參數化設計在老年人戶外游憩空間規劃中的應用研究①

曹 田 李亞軍（南京理工大學 設計藝術與傳媒學院，江蘇 南京 210094）

引 言

戶外游憩活動是人們在戶外公共空間中進行休閑活動的總稱，[1]城市公園、鄉間景觀、旅游景區等為人們游憩活動提供服務的場所稱為戶外游憩空間。近年來，我國老年人口數量猛增，這為戶外游憩空間增添了不少壓力，也使得戶外游憩空間的“適老化”問題變得越來越緊迫。

當前，“適老化”已經成為戶外游憩空間規劃與設計的一個重要趨向。但是，“適老化”的方法大多停留在傳統的社會調研和經驗積累的層面，主觀性和模糊性較強，難以為老年人的多樣化、個性化的游憩活動提供“精準”服務。

參數化設計是近年來國內外興起的一種新的設計潮流。通過計算機程序的模擬，參數化設計可以打破設計師與用戶之間的矛盾，以精準的、動態的方式來滿足用戶的多樣需求。有鑒于此，參數化設計可能為解決城鄉戶外游憩空間的“適老化設計”問題提供一個突破口。

一、參數化設計在老年人戶外游憩空間規劃中的應用可行性

（一）參數化設計的主要特點

算機算法來模擬老年人的游憩活動，再以此決定設計，形成“自下而上”的設計模式。

2）參數化設計中，對老年人游憩需求的分析和運算是由計算機軟件來完成的，提高了設計的效率。

3）通過算法邏輯的建立和參數數據的控制，參數化設計對老年人的游憩需求進行精確描述與量化生形，增強了規劃設計的可靠性與可控性，對景觀節點的可達性、活動場地的聯系性等問題給出較為精準的答案。

4）參數化設計直觀、客觀地描述規劃設計過程的每一個步驟，當老年人的需求發生變化時，可以便捷地修改設計，實現設計的定制化。

（二）算法的適用

表1 建筑和景觀領域常見的算法及特點 圖片來源：作者自繪

對于老年人戶外游憩空間規劃來說，參數化設計方法有以下幾個特點：

1）參數化設計以老年人的需求為主導，運用計

算法是參數化設計的核心問題，決定了設計的研究方向、演變途徑、設計周期以及成果的生成表達。[2]參數化設計包含多種算法，其特點和作用各有不同（表1）老年人戶外游憩空間規劃設計有多個方面，可能涉及到空間關系分析、視域分析、路徑優化等，因此會用到泰森多邊形、元胞自動機、遺傳基因等多種算法。

1.參數化設計的技術平臺

參數化設計大多是依托建模軟件來實現，如Rhinoceros、MAYA、3DMAX等，計算機腳本工具為參數化設計提供了算法運行的平臺，有Grasshopper、Rhino script等。[3]本 課 題 運 用Rhinoceros和Grasshopper這兩個軟件平臺進行研究。

2.具體的應用面

參數化設計在老年人戶外游憩空間規劃中的應用，可以分為兩方面。一方面是老年人游憩方案的設計，即通過輸入老年人的個性化需求參數，進行算法的模擬，為其定制最為合理的游憩方案。另一方面，是通過算法模擬來檢驗游憩空間某幾個方面的適老性（如游覽路徑、可視域、植物配置等是否適合老年人游憩），并指導游憩空間設計的優化。這兩方面應用的基本流程是一致的，都是通過參數輸入和算法模擬，計算出最優解。

二、基于參數化設計的老年人戶外游憩空間規劃策略

參數化設計往往先從服務對象入手，建立服務對象與設計的聯系與規則，進而形成算法邏輯，按照邏輯生成設計形態。有鑒于此，基于參數化設計的老年人戶外游憩空間規劃的策略如下。

（一）設計需求的量化采集

1.量化描述

以數據的方式來描繪老年人的活動能力和活動偏好。比如，以如廁間隔的平均時間、平均步行速度、單次最大步行距離（指每次休憩間隔的最大步行距離）、步行總距離、平均休憩時間（指多次休憩時長的平均值）等多個數據來描述某位60～70歲男性老年人的游憩活動能力和活動偏好。

