人工智能在園林景觀設計中的運用

文／劉姝婧 中國美術學院風景建筑設計研究總院有限公司 浙江杭州 310012

引言：

現在，人們長期居住在城市中，有著想與大自然進行親密接觸的需求，或者想要能間接感受到大自然的氣息。前者可以用旅游觀光來完成，而后者要通過在城市中建設、營造一個與大自然相似的景觀，它可以在一定程度上取代自然的環境，滿足人們親近自然的心理需要。隨著時代的發展和科學技術的進步，人們的追求逐漸從簡單到復雜，從單一到多元，這是園林發展最基本的動力。當前園林景觀設計發展中運用到的人工智能多用于處理一些技術問題，來提高設計的效率和科學性，很少著眼于人對環境的情感需求。然而，園林景觀設計往往是處于科學和藝術中間的，它要把理性的分析和感性的設計有機地結合起來，既要有“技術”層次的追求，也要有“情感和經驗”層次的追求。園林景觀設計注重文化內涵和意境的創造，注重人的情緒共振和感受，而這一點對于人工智能應用于園林的發展同樣具有十分重要的意義。

1、人工智能和園林景觀設計之間的內涵及關系

1.1 二者內涵分析

人工智能是以人的行為規律和思維模式為基礎，通過計算機來代替人的生產和生活勞動。到現在為止，人工智能的研究還沒有得到很好地實施，很多時候人工智能都是建立在人工的支持下才能完成。但是，經過近半個多世紀的研究，人工智能技術已經被廣泛地運用到了各個領域，比如自動化生產，這也是人工智能的優越性的體現。隨著人工智能的不斷普及和應用，將會給人類帶來更簡便的生活方式。從園林景觀設計的理念上看，它的主要內容是：設計師以藝術的手法，而且結合運用現代技術，對某一地區的園林景觀進行人工的改造，創造出一種與自然和諧共存、環境優美的城市氛圍。

1.2 二者關系

當前在現代園林景觀設計中，由于一些設計觀念的滯后，沒有科學的論證和統一的規劃，且主題不明確、布置雜亂無章，最后雖然耗費了大量的人力、物力和財力，但營造的景觀對人們沒有任何吸引力，容易產生與現實脫節的現象，而采用人工智能技術可以有效地解決這些問題。在進行現代園林設計時，需要對大量的相關數據和大量的技術問題進行收集和整理，這就需要設計師需要有足夠的專業知識，并且耗費大量時間。其可以利用人工智能技術，可以實現對所需數據、技術信息、同類方案進行檢索、整理，從而減少設計的困難。同時，在現代園林中運用人工智能，可以為人類與自然和諧共存提供有利的條件。例如，利用智能照明技術，既能達到智能照明控制，又能創造一個較好的照明環境，節能降耗，提高照明系統的科學性和有效性。也可以在有效地控制光污染的同時，為人類營造更加美觀、實用、節能型的照明景觀，減輕人類的精神負擔，從而增加現代園林的實際效益。

2、景觀園林設計的重要意義

城市園林景觀除了能改善城市環境，恢復生態，也能夠給社會做出貢獻，為市民提供精神寄托和美好的居住環境。研究結果顯示，園林植物能有效地濾除大氣中約80%的污染物。樹葉和樹枝還可以在空中捕捉微粒，從而凈化空氣。同時，由于工業廢水、生活污水、雨水徑流等因素的作用，使水污染日益加劇。而園林綠化工程在凈化土壤和水質方面起到了一定的作用。植物根系可以將土壤中的有害物質引導出來，并能吸附地面上的污染物，從而凈化土壤，改善環境衛生。而水生植物可以吸附水中的溶解物質，減少水體中的有害微生物，從而達到凈化水質的目的。園林景觀設計是園林建設的基本要素。在進行園林景觀設計時，要遵循“以人為本”的時代精神和美學思想，設計出符合公眾需要、能夠美化城市、服務公眾的園林景觀。工業化進程推動了生產力的發展，不僅使當代人們的生活方式發生變化，也使生產經營方式發生變化，但對環境的污染、生態的損害也隨之加劇。現在，人們對居住環境的要求越來越高。園林在凈化城市空氣、改善當地生態環境，提高居民幸福指數方面起著舉足輕重的作用。在設計中，應把環境美化與生態環境作為首要考慮的因素，遵循科學、合理的設計思想。在此基礎上，提出新的設計思路。在提升城市環境的同時，還應以園林綠化的形式，凸顯城市的特色，達到景觀與藝術的統一融合以及人與自然的和諧發展的目標。

