浅谈现代科学技术背景下的风景园林学

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浅谈现代科学技术背景下的风景园林学

　　风景园林学具有科学与艺术双重属性,在传承发展景园文化的同时,应当重视科学技术的发展对于风景园林学的推动作用。在科学与艺术双模驱动下,风景园林学的内涵与外延得到不断地丰富,知识体系的更新、教育模式的变革势在必行。以系统科学、生态学为代表的科学影响着当代风景园林价值观、发展理念;而可持续技术、数字技术等则在一定程度上改变景园规划设计、建造及养管路径与方法。立足当代科学技术背景,重新审视风景园林学发展方向,倡导以"科学为理念、技术为支撑、文化为灵魂"景园观,对于实现我国由风景园林实践大国向强国的转化有重大意义。

浅谈现代科学技术背景下的风景园林学

　　1、生态学与景观生态

　　1.1 生态学与全尺度

　　风景园林学关注入居环境和自然系统的保护及保育工作。风景园林面对的是广袤的自然区域，传统意义上生态学的关注偏向于植物及其生境共同构成的复合体。从视野上看，随着学科领域的不断拓展，传统生态学的认知具有一定的局限性;从范畴上看，国土、区域景观系统的构成已经难以由传统景园生态学的范畴涵盖。因此，应从景观生态学的概念和视野，拓展到更广阔的领域来思考，从景园生境到人居生态环境系统的关注是风景园林学发展的趋势。由此，从近地气候到植被体系，从自然区划到土地格局，包含人居环境在内的“大”生态系统，都理应成为风景园林研究的领域。

　　当代风景园林学研究的范畴一方面包括大至城市小至乡村的建成环境研究，更包含了对纯自然系统的研究，也可称之为对“风景系统”的研究。自然系统和建成系统的研究共同构成了当代风景园林学的研究视野，并较之于历史上任何时期都更加广泛。其研究既要跳出“园”的范畴，又需要具有“地景”的概念。关注尺度的不同体现了复杂程度差异，思维、视野以及设计的策略和步骤也不尽相同，是现代风景园林学需要深度思考的问题。面对不同尺度条件下的生态问题，应当有系统的分级和掌握。

　　1.2 生态敏感性评价

　　上个世纪30年代，随着生态规划的发展和科学技术的进步，美国发展了土地利用适宜性( Land-use Suitability)分析方法体系。地图叠加方法经过沃伦·曼宁( Warren H.Manning)、查尔斯·艾略特(Charles Eliot)、埃斯克里特(L B.ESCfitt)直至麦克哈格(Ian L McHarg)等人的发展，逐步形成了在生态理念引导下的规划方法，之后发展的包含GIS在内的大部分新方法均以此为基本蓝图，从技术、方法等层面不断提升关于生态适宜性研究的精准性与便利性。当下，生态敏感性评价已广泛地运用于国土资源规划、土地利用规划、生态城市规划、风景园林规划没计等各个领域。生态敏感性评价通过对场地各个生态因子的有权重叠加，以此来得出不同等级的保护区域，并在发展中给予不同程度的保护。在这一基础上开展风景园林规划设计工作;执行了“生态优先”的发展原则，强调对场所生态保护基础上的规划设计。生态敏感区的梯度划分为设计者明晰了必须严格保护的区域、需要进行保护和适度恢复的区域以及可以建设的区域。不仅积极、主动地保护了生态环境，而且使设计更加有理有据。在生态敏感性评价基础上再进行建设适宜性的评价，最终将生态保护与建设活动控制在适度的范围内。

