綠地智慧化及其在蘇州古典園林中的應(yīng)用

王之崢， 朱 穎

（蘇州科技大學(xué) 建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，江蘇 蘇州 215011）

2009 年，IBM 公司提出“智慧城市”理念[1-3]，利用數(shù)字城市與物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等信息技術(shù)來(lái)輔助決策者高效地管理城市各項(xiàng)功能[1]，以實(shí)現(xiàn)更加協(xié)調(diào)發(fā)展和更適合人生活的城市發(fā)展形態(tài)[4]。 智慧城市已經(jīng)成為了各學(xué)科領(lǐng)域一種新興的發(fā)展趨勢(shì)，相關(guān)學(xué)者將智慧理念引入到各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，“智慧規(guī)劃”、“智慧社區(qū)”、“智慧環(huán)?！钡认嗬^提出[5-9]，并探索其內(nèi)涵及實(shí)施路徑。

綠地作為城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施，其智慧化建設(shè)也是智慧城市的重要部分[10-11]。 當(dāng)前，針對(duì)綠地智慧化的研究已從多方面深入開(kāi)展。 郭湧[12]和肖微[13]等運(yùn)用地理信息技術(shù)建立數(shù)據(jù)可視化信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了綠地智慧化規(guī)劃。 成玉寧[14]、劉頌[15]等通過(guò)建立雨洪管控信息模型，監(jiān)控、模擬園林綠地的雨洪管控效能，提高園林雨洪管理水平。 趙潔[16]和李永均[17]引用智慧城市的理念及技術(shù)，構(gòu)建信息管理系統(tǒng)，提高了園林綠地管理能力。除了相關(guān)研究之外，我國(guó)已有城市結(jié)合智慧城市理念，運(yùn)用信息技術(shù)開(kāi)展了園林綠地智慧化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)化和全民化的綠地管理[18]。 古典園林是城市綠地重要的組成部分，也是重要的物質(zhì)遺產(chǎn)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，古典園林的保護(hù)和利用已經(jīng)面臨更多的挑戰(zhàn)，綠地智慧化建設(shè)能夠?yàn)楣诺鋱@林的保護(hù)與利用提供更有效的方法與途徑。 當(dāng)前城市綠地領(lǐng)域探討綠地智慧化建設(shè)還處于初始階段，對(duì)綠地如何開(kāi)展系統(tǒng)的智慧化建設(shè)還沒(méi)有清晰的框架。 本文基于智慧城市理念，思考綠地智慧化系統(tǒng)的構(gòu)成內(nèi)容，并以蘇州古典園林智慧化建設(shè)為例，探討系統(tǒng)梳理修復(fù)改造、風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控、綜合管理等方面的智慧化實(shí)現(xiàn)途徑，希望為綠地智慧化的建設(shè)提供相關(guān)的參考和啟發(fā)。

1 綠地智慧化內(nèi)涵及系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 綠地智慧化內(nèi)涵

綠地智慧化是基于智慧城市理念，利用先進(jìn)信息技術(shù)手段，對(duì)海量復(fù)雜的即時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的收集和整理，對(duì)綠地發(fā)展各階段中的問(wèn)題做出系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)及高效的分析、預(yù)測(cè)、評(píng)估并做出響應(yīng)策略，同時(shí)更強(qiáng)調(diào)全民參與的建設(shè)機(jī)制，提高綠地建設(shè)的科學(xué)性。

1.2 綠地智慧化的系統(tǒng)構(gòu)成

綠地智慧化系統(tǒng)是由感控系統(tǒng)、交互系統(tǒng)，以及相應(yīng)的技術(shù)人員和制度體系的政策保障等四個(gè)方面構(gòu)成（見(jiàn)圖1）。 其中感控系統(tǒng)通過(guò)建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施、采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、研發(fā)信息技術(shù)為交互系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)與信息技術(shù)支持；交互系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行檢查維護(hù)，能夠提高感控系統(tǒng)的安全性與有效性，二者相互促進(jìn)，共同構(gòu)成信息系統(tǒng)的核心部分。

圖1 綠地智慧化系統(tǒng)構(gòu)成基本框架

1.2.1 綠地智慧化的感控系統(tǒng)

