分形理論在現(xiàn)代園林景觀設(shè)計中的應(yīng)用

王珺潔+于海燕

摘 要：當前隨著科技的不斷發(fā)展和人們對審美需求的日益提升，現(xiàn)代社會對園林景觀設(shè)計有了更高的要求。現(xiàn)代的景觀元素呈現(xiàn)出多樣化的趨勢，以便滿足社會的多元化需求，大多數(shù)景觀元素已不能僅依據(jù)歐氏幾何學(xué)來分析，其呈現(xiàn)出來的形態(tài)多是非線性變換的分形特征。分形理論及其體現(xiàn)出來的藝術(shù)特征在現(xiàn)代園林景觀設(shè)計中得以廣泛運用，不僅豐富了設(shè)計理論，同時在設(shè)計手法上也發(fā)揮了重要作用。研究通過梳理分形理論與現(xiàn)代景觀設(shè)計的內(nèi)在聯(lián)系，結(jié)合實際案例探討分形理論應(yīng)用于現(xiàn)代園林景觀中的設(shè)計方法，使其能夠更好地服務(wù)于現(xiàn)代社會，同時豐富了現(xiàn)代園林景觀設(shè)計的理論與研究方法。

關(guān)鍵詞：分形理論；景觀設(shè)計；自相似性；幾何形態(tài)

現(xiàn)代園林景觀設(shè)計與城鄉(xiāng)規(guī)劃、建筑學(xué)、環(huán)境學(xué)等多種相關(guān)學(xué)科結(jié)合共同構(gòu)成了整個人居環(huán)境系統(tǒng)。在具體的景觀設(shè)計過程中，它可以通過基地內(nèi)人工構(gòu)筑物等給游人以非常直觀的視覺體驗，同時還可結(jié)合基地文化元素等設(shè)計不同的造型來傳遞基地設(shè)計理念。隨著人們對現(xiàn)代景觀元素的審美不斷提升，設(shè)計師近年來日益重視將景觀美學(xué)藝術(shù)與幾何學(xué)元素進行有效結(jié)合，從而豐富景觀設(shè)計作品的藝術(shù)感。基于此，分形理論等現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法的引入，在結(jié)合自然元素的基礎(chǔ)之上，合理融入幾何造型，正是由于分形理論具有獨特的“分維”特征，才使得景觀設(shè)計領(lǐng)域可用分形幾何等數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)表述自然景觀的復(fù)雜和不規(guī)則規(guī)律[1-2]。它不僅能夠豐富景觀元素的形式，同時還在很大程度上提高了景觀作品的藝術(shù)價值。

一、分形理論的概念

“分形”一詞的概念最初是由美籍法國數(shù)學(xué)家曼德勃羅（B.B.Mandelbrot）于1975年提出。他認為，某種物體的其中一部分與整體在某種形式上存在類似的形態(tài)，即為分形。分形理論誕生之初，便與混沌理論和耗散結(jié)構(gòu)論并稱為20世紀人類科學(xué)史上的三大發(fā)現(xiàn)。作為一門新興的學(xué)科，在分形理論建立之后，便不斷拓展至物理學(xué)、地理學(xué)等諸多學(xué)科，無論在理論還是實踐層面，均具有重要意義。

當前分形理論應(yīng)用于人居環(huán)境學(xué)科的案例始于20世紀90年代，陳彥光等運用分形理論分析了旅游景觀要素的自相似特征，并結(jié)合分形學(xué)原理提出旅游景觀的設(shè)計原則[3]。總體而言，分形理論在國內(nèi)景觀設(shè)計中仍屬于一個新鮮的概念，相關(guān)研究成果仍然是鳳毛麟角。截至目前而言，關(guān)于分形的概念仍未有統(tǒng)一的標準，相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者通常列出一系列自身特征來闡述所研究對象的分形特征，通常具有如下共同點[4]：1.具有非常精細的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在非常小尺度的結(jié)構(gòu)內(nèi)存在整體的特征。2.不規(guī)則形狀，很難用傳統(tǒng)的歐式幾何理論來描述。3.具有一定程度的自相似特征，包括在形狀上的自相似和分維數(shù)統(tǒng)計下數(shù)據(jù)的自相似。