2.分情況采集

在不同的情況下，游憩空間內的老年人可能有不同的游憩目的，需求和偏好也有不同。以一日時間的變化為例，早晨和傍晚的游憩空間內以晨練者為主，對鍛煉場地的條件較為關注。而白天其他時間，游憩空間內的游客和坐憩者占大多數，他們對游覽路線、觀景效果和服務設施等方面的需求就要高于晨練者。同樣，不同的天氣、季節等因素都會對需求數據造成影響。

（二）參數數據的篩分關聯

1.篩分與關聯

采集得到的數據需要進行篩分，與游憩空間的設計要點進行關聯，才能成為參數化設計可用的參數。如，老年人的單次最佳步行距離可能與景觀組團的構成、景點分布布局、游覽路線的選擇等設計要點有密切聯系，而老年人的感知范圍則與游憩空間的尺度、景觀的圍合狀態、活動場地的關聯性等設計要點息息相關。

2.影響因素的綜合考慮

游憩空間中的水體、植被、建筑物等，都可能對老年人的游憩活動產生影響。在需求數據與設計要點進行關聯時，要充分考慮到這些因素的影響。比如，在某些值得駐足觀賞的景觀節點，老年人的平均步速可能會變慢，平均休憩時間會變長，單次步行的最大距離也可能變長。

（三）算法邏輯的科學構建

1.算法邏輯符合計算機的運行規律

計算機軟件的運算邏輯與人類邏輯有所不同，編寫算法時，需要將人類的邏輯轉化成計算機邏輯。比如，人類可以在10處景觀節點中輕易地選中某個節點，但計算機的邏輯可能是：先將10個景觀節點進行編號，再根據編號選中某個節點，或者根據該節點的位置特征來進行選擇。

2.算法邏輯涵蓋所有情況

選擇某種算法進行規則的構建時，要涵蓋老年人游憩活動的所有情況。譬如，以老年人的最大感知范圍來檢驗景觀組團的可感知性，需要將老年人的視覺、聽覺、嗅覺等感知能力都考慮在內。這是因為，在有些空間中老年人的視覺感知較強，而有些空間中則聽覺或嗅覺感知較強。

（四）規劃形態的動態生成

1.審視與取舍

目前，參數化設計還處于“弱人工智能”階段，計算機只能根據人工編寫的算法程序進行運算，尚不能進行獨立思考和自主研判。計算機計算出的規劃形態可能有多個解，這些解符合計算機的算法邏輯，卻不一定與現實情況相匹配。因此，設計師需要結合各種因素，進行審視、判斷和取舍，最終確定規劃方案。

2.修改參數以獲取不同條件下的最優解

參數化設計的特點之一是可以修改參數，以適應不同的設計條件。參數的修改是有界限的，界限可能是現實條件下的極值，也可能是計算機運算能力的極限，超過界限，則設計方案不成立。在界限內修改參數，可以得出相應情況下的最優解；若是連續地變動參數，相應的規劃形態能夠進行實時的變化，實現動態的、可變的規劃設計。

三、參數化設計在景區游憩空間規劃適老性問題上的實證研究

當前，很多旅游景區同時也是老年人的游憩場所。不少景區的游憩空間具有一定的適老性，對老年人有較大的吸引力。但是，其適老性未能得到驗證，難以為其他景區的適老化改造或建設提供令人信服的經驗借鑒和策略啟示。鑒于此，本課題對景區游憩空間的適老性進行實證研究，驗證參數化技術在該問題上的應用。

本課題以江蘇省揚州市瘦西湖景區（以下簡稱“瘦西湖”）為例進行分析。瘦西湖的前身是明清時期揚州鹽商在城北郊區所建的諸多園林景觀，經過數百年的演變和擴充，這里逐漸成為享譽國內外的風景名勝區。瘦西湖是較為典型的歷史文化景區，人們的游憩活動以參觀游覽和情景體驗為主。本課題選擇最能影響人們游憩質量的游覽路徑作為適老性研究的切入點。

傳統園林景觀的營造，十分講究游覽路徑的規劃與設計，有“一步一景、移步換景”之說。游覽者在移動的過程中不斷地感受到景觀的變換，多重景觀的共時性和歷時性變化，帶給游覽者豐富的觀景享受，如，時而山樓憑遠；時而竹塢尋幽；時而夜雨芭蕉；時而曉風楊柳。換言之，讓游人在有限的時間和精力內，盡可能獲得豐富而有節奏的景觀感知體驗，是傳統園林游覽路徑設計的基本原則之一。

