文／陳 栩 浙江大學農業(yè)與生物技術學院園林研究所 碩士研究生

陳云文 浙江大學農業(yè)與生物技術學院園林研究所 副所長 講 師 博 士（通訊作者）

魏宛霖 浙江大學農業(yè)與生物技術學院園林研究所 碩士研究生

引言

目前越來越多的行業(yè)進入數字化時代，參數化設計研究在風景園林領域也開始逐漸探索與應用。在園林植物造景設計中，兼具生態(tài)性、科學性和藝術性的植物組團配置方案是園林植物景觀營造的目標，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”，總結了相關的研究進展，對三境參數化進行探討，以引起此領域對植物造景參數化研究的重視。

1“三境論”之于植物造景設計

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，一本萬殊”等景觀設計理念，強調園林中的種植設計，認為植物景觀配置受花鳥畫影響[1]。1982 年，孫筱祥先生首次提出了“三境論”，包含“生境”“畫境”“意境”三個層次，揭示了文人山水園林景觀內部元素間的相互關系。1987 年，“三境論”的內涵得到進一步深化，并且強調了植物在營造園林“三境”中的重要地位[2]。

1.2“三境論”之于植物造景設計

園林植物景觀作為園林主要元素受到“三境論”指導，其“生境”包括植物的生長環(huán)境、生活習性、樹種比例等，“畫境”則主要為植物的形態(tài)特征、組團的空間布局等，“意境”受到植物文化、人文歷史等因素影響，三者之間相互聯系。

孫先生講究以中國畫論指導園林植物造景設計，其提出的“三境論”是對具有中國特色的園林植物景觀的研究，并且是經過實踐積累和理論方法總結而形成的，是植物造景設計過程中的重要指導理論。

2 園林植物造景參數化設計研究進展

植物組團是指通過人工規(guī)劃，將多種類與多數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?！皡祷辈坏韧诹炕窃诮嫸窟^程的基礎上，把影響設計的主要因素作為變量或參數，建立包含參數的景觀評價與設計模型，通過計算機技術將數據信息轉換成圖像，引導生成規(guī)劃設計成果[3]。在園林植物參數化設計的研究中，借助CiteSpace 軟件對相關文獻進行可視化分析。

2.1 研究現狀

本文以CNKI 中2000 年至2021 年的文獻作為數據源，檢索“植物組團”“園林植物造景”“參數化”等主題詞，篩選得到有效文獻381 篇。采用CiteSpace 對所選文獻進行量化分析，得到植物組團參數化的研究現狀。

圖1 關鍵詞聚類分析圖（圖片來源：作者自繪）

分析文獻高頻關鍵詞可以得到研究熱點聚類圖，由圖1 可知，近年來相關研究大多集中在植物配置、植物景觀評價、植物群落結構和生態(tài)效益等方面。而“參數化設計”聚類與其余聚類組團分離度較大、聯系較少，表明這一研究處于初步發(fā)展階段。

CiteSpace 時區(qū)圖以及關鍵詞突現度圖能夠直觀反映出不同時期下的研究熱點及其發(fā)展變化，通過分析歸納圖2 和表1，可將2000 年至2021 年植物組團參數化相關的研究分為以下三個階段：第一階段（2000—2006 年）以生態(tài)學理論為基礎，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）結合計算機技術，對植物配置進行輔助設計，并且運用層次分析法等對于植物景觀進行綜合評價分析；第三階段（2012 年至今）著眼于植物組團中的物種多樣性、冠層結構等進行具體針對性的定量分析，并利用三維軟件建模，引入參數化設計概念（圖3）。

圖3 2000—2021 年突現度較高的研究分類圖（圖片來源：作者自繪）

進一步分析所選文獻可得，國內外學者對植物組團的生態(tài)、形態(tài)、文化以及綜合指標體系等開展了不同程度的定性、定量研究，作為參數化設計的分析基礎，將相關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

2.2.1 研究困境

現有的研究普遍存在研究內容不完善、方法片面等問題，針對參數化設計的研究發(fā)展，尤為突出的有以下幾點困境：（1）研究內容不全面：植物組團參數化設計的實現應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的生態(tài)效益或畫境中具體某方面形態(tài)，研究體系不夠完整。（2）研究方法難以參數化：對于植物組團的分析，多通過權重建立模型等方法，在定性研究基礎上增加了定量方法，但部分參數，例如意境相關的指標仍然難以進行參數化解譯。（3）研究針對性不強：多為評價體系，作為評價植物景觀的指標標準，對于植物組團設計所需的參數研究較為缺乏，對指導設計的作用有限。

2.2.2 小結

對植物組團進行系統(tǒng)性的定量分析研究是進行參數化解譯與表達的前提，其中植物組團生境、畫境的參數化分析尤為重要，也是所需完善的重點之一。目前植物組團的參數化研究為進一步開展參數化指標體系構建以及參數化設計的實現，提供了一定理論依據。

