“三境論”與園林植物造景單元參數(shù)化關(guān)系之探討

文／陳 栩 浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院園林研究所 碩士研究生

陳云文 浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院園林研究所 副所長(zhǎng) 講 師 博 士（通訊作者）

魏宛霖 浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院園林研究所 碩士研究生

引言

目前越來(lái)越多的行業(yè)進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代，參數(shù)化設(shè)計(jì)研究在風(fēng)景園林領(lǐng)域也開(kāi)始逐漸探索與應(yīng)用。在園林植物造景設(shè)計(jì)中，兼具生態(tài)性、科學(xué)性和藝術(shù)性的植物組團(tuán)配置方案是園林植物景觀營(yíng)造的目標(biāo)，尤以孫筱祥先生提出的“三境論”為代表。因此本文基于“三境論”，總結(jié)了相關(guān)的研究進(jìn)展，對(duì)三境參數(shù)化進(jìn)行探討，以引起此領(lǐng)域?qū)χ参镌炀皡?shù)化研究的重視。

1“三境論”之于植物造景設(shè)計(jì)

1.1“三境論”的提出

1964 年，孫筱祥先生提出“胸有丘壑，意在筆先”“相輔相成，一本萬(wàn)殊”等景觀設(shè)計(jì)理念，強(qiáng)調(diào)園林中的種植設(shè)計(jì)，認(rèn)為植物景觀配置受花鳥(niǎo)畫(huà)影響[1]。1982 年，孫筱祥先生首次提出了“三境論”，包含“生境”“畫(huà)境”“意境”三個(gè)層次，揭示了文人山水園林景觀內(nèi)部元素間的相互關(guān)系。1987 年，“三境論”的內(nèi)涵得到進(jìn)一步深化，并且強(qiáng)調(diào)了植物在營(yíng)造園林“三境”中的重要地位[2]。

1.2“三境論”之于植物造景設(shè)計(jì)

園林植物景觀作為園林主要元素受到“三境論”指導(dǎo)，其“生境”包括植物的生長(zhǎng)環(huán)境、生活習(xí)性、樹(shù)種比例等，“畫(huà)境”則主要為植物的形態(tài)特征、組團(tuán)的空間布局等，“意境”受到植物文化、人文歷史等因素影響，三者之間相互聯(lián)系。

孫先生講究以中國(guó)畫(huà)論指導(dǎo)園林植物造景設(shè)計(jì)，其提出的“三境論”是對(duì)具有中國(guó)特色的園林植物景觀的研究，并且是經(jīng)過(guò)實(shí)踐積累和理論方法總結(jié)而形成的，是植物造景設(shè)計(jì)過(guò)程中的重要指導(dǎo)理論。

2 園林植物造景參數(shù)化設(shè)計(jì)研究進(jìn)展

植物組團(tuán)是指通過(guò)人工規(guī)劃，將多種類(lèi)與多數(shù)量的園林植物合理配置在一起，具有美觀性與生態(tài)性，是園林植物景觀的基本單元。“參數(shù)化”不等同于量化，而是在建構(gòu)定量過(guò)程的基礎(chǔ)上，把影響設(shè)計(jì)的主要因素作為變量或參數(shù)，建立包含參數(shù)的景觀評(píng)價(jià)與設(shè)計(jì)模型，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成圖像，引導(dǎo)生成規(guī)劃設(shè)計(jì)成果[3]。在園林植物參數(shù)化設(shè)計(jì)的研究中，借助CiteSpace 軟件對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析。

2.1 研究現(xiàn)狀

本文以CNKI 中2000 年至2021 年的文獻(xiàn)作為數(shù)據(jù)源，檢索“植物組團(tuán)”“園林植物造景”“參數(shù)化”等主題詞，篩選得到有效文獻(xiàn)381 篇。采用CiteSpace 對(duì)所選文獻(xiàn)進(jìn)行量化分析，得到植物組團(tuán)參數(shù)化的研究現(xiàn)狀。

圖1 關(guān)鍵詞聚類(lèi)分析圖（圖片來(lái)源：作者自繪）

分析文獻(xiàn)高頻關(guān)鍵詞可以得到研究熱點(diǎn)聚類(lèi)圖，由圖1 可知，近年來(lái)相關(guān)研究大多集中在植物配置、植物景觀評(píng)價(jià)、植物群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)效益等方面。而“參數(shù)化設(shè)計(jì)”聚類(lèi)與其余聚類(lèi)組團(tuán)分離度較大、聯(lián)系較少，表明這一研究處于初步發(fā)展階段。