　　1.3 建设适宜性研究

　　建设适宜性顾名思义就是对土地是否适于用作建设用地所作的评价。建设用地通常是指用于建造建筑物、构筑物及其使用范围的土地。风景区等风景环境的建设用地主要包括了游览设施用地、居民社会用地、交通与工程用地等几大类型。与以人工环境为主体的城市不同，风景环境的建设用地镶嵌在自然环境之中，承担着区域的交通、服务等职能，是重要组成部分。风景园林规划设计中进行建设适宜性评价就是在以自然为主体的环境中优选出适宜进行功能性建设的区域和地块。基于对风景园林自然环境充分调研基础之上的建设适宜性的评价有助于实现建设效益的最大化和土地资源的集约化。风景园林规划设计面临的通常是复杂的建设环境，尺度往往较大，并且场所内自然及人文信息交织。若仅依靠经验进行规划设计，难免顾此失彼。利用GIS等软件平台开展的建设适宜性分析在调研分析场地的基础上能够生成可比较的量化结果，较之传统的规划设计方法更加精确与便利。在进行生态敏感性评价基础上的建设适宜性评价具有明确的指向性，能够有效地为设计师提供判断的依据，较为准确的划定建设边界，生成适宜建设区域，同时为进一步具体的设计提供操作基础。

　　2、走向系统的风景园林学

　　2.1 从要素到系统

　　系统论的核心思想是系统的整体观念，任何系统都是一个有机的整体，它不是各个部分的机械组合或简单相加，系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的属性。所谓“整体大于部分之和”，系统中各要素不是孤立地存在着，而是在系统中都处于一定的位置上、起着特定的作用。要素之间相互关联，构成了一个不可分割的整体。风景园林具有复杂系统的特征，一方面保留了自然素材的原初属性，并遵循自然演替的规律;另一方面园林空间又是依据人的诉求营造的空间环境，具有文化内涵。由于风景园林具有多目标的特点，如何在风景园林环境中协调不同的目标，使系统整体最优化已成为现代风景园林规划设计的基本要求。

　　系统论强调将研究的对象作为一个整体，通过构成整体的各个部分之间协同作用，将各个部分的协同效能最大化，从而实现整体效益最优。风景园林作为一个复杂的系统，既要服从于自然规律、也要服务于人的诉求，更有形而上的境界，因此分别应对了风景园林的“真、善、美”三大基本价值。“真”代表着科学理性，反映了人类对过去经验的“规律性”认识;“善”体现出人类的愿景与意志，具有“目的性”;而“美”则是理想的境界，具有“精神性”。比较起美术与建筑，风景园林更具复杂性与多元性。当代风景园林学，需要基于学科的自律性，变离散的群知识为系统体系，依据认知规律协调各部分之间的关联，以此来实现系统的最优。作为系统的风景园林通过诸要素的集成，将风景园林的自然属性和人工属性经过人为干预生成“新的系统”。与之相应，现代风景园林教育需要将不同的科目、课程、知识点系统、有机地整合。

　　2.2 集约化的景园观

　　风景园林学本身具有多目标的属性，系统观的指导则可以在很大程度上同时满足多种诉求的可能。与单纯强调节约不同，集约化在系统观念的基础上追求系统生命周期内投入产出综合效益的最大化。集约型风景园林旨在风景园林寿命周期(规划、设计、施工、运行、再利用)内，通过合理降低资源和能源的消耗，有效减少废弃物的产生，最大程度上改善景园生态环境，进而优化土地等资源的利用与生态环境，通过景园环境生态效能的整体提升，实现人与自然和谐共生。

　　2.3 耦合的方法论

　　物理学中“耦合”是一个基本概念，指的是两个或两个以上的系统或运动方式之间通过各种相互作用而彼此影响以至联合起来的现象，是在各子系统间的良性互动下，相互依赖、相互协调、相互促进的动态关联。①因而“耦合”的概念包含了系统、关系和动态3个方面。现代风景园林设计早已不是“修建性”的规划与美化，而是基于学科的本体特征，走向了系统化规划设计之路，需要综合、统筹、科学地组织环境中的各种要素，具有动态、多样及复合的效应。现代风景园林设计的多目标特征，使其必须统筹生态、空间、文化、功能4个基本面，它们彼此游离又高度聚合，彼此独立又互相依存，体现了一种共生的相互关系，不影响各自原本存在的同时共同对景观产生影响。风景园林不是以上4个基本面的简单叠加，而是统一的整体，具有复合性特征。将“耦合”的基本理念引申到风景园林设计中来，就是强调对场所的尊重及自然力的运用，将多设计目标与场所固有的秩序和要素之间相关联，而这样的一种关联目的就在于利用环境资源的同时提升环境整体的品质。“耦合”作为一个最基本的策略，也是设计策略中最具有共性特征的方法，其基本原理就是将原有场所组成元素进行重组和二次加工以形成满足多设计目标的、新的场所秩序。“耦合”不是对场所属性的改变，而是最大限度地将弥合“异源性”的元素与“本源性”的场所，是一个生成和谐整体的过程，亦即耦合法的核心所在。

