數(shù)字化輔助技術在風景園林中的應用

吳曼穎 謝華鍇

摘 要 風景園林數(shù)字化規(guī)劃設計整個流程建立在數(shù)字化平臺之上，強調的是科學的理論和方法。本文分析了我國風景園林數(shù)字化輔助設計現(xiàn)狀及發(fā)展，開展數(shù)字技術輔助設計教學，設計成果具備相對的科學性和客觀性，增強了設計者的空間想象力和藝術創(chuàng)造力。

關鍵詞 風景園林 數(shù)字化輔助設計 參數(shù)化設計

中圖分類號：TU986.2 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.10.032

Abstract The whole process of digital planning and design of landscape gardens is based on the digital platform， emphasizing the theory and method of science. This paper analyzes the present situation and development of digital aided design of landscape gardens in China， and carries out teaching of digital aided design. The design results are relatively scientific and objective， and enhance the designers' spatial imagination and artistic creativity.

Keywords landscape gardens; digital aided design; parameterized design

風景園林數(shù)字技術輔助設計是依靠計算機的運算能力和圖形能力，通過物理環(huán)境分析技術、GIS系統(tǒng)、BIM（Building information model，建筑信息模型）參數(shù)化設計，運算生成設計，科學分析和評價空間環(huán)境，產生的設計成果具有科學性、藝術性及社會價值，符合時代的新的藝術形式。風景園林數(shù)字化規(guī)劃設計整個流程建立在數(shù)字化平臺之上，強調的是科學的理論和方法。開展數(shù)字技術輔助設計教學，設計成果具備相對的科學性和客觀性，增強了設計者的空間想象力和藝術創(chuàng)造力。隨著計算機技術的飛速發(fā)展，未來是屬于數(shù)字和信息的時代，數(shù)字化建造乃至數(shù)字化管理，在計算機的輔助下輸出更具科學體驗性的設計成果。

1 風景園林數(shù)字化技術現(xiàn)狀

1.1 風景園林規(guī)劃設計

風景園林規(guī)劃設計的過程，是科學與藝術融合的過程，包括場地信息獲取—場地影響因素分析—初步設計—設計討論與修改—設計深化與表達，“它既需要對基地環(huán)境、周邊交通、基地現(xiàn)狀、區(qū)位、土壤、地形地貌、服務人群等客觀要素進行綜合解析、重構與表達，也需要產生不同的藝術形式去承載和敘述特定的場所語義與人文價值”。[1]

1.2 數(shù)字化輔助設計的優(yōu)點

計算機輔助設計的智能化計算、場地基本條件分析，使設計的過程變得科學準確，便攜式PC的出現(xiàn)，方便了設計師們移動制圖，不再受場地的限制。在計算機上修改方案，還能節(jié)省繪圖的時間和圖紙的損耗，使園林設計真正做到了綠色、便捷、舒適。數(shù)字化輔助設計不同于傳統(tǒng)的設計方法，計算機不僅輔助制圖，還能準確科學地分析場地的基本條件，使設計過程更具科學性、邏輯性，打破了風景園林規(guī)劃設計作為感性的藝術創(chuàng)作，依靠人的主觀性和感官直覺的局面，平衡了風景園林的科學性和藝術性。提高了設計和繪圖的效率，使設計者從方案設計到施工圖制作成為可能。它也將改變以二維平面的施工圖紙指導施工的傳統(tǒng)方法，簡化施工途徑，憑借著數(shù)字模型和數(shù)據(jù)庫，將施工變得更為精確、高效。

1.3 風景園林數(shù)學化輔助設計的行業(yè)現(xiàn)狀

自20世紀90年代開始在設計行業(yè)運用數(shù)字技術以來，目前市面上的主流參數(shù)化軟件如Rhino、Revit、Grasshopper、MAYA等基本圍繞工業(yè)設計、建筑學和城市規(guī)劃領域，為風景園林規(guī)劃設計而生的軟件少之又少。這對風景園林規(guī)劃設計師們的工作極為不便。在風景園林規(guī)劃設計中，設計師們需要有足夠的信息來保證自己的規(guī)劃設計是正確合理的。由于缺少針對風景園林規(guī)劃設計的軟件，設計師們必須花費大量的時間從海量的“軟件庫”里面獲取自己所需要的信息，這使得他們必須花費大量的時間去學習和掌握這些軟件的基本操作，增加了他們的工作量，提高了設計成本。而對于一部分不愿意花費時間去學習的設計師們來說，會由于缺少科學客觀的分析，導致設計仍舊停留在感性層面，注重靈感式的設計方法，在設計的科學性和藝術性上著重于藝術而非科學。

