基于數(shù)字技術(shù)輔助的風(fēng)景園林空間精細(xì)化設(shè)計(jì)研究

【摘要】文中對(duì)風(fēng)景園林空間設(shè)計(jì)中數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用及其優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了深入探討，旨在提升設(shè)計(jì)的精細(xì)度和效率，同時(shí)增強(qiáng)設(shè)計(jì)的互動(dòng)性和體驗(yàn)感。數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用為風(fēng)景園林空間的精細(xì)化設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持，對(duì)推動(dòng)風(fēng)景園林空間的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。研究表明，數(shù)字技術(shù)的集成應(yīng)用能夠有效提升設(shè)計(jì)質(zhì)量，為實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好型和資源節(jié)約型的園林空間設(shè)計(jì)提供了新思路。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字技術(shù)集成；風(fēng)景園林；精細(xì)化設(shè)計(jì)；3D建模

【中圖分類(lèi)號(hào)】TU986.2 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-6028（2024）08-0116-03

0 引言

當(dāng)代城市規(guī)劃和建設(shè)中風(fēng)景園林空間設(shè)計(jì)和優(yōu)化對(duì)改善城市環(huán)境品質(zhì)和促進(jìn)生態(tài)平衡十分重要。通過(guò)對(duì)3D建模、GIS、AR等數(shù)字化技術(shù)的集成應(yīng)用，風(fēng)景園林空間設(shè)計(jì)逐漸由宏觀(guān)規(guī)劃向微觀(guān)細(xì)節(jié)細(xì)化。在提升設(shè)計(jì)精細(xì)度與效率的同時(shí)，加強(qiáng)了其互動(dòng)性與體驗(yàn)感，對(duì)風(fēng)景園林空間可持續(xù)發(fā)展具有強(qiáng)大的技術(shù)支撐。

1 風(fēng)景園林空間精細(xì)化設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)

以數(shù)字技術(shù)為輔助手段，對(duì)風(fēng)景園林空間進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)顯著。一是數(shù)字技術(shù)能實(shí)現(xiàn)空間的高精度建模與可視化，使設(shè)計(jì)師對(duì)園林空間整體結(jié)構(gòu)與細(xì)節(jié)特征的認(rèn)識(shí)更加清晰直觀(guān)，便于做出更加準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)規(guī)劃。二是提高設(shè)計(jì)效率。通過(guò)數(shù)據(jù)處理與分析能力快，可以在短期內(nèi)產(chǎn)生多個(gè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比選。三是數(shù)字技術(shù)可以進(jìn)行準(zhǔn)確的環(huán)境模擬。例如光照、風(fēng)環(huán)境、溫度等，使設(shè)計(jì)師能更好地根據(jù)實(shí)際環(huán)境條件來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證園林空間能夠在各個(gè)季節(jié)和各時(shí)期提供宜人的使用感受。另外，數(shù)字技術(shù)還有利于對(duì)資源進(jìn)行準(zhǔn)確分配與管理，能夠精細(xì)地計(jì)算出所需要的物資，植物等數(shù)量，避免了資源的浪費(fèi)，利于成本控制。四是，數(shù)字技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)成果保存與繼承的方便。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)能夠長(zhǎng)期保存且方便后續(xù)維護(hù)，更新與參考，對(duì)于風(fēng)景園林設(shè)計(jì)行業(yè)知識(shí)積累與發(fā)展具有重要意義[1]。

2 風(fēng)景園林空間應(yīng)用

2.1 3D建模與虛擬仿真技術(shù)

設(shè)計(jì)師可以對(duì)虛擬環(huán)境下的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行全方位觀(guān)察與考察，對(duì)空間布局，景觀(guān)元素搭配等方面進(jìn)行不同視角的感知。這有利于預(yù)先發(fā)現(xiàn)可能存在的問(wèn)題與不足，并適時(shí)做出調(diào)整與優(yōu)化。如在復(fù)雜地形、水系設(shè)計(jì)中，可以明顯看出其相互關(guān)系及影響。同時(shí)也能夠?qū)Σ煌瑫r(shí)期光照效果進(jìn)行模擬，使植物種植位置得到較好布置，保證各時(shí)期均能夠呈現(xiàn)理想景觀(guān)效果。在項(xiàng)目展示及交流中，3D建模與虛擬仿真技術(shù)能把設(shè)計(jì)方案通過(guò)形象直觀(guān)的形式展現(xiàn)，大幅提升溝通效率與成效，降低理解偏差帶來(lái)的困擾。