感控系統(tǒng)是指以城市綠地為載體，以信息技術(shù)為手段，主要包含基礎(chǔ)設(shè)施、互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)建，是智慧綠地的基礎(chǔ)。 通過(guò)傳感器、視頻設(shè)備和監(jiān)測(cè)儀器等基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)城市綠地各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)與采集；通過(guò)全面覆蓋的互聯(lián)網(wǎng)將收集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)中。 感控系統(tǒng)通過(guò)借助數(shù)據(jù)，對(duì)綠地的智慧化建設(shè)過(guò)程有更直觀、全面的感知和把控，為之后的信息共享、決策分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1.2.2 綠地智慧化的交互系統(tǒng)

交互系統(tǒng)以數(shù)據(jù)信息為內(nèi)容，利用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)建立實(shí)時(shí)、共享、安全的交互平臺(tái)，主要由綠地綜合數(shù)據(jù)庫(kù)、信息分析系統(tǒng)及交互平臺(tái)組成。 綠地綜合數(shù)據(jù)庫(kù)主要是對(duì)感控系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲(chǔ)、共享和處理，便于使用者有針對(duì)性及高效地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和分析；信息分析系統(tǒng)是指由多種信息處理軟件組成的數(shù)據(jù)可視化分析系統(tǒng)，具有準(zhǔn)確、敏捷、高效等特點(diǎn)；交互平臺(tái)則包含不同服務(wù)對(duì)象的交互平臺(tái)、不同建設(shè)階段的信息交互平臺(tái)，促進(jìn)不同人群在綠地智慧化建設(shè)不同階段中的信息交流和協(xié)同工作。

1.2.3 綠地智慧化的技術(shù)人員、制度體系保障

綠地智慧化需要完善相關(guān)技術(shù)人員的保障，包含基礎(chǔ)設(shè)施的維護(hù)人員、信息技術(shù)的開(kāi)發(fā)人員、信息數(shù)據(jù)的管理和分析人員以及綠地運(yùn)營(yíng)管理者等各類人員，以此為提高綠地智慧化的綜合能力，進(jìn)而為綠地建設(shè)提供更好地服務(wù)。

綠地智慧化還需要完善社會(huì)權(quán)利運(yùn)行和保障信息安全的相關(guān)制度體系以及制定符合國(guó)家及行業(yè)需求的綠地信息化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，建立全民參與的管理模式，保證綠地管理服務(wù)以人為本，提高公共服務(wù)能力，實(shí)現(xiàn)資源的高效利用。

從圖13和圖14可以看出，原創(chuàng)比與兩個(gè)產(chǎn)出指標(biāo)都呈近似負(fù)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明設(shè)計(jì)師原創(chuàng)性的大小與個(gè)人產(chǎn)出質(zhì)量之間沒(méi)有必然聯(lián)系。亦有可能原創(chuàng)的作用并未體現(xiàn)在設(shè)計(jì)師的個(gè)人產(chǎn)出上，他們需要通過(guò)協(xié)作來(lái)體現(xiàn)價(jià)值(協(xié)作是保護(hù)原創(chuàng)人員提高其積極性的必要手段)。

2 蘇州古典園林概況

蘇州，以古典園林揚(yáng)名世界。 經(jīng)過(guò)上千年的積累，蘇州擁有數(shù)量可觀的古典園林，在城市發(fā)展過(guò)程中，由于多種原因，大量的古典園林衰敗、破損。 為保護(hù)和利用前人遺留的寶貴物質(zhì)財(cái)富，經(jīng)過(guò)不斷地修復(fù)，截止到2016 年底，面向公眾開(kāi)放的蘇州古典園林已經(jīng)達(dá)到二十多處。隨著蘇州快速發(fā)展建設(shè)，蘇州古典園林都承擔(dān)了不同程度的壓力，主要表現(xiàn)在：一是修繕復(fù)原難，在歲月變遷中古典園林受自然風(fēng)化，特別是磚木結(jié)構(gòu)的建筑損毀尤為嚴(yán)重，傳統(tǒng)保護(hù)方式對(duì)園林的損壞因素及程度難以鑒別，且修復(fù)方式與古建營(yíng)造的做法不相符，使一批古典園林難以恢復(fù)其原貌。 二是環(huán)境治理難，城市的快速發(fā)展帶來(lái)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)與古典園林保護(hù)的矛盾日益突出，水體、病蟲(chóng)害、古樹(shù)名木等環(huán)境要素的治理呈滯后狀態(tài)。 三是管理壓力劇增，對(duì)客流量高峰、游客聚集空間難以及時(shí)確認(rèn)并采取針對(duì)性地協(xié)調(diào)措施，對(duì)園林管理超負(fù)荷運(yùn)行，特別是園林要素、公共設(shè)施及游客安全造成巨大壓力。