目前人們已經(jīng)認識到風景園林在數(shù)字技術上的不足，在國外，由德國安哈爾特應用技術大學舉辦的國際數(shù)字景觀大會自2000年開始，每年五月或六月集合世界各地風景園林專業(yè)的學者共同探討數(shù)字景觀發(fā)展的成果和趨勢。在中國，由東南大學建筑學院與全國高等學校風景園林學科專業(yè)指導委員會、中國風景園林學會信息委員會以及《中國園林》雜志社共同舉辦的數(shù)字景觀國際研討會自2013年開始，每兩年舉辦一次，根據(jù)會議內容所編成的書籍反映了當代國際數(shù)字景觀研究的最新成果。同時Landscape for Revit，Siteworks for Revit，Lands design for Rhino等插件的出現(xiàn)，也在逐步完善風景園林數(shù)字化輔助設計的平臺。

1.4 我國風景園林數(shù)字化輔助設計的現(xiàn)狀

早期由于條件限制，“風景園林的設計主要依靠語言和文字，通常設計者腦子里的風景園林意向通過口中言語和紙上筆墨在協(xié)作者之間交流傳遞”。[2]其具有工作任務多、耗費時間長、修改成本高、偏重藝術性等特點。隨著時代的發(fā)展和技術的進步，涌現(xiàn)出了一大批為設計而生的軟件。目前我國風景園林規(guī)劃設計的基本程序有：用GIS做大尺度風景園林規(guī)劃設計前期分析和設計依據(jù)，包括地形、地貌分析，坡度、坡向分析等，使用CAD繪制基礎圖紙，Sketchup、3DMax、Lumion等制作三維模型和效果圖，Photoshop、Painter、Illustrator、Indesign等常用的二維繪圖軟件制作方案文本，以及PowerPoint、Word等匯報文本。集合多個軟件的插件和模型庫，設計師可以制作較為逼真的效果圖和動畫，Lumion導出的虛擬現(xiàn)實動畫結合全息投影或VR設備，設計師和業(yè)主可以置身“未來”討論設計方案。

計算機輔助分析與評價主要包括地理與規(guī)劃信息分析、場地分析、植物景觀配置分析、生態(tài)環(huán)境分析、空間層次分析、交通與活動分析、節(jié)能分析、結構性能分析、流體分析等;計算機生成設計主要包括計算機幾何、群體智能、算法生成;參數(shù)化設計包括技術參數(shù)化設計、方法參數(shù)化設計;計算機輔助繪圖包括CAD、PS、3DMAX、SU、BIM等等（如圖1）。

目前我國風景園林數(shù)字化輔助設計較落后，雖然可以制作出身臨其境的逼真動畫，但其高昂的成本限制了發(fā)展，同時軟件的交互性較差，設計依舊停留在人的感性層面，缺少準確的數(shù)據(jù)分析作為支撐，具有一定的主觀性、隨機性和模糊性。除了技術落后外，還與風景園林數(shù)字化輔助設計在國際上一直處于落后的國際大環(huán)境有關。

2 風景園林數(shù)字化輔助設計的發(fā)展

2.1 地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)通過計算機技術，利用空間分析網(wǎng)絡數(shù)據(jù)對設計場地坡度、坡向、水文、三維等數(shù)據(jù)進行分析與統(tǒng)計，實現(xiàn)風景園林設計過程的數(shù)字化管理。由于GIS強大的數(shù)據(jù)處理和分析能力，在景觀生態(tài)學及土地的適宜性分析中應用較為廣泛，可實現(xiàn)對各類綠地、樹木空間信息和屬性信息的管理、查詢和統(tǒng)計，為風景園林設計者在綠地規(guī)劃、改造、設計及管理，植物保護等方面提供直觀的空間數(shù)據(jù)分析。結合遙感和GPS定位，可為設計師在前期對場地進行分析時提供直觀的地形地貌、場地資源現(xiàn)狀以及場地影響因素等數(shù)據(jù)，為設計師后期的初步設計提供理論依據(jù)。

