非線性參數(shù)化風(fēng)景園林設(shè)計(jì)的低技策略探索以“心靈的花園”為例

劉通 王向榮

1 風(fēng)景園林學(xué)數(shù)字化時(shí)代的來臨

隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的發(fā)展，在相對(duì)論、語言學(xué)、混沌理論、新幾何學(xué)、系統(tǒng)論、涌現(xiàn)理論的影響下，建筑學(xué)進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代。伴隨著GIS系統(tǒng)、物理環(huán)境分析技術(shù)、參數(shù)化設(shè)計(jì)，運(yùn)算生成設(shè)計(jì)，BIM建筑信息模型，數(shù)字圖解與虛擬現(xiàn)實(shí)，數(shù)控建造和數(shù)字管理等新技術(shù)的層出不窮，建筑學(xué)掀起了數(shù)字化浪潮。隨后，這股數(shù)字化浪潮開始影響城市規(guī)劃學(xué)，并與城市經(jīng)濟(jì)學(xué)、城市環(huán)境分析、空間句法、自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、分形學(xué)、多代理模型理論等相結(jié)合，推動(dòng)著城市規(guī)劃學(xué)的數(shù)字化進(jìn)程。面對(duì)這股不可阻擋的數(shù)字化浪潮，風(fēng)景園林學(xué)又會(huì)以怎么樣的方式進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代呢？[1]

2 非線性參數(shù)化風(fēng)景園林設(shè)計(jì)低技策略的必要性

在琳瑯滿目的技術(shù)名詞中，參數(shù)化設(shè)計(jì)無疑是最被設(shè)計(jì)師們熟知的名詞之一。

參數(shù)化設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展到一定階段時(shí)，伴隨著生產(chǎn)組織集成化和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展而誕生的，并一直廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。在建筑學(xué)領(lǐng)域，參數(shù)化設(shè)計(jì)的核心是把設(shè)計(jì)的限制條件，通過相關(guān)數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件，與設(shè)計(jì)的形式輸出之間建立參數(shù)關(guān)系，生成可以靈活調(diào)控的計(jì)算機(jī)模型。參數(shù)可以是與設(shè)計(jì)相關(guān)的各種信息，比如造價(jià)、密度、氣候等，通過編碼轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的語言。[2]參數(shù)化設(shè)計(jì)可用于全生命周期，也可僅用于其中的某個(gè)階段，如設(shè)計(jì)方案的生成、對(duì)已有形體的參數(shù)化控制、對(duì)構(gòu)造節(jié)點(diǎn)的參數(shù)化設(shè)計(jì)等。[3]

同時(shí)，隨著自然科學(xué)和哲學(xué)的發(fā)展，基于復(fù)雜科學(xué)理論，產(chǎn)生了非線性科學(xué)。它揭示了線性科學(xué)還原論的局限性，反對(duì)將復(fù)雜系統(tǒng)簡(jiǎn)化或還原分解為低級(jí)的簡(jiǎn)單系統(tǒng)，主張從整體上把握事物本來的特征和規(guī)律。[4]非線性科學(xué)使人們對(duì)歐幾里德幾何體系產(chǎn)生了懷疑，影響到產(chǎn)品制造業(yè)，表現(xiàn)為產(chǎn)品形態(tài)的非標(biāo)準(zhǔn)化。建筑學(xué)受其影響，開始擺脫規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)幾何形體的束縛，朝非線性的方向發(fā)展。非線性建筑是一種連續(xù)流動(dòng)狀的形體，這種形體作為結(jié)果來自于對(duì)各種影響建筑因素的分析、提煉和綜合。由于影響因素是復(fù)雜的，建筑也呈現(xiàn)出不規(guī)則的形態(tài)。[5]因而建筑形體是從設(shè)計(jì)的分析研究過程推導(dǎo)而來，是一種自下而上的生成設(shè)計(jì)過程。