CiteSpace 時(shí)區(qū)圖以及關(guān)鍵詞突現(xiàn)度圖能夠直觀反映出不同時(shí)期下的研究熱點(diǎn)及其發(fā)展變化，通過(guò)分析歸納圖2 和表1，可將2000 年至2021 年植物組團(tuán)參數(shù)化相關(guān)的研究分為以下三個(gè)階段：第一階段（2000—2006 年）以生態(tài)學(xué)理論為基礎(chǔ)，著重于城市綠地、植物群落的生態(tài)效益研究；第二階段（2007—2011 年）結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)植物配置進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，并且運(yùn)用層次分析法等對(duì)于植物景觀進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析；第三階段（2012 年至今）著眼于植物組團(tuán)中的物種多樣性、冠層結(jié)構(gòu)等進(jìn)行具體針對(duì)性的定量分析，并利用三維軟件建模，引入?yún)?shù)化設(shè)計(jì)概念（圖3）。

圖3 2000—2021 年突現(xiàn)度較高的研究分類(lèi)圖（圖片來(lái)源：作者自繪）

進(jìn)一步分析所選文獻(xiàn)可得，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)植物組團(tuán)的生態(tài)、形態(tài)、文化以及綜合指標(biāo)體系等開(kāi)展了不同程度的定性、定量研究，作為參數(shù)化設(shè)計(jì)的分析基礎(chǔ)，將相關(guān)成果歸納到三境的研究維度下，得到表1。

2.2 研究困境與小結(jié)

2.2.1 研究困境

現(xiàn)有的研究普遍存在研究?jī)?nèi)容不完善、方法片面等問(wèn)題，針對(duì)參數(shù)化設(shè)計(jì)的研究發(fā)展，尤為突出的有以下幾點(diǎn)困境：（1）研究?jī)?nèi)容不全面：植物組團(tuán)參數(shù)化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)應(yīng)涉及園林植物景觀的生態(tài)、形態(tài)、文化等多方面，而目前研究多集中于植物組團(tuán)的生態(tài)效益或畫(huà)境中具體某方面形態(tài)，研究體系不夠完整。（2）研究方法難以參數(shù)化：對(duì)于植物組團(tuán)的分析，多通過(guò)權(quán)重建立模型等方法，在定性研究基礎(chǔ)上增加了定量方法，但部分參數(shù)，例如意境相關(guān)的指標(biāo)仍然難以進(jìn)行參數(shù)化解譯。（3）研究針對(duì)性不強(qiáng)：多為評(píng)價(jià)體系，作為評(píng)價(jià)植物景觀的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于植物組團(tuán)設(shè)計(jì)所需的參數(shù)研究較為缺乏，對(duì)指導(dǎo)設(shè)計(jì)的作用有限。

2.2.2 小結(jié)

對(duì)植物組團(tuán)進(jìn)行系統(tǒng)性的定量分析研究是進(jìn)行參數(shù)化解譯與表達(dá)的前提，其中植物組團(tuán)生境、畫(huà)境的參數(shù)化分析尤為重要，也是所需完善的重點(diǎn)之一。目前植物組團(tuán)的參數(shù)化研究為進(jìn)一步開(kāi)展參數(shù)化指標(biāo)體系構(gòu)建以及參數(shù)化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，提供了一定理論依據(jù)。

表1 植物組團(tuán)三境參數(shù)化研究匯總表（表格及表格中圖片來(lái)源：作者自繪）

圖4 植物組團(tuán)面積參數(shù)化示意圖（圖片來(lái)源：作者自繪）

3 三境參數(shù)化構(gòu)建探討——以畫(huà)境為例

植物組團(tuán)的設(shè)計(jì)是需要綜合考量的，在對(duì)其進(jìn)行參數(shù)化解譯過(guò)程中，需要從多角度、多方面、多指標(biāo)進(jìn)行考慮。本文以“三境論”作為理論框架，探討植物組團(tuán)的生境、畫(huà)境、意境三方面參數(shù)化的相互關(guān)系，以畫(huà)境為例構(gòu)建相關(guān)參數(shù)化指標(biāo)，并通過(guò)花港觀魚(yú)中的植物組團(tuán)案例進(jìn)行驗(yàn)證，為植物組團(tuán)參數(shù)化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。