通過(guò)結(jié)合基礎(chǔ)地理信息庫(kù)及園林綠地?cái)?shù)據(jù)信息，建立古典園林動(dòng)態(tài)信息系統(tǒng)，能夠有效地實(shí)現(xiàn)園林、綠化等管理部門(mén)之間信息交互，在古典園林修復(fù)改造、風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控以及綜合管理等方面提供及時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

3 蘇州古典園林智慧化的實(shí)現(xiàn)途徑

智慧化系統(tǒng)是園林智慧化建設(shè)的核心內(nèi)容，蘇州古典園林智慧化的信息采集對(duì)象主要分為三個(gè)方面：第一是園林的環(huán)境要素，通過(guò)監(jiān)測(cè)采集園林中山、水、石、屋、木等環(huán)境要素，針對(duì)其使用現(xiàn)狀及危險(xiǎn)癥狀構(gòu)建專題數(shù)據(jù)庫(kù)；第二是園林空間特征，監(jiān)測(cè)內(nèi)容包含園林（書(shū)畫(huà)中）的空間布局、形態(tài)以及意象特征，通過(guò)構(gòu)建空間模型實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化；第三是園林使用功能現(xiàn)狀，主要針對(duì)園林使用要素管理數(shù)據(jù)，通過(guò)這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集為園林智慧化建設(shè)提供針對(duì)性、實(shí)用性強(qiáng)的科學(xué)依據(jù)。

在綠地智慧化信息系統(tǒng)的指導(dǎo)下，園林智慧化實(shí)現(xiàn)途徑可以分為相輔相成的三個(gè)方面：修復(fù)改造智慧化、風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控智慧化和綜合管理智慧化，三者通過(guò)信息共享互相協(xié)同提高，同時(shí)也能將積累的可靠經(jīng)驗(yàn)和存在的問(wèn)題反饋給綠地智慧信息系統(tǒng)，使其實(shí)現(xiàn)自我完善（見(jiàn)圖2）。

圖2 古典園林智慧化實(shí)現(xiàn)途徑

3.1 構(gòu)建場(chǎng)地空間信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)古典園林修復(fù)改造智慧化

古典園林修復(fù)改造可通過(guò)采集園林環(huán)境要素及空間特征的數(shù)據(jù)信息，并運(yùn)用地理信息技術(shù)構(gòu)建場(chǎng)地三維信息系統(tǒng)，為園林保護(hù)和開(kāi)發(fā)建設(shè)提供科學(xué)的可視化數(shù)據(jù)分析，并在園林復(fù)原、修繕、開(kāi)發(fā)改造三個(gè)層面實(shí)現(xiàn)智慧化（見(jiàn)表1）。

表1 綠地修復(fù)改造智慧化的實(shí)現(xiàn)途徑

古典園林復(fù)原依據(jù)主要來(lái)源于其中的環(huán)境要素受前人詩(shī)詞畫(huà)作，其復(fù)原困難主要源于古人視覺(jué)經(jīng)驗(yàn)和審美方式等主觀因素的影響。 蘇州在進(jìn)行可園、怡園、留園曲溪樓、拙政園及其住宅三廳的復(fù)原過(guò)程中，運(yùn)用VR 技術(shù)、三維建模技術(shù)等信息技術(shù)，以突出園林環(huán)境要素與空間特征為核心，采集現(xiàn)實(shí)園林與前人詩(shī)集畫(huà)作中的環(huán)境要素，構(gòu)建數(shù)字化空間模型（見(jiàn)圖3），對(duì)與畫(huà)作一致的靜態(tài)場(chǎng)景進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并將空間模型與園記中的游園路線進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬分析，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)量化和視線的可視化，合理判斷環(huán)境要素變化對(duì)園林空間布局、意象表達(dá)的影響，從而提高對(duì)園林空間布局及園林空間序列組織復(fù)原的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，為園林復(fù)原提供科學(xué)依據(jù)，也有助于繼承與弘揚(yáng)園林空間和意境的生發(fā)之道[19]。

