張 頔，吳 軍(天津城建大學(xué) 建筑學(xué)院，天津 300384)

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生態(tài)熵視角下的城市“智慧園林”構(gòu)建探析

張 頔，吳 軍
(天津城建大學(xué) 建筑學(xué)院，天津 300384)

摘要：近些年隨著城市化的高速發(fā)展，導(dǎo)致城市盲目擴(kuò)張，環(huán)境日益惡化．本文從人與環(huán)境一體化角度出發(fā)，引入生態(tài)熵理論，分析環(huán)境系統(tǒng)中生態(tài)功能的缺失及人與環(huán)境的平衡關(guān)系；提出了針對(duì)生態(tài)熵系統(tǒng)失衡的解決辦法、構(gòu)建智慧園林的設(shè)計(jì)理念及技術(shù)實(shí)施方法，用以科學(xué)地決策城市園林建設(shè)發(fā)展方向、方法，完善智慧園林體系建設(shè)，從根本上提升環(huán)境自身的生態(tài)效益，改善城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，使生態(tài)熵系統(tǒng)達(dá)到可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展的穩(wěn)定平衡狀態(tài)．

關(guān) 鍵 詞：生態(tài)熵；智慧園林；生態(tài)效益；平衡；環(huán)境質(zhì)量

城市化快速發(fā)展背景下，導(dǎo)致城市無(wú)序擴(kuò)張，環(huán)境日益惡化．人類的恣意破壞與環(huán)境自身的無(wú)力承載，雙向壓力已對(duì)人類的生存環(huán)境及城市生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的危害．環(huán)境生態(tài)效益的缺失極大地削弱了生態(tài)環(huán)境的消化與承載能力．提升環(huán)境的自我修復(fù)能力，降低污染的消極影響，才是保證環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)良好發(fā)展與人類健康的根本方法．

1 生態(tài)熵系統(tǒng)

1.1 熵

熵(entropy)是指體系混亂程度的一個(gè)度量值，它是物理學(xué)中一個(gè)非常重要的概念．由于科學(xué)綜合化的發(fā)展，熵已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出物理學(xué)范疇，并不斷得到深化和泛化，成為眾多學(xué)科發(fā)展的“關(guān)節(jié)”和“引線”[1]．

1.2 生態(tài)熵系統(tǒng)

生態(tài)熵系統(tǒng)，主要闡釋人類與環(huán)境的一種辯證統(tǒng)一關(guān)系的客觀存在形式．人類的生存與發(fā)展，需要不斷從周圍環(huán)境攝取能量和物質(zhì)，同時(shí)也向周圍環(huán)境釋放能量和物質(zhì)，這一過(guò)程就是人類自身熵調(diào)節(jié)的過(guò)程．生命活動(dòng)本身就是一個(gè)耗散過(guò)程，在耗散過(guò)程中熵不斷增大．高熵意味著混亂，熵達(dá)到最大值意味著熱平衡態(tài)．對(duì)于生命來(lái)說(shuō)，熱平衡態(tài)就是死亡．所以，生命體需要從環(huán)境中吸收負(fù)熵，以減緩人類活動(dòng)產(chǎn)生高熵的熵增速度；同時(shí)，生態(tài)環(huán)境能夠分解處理人類排出的高熵，再向人類供給所須的負(fù)熵，使生態(tài)熵系統(tǒng)進(jìn)入正常循環(huán)，達(dá)到一種穩(wěn)定和諧的狀態(tài)(見圖1)．

圖1　生態(tài)熵能量轉(zhuǎn)化流程[2]

2 生態(tài)效益與生態(tài)熵系統(tǒng)

良好生態(tài)效益的發(fā)揮是提高負(fù)熵供應(yīng)能力的有效途徑，也是促進(jìn)生態(tài)熵系統(tǒng)均衡穩(wěn)定發(fā)展的基本前提．但是目前，一方面城市化快速發(fā)展帶來(lái)大量的高熵聚集；另一方面由于綠色空間的碎片化及數(shù)量品質(zhì)不達(dá)標(biāo)等問(wèn)題，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境自身支離破碎，已無(wú)法高效地實(shí)現(xiàn)負(fù)熵的及時(shí)供應(yīng)．生態(tài)熵系統(tǒng)內(nèi)高熵的持續(xù)累積與低熵的無(wú)力供給，最終造成系統(tǒng)的失衡發(fā)展?fàn)顟B(tài)．