3、人工智能在現代園林景觀設計中應用效果淺析

3.1 分析現場條件階段

在現代園林景觀設計中，實地的考察和分析是確保方案高度可行、實效性的重要依據。目前，園林景觀設計中有一些項目可以通過人工智能技術來實現。例如，用無人機對山體進行掃描，軟件就會產生該地區的山形影像，并獲取相應的豎向標高信息。目前，以上操作仍需人工遠程控制，只要設定好線路，就能完成所需的數據資料。在進行現代園林設計時，必須對人流的聚集方向、人流聚集的規律進行研究。傳統工作模式是由工作人員深入實地考察、分析，并根據現場和周圍平面圖的信息、工作經驗來完成最后的判定。而在人工智能和信息技術的幫助下，軟件可以自動分析和判斷人流聚集的方向，減少了數據處理失誤的概率。

3.2 設計項目概念階段

在設計現代園林概念階段，要求有關設計者依據實際需求，進行初步的設計，但是一些要求比較抽象、主觀，如“大氣”、“眼前一亮”、“超凡脫俗”，依靠目前的人工智能技術很難實現，所以必須要依靠人工來實現。而在此階段，利用人工智能技術進行數據的搜集和整理，將會有很大的優勢。在過去的尋找意圖中，一般都是靠平時的積累，靠網絡、書籍的搜索和整理，以及其他小組成員的搜集，都是很難做到高效的。利用人工智能技術，可以使意向圖、數據圖等自動進行查詢和整理，設計者只需在系統界面上輸入檢索關鍵字，就可以提高工作效率，提高實際應用效果。

3.3 深化設計方案階段

在方案深化階段，人工智能技術可以更好地發揮其優勢，尤其是在前期的設計概念階段，已經有了初步的構想。因此，在方案深化階段只需進行具體的工作安排，包括材料的選擇、色彩的搭配、各個細節的尺寸的確定、各個流線的關系、各個功能空間的布局。在這種情況下，人工智能技術能夠幫助設計者做出正確的選擇。在現代園林的設計風格要求“大氣”的情況下，在設計節點的雕塑景觀時，可以采用 AI 技術來決定相關的具體方案。在智能系統中實現自動檢索、篩查、選擇符合要求的雕塑景觀，為最終的設計提供參考依據。

3.4 設計擴初階段及設計施工圖階段

在這一階段，現代園林設計方案已基本定型，利用人工智能可以快速判斷方案的可用性，并迅速有效地解決其中的矛盾。同時，在設計變更的時候，利用人工智能技術可以更好地幫助設計者對現代園林規劃進行規范和修改，這種方法不僅能縮短設計時間、節約設計費用，還能容易地發現存在的問題和缺陷，及早采取相應的補救措施。對提高園林綠化工程的工程質量、提高施工現場工作的規范化和有序，對工程項目的優化有著積極影響。因此，在進行設計規劃方案的物化時，要將創新的思想和項目有機地結合起來，從管理、理論、技術、材料等方面進行創新，從而達到改善工程質量、提高安全指標、縮短工期、減少材料消耗目的。

4、現代園林設計中應用智能化理念所存在的問題

經過大量的調研，我們發現目前在我國的園林設計中，還存在著一些問題，這些問題對現代園林的發展產生了很大的影響。因此，本文就當代園林景觀設計中的一些問題加以闡述，如下文所述：

4.1 缺失智能化理念

目前，一些園林景觀的設計觀念還不夠成熟，呈現出一種同質化的現象。當代園林景觀的設計思想要求建筑、環境、社會成為一個有機的整體。但在園林景觀規劃前期工作中，由于設計師們習慣于采用傳統的工作方式，不愿采用新的設備、新的軟件，使得許多先進的設備和方便的軟件不能充分發揮其優勢，也無法提高工作效率。由于設計觀念仍局限于傳統的范疇，通常不能以最大效益為出發點，僅限于滿足功能需求的方案，而且不能大膽地添加新元素，運用新的材料，無法形成具有創新性的設計方案。如果設計方案不能達到預期的效果，將會導致設計周期的大幅延長，從而提高設計費用。

