淺談現代科學技術背景下的風景園林學

淺談現代科學技術背景下的風景園林學

　　風景園林學具有科學與藝術雙重屬性,在傳承發展景園文化的同時,應當重視科學技術的發展對于風景園林學的推動作用。在科學與藝術雙模驅動下,風景園林學的內涵與外延得到不斷地豐富,知識體系的更新、教育模式的變革勢在必行。以系統科學、生態學為代表的科學影響著當代風景園林價值觀、發展理念;而可持續技術、數字技術等則在一定程度上改變景園規劃設計、建造及養管路徑與方法。立足當代科學技術背景,重新審視風景園林學發展方向,倡導以"科學為理念、技術為支撐、文化為靈魂"景園觀,對于實現我國由風景園林實踐大國向強國的轉化有重大意義。

　　1、生態學與景觀生態

　　1.1 生態學與全尺度

　　風景園林學關注入居環境和自然系統的保護及保育工作。風景園林面對的是廣袤的自然區域，傳統意義上生態學的關注偏向于植物及其生境共同構成的復合體。從視野上看，隨著學科領域的不斷拓展，傳統生態學的認知具有一定的局限性;從范疇上看，國土、區域景觀系統的構成已經難以由傳統景園生態學的范疇涵蓋。因此，應從景觀生態學的概念和視野，拓展到更廣闊的領域來思考，從景園生境到人居生態環境系統的關注是風景園林學發展的趨勢。由此，從近地氣候到植被體系，從自然區劃到土地格局，包含人居環境在內的“大”生態系統，都理應成為風景園林研究的領域。

　　當代風景園林學研究的范疇一方面包括大至城市小至鄉村的建成環境研究，更包含了對純自然系統的研究，也可稱之為對“風景系統”的研究。自然系統和建成系統的研究共同構成了當代風景園林學的研究視野，并較之于歷史上任何時期都更加廣泛。其研究既要跳出“園”的范疇，又需要具有“地景”的概念。關注尺度的不同體現了復雜程度差異，思維、視野以及設計的策略和步驟也不盡相同，是現代風景園林學需要深度思考的問題。面對不同尺度條件下的生態問題，應當有系統的分級和掌握。

　　1.2 生態敏感性評價

　　上個世紀30年代，隨著生態規劃的發展和科學技術的進步，美國發展了土地利用適宜性( Land-use Suitability)分析方法體系。地圖疊加方法經過沃倫·曼寧( Warren H.Manning)、查爾斯·艾略特(Charles Eliot)、埃斯克里特(L B.ESCfitt)直至麥克哈格(Ian L McHarg)等人的發展，逐步形成了在生態理念引導下的規劃方法，之后發展的包含GIS在內的大部分新方法均以此為基本藍圖，從技術、方法等層面不斷提升關于生態適宜性研究的精準性與便利性。當下，生態敏感性評價已廣泛地運用于國土資源規劃、土地利用規劃、生態城市規劃、風景園林規劃沒計等各個領域。生態敏感性評價通過對場地各個生態因子的有權重疊加，以此來得出不同等級的保護區域，并在發展中給予不同程度的保護。在這一基礎上開展風景園林規劃設計工作;執行了“生態優先”的發展原則，強調對場所生態保護基礎上的規劃設計。生態敏感區的梯度劃分為設計者明晰了必須嚴格保護的區域、需要進行保護和適度恢復的區域以及可以建設的區域。不僅積極、主動地保護了生態環境，而且使設計更加有理有據。在生態敏感性評價基礎上再進行建設適宜性的評價，最終將生態保護與建設活動控制在適度的范圍內。