2.1 園林綠化空間形態(tài)碎片化

碎片化可以定義為：將生態(tài)要素割裂為空間上一系列相互孤立片段的過(guò)程，這一過(guò)程會(huì)導(dǎo)致生態(tài)要素面積的不斷減小及空間的斷裂[3]．因此，形態(tài)的斷裂會(huì)極大影響到生態(tài)系統(tǒng)整體效益的持續(xù)發(fā)揮．

通過(guò)對(duì)天津市中心城區(qū)的實(shí)地調(diào)研，并結(jié)合《天津市城市總體規(guī)劃(2005—2020年)》[4]，繪制出天津市中心城區(qū)區(qū)域中公共綠地、生產(chǎn)防護(hù)綠地、自然水體及濕地等生態(tài)要素的分布情況，如圖2所示．從圖2可以看到：生態(tài)空間上出現(xiàn)分布不均，且呈現(xiàn)出嚴(yán)重的破碎化；反映出城市化水平越高、生態(tài)碎片化越嚴(yán)重的現(xiàn)象．目前，霧霾等環(huán)境質(zhì)量問(wèn)題的出現(xiàn)，使本已斷裂的空間形態(tài)更加影響到生態(tài)效益的發(fā)揮，降低了釋放負(fù)熵的能力，生態(tài)熵系統(tǒng)已出現(xiàn)危機(jī)．

圖2　天津市市域及市內(nèi)六區(qū)綠地系統(tǒng)分布

2.2 園林綠化水平不達(dá)標(biāo)

綠化面積一直是衡量綠化水平高低的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也關(guān)系到生態(tài)效益能否得到良好的發(fā)揮，從而促進(jìn)生態(tài)熵系統(tǒng)的和諧穩(wěn)定發(fā)展．以住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部計(jì)劃財(cái)務(wù)外事司編制的《2012年城市、縣城和村鎮(zhèn)建設(shè)統(tǒng)計(jì)年報(bào)(分省數(shù)據(jù))》[5]為依據(jù)可得圖3．

圖3　2012年華北地區(qū)及全國(guó)綠化統(tǒng)計(jì)情況[5]

由圖3分析可知：以天津?yàn)槔?，作為直轄市在華北地區(qū)城市園林綠化的總體情況不甚理想，在綠地率、綠化覆蓋率及人均綠地面積等指標(biāo)上均低于全國(guó)水平．因綠化面積不足所導(dǎo)致的綠化水平不達(dá)標(biāo)，也會(huì)降低對(duì)高熵的轉(zhuǎn)化能力，進(jìn)而阻礙了生態(tài)熵系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展．

2.3 生態(tài)效益缺失與生態(tài)熵系統(tǒng)失衡

城市園林綠化是城市生態(tài)效益有力的發(fā)揮者，城市生態(tài)效益的高效發(fā)揮也會(huì)帶來(lái)生態(tài)熵系統(tǒng)的平衡發(fā)展．然而，當(dāng)前城市園林綠化水平不高、植物種類應(yīng)用少、園林綠化空間形態(tài)斷裂等問(wèn)題，導(dǎo)致城市生態(tài)效益嚴(yán)重缺失，造成負(fù)熵供應(yīng)不足；同時(shí)，如圖4所示，高熵大量釋放，環(huán)境系統(tǒng)無(wú)法吸收并進(jìn)行轉(zhuǎn)化，出現(xiàn)生態(tài)熵系統(tǒng)失衡的狀況，最終導(dǎo)致出現(xiàn)溫室效應(yīng)、酸雨、霧霾等城市環(huán)境污染問(wèn)題，危及人們的身體健康，生態(tài)熵系統(tǒng)失衡．

圖4　生態(tài)熵系統(tǒng)失衡關(guān)系圖

3 生態(tài)熵系統(tǒng)失衡的修復(fù)治理方法

為緩解由于綠化面積不夠而引起的城市環(huán)境生態(tài)效益不佳的問(wèn)題，城市管理者正在大力植樹造林，以提高綠化覆蓋率，填補(bǔ)負(fù)熵供應(yīng)不足的缺口[6]．提高綠化水平的確對(duì)于城市生態(tài)效益有很大幫助，但這些方法都不是科學(xué)的、可持續(xù)提高生態(tài)效益及修復(fù)生態(tài)熵系統(tǒng)失衡的有效途徑．由于盲目添綠，不但造成城市園林系統(tǒng)持續(xù)的無(wú)序發(fā)展，還會(huì)加重生態(tài)熵系統(tǒng)的失衡程度．