二、分形理論與現(xiàn)代園林景觀設(shè)計的內(nèi)在聯(lián)系

早在分形理論出現(xiàn)之前，古代的設(shè)計師們便已結(jié)合宏觀、中觀和微觀等多種尺度下的分形角度展開景觀設(shè)計，例如北京故宮，在形態(tài)上具有非常強烈的分形結(jié)構(gòu)。發(fā)展至今，園林景觀學(xué)界越來越關(guān)注景觀設(shè)計中的分形特征，但依舊尚未對分形理論在景觀設(shè)計中的應(yīng)用做出系統(tǒng)的闡述。現(xiàn)代園林景觀設(shè)計中體現(xiàn)分形特征的最顯著特點便是其自相似性。例如在景觀設(shè)計元素中的水景觀，其自身的聚合與分散及形狀均存在自相似，同時在水系各分支結(jié)構(gòu)形態(tài)也均與主流水系保持相似特征，這便是分形理論的體現(xiàn)；另外在植物景觀中也同樣是以自相似的特征存在，每棵植物的分支均與其整個樹干在形狀上存在很強的相似性。

總體而言，分形理論在現(xiàn)代園林景觀設(shè)計中的實踐應(yīng)用案例仍然較少。其中較具代表性的設(shè)計作品如北京土人景觀。俞孔堅團隊在沈陽建筑大學(xué)校園的稻田景觀設(shè)計中，便采用了自相似的分形原理，將相近的九個院落式建筑群進行空間定位和景觀設(shè)計，以使游人能直觀感受自身所在位置，該項目榮獲2015年度美國景觀設(shè)計師協(xié)會設(shè)計榮譽獎（ASLA，Design Honor Award）[5]。蔡梁峰則在《分形景觀空間設(shè)計》一書中明確指出[6]：分形學(xué)是上帝的指紋，自然的密碼，是通往景觀設(shè)計領(lǐng)域的鑰匙。利用基于自然的分形幾何學(xué)，使景觀設(shè)計的美學(xué)藝術(shù)與構(gòu)成幾何有機結(jié)合，讓方案設(shè)計變得輕松有趣變化紛呈。該書側(cè)重從景觀鋪裝的角度闡述分形理論在景觀設(shè)計中的應(yīng)用，并結(jié)合實際案例，通過三個大型公園的分形設(shè)計，從宏觀—中觀—微觀三個尺度探討分形理論在景觀設(shè)計中的應(yīng)用價值。

三、分形理論應(yīng)用于現(xiàn)代園林景觀中的設(shè)計方法

（一）豐富的分形尺度層級

景觀設(shè)計自身便存在著多個尺度的分形特征，游人進入某個景觀作品的過程中，隨著距離的遠近，從環(huán)境心理學(xué)角度來看，只有在視覺上與景觀自身處在相適應(yīng)的尺度下，游客才能對景觀產(chǎn)生吸引力和興趣。因此，一個景觀作品設(shè)計的是否成功與游客在體驗過程中對于尺度的合理設(shè)置有著重要影響。建筑學(xué)家賽靈格勒斯關(guān)于分形學(xué)在建筑尺度層級的論述曾指出[7]：1.小尺度層面存在的自相似的規(guī)律是由多種矛盾元素組合而成，在視覺體驗上有種張力平衡；2.大尺度層面的秩序則與相對應(yīng)的距離相關(guān)，只有保持一定距離和范圍，才可體現(xiàn)其自身的自相似性；3.小尺度與大尺度結(jié)合形成豐富的分形尺度層級，該結(jié)構(gòu)存在很強的自相似。上述規(guī)律同樣對于現(xiàn)代園林景觀中對分形尺度分級具有很強的指導(dǎo)意義。

現(xiàn)代園林景觀設(shè)計受社會環(huán)境、文化藝術(shù)傳統(tǒng)以及所服務(wù)人群的影響，均存在風格各異的設(shè)計元素，分形理論應(yīng)用于具體的景觀設(shè)計中則應(yīng)當進行一定程度的轉(zhuǎn)化。由于現(xiàn)代園林景觀設(shè)計自身具有很強的復(fù)雜特征，同時又存在諸多隨機因素，所以通常情況下景觀空間內(nèi)部會存在不太完全相似的形狀，即在各個分形尺度層級內(nèi)并不存在較為完整的結(jié)構(gòu)一致特征和相對顯著的形狀特征，因此在景觀設(shè)計中應(yīng)當有所轉(zhuǎn)化并靈活運用[8]。例如巴塞羅那植物園景觀設(shè)計在空間組織上便運用了分形幾何的構(gòu)圖法劃分若干個三角形的區(qū)域，植物即種植在這些劃分好的特定區(qū)域中。通過集地中海景觀和分形幾何式構(gòu)圖以及經(jīng)精心選擇色彩的材料于一體，從而使其成為地中海景觀的縮影，也成為地中海農(nóng)耕景觀的一種回憶。總之，分形理論中的尺度層級及變換、自相似特征等主要觀點在現(xiàn)代園林景觀設(shè)計中的應(yīng)用前景十分廣泛，可使得現(xiàn)代人造景觀與自然景觀完美融為一體，突出景觀作品的獨特性。endprint