　　1.3 建設適宜性研究

　　建設適宜性顧名思義就是對土地是否適于用作建設用地所作的評價。建設用地通常是指用于建造建筑物、構筑物及其使用范圍的土地。風景區等風景環境的建設用地主要包括了游覽設施用地、居民社會用地、交通與工程用地等幾大類型。與以人工環境為主體的城市不同，風景環境的建設用地鑲嵌在自然環境之中，承擔著區域的交通、服務等職能，是重要組成部分。風景園林規劃設計中進行建設適宜性評價就是在以自然為主體的環境中優選出適宜進行功能性建設的區域和地塊。基于對風景園林自然環境充分調研基礎之上的建設適宜性的評價有助于實現建設效益的最大化和土地資源的集約化。風景園林規劃設計面臨的通常是復雜的建設環境，尺度往往較大，并且場所內自然及人文信息交織。若僅依靠經驗進行規劃設計，難免顧此失彼。利用GIS等軟件平臺開展的建設適宜性分析在調研分析場地的基礎上能夠生成可比較的量化結果，較之傳統的規劃設計方法更加精確與便利。在進行生態敏感性評價基礎上的建設適宜性評價具有明確的指向性，能夠有效地為設計師提供判斷的依據，較為準確的劃定建設邊界，生成適宜建設區域，同時為進一步具體的設計提供操作基礎。

　　2、走向系統的風景園林學

　　2.1 從要素到系統

　　系統論的核心思想是系統的整體觀念，任何系統都是一個有機的整體，它不是各個部分的機械組合或簡單相加，系統的整體功能是各要素在孤立狀態下所沒有的屬性。所謂“整體大于部分之和”，系統中各要素不是孤立地存在著，而是在系統中都處于一定的位置上、起著特定的作用。要素之間相互關聯，構成了一個不可分割的整體。風景園林具有復雜系統的特征，一方面保留了自然素材的原初屬性，并遵循自然演替的規律;另一方面園林空間又是依據人的訴求營造的空間環境，具有文化內涵。由于風景園林具有多目標的特點，如何在風景園林環境中協調不同的目標，使系統整體最優化已成為現代風景園林規劃設計的基本要求。

　　系統論強調將研究的對象作為一個整體，通過構成整體的各個部分之間協同作用，將各個部分的協同效能最大化，從而實現整體效益最優。風景園林作為一個復雜的系統，既要服從于自然規律、也要服務于人的訴求，更有形而上的境界，因此分別應對了風景園林的“真、善、美”三大基本價值。“真”代表著科學理性，反映了人類對過去經驗的“規律性”認識;“善”體現出人類的愿景與意志，具有“目的性”;而“美”則是理想的境界，具有“精神性”。比較起美術與建筑，風景園林更具復雜性與多元性。當代風景園林學，需要基于學科的自律性，變離散的群知識為系統體系，依據認知規律協調各部分之間的關聯，以此來實現系統的最優。作為系統的風景園林通過諸要素的集成，將風景園林的自然屬性和人工屬性經過人為干預生成“新的系統”。與之相應，現代風景園林教育需要將不同的科目、課程、知識點系統、有機地整合。

　　2.2 集約化的景園觀

　　風景園林學本身具有多目標的屬性，系統觀的指導則可以在很大程度上同時滿足多種訴求的可能。與單純強調節約不同，集約化在系統觀念的基礎上追求系統生命周期內投入產出綜合效益的最大化。集約型風景園林旨在風景園林壽命周期(規劃、設計、施工、運行、再利用)內，通過合理降低資源和能源的消耗，有效減少廢棄物的產生，最大程度上改善景園生態環境，進而優化土地等資源的利用與生態環境，通過景園環境生態效能的整體提升，實現人與自然和諧共生。

　　2.3 耦合的方法論

　　物理學中“耦合”是一個基本概念，指的是兩個或兩個以上的系統或運動方式之間通過各種相互作用而彼此影響以至聯合起來的現象，是在各子系統間的良性互動下，相互依賴、相互協調、相互促進的動態關聯。①因而“耦合”的概念包含了系統、關系和動態3個方面。現代風景園林設計早已不是“修建性”的規劃與美化，而是基于學科的本體特征，走向了系統化規劃設計之路，需要綜合、統籌、科學地組織環境中的各種要素，具有動態、多樣及復合的效應。現代風景園林設計的多目標特征，使其必須統籌生態、空間、文化、功能4個基本面，它們彼此游離又高度聚合，彼此獨立又互相依存，體現了一種共生的相互關系，不影響各自原本存在的同時共同對景觀產生影響。風景園林不是以上4個基本面的簡單疊加，而是統一的整體，具有復合性特征。將“耦合”的基本理念引申到風景園林設計中來，就是強調對場所的尊重及自然力的運用，將多設計目標與場所固有的秩序和要素之間相關聯，而這樣的一種關聯目的就在于利用環境資源的同時提升環境整體的品質。“耦合”作為一個最基本的策略，也是設計策略中最具有共性特征的方法，其基本原理就是將原有場所組成元素進行重組和二次加工以形成滿足多設計目標的、新的場所秩序。“耦合”不是對場所屬性的改變，而是最大限度地將彌合“異源性”的元素與“本源性”的場所，是一個生成和諧整體的過程，亦即耦合法的核心所在。