根據前期調研，瘦西湖現有的游覽路徑符合上述基本原則，游客對游覽路徑中的景觀感知體驗比較滿意。但是，老年游客是特殊的游覽人群，老年人的身體條件和感知能力都比青壯年游客要弱，就要考慮現有的游覽路徑規劃是否適合老年人的需求？

（一）老年人景觀感知的參數與邏輯單元

老年人對景物的感知主要分為視覺感知、聽覺感知和嗅覺感知三方面，且三方面的感知角度都是360度。因此，將老年人的景觀感知域設定為一個圓，圓心即老年人，半徑是老年人的最大感知半徑。將某一個時刻老年人的視覺最大感知半徑設定為a，聽覺最大感知半徑設定為b，嗅覺最大感知半徑設定為c，老年人的綜合最大感知半徑為x，則x為該時刻a、b、c的最大值，即：

x=max{a，b，c}

游覽路徑中，受到不同因素的影響，如建筑的遮擋、風向的變化、聲音的屏蔽等，a、b、c是在不斷變化的?？紤]到老年人對景觀的感知是三方面的綜合，景觀與老年人的距離只要小于三方面數值的最大值X，即可認為老年人對該景觀具有可感知性。如，由于植物的遮擋，老年人看不到某處景觀，但能夠聽到景觀傳來的悠揚音樂，或聞到景觀的香味，仍然可以認為老年人感知到了該處景觀?；诖耍O定景觀與老年人的直線距離為Y，老年人對景觀的可感知性為α，則有：

當Y＞X，則α=false

圖1 老年人感知域的幾何模塊 圖片來源：作者自繪

當Y≤X，則α=true

上述兩個公式共同組合成一個邏輯單元。根據前期對老年人戶外感知能力的調查，以100m作為X的參數值，即可繪制出老年人感知域的幾何模塊（圖1）。

（二）景點布局的參數化分析

瘦西湖景區景點眾多，游覽路徑也有多條，對這些景點的分布布局進行參數化分析，可為老年人理想的游覽路徑提供一個選項集。

將瘦西湖的主要景點標注在地圖上，共有62處，組成集合P（圖2）。這些景點中，相鄰的三個點連接成三角網M（圖3）。這些三角形的外接圓圓心O，是到三角形三個頂點等距且最近的點，共有126個，組成集合O（圖4）。綜上，則有：

P={P1，P2，P3……P62}

O={O1，O2，O3……O126}

圖2 景點集合P

圖3 三角網M

圖4 三角形外接圓圓心集合O

可以認為，當老年人位于這些景點P或位于外接圓圓心O時，最可能感知到這些景點。換言之，將景點P與外接圓圓心O的集合進行合并組成集合PO，則有PO=P∪O。集合PO中的點，即是老年人游覽路徑的必經點（圖5）。

瘦西湖景點的分布是不均勻的，有些景點距離較近，形成組團，有些則較遠。這意味著在老年人有限的感知能力、行動精力和時間安排下，不可能將所有的景點都飽覽一遍。因此，需要計算出最省時省力，又能在有限感知域內感知最多景點的理想路徑。該路徑即在集合PO中產生。

圖5 景點集合P與外接圓圓心O的并集PO 圖片來源：作者自繪

圖6 景觀到老年人的直線距離集合Y 圖片來源：作者自繪

圖7 三角網M’ 圖片來源：作者自繪

圖8 三角網m 圖片來源：作者自繪

（三）老年人理想游覽路徑的生成

根據老年人的感知參數與幾何模塊計算老年人理想游覽路徑的關鍵，在于將老年人的綜合感知半徑X與景觀到老年人的直線距離Y進行比較。將外接圓圓心O分別與三角形的頂點相連，可在每個三角形內獲得三條連接線。這些連接線即是景觀到老年人的直線距離Y。將這些連接線提取出來，共有359條線，組成集合Y（圖6），則有：

Y={L1，L2，L3……L359}

計算Y集合中每個元素的長度值，將X參數值（100m）與Y集合中的各個長度值進行比較，篩除Y集合中長度值大于X的參數值的項，剩下65項，這些項所對應的點即是老年人理想游覽路徑的必經點，設為集合O’。