4.2 智能化施工技術有待提高

當前我國的園林建設面臨著越來越多的技術要求和更高的經濟需求，但從另一方面來說，其發展前景也是非常明確的。但在目前，一些工程技術還不能適應時代的發展，導致了一些具有智能性的方案由于技術落后而不能實現。園林景觀的地形一般都是復雜的，無法引進一些大型的智能設備，從而導致了一些智能化設計無法在園林景觀中實施。而且目前人工智能按各自的系統劃分，難以達到統一，且其具有聯動性差、可擴展性差、使用不便、難以真正實現智能化等劣勢。所以，我們不僅要考慮這些問題，還要考慮到如何用技術和專門知識來解決這個問題。

4.3 在設計中缺乏智能化

園林景觀設計是一門綜合性學科，它涵蓋了藝術和技術兩個方面，涉及到的學科范圍很廣，包括園建、建筑、綠化、電氣、給排水等專業。隨著時間的推移，各種學科不斷涌現出新的材料、新技術，但設計者的設計觀念卻沒有做到與時俱進，僅僅從過去的成功經驗中吸取經驗，缺少創新意識。由于設計人員缺乏個性化設計、環保理念，缺乏創新的思路，導致了設計水平的不足，同時也制約著園林景觀設計的發展。

4.4 設計方案和實際情況不符

從園林景觀設計的本質上講，它是一種設計與改善生活環境的方法。在這個時候我們要注意的是，不同的地區有著不同的生活環境、不同的文化。因此，在園林景觀設計時，要根據本地的具體情況，保證其設計符合實際情況。在以往的園林景觀設計中，盡管在很多方面都投入了很多的人力、物力、財力等資源，但是最終都沒有獲得很好的成績。這是由于在進行園林景觀規劃時，沒有進行充分的數據資料搜集，且沒有以城市的實際狀況作為主要的參考，因而會對規劃的效果產生一定的影響。

4.5 當代園林景觀設計缺少生態意識

現代園林景觀設計必須與當地的生態環境相結合，設計師不能僅僅根據自己的設計理念而進行隨意的設計。然而，在現實生活中，由于設計師缺乏對本地生態環境的關注，其所設計的方案在實行之后，對當地的植被產生了一定的損害，同時也對當地的生態環境造成了嚴重的破壞，嚴重阻礙了當地的經濟發展和生態建設。比如，大連新建的森林公園及保護區內的各類新的旅游設施，使生態環境遭到嚴重破壞，原生動植物沒有得到有效的保護，地表植物生長的土壤有機層遭到人類活動嚴重的破壞，不僅導致了大量的植被枯萎，還造成了空氣污染。

5、在現代景觀園林設計中應用人工智能

5.1 設計前期

在園林景觀設計的規劃前期工作中引入智能技術，可以極大地減少設計者的工作量，同時也可以改善景觀規劃的可行性和解決人力資源不足的問題。比如，在初期實地勘察時，采用無人機掃描、拍照，再由軟件產生原始地形和山體的立體影像，以模擬出真實的設計場景，從而獲得更加精確的垂直方向信息，便于設計者根據現場的具體情況，進行景觀設計。再比如，采用新的設計工具 BIM，可以極大地提高設計者的工作效率，改善設計質量。

5.2 設計道路景觀

園林道路景觀不應只保證硬質路面的基本使用功能，而忽略了美觀和視覺效果。加入智能設計則可以在保證路面基本使用功能的前提下，使其達到最佳的視覺效果和體驗感。比如，運用投射技術，將動態影像投射到地面鋪裝及周邊景物上，以加強周邊綠化和地面鋪裝的視覺效果。同時，運用人工智能技術分析顏色，根據自然光線，調整道路顏色，提高道路景觀的美感。此外，可以增加人體感應照明裝置，不僅滿足照明功能，節能節電，還增加人與景觀的交互作用，增加人們的體驗樂趣。