圖01 斑駁的竹影灑在白色的帷幕上

圖02 平靜的睡蓮水池

非線性建筑思想和參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)的結(jié)合，產(chǎn)生了非線性參數(shù)化建筑設(shè)計(jì)思潮。這一思潮強(qiáng)調(diào)對(duì)影響因素的綜合分析，強(qiáng)調(diào)自下而上的生成設(shè)計(jì)過程，對(duì)風(fēng)景園林學(xué)，尤其是風(fēng)景園林設(shè)計(jì)有積極的借鑒意義。風(fēng)景園林學(xué)是處理人與自然關(guān)系的學(xué)科，其范圍比建筑學(xué)和城市規(guī)劃學(xué)更大，所面對(duì)的系統(tǒng)更復(fù)雜，影響因素更多，非線性參數(shù)化設(shè)計(jì)方法的引入，將為風(fēng)景園林學(xué)提供了一種分析、思考、處理問題的新方式。

圖03 Rhinoceros模型

非線性參數(shù)化設(shè)計(jì)作為一種新興的“高技術(shù)”設(shè)計(jì)方式，從設(shè)計(jì)到建造，具有修改的快捷方便、組件的定制加工、施工的精確拼接等特點(diǎn)。但這種“數(shù)字設(shè)計(jì)”并“數(shù)字建造”的“高技術(shù)”方式也意味著高造價(jià)和長(zhǎng)工期。而在風(fēng)景園林設(shè)計(jì)領(lǐng)域，其單位面積的造價(jià)難以與建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域相提并論，“數(shù)字建造”需要的激光切割技術(shù)、多軸機(jī)床技術(shù)、數(shù)控彎曲成形技術(shù)、智能機(jī)器人技術(shù)、快速原型技術(shù)等昂貴技術(shù)，必然與有限的預(yù)算相矛盾。并且，目前國(guó)內(nèi)風(fēng)景園林設(shè)計(jì)領(lǐng)域整體處于一種低造價(jià)、低技術(shù)、短工期的現(xiàn)狀中。因此，如果直接將非線性參數(shù)化建筑設(shè)計(jì)的理論和技術(shù)應(yīng)用在風(fēng)景園林上，恐怕難以消化。所以需要針對(duì)風(fēng)景園林學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)和自身限制，進(jìn)行轉(zhuǎn)化和重構(gòu)，建立起適應(yīng)于風(fēng)景園林未來發(fā)展的設(shè)計(jì)建造策略。

在這種情況下，探索一條符合國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀的“低技術(shù)”非線性參數(shù)化設(shè)計(jì)策略將具有積極的現(xiàn)實(shí)意義，即“高技術(shù)”的非線性參數(shù)化設(shè)計(jì)方法與“低技術(shù)”施工工藝相結(jié)合的策略。這將對(duì)非線性參數(shù)化設(shè)計(jì)在風(fēng)景園林領(lǐng)域中的發(fā)展起到極大的推動(dòng)作用，也將為充滿想象力的風(fēng)景園林設(shè)計(jì)師們提供更多施展創(chuàng)意的機(jī)會(huì)。

3 心靈的花園——多義景觀的非線性參數(shù)化設(shè)計(jì)低技策略的實(shí)踐

作為一個(gè)學(xué)術(shù)研究型的設(shè)計(jì)事務(wù)所，多義景觀的設(shè)計(jì)師也在深刻思考和積極探索著風(fēng)景園林的數(shù)字化之路。在“心靈的花園”項(xiàng)目中，多義景觀在構(gòu)造節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)階段探索式地運(yùn)用了非線性參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，并在設(shè)計(jì)過程中充分考慮到低施工技術(shù)水平的制約，采用“低技”的施工工藝完成建造，最終達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期的效果，為探索非線性參數(shù)化風(fēng)景園林設(shè)計(jì)的低技策略提供了寶貴而有益的經(jīng)驗(yàn)。