　　3、可持续技术

　　3.1 可持续发展

　　自“可持续发展”(Sustainable Development)概念于上世纪80年代的提出已经历了30余年，业已成为全人类的共识和全球长期发展的指导方针。可持续技术是实现可持续发展的具体途径。在“可持续”概念的引导下，各行各业均提出了适用的技术构想与措施。以建筑学、城市规划、风景园林为主要组成部分的人居环境学科同样在学科范畴内形成并发展了适宜的可持续方法与技术。自上个世纪90年代起，我国住房和城乡建设部颁发了《国家园林城市标准》，在全国推行园林城市建设。当下全国多数城市已达到或超越了园林城市的建设标准，也就是说城市建成区的绿化覆盖率达到36%及以上，绿地率达到31%及以上。这样一部分的土地资源对城市环境具重要影响作用。作为可持续技术组成部分的可再生材料、清洁能源、水生态、低维护等技术已经成为当代风景园林学科发展所必须关注的议题。对于中国在这样一个高速城市化进程中的发展社会而言，更需要加强对可持续技术的理解与运用。无论是LEED(Leadership in Energy andEnvitonmental Design)评价体系的引入，抑或是LID( Low Impact Development)理念的强调，均为不同方面对可持续技术的响应。结合风景园林的学科特征，有必要引入相关学科知识，重新思考并建构起相关可持续知识体系。关于更多的生态园林，可持续性城市的相关信息，中国景观网还有大量的文章资讯，以供参考。

　　3.2 水生态技术

　　传统的城市发展模式给自然水文循环和生态过程带来了负面影响，造成了一系列的水环境问题。水敏型城市设计( Water SensitiveUrban Design，WSUD)的概念在这样的大背景下得以提出，并在德国、美国、英国、澳洲、新西兰和日本等国家进行了相关的实践与研究。水敏型城市设计强调通过整体性城市规划和设计来减少对自然水循环的负面影响，以及保护水生态系统的健康。我国住建部于2014年10月发布了《海绵城市建设技术指南》，对海绵城市的规划设计要点、工程建设方法等作出了详细的阐述，意在改变原先粗放型的城市建设途径，以生态优先为原则，在确保城市排水防涝安全的前提下，最大限度地实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化，促进雨水资源的利用和生态环境保护。无论是水敏型城市设计、海绵城市还是低影响开发，其目的均为改善和修复人工建设带来的水环境问题。

　　就风景园林学而言，可持续的水生态技术主要包括集水与节水技术和水体生态修复技术两大部分。对于风景园林师而言， “集水及节水”技术是学科范畴内的主要研究内容：雨洪期滞水、蓄水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。除最大限度地保护原有的河流、湖泊、湿地、坑塘、沟渠等水生态敏感区之外，利用透水设施、滞留塘、集水装置、人工湿地等设施构成的集水系统来进行雨水的收集与贮存是应用最为广泛的技术途径。