3.1 “智慧園林”的設(shè)計(jì)理念與方法

解決生態(tài)熵系統(tǒng)失衡的問(wèn)題，須提高城市環(huán)境的生態(tài)效益．“智慧園林”作為一種應(yīng)對(duì)城市無(wú)序擴(kuò)張、環(huán)境日益惡化問(wèn)題的治理手段被提出[7]．“智慧園林”一詞是由智慧城市引申而來(lái)，它的設(shè)計(jì)理念依托“智慧城市”概念，以推進(jìn)實(shí)體基礎(chǔ)設(shè)施和信息基礎(chǔ)設(shè)施相融合、充分運(yùn)用新一代信息通信技術(shù)為主線，通過(guò)智能的感知、建模、分析、集成和處理，以更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)的方式優(yōu)化城市園林管理、城市園林建設(shè)，提升城市園林生態(tài)效益，從而使城市園林系統(tǒng)達(dá)到前所未有的高度“智慧”狀態(tài)，為人民創(chuàng)造更美好的生活環(huán)境[8]．

綜合考慮以上要求，以可持續(xù)的理念為主導(dǎo)，運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)，首先要提高污染嚴(yán)重區(qū)域的綠化覆蓋面積；其次要將城市園林綠化資源進(jìn)行高效整合、一體化分析，使建設(shè)規(guī)模、種類、空間形態(tài)及數(shù)量等更具系統(tǒng)化；最后完善城市園林管理體系，保障后期養(yǎng)護(hù)，使城市園林生態(tài)效益得以持續(xù)發(fā)揮．

3.2 “智慧園林”的系統(tǒng)構(gòu)建與技術(shù)實(shí)施

3.2.1 “智慧園林”的系統(tǒng)構(gòu)建

“智慧園林”的系統(tǒng)架構(gòu)是對(duì)城市園林建設(shè)的各個(gè)層次、各個(gè)方面、各種參與力量等進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，理解和分析影響智慧城市建設(shè)的各種關(guān)系，從全局的視角出發(fā)，對(duì)智慧園林進(jìn)行總體的、全面的設(shè)計(jì)，確定長(zhǎng)期的建設(shè)目標(biāo)，制定實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的路徑和方法，并建立智慧園林發(fā)展的保障體系，提高生態(tài)效益的發(fā)揮[9]．

“智慧園林”系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)層面分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層五大層次(見圖5)[10]．感知層是整個(gè)架構(gòu)的基礎(chǔ)，是數(shù)據(jù)信息獲取和傳輸?shù)闹饕緩剑赏ㄟ^(guò)航測(cè)、遙感、GPS 衛(wèi)星定位及數(shù)字地圖等技術(shù)來(lái)采集城市運(yùn)行中的各種數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡(luò)層是信息通道，承擔(dān)著傳輸采集到的數(shù)據(jù)的重要任務(wù)；數(shù)據(jù)層和平臺(tái)層是核心，它能夠存儲(chǔ)并分析海量的數(shù)據(jù)，作出智能決策，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高度整合與實(shí)時(shí)共享；應(yīng)用層是最終外化的表現(xiàn)形式，是智慧園林建設(shè)的最終目標(biāo)，包括智慧園林文化、智慧園林生態(tài)效益、智慧園林教育等．

圖5　技術(shù)視角下的智慧園林系統(tǒng)架構(gòu)[10]

3.2.2 “智慧園林”的技術(shù)實(shí)施

城市園林系統(tǒng)生態(tài)效益的有效提升，需要各個(gè)環(huán)節(jié)的通力配合、協(xié)調(diào)發(fā)展．

首先，借助航測(cè)、遙感、GPS 衛(wèi)星定位及數(shù)字地圖等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)道路、公園、居住綠化數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)采集[11]；建立園林和苗木的電子檔案；獲取植物生長(zhǎng)健康情況等數(shù)據(jù)．利用互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)等信息傳送設(shè)備，將海量信息進(jìn)行匯總，使園林建設(shè)規(guī)模、種類、空間形態(tài)及數(shù)量等數(shù)字化資源一目了然，為之后的數(shù)據(jù)分析與科學(xué)決策打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)．

