کاربرد سیستم اطلاعات مکانی GIS در طراحی معماری

کاربرد های GIS در معماری:

GIS (سیستم اطلاعات مکانی) در معماری ابزاری قدرتمند است که به معماران و طراحان اجازه می‌دهد تا محیط سایت و شرایط طبیعی و شهری آن را بهتر بشناسند و پروژه‌ها را پایدارتر و بهینه‌تر طراحی کنند. به عنوان مثال، GIS می‌تواند توپوگرافی، اقلیم منطقه، پوشش گیاهی، کاربری اراضی و جزئیات دیگر را یکپارچه کند و با تحلیل این داده‌ها به طراحی پروژه کمک کند. یکی از بخش‌های مهم تحلیل محیطی، تحلیل سایه و تابش خورشید است که نقش بسزایی در بهینه‌سازی مصرف انرژی، افزایش راحتی ساکنان و افزایش پایداری طرح دارد. برای نمونه، مستندات ArcGIS خاطرنشان می‌کنند که «ارزیابی تأثیر سایه در شهر یا جامعه اطلاعات ارزشمندی فراهم می‌کند؛ این کار به بهینه‌سازی دسترسی به نور خورشید در فضاهای عمومی و طراحی ساختمان‌ها و جهت‌گیری آن‌ها کمک می‌کند و کارشناسان انرژی می‌توانند اثرات سایه بر ساختمان‌ها و فضاهای باز را برای بهینه‌سازی مصرف انرژی بررسی کنند». به عبارت دیگر، با استفاده از ابزارهای تحلیل سایه در GIS، معماران می‌توانند از پیش تأثیر قرارگیری ساختمان‌ها و درختان را بر نور و سایه محیط اطراف بسنجند و از هزینه‌های بعدی جلوگیری کنند.

GIS امکان مدلسازی دقیق شرایط سایت را می‌دهد. به عنوان مثال، تصویر بالا نشان دهنده یک خروجی از ArcGIS Pro است که لایه‌های ساختمان‌ها، خیابان‌ها و سایر جزئیات یک شهر را نمایش می‌دهد. با تلفیق این داده‌ها، می‌توان ویژگی‌های اصلی سایت مانند ارتفاع‌ها، ناهمواری‌ها و کاربری زمین را درک کرد. این نوع نقشه‌های GIS به معماران کمک می‌کند تا دید کلی از سایت به‌دست آورند و طرح‌های پیشنهادی را بر اساس واقعیت‌های سایت تنظیم کنند. برای نمونه، شرکت معماری آمریکایی گنسلر (Gensler) از همین قابلیت در طراحی مجتمع‌های بزرگ استفاده می‌کند؛ آن‌ها در پروژه‌های خود با GIS، داده‌های مکانی را در محیط سه‌بعدی تلفیق و تحلیل می‌کنند تا تأثیر طرح نهایی را روی خیابان‌ها و محیط اطراف شبیه‌سازی کنند.

کاربردهای کلیدی GIS در طراحی معماری

• تحلیل سایت (Site Analysis): GIS امکان بررسی جامع شرایط سایت را فراهم می‌کند. می‌توان نقشه‌های مختلفی (توپوگرافی، کاربری اراضی، پوشش گیاهی و …) را روی هم قرار داد تا نقاط قوت و ضعف محیط طراحی مشخص شود. تحلیل اقلیم و شرایط محیطی با GIS کمک می‌کند تا معماری با محیط طبیعی هماهنگ باشد و از مشکلات اقلیمی پیشگیری شود.

• طراحی منظر و دید (Landscape/Viewshed Analysis): در طراحی فضای باز و منظر نیز GIS کاربرد دارد. به‌عنوان مثال، تحلیل «دید» (Viewshed) در GIS مشخص می‌کند از کدام نقاط سایت چه دیدهایی وجود دارد. این کاربرد در معماری منظر پرکاربرد است و به برنامه‌ریزان کمک می‌کند تا محل مناسب کاشت درختان و مسیرهای دیداری را تعیین کنند. GIS با شبیه‌سازی دید و مناظر، امکان مدل‌سازی فضای سبز و درختان را نیز فراهم می‌آورد.