　　3、可持續技術

　　3.1 可持續發展

　　自“可持續發展”(Sustainable Development)概念于上世紀80年代的提出已經歷了30余年，業已成為全人類的共識和全球長期發展的指導方針。可持續技術是實現可持續發展的具體途徑。在“可持續”概念的引導下，各行各業均提出了適用的技術構想與措施。以建筑學、城市規劃、風景園林為主要組成部分的人居環境學科同樣在學科范疇內形成并發展了適宜的可持續方法與技術。自上個世紀90年代起，我國住房和城鄉建設部頒發了《國家園林城市標準》，在全國推行園林城市建設。當下全國多數城市已達到或超越了園林城市的建設標準，也就是說城市建成區的綠化覆蓋率達到36%及以上，綠地率達到31%及以上。這樣一部分的土地資源對城市環境具重要影響作用。作為可持續技術組成部分的可再生材料、清潔能源、水生態、低維護等技術已經成為當代風景園林學科發展所必須關注的議題。對于中國在這樣一個高速城市化進程中的發展社會而言，更需要加強對可持續技術的理解與運用。無論是LEED(Leadership in Energy andEnvitonmental Design)評價體系的引入，抑或是LID( Low Impact Development)理念的強調，均為不同方面對可持續技術的響應。結合風景園林的學科特征，有必要引入相關學科知識，重新思考并建構起相關可持續知識體系。關于更多的生態園林，可持續性城市的相關信息，中國景觀網還有大量的文章資訊，以供參考。

　　3.2 水生態技術

　　傳統的城市發展模式給自然水文循環和生態過程帶來了負面影響，造成了一系列的水環境問題。水敏型城市設計( Water SensitiveUrban Design，WSUD)的概念在這樣的大背景下得以提出，并在德國、美國、英國、澳洲、新西蘭和日本等國家進行了相關的實踐與研究。水敏型城市設計強調通過整體性城市規劃和設計來減少對自然水循環的負面影響，以及保護水生態系統的健康。我國住建部于2014年10月發布了《海綿城市建設技術指南》，對海綿城市的規劃設計要點、工程建設方法等作出了詳細的闡述，意在改變原先粗放型的城市建設途徑，以生態優先為原則，在確保城市排水防澇安全的前提下，最大限度地實現雨水在城市區域的積存、滲透和凈化，促進雨水資源的利用和生態環境保護。無論是水敏型城市設計、海綿城市還是低影響開發，其目的均為改善和修復人工建設帶來的水環境問題。

　　就風景園林學而言，可持續的水生態技術主要包括集水與節水技術和水體生態修復技術兩大部分。對于風景園林師而言， “集水及節水”技術是學科范疇內的主要研究內容：雨洪期滯水、蓄水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。除最大限度地保護原有的河流、湖泊、濕地、坑塘、溝渠等水生態敏感區之外，利用透水設施、滯留塘、集水裝置、人工濕地等設施構成的集水系統來進行雨水的收集與貯存是應用最為廣泛的技術途徑。