其次，借助GIS技術(shù)所提供的地圖分析和表現(xiàn)功能，通過(guò)對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)更新的數(shù)據(jù)資源，進(jìn)行高效整合，將城市地形、山形水系、植被苗木等信息矢量化，實(shí)現(xiàn)屬性分析、數(shù)據(jù)編輯、索引檢索等功能[12]；對(duì)各種專題圖和統(tǒng)計(jì)圖進(jìn)行形象直觀的分析，科學(xué)決策建設(shè)選址、建設(shè)類型、植物樹種選擇等，實(shí)現(xiàn)城市景觀效益與生態(tài)效益協(xié)同發(fā)展；利用數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的空間關(guān)系進(jìn)行分析比較，挖掘出數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性和發(fā)展趨勢(shì)，從而為實(shí)現(xiàn)城市園林系統(tǒng)生態(tài)效益更好發(fā)揮提供技術(shù)分析支持及輔助決策．

最后，利用電子政務(wù)、宣傳及服務(wù)等多元平臺(tái)，將城市園林綠化信息及時(shí)發(fā)布，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)更新及決策公開化，鼓勵(lì)公眾廣泛參與，調(diào)動(dòng)公眾參與的積極性，建立互動(dòng)交流平臺(tái)，進(jìn)行實(shí)時(shí)溝通，完善城市園林管理體系，實(shí)現(xiàn)全民管理，廣泛聽取意見并進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋；創(chuàng)新智慧園林產(chǎn)品成果展示形式，推廣城市園林產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，引入競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，提高城市園林綠化效率，切實(shí)做到環(huán)境生態(tài)效益的有效、高效提升．

4 “智慧園林”構(gòu)建的生態(tài)效益

4.1 生態(tài)的設(shè)計(jì)理念

智慧園林的構(gòu)建是思想認(rèn)識(shí)的成熟，實(shí)現(xiàn)了從自發(fā)走向自覺(jué)，從局部、零星走向系統(tǒng)，從相對(duì)雜亂、參差不齊走向法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)化的階段[13]．科學(xué)的事前規(guī)劃、事中決策及事后監(jiān)控，加強(qiáng)各個(gè)環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)發(fā)展，保證城市園林建設(shè)在方向、方法決策的科學(xué)性、有序性、智能化，從而改善園林建設(shè)面積不足、質(zhì)量不高的狀況，實(shí)現(xiàn)城市園林系統(tǒng)生態(tài)效益的高效發(fā)揮，提高負(fù)熵供應(yīng)量，緩解生態(tài)熵系統(tǒng)的不平衡問(wèn)題．

4.2 生態(tài)的技術(shù)支持

智慧園林的構(gòu)建是科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了從只收集、儲(chǔ)存信息的階段走向更高、更廣泛、更智能化運(yùn)用的階段[14]．借助相關(guān)的技術(shù)支持，使城市園林建設(shè)與管理變得更加智能化，對(duì)海量數(shù)字化資源進(jìn)行自動(dòng)化高效整合與分析，并輔以科學(xué)的決策功能．利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)更新，搭建各個(gè)主體間連接的橋梁，避免了信息滯后、調(diào)控不及時(shí)等導(dǎo)致的決策失誤．由此可見，科學(xué)技術(shù)是城市園林科學(xué)建設(shè)與環(huán)境生態(tài)效益高效提升的有力支撐，它是負(fù)熵供應(yīng)從理念走向?qū)嵺`的過(guò)程，是切實(shí)解決生態(tài)熵系統(tǒng)失衡的有效手段．