3.1 三境參數(shù)化之相互關(guān)系

生境、畫(huà)境、意境三者間相輔相成，三境參數(shù)化指標(biāo)反映的是科學(xué)性和藝術(shù)性的融合。生境的創(chuàng)造是體現(xiàn)“木欣欣以向榮”的“自然美”境界，其受植物生長(zhǎng)環(huán)境和生活習(xí)性的影響最大，因此生境指標(biāo)的科學(xué)性最為突出，也較容易獲取和進(jìn)行參數(shù)化。畫(huà)境是將自然中美的部分，通過(guò)藝術(shù)加工，進(jìn)一步上升到“人工美”和“藝術(shù)美”的境界，藝術(shù)性較強(qiáng)，但現(xiàn)有研究中也探索出了一定的科學(xué)依據(jù)；意境則是通過(guò)觸景生情達(dá)到“理想美”的情境，借助植物文化、園林主題等相關(guān)的意蘊(yùn)引人聯(lián)想，較難實(shí)現(xiàn)參數(shù)化。

從園林植物造景設(shè)計(jì)序列角度出發(fā)，意境起到先決性作用，根據(jù)場(chǎng)地的生境條件確定合適的立意，通過(guò)建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)提供合適的立意選擇，例如光照條件較差、空間較窄的生境適合營(yíng)造幽深的意境等。在確定意境的基礎(chǔ)上，根據(jù)生境參數(shù)化指標(biāo)，例如物種多樣性、植物生長(zhǎng)習(xí)性等，選擇合適的樹(shù)種及比例。同時(shí)通過(guò)畫(huà)境中形態(tài)和構(gòu)成等相關(guān)的參數(shù)調(diào)整，得到兼具科學(xué)性和藝術(shù)性的植物組團(tuán)，營(yíng)造出適宜場(chǎng)地、觀賞效果好并且具有文化意蘊(yùn)的園林植物景觀。

3.2 植物組團(tuán)畫(huà)境參數(shù)化體系探索

3.2.1 參數(shù)化體系

從影響植物組團(tuán)畫(huà)境的主要因素出發(fā)，構(gòu)建參數(shù)化體系，將各參數(shù)化指標(biāo)分為平面布置與立體構(gòu)成兩個(gè)層次。平面布置對(duì)植物組團(tuán)的影響主要表現(xiàn)在樹(shù)種組合及樹(shù)種本身特性相關(guān)方面，例如不同樹(shù)種的間距、位置以及組團(tuán)整體的平面格局，因此選取了林緣線、郁閉度以及密度等指標(biāo)來(lái)進(jìn)行平面參數(shù)化的解譯，通過(guò)參數(shù)的調(diào)整，得到不同平面形態(tài)、疏密程度以及分布方式的植物組團(tuán)。植物組團(tuán)的立體構(gòu)成包括復(fù)層值、林冠線曲折度、色彩與肌理多樣性以及透景度等指標(biāo)，體現(xiàn)植物組團(tuán)的立面形態(tài)、季相變化等特征。

這些指標(biāo)之間相互聯(lián)系但又不沖突重疊，共同作用于植物組團(tuán)形態(tài)的觀賞特性，構(gòu)成植物組團(tuán)畫(huà)境的參數(shù)化體系，對(duì)植物景觀設(shè)計(jì)起到參考指導(dǎo)作用。

3.2.2 平面構(gòu)成指標(biāo)

（1）尺寸與面積

將植物組團(tuán)平面中主要觀景面或最長(zhǎng)處作為橫軸方向，以其最左端外切線為y 軸，最右端外切線為L(zhǎng)，以下部曲線的外切線為X 軸建立直角坐標(biāo)系。植物組團(tuán)斷面長(zhǎng)度為L(zhǎng) 與y 軸間的距離b，斷面寬度為與y 軸平行的直線與閉區(qū)域邊界中心兩點(diǎn)間線段長(zhǎng)d，可用來(lái)概括植物組團(tuán)的尺寸（圖4）。將閉區(qū)間[0,b]分割成偶數(shù)n 個(gè)子區(qū)間，則該植物組團(tuán)的面積（A）為[4]：

（2）形態(tài)與林緣線

林緣線作為植物組團(tuán)在平面構(gòu)圖上的形態(tài)反映，通過(guò)組團(tuán)林緣線的形狀與相同面積的圓形之間的偏離程度來(lái)計(jì)算林緣值（S），即[5]：