• تحلیل تابش خورشید (Solar Radiation Analysis): GIS ابزارهایی برای محاسبه میزان تابش خورشیدی بر یک سایت دارد. به کمک مجموعه ابزارهای Solar Radiation در ArcGIS می‌توان نقشه‌های انرژی خورشیدی را برای همه سطح زمین یا نقاط مشخص به دست آورد. این تحلیل به معماران کمک می‌کند تا جهت‌گیری ساختمان‌ها و پنجره‌ها را برای بیشینه کردن نور طبیعی و کاهش مصرف انرژی طراحی کنند. همچنین می‌توان مکان بهینه پنل‌های خورشیدی را شناسایی نمود.

• تحلیل سایه و نور محیط (Shadow Analysis): مهم‌ترین کاربرد در این مقاله، تحلیل سایه است. با GIS می‌توان در زمان‌های مختلف روز و سال، سایه ساختمان‌ها و درختان را شبیه‌سازی کرد. این کار اجازه می‌دهد تا محل قرارگیری ساختمان و گونه‌های درختی طوری انتخاب شود که در تابستان سایه بیشتری ایجاد شود و در زمستان از نور آفتاب بهره‌مند گردند. به گفته منابع آموزشی GIS، تحلیل سایه به معماران امکان می‌دهد «تشخیص دهند کدام مناطق در زمان‌های خاصی از سال در سایه قرار می‌گیرند و جایگاه ساختمان را برای کاهش مصرف انرژی بهینه کنند». به‌علاوه، این تحلیل کمک می‌کند تا سازه‌های جدید باعث کاهش ناخواسته نور خورشید در فضاهای عمومی یا ساختمان‌های مجاور نشوند.

• خروجی برای ارائه به کارفرما: علاوه بر تحلیل، GIS ابزارهایی برای تصویری‌سازی و ارتباط مؤثر با کارفرما دارد. مدل‌های سه‌بعدی و اپلیکیشن‌های وب GIS به معماران اجازه می‌دهند طرح خود را به‌صورت واقعی‌ نمایش دهند و تصمیمات خود را با ابزارهای مصورسازی (مثلاً اسلایدر یا انیمیشن) نشان دهند.

تحلیل سایه در طراحی ویلا (مطالعه موردی)

برای روشن‌تر شدن کاربرد GIS در معماری، روند به کارگیری سایه اندازی در طراحی یک ویلا را مطالعه کنید. این ویلا در یک منطقه دشتی هموار قرار دارد. در طراحی این ویلا از ArcGIS Pro برای تحلیل سایه‌اندازی استفاده شده است. ابتدا با وارد کردن پلان معماری طراحی شده به محیط ArcGIS Pro، مدلسازی محوطه و ساختمان بر اساس پلان معماری انجام شد. بر اساس این مدل‌ سه‌بعدی از ساختمان‌ سایه بان و درختان موجود در محوطه، سایه ایجاد شده از نور خورشید در دو فصل تابستان و زمستان محاسبه و ترسیم شد. بر اساس نتایج تحلیل، تغییراتی در نوع (برگ ریز یا همیشه سبز) و موقعیت درختان اعمال شد به گونه‌ای که در تابستان بیشترین سایه ممکن ایجاد شده و در زمستان بیشترین نور خورشید دریافت شود.

ویدیو شبیه سازی حرکت سایه در فصل تابستان و زمستان را برای این ویلا مشاهده کنید.

درختان برگ‌ریز در تابستان سایه کافی فراهم کنند و در زمستان با ریزش برگ‌ها نور مستقیم خورشید را به ساختمان می رسانند. در مقابل، در فضاهای مورد نیاز برای سایه دائمی و حریم خصوصی از درختان همیشه‌سبز (مانند سرو یا کاج) استفاده گردید تا در تمام سال پوشش سایه ارائه کنند. این چیدمان بر اساس مطالعات منظر و باغبانی انجام شد. در نهایت، این استراتژی چیدمان باعث شد ویلا در گرمای تابستان خنک‌تر و در سرمای زمستان روشن و دلپذیر باشد، بدون آنکه از انرژی مصنوعی زیادی استفاده شود.

