技术摘要：
本发明公开了一种北方平原地区大规模乡村住宅布局生成设计方法，属于数字化城乡规划领域。本发明确定了北方平原地区乡村宅基地组合的三级生成规则：1级规则描述了4户组合的住宅单元模式，2级规则描述了公共空间组织、道路网络结构以及每16户组合的邻里模式，3级规则描  全部
背景技术：
中国城镇化的乡村住宅通常是利用标准化、“蓝图式”的设计模式快速完成大规模 设计和建造。过度单调、空置率高和经常性的推倒重建等问题。现在，这一问题开始蔓延至 供6亿中国人居住的乡村住宅上，在守旧的设计方法和开发模式作用下，现有乡村建筑质量 不高且城市化、同质化趋势明显。 自2000年起，通过有效的规划调控，在优先推进城镇化的前提下，合理规划乡村聚 落，推进乡村人口适度集中居住；在此基础上，需要合理配置乡村基础设施，提高乡村人居 环境质量，形成有利于城乡融合的空间结构。地方政府和开发企业在落实战略时，通常会模 仿城市住宅的建设模式，设立一些自上而下的大规模经济适用住房计划和项目，在划定区 域内以拆迁的方式统一开发大规模的住房单元。在设计、施工和使用的过程，乡村住宅同城 市住宅一样也被视为“居住的机器”，通过标准化和模块化的“复制”表达和高效建造，其类 型与式样能够实现较高的一致性，与环境契合度高，进而能够快速形成整齐划一的住区风 貌和相对完善的基础设施。 其不足之处，在实际建设过程中也逐渐暴露出来： 1）住宅和基础设施等建造成本的提高； 2）供应方提供的建设模式粗放、工业化程度不高； 3）建筑师采用的传统“蓝图式”方法难以在有限的设计周期内兼顾大规模住宅的布局 规划和用户的居住需求，更无法提供具有预定义、阶段性、分层级和多样化的设计结果。 此外，原本具有动态性、可持续性和自发增量建造特征的中国传统乡村空间表现 出明显的城市化和同质化倾向。 针对以上问题，有必要探索中国新一代的大规模乡村住宅设计模式，为“体小量 大、多样复杂”的乡村住宅探索了高效的生成设计方法，推动乡村住宅设计朝向高质量的工 业化和差异化发展。
技术实现要素：
为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种北方平原地区大规模乡村住宅布局 生成设计方法。为中国北方平原地区的大规模乡村住宅设计编码规则，以解决现有乡村住 宅排布时城市化、同质化趋势明显的问题。 本发明的技术方案为： 一种北方平原地区大规模乡村住宅布局生成设计方法，包括步骤： 1）确定宅基地网格化的基本模数，并根据巷路的平均尺寸确定设计时采用的巷路尺 寸；确定三级规则以及各级规则的组合原型； 5 CN 111553006 A 说　明　书 2/11 页 2）使用编程语言编码一级规则，生成一级样本的初始语料库和核心语料库，并通过编 程语言将一级样本的核心语料库进行分类； 3）使用编程语言编码二级规则，生成二级样本的初始语料库、核心语料库、扩展语料 库； 4）使用编程语言编码三级规则，控制三级样本的生成方式以及对样本内宅基地密度进 行控制调整； 5）通过计算机自动识别给定的地块，并从各级规则下生成的语料库中调取样本进行填 充。 作为一种优选方案，所述北方平原地区大规模乡村住宅布局生成设计方法，步骤 1）中， 根据宅基地的平均尺寸和开间宽度来确定设计时标准宅基地的尺寸和宅基地网格化 的基本模数；根据巷路的平均尺寸确定设计时采用的巷路尺寸； 在标准宅基地尺寸的基础上通过增加或减少模数单位确定一种缩小型和三种扩大型 宅基地； 使用Python编程语言，以数字矩阵表示宅基地和巷路；矩阵中巷路用“0”表示，宅基地 用“1”表示； 一级组合原型由4个标准宅基地和中心十字巷路共同构成住宅单元级样本； 二级组合原型由4个一级样本，以Zone-A1/A2/A3/A4的组合方式构成邻里组合级样本； 三级组合原型由4个二级样本、中心十字巷路，以Zone-B1/B2/B3/B4的组合方式构成社 区级样本。 