2.2 地理信息系統(tǒng)（GIS）的應(yīng)用

地理信息系統(tǒng)在風(fēng)景園林空間的場(chǎng)地分析和規(guī)劃中起到了不可替代的作用。該系統(tǒng)能夠融合和解析眾多地理信息，涵蓋地貌、土壤種類(lèi)、植物分布以及氣候狀況等方面。設(shè)計(jì)師可以充分且深刻了解現(xiàn)場(chǎng)的特色與潛能，精細(xì)地評(píng)價(jià)場(chǎng)地坡度、坡向及其他信息，從而為道路規(guī)劃及排水設(shè)計(jì)提供了重要的依據(jù)。GIS技術(shù)還可以與其他的數(shù)據(jù)資源，例如人口分布等進(jìn)行整合，從而更好地規(guī)劃出滿(mǎn)足實(shí)際需求的功能區(qū)域。如根據(jù)人口密度合理地安排休閑活動(dòng)區(qū)域位置與規(guī)模[2]。另外，GIS還在生態(tài)規(guī)劃中具有突出的表現(xiàn)，能夠?qū)?chǎng)地進(jìn)行生態(tài)敏感性分析，進(jìn)而引導(dǎo)生態(tài)保護(hù)與修復(fù)措施，保障園林空間與其周?chē)鷳B(tài)環(huán)境之間的協(xié)調(diào)共存。同時(shí)也可以對(duì)歷史數(shù)據(jù)分析與對(duì)比，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可持續(xù)發(fā)展起到強(qiáng)有力的支撐作用。

2.3 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)在設(shè)計(jì)展示中的應(yīng)用

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)為風(fēng)景園林空間的設(shè)計(jì)和展示提供了全新的體驗(yàn)和可能性。設(shè)計(jì)師運(yùn)用AR技術(shù)可在實(shí)際場(chǎng)地環(huán)境上疊加虛擬設(shè)計(jì)元素。從而使顧客及有關(guān)人員可以直接觀(guān)察到設(shè)計(jì)方案在真實(shí)場(chǎng)景下的展示效果，大幅提升直觀(guān)性及真實(shí)感。例如在現(xiàn)有公園內(nèi)，利用AR設(shè)備能夠顯示新增加景觀(guān)設(shè)施之后的外觀(guān)。AR技術(shù)也能達(dá)到動(dòng)態(tài)展示的目的，比如顯示植物生長(zhǎng)變化情況等，從而更加了解設(shè)計(jì)方案。在設(shè)計(jì)評(píng)審環(huán)節(jié)中，AR技術(shù)可以使評(píng)審人員對(duì)設(shè)計(jì)可行性與適應(yīng)性做出更加精確的評(píng)價(jià)，及時(shí)給出合理意見(jiàn)和建議。AR技術(shù)還便于設(shè)計(jì)師及施工團(tuán)隊(duì)之間的交流。施工人員能夠通過(guò)AR對(duì)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)及施工要求的直觀(guān)展示，降低誤解及失誤。另外，AR技術(shù)可應(yīng)用于公眾參與當(dāng)中，使普通民眾同樣能夠參與設(shè)計(jì)過(guò)程并提供更加多元的觀(guān)點(diǎn)與回饋。

3 風(fēng)景園林空間精細(xì)化設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)字化場(chǎng)地測(cè)繪與三維建模

數(shù)字化場(chǎng)地測(cè)繪和三維建模對(duì)風(fēng)景園林空間精細(xì)化設(shè)計(jì)具有極其重要的作用。在杭州西湖西進(jìn)工程中，通過(guò)采用先進(jìn)的數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)，對(duì)全區(qū)地形，地貌，建筑物等都有極其準(zhǔn)確的測(cè)量與數(shù)據(jù)采集，并建立三維模型，以清楚地顯示場(chǎng)地的各個(gè)細(xì)節(jié)，包括地形起伏復(fù)雜，水系分布和已有植被狀況。設(shè)計(jì)師可以在這一虛擬三維空間內(nèi)自由觀(guān)察與分析，以便更深入了解現(xiàn)場(chǎng)的性質(zhì)。例如對(duì)模型分析后發(fā)現(xiàn)，部分地區(qū)地形坡度偏大。設(shè)計(jì)時(shí)需專(zhuān)門(mén)考慮排水、防滑等措施?；蛞罁?jù)模型所展示的現(xiàn)有建筑物的位置及樣式，規(guī)劃出新的景觀(guān)元素并與其和諧統(tǒng)一[3]。數(shù)字化場(chǎng)地測(cè)繪及三維建模也可以實(shí)現(xiàn)多方案比選和優(yōu)選，可以快速生成多種設(shè)計(jì)方案，通過(guò)三維模型直觀(guān)展示與評(píng)價(jià)，篩選最合適的方案。