　　3.3 低維護技術

　　風景園林界有“三分種，七分養”之說，為了保證景觀效果以及景園功能的發揮，養管工作需要投入大量的人力、物力和財力。相對于設計和建設過程，景園環境的養管又是一項持續性、長效的工作。在集約型的社會背景下，可持續原則應當貫穿于風景園林從設計、施工直至養管的全生命周期，“低維護”的概念應運而生。所謂低維護技術指的是通過在設計中采用某些技術手段和方法，使景園環境建成后養管成本較低，甚至是免維護。譬如，大量地使用地帶的鄉土植物，并采用擬自然的配置方式進行栽植和群落營造。鄉土植物是在本地區有天然分布的植物種類統稱，適應當地的氣候條件并具有鮮明的地域特征。鄉土植物的使用體現了“適地適樹”理念，不僅易存活，且幾乎能夠實現免養管。擬自然配置方式強調的是巧妙利用自然的“力”，通過對自然植物群落種類配置及形態的模擬，以營造最接近自然狀態的群落生境結構，使之能夠自我維系，并保持較為穩定的狀態。

　　免涂裝也是低維護技術的組成之一，將材料以其固有的顏色和質感運用到景觀環境中。玻璃、防腐木、不銹鋼、銹蝕鋼板、清水混凝土等是免涂裝技術中使用較為廣泛的材料，不僅能夠回收再利用，且易養管。城市化導致城市內部不透水地面比例過大，造成雨水難以入滲土地，植物極易處于缺水的狀態。因而，城市園林綠化的養護中，澆灌工作量極大，是低維護技術關注的重點之一。通過集水系統的設置，使用透水材料與技術可存蓄自然降水，實現免澆灌，以達到低維護的目的。固體廢棄材料的再利用也是低維護技術的一個方面。固體廢棄材料中那些無滲濾液、沒有二次污染的混凝土塊、磚瓦碎塊、碎石塊可以作為地下蓄水層的填充物而使用，廢棄的混凝土塊亦能夠作為駁岸、工程基礎等建設材料之用。同時，碎石塊、磚瓦碎塊、混凝土塊等低成本材料的使用，不僅節省了大量的建造成本，同時其多孔特性為多種生物提供了棲息之所，有助于促進生境的營建與生態恢復。

　　4、數字技術與景園規劃設計

　　4.1 數字技術的運用

　　傳統風景園林設計往往基于經驗，以感性為基礎。因而，建立在設計實踐基礎上的研究也多采用定性的方法。縱觀科學的發展史，自19世紀末起，在數學邏輯發展的助力下，人類求知的活動逐漸從啟蒙運動之后的唯心主義轉向了實證主義，走上了一條量化、實證的道路。亞里士多德的形式邏輯概念被以數學為基礎的符號邏輯體系所取代，誕生了定量研究的現代科學研究方法，成為20世紀以來科學研究的主流。現代的風景園林學是兼具藝術與科學的學科，需要定性的研究方法，也離不開定量的支撐。定量的方法幫助風景園林實現了科學化的發展。

　　21世紀40年代末50年代初揭幕的第三次科技革命標志著人類社會正式進入了信息時代，即數字時代。數字技術(DigitalTechnology)與電子計算機的發展相伴相生，對風景園林行業也產生了深遠的影響。當代數字技術的發展，不論是軟件還是硬件的進步，均輔助風景園林研究從感覺到知覺、從定性到定量的轉變。數字技術在風景園林行業的應用主要集中于4個方面：數據的采集與測控技術、數據分析評價技術、數字生成與建造技術，以及虛擬現實技術。以上4個方面涵蓋了風景園林從規劃、設計、施工直至管理的全過程。

　　4.2 數據采集與測控技術

　　傳統風景園林設計過程中，數據的采集工作完全依靠人工完成，難以避免主觀性、模糊性，尤其面對大中尺度的風景環境時，局限性較為突出。遙感技術、航測技術，三維掃描技術等數據采集技術的發展改變了傳統的調研與資料收集方式，極大地提升了調查研究的精準性。新技術的運用不僅提供了更為全面、客觀的數據資料，也呈現了傳統調研方法難以收集的環境信息，從而為風景園林設計提供了新的視角。