برای اطلاع بیشتر از این پروژه و مشاهده طراحی معماری این ویلا، اینجا کلیک کنید.

تجربه‌ها و مطالعات مشابه

برای درک بیشتر مزایای تحلیل سایه با GIS، می‌توان به تجربه‌ها و پروژه‌های دیگر اشاره کرد:

• شهر کبک، کانادا: شهرداری کبک با بهره‌گیری از مدل‌های سه‌بعدی GIS، تأثیر سایه ساختمان‌های پیشنهادی را بر محیط شهری بررسی می‌کند. به‌عنوان مثال، با محاسبه سایه‌های یک پروژه جدید، دیدند که آیا سایه ساختمان بر استخرهای عمومی یا فضاهای بازی اثر منفی دارد. در صورت مشکل، پیشنهاد ساخت تغییر می‌کند. این کار نمونه‌ای از تحلیل سایه در مقیاس شهری است که در تصمیم‌گیری‌ها کمک می‌کند.

• شرکت معماری Gensler (ایالات متحده): شرکت بزرگ Gensler از ابزارهای ۳D GIS مانند ArcGIS CityEngine در برنامه‌ریزی محله‌های مسکونی بزرگ استفاده می‌کند. آن‌ها گزارش می‌دهند که مدل‌سازی سه‌بعدی و قابلیت‌های دید و سایه در GIS به تیم طراحی کمک می‌کند تأثیر طرح نهایی را بر محیط اطراف شبیه‌سازی کرده و به مشتریان خود نشان دهند. به‌بیان دیگر، ابزارهای سایه‌اندازی و آنالیز دید در CityEngine به این معماران اجازه می‌دهد تا اثر واقعی ساختمان بر همسایگان و فضاهای باز را پیش‌بینی کنند.

• مطالعه شهری در ایران (سنندج): در یک تحقیق علمی داخلی که توسط سارا بهشتی فر و رومینا عبدالهی در سال 1401 انجام شده است، پژوهشگران سایه ساختمان‌ها را در یک محله پرتراکم شهر سنندج با GIS شبیه‌سازی کردند. نتایج نشان داد بیش از ۷۵٪ پلاک‌های مسکونی در یک ساعت مشخص زمستانی کاملاً در سایه قرار می‌گیرند. این مطالعه کیفیت نورگیری محیط را در آن محله ضعیف ارزیابی کرد و بر نیاز به طراحی دقیق‌تر با در نظر گرفتن سایه تأکید نمود.

این مثال‌ها نشان می‌دهند تحلیل سایه در GIS نه‌تنها یک مفهوم نظری نیست، بلکه در پروژه‌های واقعی معماری و شهرسازی دنیا به کار رفته است و تصمیمات طراحی را دقیق‌تر می‌کند. به‌طور کلی، افزون بر آموزش تئوری، چنین مطالعاتی، کارایی عملی GIS را در بهبود کیفیت زندگی شهری و کاربری ساختمان‌ها به اثبات می‌رساند.

نتیجه‌گیری

به‌صورت خلاصه، کاربرد GIS در معماری به ویژه در تحلیل سایه منجر به تصمیم‌گیری‌های دقیق‌تر و طراحی بهینه‌تر می‌شود. این فناوری با مدلسازی سه‌بعدی سایت و داده‌های محیطی، زمینه را برای «طراحی اقلیمی» فراهم می‌کند، به طوری که ساختمان‌ها و درختان متناسب با نیازهای فصل گرم (سایه‌افکنی) و فصل سرد (نورگیری) قرار گیرند. معماران و کارفرمایان می‌توانند از این قابلیت بهره ببرند تا علاوه بر زیبایی و کارکرد، ملاحظات انرژی و آسایش ساکنان را نیز لحاظ کنند.