4.3 生態(tài)的互動(dòng)交流

智慧園林的構(gòu)建是園林發(fā)展的活力，實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)園林建設(shè)模式走向新型、多元化的發(fā)展模式．增添智慧園林衍生出的文化、教育、旅游等功能，建立多維度數(shù)字化數(shù)據(jù)庫(kù)，普及園林知識(shí)，進(jìn)行園林文化教育，發(fā)展旅游產(chǎn)業(yè)，通過(guò)手機(jī)、電腦、iPad 等線上設(shè)備及時(shí)獲取信息，同時(shí)組織線下活動(dòng)，如設(shè)置植物名片二維碼、園林知識(shí)科普計(jì)劃等活動(dòng)．將線上與線下協(xié)同共建，真正實(shí)現(xiàn)“知識(shí)O2O”理念的一次落地[15]．如果說(shuō)，理念是靈魂，技術(shù)是骨架，那么互動(dòng)交流就是鮮活的血肉，它是城市園林建設(shè)的活力興奮劑，是生態(tài)效益高效發(fā)揮的永久源泉，也是生態(tài)熵系統(tǒng)負(fù)熵與高熵的重要協(xié)調(diào)因子．

4.4 生態(tài)的功能效益

智慧園林的構(gòu)建是提升生態(tài)效益的最終體現(xiàn)．創(chuàng)新的設(shè)計(jì)理念、強(qiáng)大的技術(shù)支持及豐富的互動(dòng)渠道都是城市園林系統(tǒng)建設(shè)的重要組成部分，更是城市園林提供高效生態(tài)功能效益的有力保障條件[16]．因?yàn)楸舜说南嗷ズ献鳎沟蒙鷳B(tài)效益得以高效發(fā)揮，實(shí)現(xiàn)負(fù)熵的供應(yīng)充足、自身修復(fù)能力的提升及轉(zhuǎn)化高熵能力的提高，最終達(dá)到生態(tài)熵和諧穩(wěn)定的狀態(tài)．

構(gòu)建智慧園林的最終目的是為了讓城市園林建設(shè)科學(xué)、城市園林管理先進(jìn)、城市園林景觀提升、生活環(huán)境質(zhì)量提高、負(fù)熵與高熵供應(yīng)平衡，生態(tài)熵系統(tǒng)和諧發(fā)展．

5 結(jié) 語(yǔ)

在城市化快速發(fā)展下對(duì)資源的過(guò)度掠奪與對(duì)環(huán)境的恣意破壞，已經(jīng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重的危害．引入生態(tài)熵理論，將生態(tài)系統(tǒng)中人與環(huán)境的關(guān)系以熵理論進(jìn)行深入解析，闡釋了若要使生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)健康發(fā)展下去，就要處理好人類釋放高熵與環(huán)境供給負(fù)熵的中和反應(yīng)關(guān)系．智慧園林的構(gòu)建正是應(yīng)對(duì)生態(tài)熵系統(tǒng)失衡的一種有效治理手段，從先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念、強(qiáng)大的技術(shù)支撐到豐富的互動(dòng)渠道，多元素多角度相互作用、融合，使城市園林綠化系統(tǒng)更趨向智能化發(fā)展，進(jìn)而從根本上提升環(huán)境生態(tài)效益，改善生態(tài)環(huán)境，達(dá)到生態(tài)熵系統(tǒng)的平衡可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)．

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土木工程

The Construction and Analysis of“Wisdom Garden” of City from the Perspective of Ecological Entropy

ZHANG Di，WU Jun
(School of Architecture，TCU，Tianjin 300384，China)

Abstract：In recent years, the rapid development of urbanization resulted in blind expansion of the city and deterioration of the environment. From the perspective of system integration of people and the environment, the article brings ecological entropy to analyze the lack of the ecological functions and the balance of the people and the environment in environmental systems. It proposes a solution of the imbalance of the environmental entropy, builds a design concept and technical implementation of the wisdom garden. It also shows the development direction and the methods of scientific decision-making of urban landscape construction, improving wisdom garden system construction and promoting the ecological benefits and environmental quality of urban ecology. As a result, the ecological entropy system reaches a steady and balanced state of the sustainable development.

Key words：ecological entropy；wisdom garden；ecological benefits；balance；environmental quality

通訊作者：吳 軍（1970—），女，副教授，碩士，從事風(fēng)景園林設(shè)計(jì)研究．E-mail：wujun5926@163.com

作者簡(jiǎn)介：張 頔（1989—），女，天津人，天津城建大學(xué)碩士生．

收稿日期：2015-01-18；

修訂日期：2015-03-31

中圖分類號(hào)：TU986

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2095-719X(2016)01-0007-05