3.2 微地形分析與植物配置優(yōu)化

在風(fēng)景園林的細(xì)致空間設(shè)計(jì)過(guò)程中，微地形分析與植物最佳配置是緊密相連的。對(duì)微地形進(jìn)行深入剖析，可了解不同地區(qū)地勢(shì)高低和坡度變化的具體情況，這對(duì)植物選擇與配置非常關(guān)鍵。例如在低洼易澇地區(qū)可選用耐水濕植物菖蒲和水蔥；在地形相對(duì)較高區(qū)域，可以選擇更具適應(yīng)性的樹(shù)木種類(lèi)。在植物配置優(yōu)化中，應(yīng)用數(shù)字技術(shù)可模擬和分析光照和風(fēng)向等環(huán)境因素?；诜治鼋Y(jié)果對(duì)不同植物進(jìn)行了合理的選址，從而保證其能得到足夠的光照以及合適的生長(zhǎng)環(huán)境。也可借助數(shù)字技術(shù)將植物色彩，造型等配合起來(lái)，營(yíng)造豐富多彩而又富有美感的景觀(guān)效果。例如在一塊草坪中，配以高度不一，形態(tài)各異，色彩豐富的花卉構(gòu)成了層次豐富，絢麗多彩的風(fēng)景[4]。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)控與數(shù)據(jù)積累，能夠根據(jù)植物生長(zhǎng)情況與環(huán)境變化及時(shí)調(diào)整與優(yōu)化植物配置，使得園林景觀(guān)時(shí)刻處于良好的環(huán)境中。這種建立在數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)上的微地形分析，以及植物配置優(yōu)化為營(yíng)造更有特色、更有韻味的風(fēng)景園林空間給予了強(qiáng)有力的保證。

3.3 動(dòng)態(tài)遮陽(yáng)分析與景觀(guān)照明設(shè)計(jì)

利用數(shù)字技術(shù)，可以準(zhǔn)確地獲取場(chǎng)地的經(jīng)度、緯度、海拔等地理坐標(biāo)信息，以及日照時(shí)長(zhǎng)、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度及其他詳細(xì)氣象參數(shù)。這些技術(shù)數(shù)據(jù)可以協(xié)助建立一個(gè)準(zhǔn)確的太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)模型。通過(guò)精細(xì)計(jì)算，可以確定特定時(shí)間點(diǎn)的太陽(yáng)高度角為45.6o，方位角為123.5o等。據(jù)此，可以設(shè)計(jì)滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)需要的遮陽(yáng)設(shè)施。例如，基于計(jì)算得出的太陽(yáng)高度角和方位角，建議在夏季調(diào)整遮陽(yáng)板傾角度為30o，在冬季則應(yīng)調(diào)整至15o。這樣既能達(dá)到最優(yōu)的遮陽(yáng)效果，也能避免過(guò)度的遮光?？梢酝ㄟ^(guò)光線(xiàn)追蹤技術(shù)準(zhǔn)確分析不同遮陽(yáng)設(shè)置下各束光的傳播路徑及落點(diǎn)，以進(jìn)一步對(duì)遮陽(yáng)方案進(jìn)行優(yōu)選，如確定遮陽(yáng)板的具體安裝位置應(yīng)在北緯30o區(qū)域東偏南20o方向。景觀(guān)照明設(shè)計(jì)還密切結(jié)合了數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用。利用亮度傳感器，可以實(shí)時(shí)獲取環(huán)境亮度數(shù)據(jù)。例如目前的亮度是150 lx，結(jié)合時(shí)間控制器設(shè)定不同時(shí)間段的照明亮度。白天時(shí)燈光亮度可以逐漸由80 lx增加至120 lx；深夜時(shí)可減少到50 lx左右，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能和合適的照度?？梢酝ㄟ^(guò)顏色傳感器得到現(xiàn)場(chǎng)顏色數(shù)據(jù)。例如某一地區(qū)主色調(diào)是綠，則可選用互補(bǔ)色光線(xiàn)，可以用紅光線(xiàn)凸顯重點(diǎn)景觀(guān)。利用3D建模技術(shù)模擬各種燈光角度的照度分布情況，當(dāng)某種投光燈與光線(xiàn)成45o時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)5 m處100 lx照度均勻，從而選擇最適合的燈具及安裝角度。并且，結(jié)合智能控制系統(tǒng)，根據(jù)人流量數(shù)據(jù)調(diào)整照明強(qiáng)度，當(dāng)人流量較大時(shí)自動(dòng)調(diào)高燈光亮度，人流量較小時(shí)降低亮度，實(shí)現(xiàn)智能化的照明管理。