　　3.3 低维护技术

　　风景园林界有“三分种，七分养”之说，为了保证景观效果以及景园功能的发挥，养管工作需要投入大量的人力、物力和财力。相对于设计和建设过程，景园环境的养管又是一项持续性、长效的工作。在集约型的社会背景下，可持续原则应当贯穿于风景园林从设计、施工直至养管的全生命周期，“低维护”的概念应运而生。所谓低维护技术指的是通过在设计中采用某些技术手段和方法，使景园环境建成后养管成本较低，甚至是免维护。譬如，大量地使用地带的乡土植物，并采用拟自然的配置方式进行栽植和群落营造。乡土植物是在本地区有天然分布的植物种类统称，适应当地的气候条件并具有鲜明的地域特征。乡土植物的使用体现了“适地适树”理念，不仅易存活，且几乎能够实现免养管。拟自然配置方式强调的是巧妙利用自然的“力”，通过对自然植物群落种类配置及形态的模拟，以营造最接近自然状态的群落生境结构，使之能够自我维系，并保持较为稳定的状态。

　　免涂装也是低维护技术的组成之一，将材料以其固有的颜色和质感运用到景观环境中。玻璃、防腐木、不锈钢、锈蚀钢板、清水混凝土等是免涂装技术中使用较为广泛的材料，不仅能够回收再利用，且易养管。城市化导致城市内部不透水地面比例过大，造成雨水难以入渗土地，植物极易处于缺水的状态。因而，城市园林绿化的养护中，浇灌工作量极大，是低维护技术关注的重点之一。通过集水系统的设置，使用透水材料与技术可存蓄自然降水，实现免浇灌，以达到低维护的目的。固体废弃材料的再利用也是低维护技术的一个方面。固体废弃材料中那些无渗滤液、没有二次污染的混凝土块、砖瓦碎块、碎石块可以作为地下蓄水层的填充物而使用，废弃的混凝土块亦能够作为驳岸、工程基础等建设材料之用。同时，碎石块、砖瓦碎块、混凝土块等低成本材料的使用，不仅节省了大量的建造成本，同时其多孔特性为多种生物提供了栖息之所，有助于促进生境的营建与生态恢复。

　　4、数字技术与景园规划设计

　　4.1 数字技术的运用

　　传统风景园林设计往往基于经验，以感性为基础。因而，建立在设计实践基础上的研究也多采用定性的方法。纵观科学的发展史，自19世纪末起，在数学逻辑发展的助力下，人类求知的活动逐渐从启蒙运动之后的唯心主义转向了实证主义，走上了一条量化、实证的道路。亚里士多德的形式逻辑概念被以数学为基础的符号逻辑体系所取代，诞生了定量研究的现代科学研究方法，成为20世纪以来科学研究的主流。现代的风景园林学是兼具艺术与科学的学科，需要定性的研究方法，也离不开定量的支撑。定量的方法帮助风景园林实现了科学化的发展。

　　21世纪40年代末50年代初揭幕的第三次科技革命标志着人类社会正式进入了信息时代，即数字时代。数字技术(DigitalTechnology)与电子计算机的发展相伴相生，对风景园林行业也产生了深远的影响。当代数字技术的发展，不论是软件还是硬件的进步，均辅助风景园林研究从感觉到知觉、从定性到定量的转变。数字技术在风景园林行业的应用主要集中于4个方面：数据的采集与测控技术、数据分析评价技术、数字生成与建造技术，以及虚拟现实技术。以上4个方面涵盖了风景园林从规划、设计、施工直至管理的全过程。

　　4.2 数据采集与测控技术

　　传统风景园林设计过程中，数据的采集工作完全依靠人工完成，难以避免主观性、模糊性，尤其面对大中尺度的风景环境时，局限性较为突出。遥感技术、航测技术，三维扫描技术等数据采集技术的发展改变了传统的调研与资料收集方式，极大地提升了调查研究的精准性。新技术的运用不仅提供了更为全面、客观的数据资料，也呈现了传统调研方法难以收集的环境信息，从而为风景园林设计提供了新的视角。