2012年2月，新加坡國(guó)家公園局邀請(qǐng)多義景觀在2012新加坡花園節(jié)（Singapore Garden Festival）上設(shè)計(jì)一個(gè)“夢(mèng)幻花園”?；▓@節(jié)在新加坡新達(dá)城國(guó)際會(huì)展中心召開，7月展出，工期1周，展期1周。設(shè)計(jì)師將這個(gè)花園理解為一個(gè)室內(nèi)的臨時(shí)花園裝置，最終的方案是一個(gè)浪漫而富有禪意的花園，取名為“心靈的花園”，希望它能夠給人們帶來心靈的寧靜和感悟。花園平面為10m×10m的正方形。多義景觀希望在有限的面積內(nèi)，通過白色的帷幕、蒼翠的竹叢和平靜的水池表現(xiàn)出中國(guó)花園的空間變化和詩意（圖01-02）。[6]

3.1 數(shù)字設(shè)計(jì)+低技建造

方案一開始的構(gòu)思就不是在平面上完成的，而是設(shè)計(jì)師在一個(gè)用紙片、竹簽和橡皮泥制作的手工模型上完成空間的推敲和把握：白色的帷幕曲折蜿蜒，從入口逐漸升高、到最高處時(shí)螺旋翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)到中央時(shí)下降、最后再次升高轉(zhuǎn)向出口，圍合出迷宮一般的空間。

然后在Rhinoceros中進(jìn)行方案的定形和細(xì)化（圖03）。帷幕兩邊需要用鋼絲固定，利用鋼絲受彎時(shí)的彈性來繃緊具有伸縮性的帷幕。根據(jù)Rhinoceros中曲面曲率的分析（圖04），在曲率變化劇烈的位置（圖04中紅色區(qū)域），也就是鋼絲彎曲程度劇烈的位置，即受力點(diǎn)處布置竹柱，以牽引并固定彎曲的鋼絲，從而滿足鋼絲和帷幕的不同的力學(xué)特性要求，即建立起“曲面曲率——鋼絲彎曲受力強(qiáng)度——柱點(diǎn)”三者關(guān)聯(lián)的非線性參數(shù)化體系。

接著在Rhinoceros中將帷幕展開到平面上，調(diào)整其平面線形，使得帷幕彎曲程度和平面線形變化程度相一致。標(biāo)出帷幕與竹柱對(duì)應(yīng)的固定點(diǎn)并進(jìn)行對(duì)應(yīng)編號(hào)，標(biāo)出帷幕的分割線，將帷幕分割為若干段，以便打板加工、運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)拼裝（圖05）。為了更好地控制設(shè)計(jì)，提前發(fā)現(xiàn)后期施工可能出現(xiàn)的問題，設(shè)計(jì)師在把先加工好的兩段帷幕進(jìn)行拼裝試驗(yàn)，以測(cè)試鋼絲彎曲受力特性和帷幕的透明度。

這是一個(gè)低精度施工的設(shè)計(jì)，需要設(shè)計(jì)一些方法降低施工過程中必然會(huì)產(chǎn)生的誤差，以達(dá)到非精確現(xiàn)場(chǎng)擬合。一是設(shè)計(jì)可以單軸轉(zhuǎn)動(dòng)的鋼套做基礎(chǔ)固定竹柱，施工時(shí)可以水平方向、豎直方向上轉(zhuǎn)動(dòng)竹柱來降低放線時(shí)產(chǎn)生的誤差、竹竿不同外形產(chǎn)生的誤差、安裝帷幕時(shí)產(chǎn)生的誤差和帷幕拉伸時(shí)產(chǎn)生的誤差（圖06）。二是通過在竹柱之間設(shè)置魚線，將帷幕拉開，不但能降低誤差，還能現(xiàn)場(chǎng)靈活調(diào)整帷幕線形。