其中L 表示林緣線的長(zhǎng)度，A 表示林緣線邊界圍合成的面積，S 值通常大于1，且越大說(shuō)明林緣線的形狀越復(fù)雜多樣[5]。

（3）疏密與間距

植物組團(tuán)的疏密程度可用郁閉度和密度來(lái)體現(xiàn)。郁閉度指植物組團(tuán)中喬木樹(shù)冠垂直投影覆蓋地面的程度，郁閉度0.7 ～1.0 為密林，0.4 ～0.7 內(nèi)（不含0.7）為疏林草地，在0.4以下為稀樹(shù)草地或空曠草地[6]。

密度（D）為喬灌木數(shù)量（N）與組團(tuán)面積（S）的比例，計(jì)算公式為[7]：

圖5 植物組團(tuán)林冠線形態(tài)參數(shù)化示意圖（圖片來(lái)源：作者自繪）

表2 花港觀魚(yú)茶室西側(cè)草坪A-1 植物組團(tuán)參數(shù)化解譯表（表格來(lái)源：作者自繪）

圖6 透景度參數(shù)化示意圖（圖片來(lái)源：作者自繪）

圖7 A-1 植物組團(tuán)平面圖（圖片來(lái)源：作者自繪）

圖8 A-1 植物組團(tuán)實(shí)景圖（圖片來(lái)源：作者自攝）

植物組團(tuán)內(nèi)各樹(shù)種的間距可通過(guò)聚集指數(shù)來(lái)反映。聚集指數(shù)R 是相鄰最近單株距離的平均值與隨機(jī)分布下期望的平均距離之比，計(jì)算公式為[8]：

式中，ri為第i單株到其最近相鄰單株的距離，N 為每公頃株數(shù)，n 為組團(tuán)植物株數(shù)；當(dāng)間距小于1 時(shí)，樹(shù)種為聚集分布；間距大于1 時(shí)，樹(shù)種為均勻分布；間距等于1 時(shí)，樹(shù)種為隨機(jī)分布[8]。

3.2.3 立體構(gòu)成指標(biāo)

（1）高度與層次

測(cè)量植物組團(tuán)中喬木樹(shù)種的最高高度H1、最低高度H2以及平均高度H3，綜合反映植物組團(tuán)整體的立面高度。

復(fù)層值的數(shù)值范圍在1 ～5 之間，表示組團(tuán)的立面層次。數(shù)值為1 時(shí)指單層，包括單層喬木、單層灌木、單層草本或地被；數(shù)值為2 ～5時(shí)，可有大喬木、小喬木、大灌木、小灌木、草本地被多種組合選擇。

（2）樹(shù)形與林冠線

植物組團(tuán)形態(tài)的多樣性主要考慮喬灌木的樹(shù)冠形態(tài)，包括卵圓形、圓球形、尖塔形、傘形、垂枝形等，分別用不同參數(shù)a、b 等來(lái)表示并建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)可供樹(shù)種的選擇。

林冠線的形態(tài)參數(shù)化通過(guò)曲線法來(lái)計(jì)算，將外輪廓用平滑曲線進(jìn)行描繪。分別計(jì)算極大值與左右兩個(gè)極小值點(diǎn)之間的水平距離為△L左和△L 右，垂直距離差值為△H 左和△H 右，用△H/△L 來(lái)反映該林冠線的曲折度（圖5），值越高表明林冠線的高低變化差異越大[5]。

（3）色彩與肌理

根據(jù)植物組團(tuán)內(nèi)樹(shù)種的常綠落葉特性以及季相觀賞特征，選擇四季主要觀賞時(shí)期，并且統(tǒng)計(jì)該季節(jié)內(nèi)植物組團(tuán)的色彩組合類(lèi)型，包括淺綠色系、深綠色系、紅色系、黃色系、紫色系、白色系等。根據(jù)植物整體的疏與緊、枝葉表面的粗糙與光滑等肌理，將不同植物的肌理分為粗質(zhì)型、中粗型以及細(xì)質(zhì)型[8]。