2.2 參數(shù)化設計

參數(shù)化設計的過程是將設計參數(shù)量化，每個參變量控制設計結果的表現(xiàn)性質，參變量發(fā)生改變，設計結果也發(fā)生改變。[3]參數(shù)化設計可用于城市設計、風景園林規(guī)劃設計、建筑表皮的參數(shù)化分形研究等。參數(shù)化設計常被理解為“參數(shù)化建模”，如Rhino、Revit、Digital Project等軟件，其中Rhino軟件因其強大的曲面建模能力，可以用做風景園林地形的建模，通過修改參數(shù)來控制地形的起伏，可以在規(guī)劃設計中節(jié)省出大量的時間。與設計師們的感性設計相比，參數(shù)化設計提升了設計本身的科學性，也使得模型修改更為方便，快捷。

2.3 我國數(shù)字化輔助設計的發(fā)展

隨著數(shù)字信息時代的到來，我國的風景園林規(guī)劃設計必須跟上時代，將數(shù)字化輔助技術運用到設計中去，同時也不應忽略我國古典園林的設計方法，傳統(tǒng)文化與科學的造園技術相結合，將產生新的具有藝術美感的美學形式與建構邏輯。我國園林的發(fā)展與變革，濃縮了歷朝歷代的經(jīng)濟、政治和文化背景，代表了我國造園史上的最高成就，汲取古典園林中有創(chuàng)意的設計手法，才能更好地繼承和發(fā)揚我國傳統(tǒng)文化。而數(shù)字化輔助設計可以極大的減少工作量，縮短設計周期，令設計更精準，更便捷。如何平衡現(xiàn)代與古典、科學與藝術的天平，是我們必須要考慮的問題。風景園林課程體系主要包括計算機輔助分析與評價、計算機生成設計、參數(shù)化設計及計算機輔助繪圖四大部分。

3 結語

風景園林規(guī)劃設計利用地形、植物、建筑等造園要素通過一定的技術手段及藝術手法在有限的空間濃縮無限的自然景觀，它包括地形塑造、植物搭配、人文歷史、審美藝術、使用功能、生態(tài)環(huán)境等諸多方面。[4]數(shù)字化輔助設計的應用，必將帶來新一輪的審美變革，它將融入復雜的，動態(tài)的景觀元素，使以前的不可能變?yōu)榭赡堋ｋS著數(shù)字智能技術的發(fā)展，數(shù)字庫及數(shù)字模型將成為風景園林、建筑、城市規(guī)劃等領域指導設計及施工的更科學、高效的依據(jù)。但是風景園林規(guī)劃設計不可能完全被參數(shù)化，數(shù)字化技術也永遠無法取代設計師的大腦，[5]其中的許多要素諸如文化傳承、社會變革、審美情趣就無法利用參數(shù)來衡量，而只能通過人的主觀選擇，將其注入到設計作品中去，才能有效地展現(xiàn)。

2017年湖南省普通高等學校教學改革研究項目（數(shù)字技術輔助下的風景園林規(guī)劃設計教學模式探索與實踐）

2018年第二批教育部產學合作協(xié)同育人創(chuàng)新項目（數(shù)字技術輔助下的園林工程設計教學模式創(chuàng)新及課程改革實踐）

2017年吉首大學教學改革研究項目（數(shù)字技術輔助下的風景園林規(guī)劃設計教學模式探索與實踐）

參考文獻

[1] 蔡凌豪.風景園林數(shù)字化規(guī)劃設計概念譜系與流程圖解[J].風景園林，2013（01）：48-57.

[2] 保羅·拉索.圖解思考[M].邱賢豐，劉宇光，郭建青，等，譯.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[3] 徐衛(wèi)國.參數(shù)化設計與算法生形[J].世界建筑，2011（06）：110-111.

[4] 方豪.數(shù)字技術在風景園林設計中的應用[J].現(xiàn)代農業(yè)科技，2010（01）：240-241.

[5] 馮瀟.瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院風景園林數(shù)字化設計探索——以蘇黎世聯(lián)邦理工學院風景園林高級研修課程為例[J].中國園林，2015.31（11）：50-54.