作为一种优选方案，所述北方平原地区大规模乡村住宅布局生成设计方法，步骤 2）中， 使用Python编程语言在建立的一级样本组合原型的数字矩阵中，计算将4个宅基地分 别平移1个巷路的单位所出现的组合数量，共计算出79种形态，将该79种样本作为一级样本 初始语料库，以npy格式文件将该79个样本储存于一级样本初始语料库文件中； 通过Python编程语言调取储存在一级样本初始语料库中的79个样本逐一使用深度优 先搜索进行访问，以识别出不合理的样本并排除，剩余16个样本；将该16个样本作为一级样 本核心语料库S0；以npy格式文件将该16个样本储存于一级样本核心语料库文件中； 进一步地，步骤2）中，一级样本核心语料库的分类具体为： 使用Python编程语言调取储存于一级样本核心语料库文件中的16个样本，识别内部连 接4个宅基地的巷路到达一级样本四个角点的情况，将16个样本分为四类：巷路可到达西北 角的置于Zone-A1，巷路可到达东北角的置于Zone-A2，巷路可到达西南角的置于Zone-A3， 巷路可到达东南角的置于Zone-A4象限； 再通过Python编程语言识别样本内是否有上下贯通的直线巷路，将Zone-A1、Zone-A2、 Zone-A3、Zone-A4内样本再分为M和N两种子类型，M类为有上下贯通的直线巷路，N类为没有 上下贯通的直线巷路； 以npy格式文件分别将分类完毕的样本储存在各自类型的文件中。 作为一种优选方案，所述北方平原地区大规模乡村住宅布局生成设计方法步骤3） 中， 6 CN 111553006 A 说　明　书 3/11 页 通过Python编程语言，在建立的二级组合原型的数字矩阵内按照Zone-A1/A2/A3/A4四 个区域从相应分类的文件内自动调取样本进行填充； 使用Python编程语言按照相邻Zone不得出现样本的镜像组合；Zone-A1中M类和Zone- A3中的M类不能上下相邻布置；Zone-A2中M类和  Zone-A4中M类不能上下相邻布置进行约 束，一共计算出148种样本组合关系；以npy格式将该148种样本储存在二级样本的初始语料 库文件中； 使用Python编程语言自动调取储存在二级样本初始语料库文件中的样本进行识别筛 选，将二级样本中四个边界没有能进入二级样本中心点的巷路的样本排除，剩余的102个样 本以npy格式储存在二级样本的核心语料库文件中。 进一步地，步骤3）中，构建二级样本的扩展语料库时，将其分为两类，一类为样本 内部标准宅基地变为扩大型宅基地的情况；另一类为去除样本内宅基地的情况。 作为一种优选方案，所述北方平原地区大规模乡村住宅布局生成设计方法，样本 内部标准宅基地变为扩大型宅基地情况下的扩展语料库： 使用Python编程语言调取二级样本核心语料库的102个样本，并加入临车行路的条件 限定后自动控制扩大样本内的部分宅基地尺寸，扩大的宅基地尺寸即对应确定的3种扩大 型宅基地尺寸；根据临路方式的不同分为三类： 当样本单侧临车行路时，使样本内不临路且位于角落上的随机一个宅基地作为标记宅 基地，临路的四个宅基地向车行路延伸扩大1个模数，标记宅基地与车行路垂直的边的对边 端头的两个宅基地同时再向外侧延伸扩大1个模数，使用Python编程语言计算后共生成408 种样本形态；以npy格式将该408种样本储存在T1类文件中； 当样本双侧临车行路时，选择样本内不临路且位于角落上的宅基地作为标记宅基地， 临路的7个宅基地向车行路延伸扩大1个模数，使用Python编程语言计算后共生成408种样 本形态；以npy格式将该408种样本储存在T2类文件中； 当样本不临车行路时，随机选择角落上的一个宅基地作为标记宅基地，临近标记宅基 地的2个角点上的宅基地向单侧扩大1个模数，标记宅基地的对角宅处基地向两侧各扩大1 个模数，使用Python编程语言计算后共生成408种样本形态；以npy格式将该408种样本储存 在T3类文件中。 作为一种优选方案，所述北方平原地区大规模乡村住宅布局生成设计方法，去除 样本内宅基地情况下的扩展语料库： 当样本临路时，使用Python编程语言调取T1类的样本，自动识别标记宅基地与车行路 垂直的两个Zone内的8个宅基地及巷路并保留，去除剩余的8个宅基地及巷路，计算后共生 成408个样本，以npy格式将该408种样本储存在为S1类文件中； 当样本不临路时，使用Python编程语言调取T3类的样本，识别样本中标记宅基地的横 边或纵边上的两个Zone内的8个宅基地及巷路并保留，去除剩余的8个宅基地和巷路，计算 后共生成816个样本；以npy格式将该816种样本储存在S2类文件中； 使用Python编程语言调取T3类的样本，识别样本中标记宅基地的横边或纵边上的4个 宅基地及巷路并保留，去除剩余的12个宅基地和巷路，排除相同样本后计算出36种样本；以 npy格式将该36种样本储存在S3类文件中。 