花園中央的異形水池在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮采用能彎曲的薄金屬板，以與帷幕相似的方法建造：將水池分解為三個(gè)面，展開到平面上標(biāo)注尺寸，按平面圖切割好金屬板后，彎曲拼接成形。但聰明的新加坡工人采用了更加低技的方法建造：用薄木板拼接成一個(gè)近似圓滑的水池，然后用纖維和膠將內(nèi)外表面抹成平滑的弧面，類似于混泥土抹面的方式，最終實(shí)現(xiàn)的效果也比較接近設(shè)計(jì)預(yù)期（圖07）。

圖04 曲面曲率的分析

圖05 帷幕展開平面

圖06 可旋轉(zhuǎn)的竹柱基礎(chǔ)

圖07 木板拼接，纖維抹面制作的異形水池

3.2 低技策略的實(shí)現(xiàn)途徑

一個(gè)“聰明”的非線性參數(shù)化設(shè)計(jì)是可以通過簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)的。在“心靈的花園”項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)師從可塑性的材料選擇、簡(jiǎn)單的拼接建造流程、彈性的誤差控制機(jī)制三方面途徑來探索非線性參數(shù)化設(shè)計(jì)的低技策略。

3.2.1 可塑性的材料選擇

平滑的曲面是非線性參數(shù)化設(shè)計(jì)的常見特征。在“心靈的花園”項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)師以帷幕作為塑造空間的材料，利用織物的強(qiáng)可塑性結(jié)合鋼絲的彈性來實(shí)現(xiàn)蜿蜒曲折的流暢曲面?；▓@中央的異形水池?zé)o論是以薄金屬板還是纖維抹面的方式實(shí)現(xiàn)，也都是出于同樣的原因。此外，混凝土、金屬板、竹（木）編網(wǎng)架、小砌塊整形等材料也具有很強(qiáng)的可塑性。

3.2.2 簡(jiǎn)單的拼接建造流程

以工人的“手工建造”代替機(jī)器的“數(shù)字建造”，是“低技”策略的重要方面。給工人們一個(gè)簡(jiǎn)單的分工和明確的任務(wù)，就能在很短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確完成。因此，這就要求設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)階段能預(yù)見性地將施工方案進(jìn)行明確的拆解和簡(jiǎn)化，使設(shè)計(jì)方案和施工方案無縫對(duì)接，讓工人以正常的方式就能進(jìn)行施工作業(yè)，從而保證非線性參數(shù)化設(shè)計(jì)方案的可行性。

多義景觀的設(shè)計(jì)師把帷幕和鋼絲分解為若干段，并與柱點(diǎn)對(duì)應(yīng)編號(hào)，帷幕與帷幕之間用拉鏈就能簡(jiǎn)單方便的連接。現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，先立竹柱，再按編號(hào)掛上帷幕，然后按編號(hào)穿鋼絲，最后連接帷幕、固定鋼絲即可。由于拼接安裝過程簡(jiǎn)單明確，10多名工人配合起來有條不紊，3天的時(shí)間內(nèi)即準(zhǔn)確無誤地完成帷幕的施工。

3.2.3 彈性的誤差控制機(jī)制

“數(shù)字建造”技術(shù)使用高精度的機(jī)器能使誤差降到最低，而在工人以手工方式進(jìn)行的低精度建造過程中，則會(huì)產(chǎn)生大量誤差。實(shí)際工程中有各種控制誤差的方法，而彈性的誤差控制機(jī)制強(qiáng)調(diào)在設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)要素本身具有適應(yīng)和調(diào)整的可能性，譬如常見的彈簧、拉索兩端的螺絲等。在“心靈的花園”項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)師把竹柱基礎(chǔ)設(shè)計(jì)成可以水平方向、豎直方向旋轉(zhuǎn)，具有較好的現(xiàn)場(chǎng)擬合彈性，能充分適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的產(chǎn)生的各種誤差。而半透明的魚線，則是作為補(bǔ)充方法來克服帷幕的誤差。最后在建成的花園里，幾乎很難察覺到魚線的存在。

4 局限與總結(jié)