5.3 設計水景

在景觀設計中，水是一個非常重要的因素，它可以使景觀的內涵變得更豐富、更靈活，并且對生態環境有很好地保護作用。傳統的水景設計多以假山為主，以流動性較差的水流為輔，或直接利用現有的河流和湖泊，只對其駁岸進行優化，但缺乏創意和生機。還有一些人工水景，其循環能力較弱，后期維護費用較高，經濟效益較差。人工智能設計可以有效地改善上述問題，如音樂噴泉、光影水池、凈水系統、智能雨水收集系統等，其不僅能豐富水景的表現形式，滿足人們的不同喜好，同時也能形成一個可以持續循環并具有生命力的生態水景系統，有助于達到更好的水景效果，進而提高園林景觀設計質量。此外，還可以利用LID 技術合理利用景觀空間來處理面源污染和控制暴雨徑流，以求在最大限度利用水資源的條件下達到多功能的水景效果，給人帶來更多的感官享受，并提高了園林的設計效果。

5.4 照明設計

在傳統的燈光設計中，更多的是強調燈光的功能和氣氛的調節，而忽視了人與人之間的互動。將智能技術運用于園林景觀照明設計中，可以彌補傳統景觀照明設計的不足，使園林景觀的視覺感受更為豐富。比如，在燈光設計中引入一種智能感應系統，它可以根據周圍的光線，調節燈光的亮度、顏色、方向等，使燈具能夠與周圍的人進行交互，達到燈光景觀的人性化和互動性。目前，智能技術在園林景觀照明設計中的應用表現為：

（1）采用經緯測量儀控制時間儀器。即利用時鐘芯片對各個區域的經緯變化進行時間預測，并利用智能設備對園林景觀燈光進行智能控制。

（2）GPRS 無線景觀照明遠程監控設備在園林照明中的應用。該裝置采用計算機信息管理、GPRS 無線通訊、智能街燈控制等技術，實現了對城市園林照明的智能化監測。基于GPRS 的無線景觀照明遠程監控設備是一種適用于大型園林照明的遠程監測系統。該設備能對電力消耗、遙控開關、遙測電流、遙測裝置的工作狀況進行綜合分析，并能根據所獲取的資料，對線路斷相、白天亮燈、夜間熄燈等進行早期預警。通過使用該裝置，可以實時、全面、真實地掌握整個園區內的各種燈具的使用狀況，保證了整個照明系統的正常工作。

5.5 設計綠化噴灌

現代園林景觀設計不僅要注重實用性和美感，而且要盡量延長景觀的使用年限，以增加植物的生命周期，從而保證園林景觀的生命周期。要實現這一目的，必須對園林綠化的管理措施進行改進，以保證園林植物的良好生長狀況，做到節約資源，所以使其智能化管理成為一項十分必要的工作。智能噴灌系統是指在園區內安裝多臺攝像機，實現對整個園林的實時監測，從而獲得地面的土壤影像。土壤的顏色會隨著土壤濕度的變化而發生變化，采用圖像識別軟件對其進行定時采集，通過計算機技術對其進行分析和識別，從而確定土壤的含水量。然后，利用試驗對土壤濕度進行定量化，由電腦智能控制中心對水分進行分析、比對，確定此時土壤水分含量，并由控制系統來判定是否要啟動自動噴灌，以實現對園林綠化的自動灌溉。同時，通過對不同水分條件下的噴灌，可以實現對噴灌系統的智能調節。通過一系列的數據分析，可以實時地在控制臺上顯示出土壤水分含量，便于操作人員進行觀測和控制。同時，為了保證其兼容性，還可以進行人工控制。

5.6 設計其他輔助設施

輔助設施的設計是景觀設計的一個重要環節，在輔助設施的設計中引入智能化的概念，可以使其變得更豐富、更多樣，并能更好地互動、有趣，為用戶提供更好的體驗。比如，將一些垃圾桶改造成了一個可以自由活動的智能機器人垃圾桶。在游戲中加入智能背景音樂，讓大家在游戲中可以欣賞到優美的音樂，減輕人們的緊張情緒。智能公廁系統軟件采用先進的物聯網軟件，使公廁達到清潔、美觀、快捷的目標，為人們創造高效、智能、舒適的使用體驗。

結語：

因此，要真正滿足人們的多元化、個性化需求，必須將人工智能引入到園林景觀的設計之中。在目前的景觀設計中，人工智能技術在工程設計、概念設計、深化設計、擴初設計和施工圖設計等方面都有很大的優勢，逐漸取代了人工操作。同時，通過智能照明設計、智能水景設計、智能噴灌設計、智能鋪裝設計等技術的實施，進一步深化了人工智能技術在現代園林設計中的應用，從而促進了園林設計水平的提升。