　　2015年7月4日，国务院发布了《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》，指出：“在全球新一轮科技革命和产业变革中，互联网与各领域的融合发展具有广阔前景和无限潜力，已成为不可阻挡的时代潮流”，并提出将“‘互联网+’绿色生态”作为发展的重点之一，完善污染物监测及信息发布系统，形成覆盖主要生态要素的资源环境承载能力动态监测网络，实现生态环境数据互联互通和开放共享。②物联网作为信息技术的重要组成部分，与土壤水分、土壤酸碱度、温度、湿度等传感器的配合，能够构建风景园林的实时监测系统，对植物的生长、道路的透水率、微气候情况等等进行检测，利用终端输出可供量化分析与表达的数据，并实时反馈。在数字时代背景下，数字化的测控技术为风景园林师们评估、检验设计的效能提供了客观、有效的途径，也为后续设计工作的开展积累了基础数据。

　　4.3 数据分析评价技术

　　数据的分析与评价在数据采集的基础上开展，对应于设计师解读场所、评价设计的过程，也是整个风景园林设计过程中极其重要的一个环节。科学的研究离不开定性与定量的评价方法，然而无论是量化还是质化的评价方法体系均离不开数据分析这一支撑技术。数据分析技术与结论的可靠性与有效性紧密关联。GIS具有强大的数据库功能，在可视化表达的同时能够即时地生成关联数据，为量化比较与分析提供了便利。此外，ENVI、ERDAS、Dethmap、Fragstats、Fluent、Urbanwind等一系列数字化软件平台为包括地理分析、空间分析、生境分析等的风景园林设计分析与评价提供了支撑。与此同时，层次分析法、模糊数学法、人工神经网络等各类型的评价方法也得益于计算机技术的发展而不断改进、完善。风景环境作为一个复杂系统，数字技术为风景园林师进行设计与研究提供了便捷、高效的平台和途径，成为了难以或缺的工具。对环境的精准分析与表达，使得设计的依据更加可靠，主动规避单纯凭经验引发的误判，从而使设计结果更具合理性。

　　4.4 数字生成与建造技术

　　对风景园林规划设计而言，数字技术不仅对设计的表达方式产生了影响，也借助信息科学为基础的协同工作对整个建造过程加以重塑。旨在实现设计全生命周期数字化管理的建筑信息模型( BIM)，抑或是景观信息模型( LIM)成为当下研究的热点。数字化的生成与建造包含了利用数字技术进行设计及建造。参数化设计方法是数字化设计流程中的重要一环，也是当代风景园林设计方法发生的重大变革。随着计算机技术在设计领域里的深入应用，3D打印技术、轮廓工艺、数控加工等作为设计的建造手段得到越来越广泛的运用。数字流使得设计与建造、施工等过程的联系更加紧密。在风景园林工程施工环节中，基于三维全球卫星导航系统( 3D GNSS)的机械控制技术已较成熟地运用于景园的营建。通过将设计完成的三维地形模型输入建造机械终端可以实现地形营造的全自动化，不仅节省了人力、物力，提高了施工效率，而且十分精准迅速。建造技术的变革从另一个方面促进了风景园林设计方法的发展，体现在从设计思维到设计表达，输入到输出的设计全过程。

　　4.5 虚拟现实技术

　　虚拟现实技术( VR)是一种对环境信息模拟的计算机仿真系统，在军事、教育、娱乐、医疗、设计、建造等各行各业均有着广泛的应用。数字化模拟技术是当下国内外数字景观研究领域之一，包括了测量及影像处理技术、景观环境的可视化技术、过程模拟技术等。通过图形处理及显示，虚拟现实技术能够将风景园林设计成果以三维立体的方式呈现给受众，并具有沉浸感。在此基础上能够实现对设计方案的评价、行为心理的研究、植物生长的模拟等。虚拟现实技术还能够作为交互式呈现系统的一部分，极大地改变了传统设计方法中单纯对二维图面的依赖，将景园设计研究从二维引向三维。虚拟现实技术透过提供仿真的设计环境使景园设计过程变得更加直观，由于设计过程与结果的实时呈现，风景园林师能够迅速地作出反馈，对方案进行调整优化。

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