（二）自相似的景觀要素分形設(shè)計

水體、植物、建筑小品等相關(guān)要素是景觀整體環(huán)境的重點所在，景觀設(shè)計方案的成功與否，不僅應(yīng)關(guān)注其與外在環(huán)境的和諧統(tǒng)一，同時還應(yīng)考量其內(nèi)部各景觀要素設(shè)計的合理性。

以較大尺度的景觀設(shè)計為例，通常而言山丘景觀是不可或缺的設(shè)計要素之一，在山丘中，大山丘之中存在有小山丘，而在小尺度下還會存在更小的山丘，整個山丘就是經(jīng)隨機過程創(chuàng)造的自相似的分形特征；景觀空間要素中石材的設(shè)計同樣存在一定的分形特征，在形態(tài)特征上應(yīng)存在把大尺度的景觀鋪裝微縮成小尺度的分形輪廓，其變化形態(tài)也存在高度的自相似特點；河流水系等水體景觀在設(shè)計中應(yīng)蜿蜒曲折，與景觀地形保持一致；植物則更具有高度自相似的分形特征，不僅單體植物如此，而且在空間分布上也同樣保持其自相似性。總而言之，景觀要素中自然與人工構(gòu)筑物應(yīng)保持和諧一致的自相似特征，規(guī)劃設(shè)計中人工痕跡不應(yīng)與自然對立，只有兩者相互襯托和點綴，才能保持景觀作品分形與整形之間的協(xié)調(diào)一致。

（三）園林設(shè)計與環(huán)境的分形同構(gòu)

在現(xiàn)代園林景觀設(shè)計總體把控方面，除了上述各景觀要素的設(shè)計之外，更應(yīng)從全局視角關(guān)注各景觀要素之間的關(guān)聯(lián)性，每個單獨的景觀要素設(shè)計不當均會影響到景觀作品的整體品質(zhì)，只有將各景觀要素統(tǒng)一考量并加以強化，才可使整體景觀效果遠高于各獨立景觀要素疊加的效應(yīng)[9]。現(xiàn)代園林景觀開展景觀設(shè)計之初，應(yīng)對基地整體環(huán)境綜合考量，結(jié)合分形理論相關(guān)方法，總平面形態(tài)應(yīng)保持某種形狀的遞歸趨勢，在一個大范圍的圖形內(nèi)還應(yīng)存在眾多相似的小圖形，進而基于分形理論生成相對復(fù)雜的非線性韻律景觀，例如可結(jié)合場地文脈挖掘其內(nèi)在的文化元素，并不斷放大其文化分形，從而通過異質(zhì)同構(gòu)保持基地場地與周邊環(huán)境的和諧一致。

四、結(jié)論與展望

分形理論其形態(tài)的實質(zhì)主要體現(xiàn)在自相似性以及不斷地重復(fù)和嵌套在不同的分形尺度層級內(nèi)，然后通過非線性的多次迭代而成。該理論近年來不斷引起自然科學(xué)領(lǐng)域?qū)W者的關(guān)注并得以不斷應(yīng)用，同時在環(huán)境設(shè)計領(lǐng)域也日益展現(xiàn)出其獨特的運用方向。研究通過梳理分形理論及其在景觀設(shè)計中的應(yīng)用，提出在現(xiàn)代園林景觀設(shè)計中應(yīng)用需注意的原則和手段。然而面對景觀設(shè)計這一復(fù)雜多樣的非線性學(xué)科，分形理論的應(yīng)用就目前而言仍處于初步探索階段，未來隨著計算機技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實等高科技的進一步發(fā)展，分形理論在園林景觀設(shè)計實踐中的應(yīng)用將更加深入。

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作者單位：

鄭州輕工業(yè)學(xué)院藝術(shù)設(shè)計學(xué)院endprint