圖3 拙政園空間復(fù)原模型（圖片來(lái)源：http://www.ylj.suzhou.gov.cn/）

蘇州率先通過(guò)使用三維激光掃描儀、無(wú)人機(jī)測(cè)量技術(shù)等信息化測(cè)繪手段，對(duì)拙政園、留園、網(wǎng)師園、遂園[22]等古典園林的地形地貌、建筑、植物、水體和山石等環(huán)境要素進(jìn)行數(shù)字化跟蹤檢測(cè)，并構(gòu)建要素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)與三維空間模型（見(jiàn)圖4）[20]作為古典園林“DNA”數(shù)據(jù)庫(kù)，形成智慧化修繕系統(tǒng)，確保環(huán)境要素即使遭毀，也能按原樣修復(fù)。 在虎丘塔的保護(hù)修繕過(guò)程中，智慧系統(tǒng)通過(guò)采集建筑要素及使用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，構(gòu)建三維模型對(duì)塔體傾斜進(jìn)行有效預(yù)測(cè)，當(dāng)建筑受非自然因素而導(dǎo)致變形時(shí)，管理者結(jié)合人工分析與數(shù)據(jù)模型自動(dòng)研判，探明受損原因，并依據(jù)智慧系統(tǒng)“DNA”數(shù)據(jù)庫(kù)提供的數(shù)據(jù)，實(shí)施修繕或修復(fù)，最終實(shí)現(xiàn)“原法式、原結(jié)構(gòu)、原材料、原工藝”的智慧化修繕。

圖4 遂園三維空間模型

蘇州對(duì)拙政園、虎丘等園林開(kāi)發(fā)改造過(guò)程中，通過(guò)GPS、勘測(cè)儀器及等智能終端設(shè)施，實(shí)時(shí)采集園林要素?cái)?shù)據(jù)、空間規(guī)模，構(gòu)建園林空間信息系統(tǒng)對(duì)海量信息數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，使規(guī)劃者快速掌握?qǐng)@林使用現(xiàn)狀以及周邊用地情況，并通過(guò)園林信息網(wǎng)站共享信息和采集反饋渠道，形成了園林開(kāi)發(fā)改造智慧系統(tǒng)，通過(guò)分析園林空間容量與使用功能，提出合理的開(kāi)發(fā)策略，為拙政園李宅恢復(fù)、虎丘老街改建提供了科學(xué)的數(shù)據(jù)支持。 智慧化的園林建設(shè)也使公眾更積極地參與到了園林修復(fù)改造中，園林發(fā)展模式也正在從傳統(tǒng)的由政府主導(dǎo)轉(zhuǎn)變強(qiáng)調(diào)公眾廣泛參與的新模式，真正做到規(guī)劃“以人為本”。

3.2 構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控預(yù)警信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)古典園林風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控智慧化

風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控可通過(guò)運(yùn)用新型信息技術(shù)手段構(gòu)建綠地平時(shí)、災(zāi)時(shí)、災(zāi)后的一體化風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控預(yù)警信息系統(tǒng)，對(duì)園林水體、建筑陳設(shè)、古樹(shù)名木、生物病蟲(chóng)害等環(huán)境要素及風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、及時(shí)預(yù)警和動(dòng)態(tài)跟蹤監(jiān)控，量化分析使用現(xiàn)狀及風(fēng)險(xiǎn)隱患，提高園林抗風(fēng)險(xiǎn)能力、風(fēng)險(xiǎn)承受能力以及災(zāi)后恢復(fù)能力（見(jiàn)表2）。

目前，我國(guó)及蘇州市都在對(duì)拙政園、留園等古典園林的古樹(shù)名木、水體、建筑進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)平臺(tái)的建設(shè)，以水體治理為例，蘇州在拙政園、網(wǎng)師園、藝圃等古典園林都進(jìn)行了園林水體監(jiān)測(cè)，長(zhǎng)期跟蹤檢測(cè)水體分布、周邊管網(wǎng)徑流水體透明度及污染情況等指標(biāo)，構(gòu)建水質(zhì)污染監(jiān)控系統(tǒng)及時(shí)地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析和模擬評(píng)估，定量分析水體動(dòng)態(tài)情況，根據(jù)管理者設(shè)置的安全閾值進(jìn)行水污染預(yù)警和污染原因分析，協(xié)助管理者及時(shí)、準(zhǔn)確地獲悉污染原因、污染范圍并及時(shí)作出水質(zhì)治理和優(yōu)化決策[21]。同時(shí)，智慧化監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，調(diào)整優(yōu)化影響園林水質(zhì)的指標(biāo)，進(jìn)行分級(jí)預(yù)警，提高日常監(jiān)控的針對(duì)性和高效性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自我提升[22]。在水體恢復(fù)過(guò)程中，還將針對(duì)主要污染原因進(jìn)行重點(diǎn)跟蹤監(jiān)控，避免二次污染，提高水質(zhì)治理效率和水平，實(shí)現(xiàn)“全面監(jiān)控—科學(xué)分析—提前預(yù)警—后期跟蹤”的智慧化建設(shè)。