由于非線性參數(shù)化風(fēng)景園林設(shè)計(jì)正處于萌芽階段，無論國(guó)外還是國(guó)內(nèi)，目前都沒有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，相關(guān)的理論和概念都還處于模糊、不穩(wěn)定和爭(zhēng)論的狀態(tài)。因此，真正意義上的非線性參數(shù)化風(fēng)景園林實(shí)踐案例極少，多數(shù)案例只是在設(shè)計(jì)的某個(gè)階段或某個(gè)局部使用了非線性參數(shù)化設(shè)計(jì)方法。在“心靈的花園”項(xiàng)目中，非線性參數(shù)化設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用也不完全，只是在構(gòu)造節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)階段進(jìn)行了初步運(yùn)用，在設(shè)計(jì)方案的生成、對(duì)已有形體的參數(shù)化控制等方面并沒有運(yùn)用，通過這一項(xiàng)目所總結(jié)的非線性參數(shù)化風(fēng)景園林設(shè)計(jì)低技策略的基本途徑還需要不斷地發(fā)展和完善。但可以預(yù)見的是，非線性參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法將為風(fēng)景園林設(shè)計(jì)提供了新的思路，對(duì)風(fēng)景園林學(xué)的未來發(fā)展有積極的意義。

“低技”策略是相對(duì)于“高技”策略而存在的，由于學(xué)科之間的差異性和地區(qū)發(fā)展的差異性，從以前到現(xiàn)在到未來，兩者一直并且繼續(xù)并存?！案呒肌辈呗宰鳛榧夹g(shù)不斷進(jìn)步的直接體現(xiàn)，推動(dòng)著風(fēng)景園林學(xué)的持續(xù)發(fā)展，具有先鋒性；“低技”策略作為其補(bǔ)充，則具有更強(qiáng)廣泛性和普遍性?！案呒肌钡姆蔷€性參數(shù)化設(shè)計(jì)方法提供了一種處理場(chǎng)地、環(huán)境和文脈條件的方式，拓展了設(shè)計(jì)師的能力，提高了設(shè)計(jì)的合理性；“低技”的建造策略則提供了應(yīng)對(duì)現(xiàn)實(shí)條件制約的有效途徑，增強(qiáng)了設(shè)計(jì)的可實(shí)施性。兩者的結(jié)合并非妥協(xié)，而是智慧，讓滿懷激情的設(shè)計(jì)師們更好地實(shí)現(xiàn)一個(gè)個(gè)充滿創(chuàng)造力和想象力的作品。

值得一提的是，“低技”策略與鄉(xiāng)土材料、傳統(tǒng)手工藝有著千絲萬縷的聯(lián)系，呈現(xiàn)出一定的地域性特征。如同“心靈的花園”，雖然運(yùn)用了非線性參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法，但通過對(duì)空間、意境、材料和工藝的準(zhǔn)確把握，最終呈現(xiàn)出來的是一個(gè)具有中國(guó)詩意的花園，以現(xiàn)代的設(shè)計(jì)手法表達(dá)了對(duì)中國(guó)優(yōu)秀園林傳統(tǒng)的繼承與發(fā)展這一宏大命題的探索。

圖片來源：

所有圖片均由北京多義景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)事務(wù)所提供

[1]蔡凌豪.風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)數(shù)字策略論[J].中國(guó)園林, 2012,(1) :14-19.

[2]高巖.參數(shù)化設(shè)計(jì)——更高效的設(shè)計(jì)技術(shù)和技法[J].世界建筑, 2008,(5) :28-33.

[3]徐衛(wèi)國(guó).參數(shù)化設(shè)計(jì)與算法生形[J].世界建筑, 2011,(6) :110-111.

[4]匡緯.基于非線性思維觀的景觀設(shè)計(jì)策略研究[D].北京林業(yè)大學(xué), 2011.

[5]徐衛(wèi)國(guó).非線性建筑設(shè)計(jì)[J].建筑學(xué)報(bào), 2011,(6) :32-35.

[6]林箐,王向榮.心靈的花園[J].中國(guó)園林, 2012,(8) :83-85.