組團(tuán)中植物色彩和肌理的多樣性指數(shù)（C）計(jì)算公式為[9]：

式中，Pi是某種色彩或肌理出現(xiàn)的概率，通常以某種植物i 的覆蓋面積占植物組團(tuán)覆蓋總面積的比例表示；m 是植物組團(tuán)中所有色彩或肌理類(lèi)型的總數(shù)[9]。色彩多樣性指數(shù)（C1）越高，表明該植物組團(tuán)內(nèi)季相色彩越豐富；肌理多樣性指數(shù)（C2）所得數(shù)值越高，肌理變化越多，景觀更有層次感。

（4）景面與透景

根據(jù)不同植物組團(tuán)的觀賞效果選取觀景面和透景度兩個(gè)指標(biāo)。觀景面根據(jù)植物組團(tuán)適宜的觀賞角度分為單面、兩面、三面及以上觀景，與植物樹(shù)種的位置分布和游覽空間序列相關(guān)。

透景度指在人視高度上組團(tuán)植物的透景程度，因此將分枝點(diǎn)＜1.2m、整體高度＞1.8m的樹(shù)種進(jìn)行過(guò)濾，選取組團(tuán)內(nèi)其余的所有樹(shù)種，其與空間結(jié)合部分的周長(zhǎng)L2與整個(gè)組團(tuán)邊界周長(zhǎng)L1的比值為相應(yīng)的透景度的值（圖6），透景度越低，說(shuō)明植物組團(tuán)的障景作用越突出[10]。

3.3 花港觀魚(yú)植物組團(tuán)畫(huà)境參數(shù)化解譯

杭州花港觀魚(yú)公園是“三境論”實(shí)踐的優(yōu)秀案例，集中表達(dá)了孫先生理論的精華。因此選取花港觀魚(yú)中的植物空間——茶室西側(cè)草坪，通過(guò)計(jì)算上述指標(biāo)，將其植物組團(tuán)的畫(huà)境進(jìn)行參數(shù)化解譯，結(jié)果得到表2。

該植物組團(tuán)是無(wú)患子-桂花-紅花檵木-茶梅+金絲桃+女貞+金葉女貞+十大功勞+金邊黃楊-絡(luò)石+吉祥草+沿階草+草花花境，圖7、圖8 為植物組團(tuán)平面和實(shí)景效果圖。由各參數(shù)化指標(biāo)計(jì)算可得：平面上，林緣值較高，林緣形態(tài)變化豐富；依據(jù)郁閉度和密度結(jié)果，組團(tuán)屬于疏林草地類(lèi)型，并且樹(shù)種呈現(xiàn)均勻分布的特征。立體構(gòu)成上，該組團(tuán)復(fù)層值高，立面層次豐富；樹(shù)種形態(tài)較少，主要由卵圓形和圓球形組成；林冠線曲折度低，形態(tài)較平穩(wěn)；組團(tuán)透景度低，并且位于路口視線終點(diǎn)起到障景作用；肌理多樣性指數(shù)低，主要由中粗型喬木和細(xì)質(zhì)型灌木組成；草花花境與開(kāi)花、色葉植物成為秋季色彩點(diǎn)綴，色彩多樣性指數(shù)高，組團(tuán)整體觀賞性佳。

結(jié)語(yǔ)

在風(fēng)景園林領(lǐng)域，參數(shù)化逐步得到應(yīng)用，這意味著植物組團(tuán)的設(shè)計(jì)研究方法創(chuàng)新是今后發(fā)展的必然趨勢(shì)。植物組團(tuán)研究是具有綜合性的，包括植物學(xué)、生態(tài)學(xué)、環(huán)境美學(xué)、心理學(xué)等多個(gè)學(xué)科，孫筱祥先生的“三境論”則涉及了植物造景設(shè)計(jì)中所有重點(diǎn)方面。因此本文基于此理論，歸納了植物組團(tuán)參數(shù)化相關(guān)的研究進(jìn)展，并且結(jié)合目前研究存在的問(wèn)題，構(gòu)建了以畫(huà)境為例的植物組團(tuán)參數(shù)化指標(biāo)體系，同時(shí)通過(guò)花港觀魚(yú)的組團(tuán)案例進(jìn)行參數(shù)化解譯，為植物組團(tuán)的參數(shù)化提供新的研究思路，以期為實(shí)現(xiàn)植物組團(tuán)參數(shù)化設(shè)計(jì)奠定一定的基礎(chǔ)，推動(dòng)植物造景設(shè)計(jì)向更科學(xué)、數(shù)字化的方向發(fā)展。