3.4 行人動(dòng)線(xiàn)模擬與空間功能優(yōu)化

行人動(dòng)線(xiàn)模擬是建立在準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集與分析基礎(chǔ)上。首先使用地形測(cè)量設(shè)備來(lái)收集場(chǎng)地的各種地形信息，如坡度和高程等。例如在某一特定區(qū)域，坡度達(dá)到5%，高程差異為3 m。利用人流監(jiān)測(cè)工具收集了各個(gè)時(shí)間段的人流量數(shù)據(jù)，在工作日9：00—11：00，人流量達(dá)到200人/h。使用專(zhuān)業(yè)行人模擬軟件錄入數(shù)據(jù)并進(jìn)行模擬計(jì)算。計(jì)算結(jié)果可表明某狹窄通道上人流密度為5人/m2時(shí)發(fā)生擁堵。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)師有能力根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)整空間布局。例如可以將該通道擴(kuò)展到3 m寬，或者通過(guò)設(shè)置分流標(biāo)志來(lái)引導(dǎo)部分行人選擇不同的路徑。同時(shí)，還可以根據(jù)行人的停留時(shí)間數(shù)據(jù)，在停留時(shí)間較長(zhǎng)的區(qū)域增加休息設(shè)施或景觀(guān)節(jié)點(diǎn)。如在某區(qū)域行人平均停留時(shí)間為10 min，就可以考慮設(shè)置小廣場(chǎng)或者休閑座椅[5]，提高風(fēng)景園林空間利用效率與舒適度。

3.5 虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)在設(shè)計(jì)預(yù)覽中的應(yīng)用

設(shè)計(jì)時(shí)采用高分辨率全景相機(jī)全方位拍攝現(xiàn)場(chǎng)，得到了海量實(shí)景圖像數(shù)據(jù)。通過(guò)專(zhuān)業(yè)軟件對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與集成，建立真實(shí)三維場(chǎng)景模型。對(duì)細(xì)微處顯示的精細(xì)度甚至可以達(dá)到毫米級(jí)別。在VR設(shè)備頭部追蹤與手部交互功能的輔助下，體驗(yàn)者能夠在虛擬空間內(nèi)自由行走，并有能力從各種不同的視角、距離和高度來(lái)觀(guān)察設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)。例如，可以在距離某個(gè)景觀(guān)2 m處觀(guān)察其顏色和觸感，或者從5 m的高度俯視整個(gè)區(qū)域的布局。同時(shí)，還可以實(shí)時(shí)獲取體驗(yàn)者的反饋信息。如對(duì)某個(gè)區(qū)域亮度的感受值為80 lx，對(duì)某個(gè)植物配置的滿(mǎn)意度為70%等。這對(duì)進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)方案很有參考價(jià)值。經(jīng)過(guò)不斷地調(diào)整與改進(jìn)設(shè)計(jì)，VR環(huán)境下場(chǎng)景逐漸趨近于理想狀態(tài)。例如，基于體驗(yàn)者對(duì)光照不足的反饋，設(shè)計(jì)師能夠準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)燈光強(qiáng)度，角度以及色彩，使得光照效果處于最佳狀態(tài)。在植物配置上，依據(jù)體驗(yàn)者對(duì)于植物形態(tài)及布置的建議，準(zhǔn)確地調(diào)整每株植物位置坐標(biāo)及大小數(shù)據(jù)，保證植物與整體環(huán)境相協(xié)調(diào)。VR技術(shù)的運(yùn)用使風(fēng)景園林空間精細(xì)化設(shè)計(jì)變得更直觀(guān)、更精準(zhǔn)、更有效，可有效提高設(shè)計(jì)質(zhì)量與效果。如表1所示。

4 結(jié)語(yǔ)

本文將數(shù)字技術(shù)運(yùn)用到風(fēng)景園林空間設(shè)計(jì)當(dāng)中，增強(qiáng)了設(shè)計(jì)科學(xué)性與精確性，豐富了表現(xiàn)形式與用戶(hù)體驗(yàn)。通過(guò)3D建模、GIS、AR、VR的結(jié)合應(yīng)用，可以更加精準(zhǔn)地掌握空間布局，植物配置，光照分析等主要因素，以營(yíng)造一個(gè)更加協(xié)調(diào)，優(yōu)美，生態(tài)的園林空間。今后，在科技深入發(fā)展的背景下，風(fēng)景園林空間設(shè)計(jì)會(huì)越來(lái)越智能化和個(gè)性化，為人們帶來(lái)更多豐富多彩的綠色生活感受。

參考文獻(xiàn)

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[作者簡(jiǎn)介]王震（1983—），男，山東濟(jì)陽(yáng)人，本科，工程師，研究方向：風(fēng)景園林。