作为一种优选方案，所述北方平原地区大规模乡村住宅布局生成设计方法，步骤 7 CN 111553006 A 说　明　书 4/11 页 4）中，所述三级样本的生成方式为， 使用Python编程语言按照三级样本原型，从二级样本扩展语料库中调取二级样本进行 填充，生成三级样本。 进一步地，步骤4）中，密度的控制调整具体为： 使用Python编程语言调取二级样本核心语料库和二级样本扩展语料库中的样本，再通 过Python编程语言控制不同密度下调取的样本内删减宅基地的情况，删除临车行路的宅基 地，则用于开设社区的出入口；删除其他位置的宅基地，则用于扩大社区内部的开放空间。 进一步地，步骤4）中，密度的控制调整具体为： 使用Python编程语言自动识别进行完减法处理的样本中心四个宅基地中未删除变为 公共空间的标准宅基地，将其缩小1个模数，缩小后的宅基地尺寸即对应确定的缩小型宅基 地尺寸。 作为一种优选方案，所述北方平原地区大规模乡村住宅布局生成设计方法，步骤 5）具体为： 对于给定的dwg格式的基地文件，借助Python的模块对Dwg格式的基地边界、车行路以 及内部排除层进行识别，然后使用Python编程语言随机调取对应属性样本库中的样本根据 编码控制的样本密度进行删减宅基地和减少宅基地尺寸计算后自动控制CAD分图层对基地 进行样本填充。 本发明提出了一种基于形状文法的大规模住宅生成设计方法，应对中国北方平原 地区大量涌现的乡村住宅建设需求，解决因设计方法和开发模式守旧，现有乡村城市化、同 质化趋势明显等问题。通过调研北方平原地区传统乡村，探讨乡村住宅整体的布局、形态和 特征，确定了宅基地组合的三级生成规则：1级规则描述了4户组合的住宅单元模式，2级规 则描述了公共空间组织、道路网络结构以及每16户组合的邻里模式，3级规则描述了用地建 筑密度、用地内外联系以及每64户组合的社区模式。并通过Python编程语言建立各级规则 的宅基地组合原型，以及自动生成和筛选各级规则生成的样本，并建立npy格式的文件库以 储存样本信息；对于给定地块的dwg文件，可借助PyautoCAD模块识别基地信息并自动从对 应样本库中调取样本生成设计。 本发明的有益效果为： 本发明为生成北方平原地区大规模乡村住宅规划的有效方法；使用Python编码的各级 样本库，再通过Python识别dwg文件的基地形态，再由Python自动调取相应属性的样本进行 填充，填充过程中通过编码语言控制填充时样本的建筑密度。 本发明实现了自动化设计，提高了设计效率，借助计算机语言的随机调取样本，可 在短时间内生成多个不同方案进行比较，实现了方案生成的多样性有助于帮助设计师快速 出方案。而且，本发明各级样本内宅基地组合形态的多样化，也使得乡村传统肌理得以延 续，避免了大规模乡村住宅布局设计的城市化问题。 附图说明 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可 8 CN 111553006 A 说　明　书 5/11 页 以根据这些附图获得其他的附图。 图1是标准宅基地、缩小型宅基地、扩大型宅基地轮廓和建筑范围； 图2是三种层级的标准型宅基地组合类型； 图3是一级样本初始语料库79种样本的举例； 图4是79种样本筛除不满足要求样本后剩余16种满足要求的样本类型； 图5是将16中满足要求的样本类型进行分类； 图6是一级样本按照二级样本原型组合后形成的148种二级样本的举例以及不满足要 求的样本举例； 图7是对148种样本进一步筛选出不满足要求的样本举例以及满足要求的样本举例； 图8是T1类样本举例； 图9是T2类样本举例； 图10是T3类样本举例； 图11是举例说明S1样本的生成； 图12是举例说明S2样本的生成； 图13是S3类样本举例； 图14是二级样本按照三级原型组合后的三级样本形态举例； 图15是中密度要求下三级样本形态举例； 图16是中密度要求下将各二级样本中心4个宅基地未删去变为公共空间的标准宅基地 缩小1个模数的举例； 图17是给定的基地地块； 图18是实施例1识别并填充后的生成结果。