將集合P與集合O’再次合并，形成集合PO’，并將該集合中的點相互聯系，形成三角網M’，老年人理想游覽路徑即在該三角網M’中產生（圖7）。

雖然從理論上說，三角網M’中任意一條線段都是符合老年人感知能力的游覽路線，但現實中有很多線段則是不成立的，比如有些線段過長，有些線段已經超出了瘦西湖景區的邊界，有些線段跨越了水面等。因此，對三角網M’需要再進行一次篩除，除去不合理的線段，得到新的三角網m（圖8）。

在三角網m中，輸入老年人游覽路徑的起點（南大門）和終點（北大門），進行最短路徑的計算，即可得到老年人理想的游覽路徑（圖9）。改變起點和終點，或者修改老年人的綜合感知半徑數值，都可以計算出不同情況下的最優解。如，將起點和終點設為瘦西湖東大門和西大門時，得到新的理想游覽路徑（圖10）；若起止點不變，減小老年人的綜合感知半徑數值至60m時，理想游覽路徑如圖所示（圖11）。

需要注意的是，這里計算出的最優解仍然需要進行人工修正和調整，才能最終成為可行解。

圖9 游覽路徑1

圖10 游覽路徑2

圖11 游覽路徑3圖片來源：作者自繪

（四）理想游覽路徑與現有路徑的比較分析

將上述計算所得的可行解與現有的規劃設計進行比較，可以得出以下結果：

（1）檢驗現有游覽路徑的合理性。經過比較，瘦西湖現有的游覽路徑與老年人的理想路徑總體接近，瘦西湖現有的游覽路徑具有合理性，值得其他景區借鑒。

（2）分析現有游覽路徑與理想路徑的差異之處。瘦西湖現有的游覽路徑與老年人的理想路徑有部分差異。當起點和終點分別設置在瘦西湖南大門與北大門時，路徑的差異主要體現在“小金山”景觀片區和“熙春臺”景觀片區。這兩個景觀片區集中了瘦西湖的一些主要景點，現有的游覽路徑穿過了這些景點，而老年人的理想路徑沒有穿過。原因可能是這兩個景觀片區的位置相對較偏，在有限的體力和時間內，老年人難以顧及這兩個景觀片區。這是瘦西湖景區游覽路徑與景觀分布在適老性方面存在的問題。

筆者隨后在瘦西湖景區中進行了4個小時的現場觀察，發現的確有不少老年人選擇放棄游覽上述兩個景觀片區，實地觀察驗證了本課題研究的有效性。

（3）總結現有游覽路徑規劃的經驗，為其他景區的設計提供借鑒。分析發現，瘦西湖現有的游覽路徑能夠一次性地串聯大多數主要景點，景點在路徑上有序列、有節奏地步步呈現，且景點之間的間隔距離總體上較為均勻。這樣的設計符合老年人的游覽能力和游覽偏好，使得老年人樂于徜徉其中。對于其他景區來說，游覽路徑的規劃設計可以吸收瘦西湖景區的經驗，避免景點分布的嚴重不均或游覽路徑繞路較多，以增強景區游憩空間的適老性。

（五）未來應用面的展望

本課題的研究具有可推廣性。通過算法計算、參數化設計，可以為其他類似的問題提供解決方案。譬如，在倡導全域旅游的新背景下，城市的各方面資源都為旅游而服務。城市旅游需要合理的日程安排、路徑規劃和餐飲住宿調配，通過算法規則的建立，參數化設計可以計算出最符合游客需求的行程安排、最省時省力的路徑方案，以及資源整合率最高的餐飲住宿選擇，為城市全域旅游的發展提供精準而科學的規劃路線設計。

結 語

參數化設計是近年來國內外興起的數字化設計方法，廣泛地應用于地理學、氣象學、建筑學等領域。如今，景觀園林設計、產品設計等領域也開始運用參數化設計進行創新和創造。但總的來說，參數化設計主要還是用于“造物”。本課題將參數化設計運用于老年人戶外游憩空間的規劃與設計，是對這種新型的設計方法在人文社會科學領域的一種拓展。雖然參數化設計的應用尚處于起步階段，還有很多問題亟待解決，但這種精確的、理性的設計已經與傳統的“模糊性、經驗性”設計區別開來，展現出了較大的理論和實踐價值。未來，相信參數化設計將在人文社會科學領域能發揮更加重要的作用。