　　2015年7月4日，國務院發布了《國務院關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》，指出：“在全球新一輪科技革命和產業變革中，互聯網與各領域的融合發展具有廣闊前景和無限潛力，已成為不可阻擋的時代潮流”，并提出將“‘互聯網+’綠色生態”作為發展的重點之一，完善污染物監測及信息發布系統，形成覆蓋主要生態要素的資源環境承載能力動態監測網絡，實現生態環境數據互聯互通和開放共享。②物聯網作為信息技術的重要組成部分，與土壤水分、土壤酸堿度、溫度、濕度等傳感器的配合，能夠構建風景園林的實時監測系統，對植物的生長、道路的透水率、微氣候情況等等進行檢測，利用終端輸出可供量化分析與表達的數據，并實時反饋。在數字時代背景下，數字化的測控技術為風景園林師們評估、檢驗設計的效能提供了客觀、有效的途徑，也為后續設計工作的開展積累了基礎數據。

　　4.3 數據分析評價技術

　　數據的分析與評價在數據采集的基礎上開展，對應于設計師解讀場所、評價設計的過程，也是整個風景園林設計過程中極其重要的一個環節。科學的研究離不開定性與定量的評價方法，然而無論是量化還是質化的評價方法體系均離不開數據分析這一支撐技術。數據分析技術與結論的可靠性與有效性緊密關聯。GIS具有強大的數據庫功能，在可視化表達的同時能夠即時地生成關聯數據，為量化比較與分析提供了便利。此外，ENVI、ERDAS、Dethmap、Fragstats、Fluent、Urbanwind等一系列數字化軟件平臺為包括地理分析、空間分析、生境分析等的風景園林設計分析與評價提供了支撐。與此同時，層次分析法、模糊數學法、人工神經網絡等各類型的評價方法也得益于計算機技術的發展而不斷改進、完善。風景環境作為一個復雜系統，數字技術為風景園林師進行設計與研究提供了便捷、高效的平臺和途徑，成為了難以或缺的工具。對環境的精準分析與表達，使得設計的依據更加可靠，主動規避單純憑經驗引發的誤判，從而使設計結果更具合理性。

　　4.4 數字生成與建造技術

　　對風景園林規劃設計而言，數字技術不僅對設計的表達方式產生了影響，也借助信息科學為基礎的協同工作對整個建造過程加以重塑。旨在實現設計全生命周期數字化管理的建筑信息模型( BIM)，抑或是景觀信息模型( LIM)成為當下研究的熱點。數字化的生成與建造包含了利用數字技術進行設計及建造。參數化設計方法是數字化設計流程中的重要一環，也是當代風景園林設計方法發生的重大變革。隨著計算機技術在設計領域里的深入應用，3D打印技術、輪廓工藝、數控加工等作為設計的建造手段得到越來越廣泛的運用。數字流使得設計與建造、施工等過程的聯系更加緊密。在風景園林工程施工環節中，基于三維全球衛星導航系統( 3D GNSS)的機械控制技術已較成熟地運用于景園的營建。通過將設計完成的三維地形模型輸入建造機械終端可以實現地形營造的全自動化，不僅節省了人力、物力，提高了施工效率，而且十分精準迅速。建造技術的變革從另一個方面促進了風景園林設計方法的發展，體現在從設計思維到設計表達，輸入到輸出的設計全過程。

　　4.5 虛擬現實技術

　　虛擬現實技術( VR)是一種對環境信息模擬的計算機仿真系統，在軍事、教育、娛樂、醫療、設計、建造等各行各業均有著廣泛的應用。數字化模擬技術是當下國內外數字景觀研究領域之一，包括了測量及影像處理技術、景觀環境的可視化技術、過程模擬技術等。通過圖形處理及顯示，虛擬現實技術能夠將風景園林設計成果以三維立體的方式呈現給受眾，并具有沉浸感。在此基礎上能夠實現對設計方案的評價、行為心理的研究、植物生長的模擬等。虛擬現實技術還能夠作為交互式呈現系統的一部分，極大地改變了傳統設計方法中單純對二維圖面的依賴，將景園設計研究從二維引向三維。虛擬現實技術透過提供仿真的設計環境使景園設計過程變得更加直觀，由于設計過程與結果的實時呈現，風景園林師能夠迅速地作出反饋，對方案進行調整優化。