持续增加。到2024年，位于2022年划定建筑区内的建筑占比为75.3%，非建筑区为24.7%。

生物地理区域的建筑可视性

可视性空间模式在不同区域差异显著。高原地区可视性最高，2024年时，11.3%的区域为可见建成区，另有61.7%的非建成景观可见建筑（主要来自建筑区和非建筑区）。相比之下，阿尔卑斯山区（北阿尔卑斯、中阿尔卑斯和南阿尔卑斯）由于地形复杂和建成区有限，建筑可视性显著较低。例如，中阿尔卑斯地区仅有1.7%为可见建成区，52.2%的景观可见建筑，且主要源于非建筑区（36.6%）。这些区域保留了大量不可见区域，南阿尔卑斯地区不可见景观比例最高，达51.4%。汝拉地区则呈现中间状态。

研究还揭示了可见与不可见区域之间的动态转换。在所有区域，都存在因非建筑区内建筑导致的不可见区域变为可见的小幅但持续趋势，这在阿尔卑斯山区更为明显。另一方面，自2004年有森林数据以来，森林扩张成为导致可见区域变为不可见的重要因素，尤其在阿尔卑斯地区。

跨区域和时间的累积视域分析

累积可视性值的分布强烈反映了地形和聚落结构的综合影响。高原地区始终显示最高的累积可视性，其分布峰值位于较高区间，对应每处可见100-562栋建筑，2024年平均可见建筑数为363栋。相反，中阿尔卑斯和南阿尔卑斯地区累积可视性最低，分布峰值位于最低区间，对应仅可见1-3栋建筑，2024年中阿尔卑斯平均可见建筑数仅为72栋。北阿尔卑斯和汝拉地区呈现中间分布特征。随时间推移，高原地区分布向更高值区间移动，表明视觉饱和区域可见建筑浓度增加；而阿尔卑斯和汝拉地区的变化更集中于低值区间，反映了非建筑区乡村建筑视觉影响的增加。

研究结论与意义

该研究通过超过六十年的评估，揭示了瑞士乡村建筑发展的视觉暴露具有鲜明的空间模式和细微的时间动态。视觉暴露的逐渐增加主要归因于建筑区外的乡村建筑，最显著的视觉扩张发生在1960至1980年间，这与瑞士城市蔓延的趋势一致。同时，森林扩张成为减少可视性的主导因素，特别是在阿尔卑斯山区。

累积视域分析进一步揭示了建筑视觉影响强度与空间分布的强烈区域对比。这些差异由地形和建筑分散性之间的相互作用所塑造。研究结果不仅反映了聚落趋势，也体现了更广泛的政策背景和人口动态。尽管有空间规划法规，建筑区外的发展并未完全消失，这凸显了有效调控城市发展的制度挑战。

该研究的视域模型基于一系列简化的假设和参数选择，例如最大可视距离和建筑高度估算，这些都会影响结果。二进制视域分析在捕捉视觉体验复杂性方面存在概念局限，而累积可视性则在物理可视性框架内提供了补充视角。更精细的方法，如考虑地形坡度、视角和距离的视觉量级，或感知导向的视景模型，可以提供更细致的视觉影响评估，但通常需要详细的三维数据和密集计算。

尽管如此，可视性分析为城市设计和空间规划提供了实用指导。视觉暴露指标有助于评估建筑朝向和与景观元素的整合情况，识别高或低累积可视性区域可以协助保护开放视觉廊道、分配公共空间以及设计最小化负面视觉影响的发展项目。这项研究为从景观视角全面理解城市蔓延增添了新的感知维度，表明城市扩张不仅是一个物理过程，也是一个被视觉体验的过程。将可视性指标纳入规划框架，决策者可以更好地考虑景观变化的感知维度，支持在乡村环境中保护视觉开放度和风景品质的政策。

这项研究的方法和发现具有广泛的适用性，可为面临类似发展压力的其他地区的空间规划、景观监测和保护工作提供信息。通过整合可视性指标，有助于在平衡增长与保护景观品质的同时，预见聚落发展的长期视觉影响。