表2 綠地風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控智慧化的實(shí)現(xiàn)途徑

3.3 構(gòu)建智慧管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)古典園林綜合管理智慧化

通過(guò)基礎(chǔ)設(shè)施采集園林照明、保潔設(shè)施及停車(chē)場(chǎng)等使用功能的實(shí)時(shí)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并通過(guò)新型信息技術(shù)構(gòu)建綠地綜合管理信息系統(tǒng)，以園林使用功能管理為核心，對(duì)各個(gè)具體環(huán)節(jié)與內(nèi)容進(jìn)行分類管理，并根據(jù)管理者、游客和社會(huì)公眾的不同需求對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類和發(fā)布，為不同服務(wù)對(duì)象提供更加便捷、針對(duì)性強(qiáng)的綠地管理信息，管理者通過(guò)系統(tǒng)反饋信息進(jìn)行統(tǒng)籌管理，游客通過(guò)公示平臺(tái)規(guī)劃停車(chē)、游覽路線，社會(huì)公眾通過(guò)信息透明化的信息平臺(tái)進(jìn)行監(jiān)督，真正體現(xiàn)集全民智慧的“智慧化”（見(jiàn)表3）。

表3 綠地綜合管理智慧化的實(shí)現(xiàn)途徑

蘇州在拙政園、留園、網(wǎng)師園等多處構(gòu)建園林容量管理系統(tǒng)，運(yùn)用信息技術(shù)通過(guò)視頻設(shè)備、傳感器等基礎(chǔ)設(shè)備動(dòng)態(tài)監(jiān)控園林日常管理、使用功能現(xiàn)狀及周邊環(huán)境的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并根據(jù)園林空間容量分析其容量承載極限，便于管理者準(zhǔn)確掌握容量情況并采取相應(yīng)措施來(lái)緩和人流；同時(shí)，園林信息公示平臺(tái)向游客發(fā)布各園林的實(shí)時(shí)容量信息，并協(xié)助規(guī)劃游園路線，不僅有效地協(xié)調(diào)各園林流量，也使游客獲得更舒適的游園體驗(yàn)[23]。

4 結(jié)語(yǔ)

蘇州古典園林的智慧化建設(shè)還需要不斷深入，進(jìn)一步促進(jìn)各階段中不同建設(shè)內(nèi)容的協(xié)同合作，例如加強(qiáng)園林開(kāi)發(fā)與園林容量管理系統(tǒng)的協(xié)作關(guān)系，通過(guò)分析環(huán)境容量與各園林人流量關(guān)系，為園林保護(hù)與建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。綠地智慧化不局限于單一技術(shù)或平臺(tái)的使用，而是整合多方的優(yōu)勢(shì)；也不局限于某一特定的階段，而是融合在綠地發(fā)展的全過(guò)程；更不再由政府主導(dǎo)，而是強(qiáng)調(diào)全民參與，較之傳統(tǒng)的綠地發(fā)展模式更為科學(xué)化、高效化和全民化，從而提高綠地的建設(shè)水平與管理質(zhì)量。 綠地智慧化還需要更多關(guān)于綠地相關(guān)指標(biāo)的定量研究為之提供進(jìn)一步的模型建立相應(yīng)依據(jù)，也需要從更多學(xué)科角度對(duì)綠地智慧化作進(jìn)一步的研究。 總之，智慧城市在城市綠地建設(shè)中的作用將愈加廣泛，實(shí)現(xiàn)“綠地智慧化”的目標(biāo)需要付出更多的努力，促進(jìn)我國(guó)城市綠地建設(shè)事業(yè)向前邁進(jìn)。