表1 植物組團三境參數化研究匯總表（表格及表格中圖片來源：作者自繪）

圖4 植物組團面積參數化示意圖（圖片來源：作者自繪）

3 三境參數化構建探討——以畫境為例

植物組團的設計是需要綜合考量的，在對其進行參數化解譯過程中，需要從多角度、多方面、多指標進行考慮。本文以“三境論”作為理論框架，探討植物組團的生境、畫境、意境三方面參數化的相互關系，以畫境為例構建相關參數化指標，并通過花港觀魚中的植物組團案例進行驗證，為植物組團參數化設計的實現奠定基礎。

3.1 三境參數化之相互關系

生境、畫境、意境三者間相輔相成，三境參數化指標反映的是科學性和藝術性的融合。生境的創(chuàng)造是體現“木欣欣以向榮”的“自然美”境界，其受植物生長環(huán)境和生活習性的影響最大，因此生境指標的科學性最為突出，也較容易獲取和進行參數化。畫境是將自然中美的部分，通過藝術加工，進一步上升到“人工美”和“藝術美”的境界，藝術性較強，但現有研究中也探索出了一定的科學依據；意境則是通過觸景生情達到“理想美”的情境，借助植物文化、園林主題等相關的意蘊引人聯想，較難實現參數化。

從園林植物造景設計序列角度出發(fā)，意境起到先決性作用，根據場地的生境條件確定合適的立意，通過建立相關數據庫來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造幽深的意境等。在確定意境的基礎上，根據生境參數化指標，例如物種多樣性、植物生長習性等，選擇合適的樹種及比例。同時通過畫境中形態(tài)和構成等相關的參數調整，得到兼具科學性和藝術性的植物組團，營造出適宜場地、觀賞效果好并且具有文化意蘊的園林植物景觀。

3.2 植物組團畫境參數化體系探索

3.2.1 參數化體系

從影響植物組團畫境的主要因素出發(fā)，構建參數化體系，將各參數化指標分為平面布置與立體構成兩個層次。平面布置對植物組團的影響主要表現在樹種組合及樹種本身特性相關方面，例如不同樹種的間距、位置以及組團整體的平面格局，因此選取了林緣線、郁閉度以及密度等指標來進行平面參數化的解譯，通過參數的調整，得到不同平面形態(tài)、疏密程度以及分布方式的植物組團。植物組團的立體構成包括復層值、林冠線曲折度、色彩與肌理多樣性以及透景度等指標，體現植物組團的立面形態(tài)、季相變化等特征。

這些指標之間相互聯系但又不沖突重疊，共同作用于植物組團形態(tài)的觀賞特性，構成植物組團畫境的參數化體系，對植物景觀設計起到參考指導作用。

3.2.2 平面構成指標

（1）尺寸與面積

將植物組團平面中主要觀景面或最長處作為橫軸方向，以其最左端外切線為y 軸，最右端外切線為L，以下部曲線的外切線為X 軸建立直角坐標系。植物組團斷面長度為L 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)域邊界中心兩點間線段長d，可用來概括植物組團的尺寸（圖4）。將閉區(qū)間[0,b]分割成偶數n 個子區(qū)間，則該植物組團的面積（A）為[4]：

（2）形態(tài)與林緣線

林緣線作為植物組團在平面構圖上的形態(tài)反映，通過組團林緣線的形狀與相同面積的圓形之間的偏離程度來計算林緣值（S），即[5]：

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

（3）疏密與間距

植物組團的疏密程度可用郁閉度和密度來體現。郁閉度指植物組團中喬木樹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（不含0.7）為疏林草地，在0.4以下為稀樹草地或空曠草地[6]。

密度（D）為喬灌木數量（N）與組團面積（S）的比例，計算公式為[7]：

圖5 植物組團林冠線形態(tài)參數化示意圖（圖片來源：作者自繪）

表2 花港觀魚茶室西側草坪A-1 植物組團參數化解譯表（表格來源：作者自繪）

圖6 透景度參數化示意圖（圖片來源：作者自繪）

圖7 A-1 植物組團平面圖（圖片來源：作者自繪）

圖8 A-1 植物組團實景圖（圖片來源：作者自攝）

植物組團內各樹種的間距可通過聚集指數來反映。聚集指數R 是相鄰最近單株距離的平均值與隨機分布下期望的平均距離之比，計算公式為[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，n 為組團植物株數；當間距小于1 時，樹種為聚集分布；間距大于1 時，樹種為均勻分布；間距等于1 時，樹種為隨機分布[8]。

3.2.3 立體構成指標

（1）高度與層次

測量植物組團中喬木樹種的最高高度H1、最低高度H2以及平均高度H3，綜合反映植物組團整體的立面高度。

復層值的數值范圍在1 ～5 之間，表示組團的立面層次。數值為1 時指單層，包括單層喬木、單層灌木、單層草本或地被；數值為2 ～5時，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）樹形與林冠線

植物組團形態(tài)的多樣性主要考慮喬灌木的樹冠形態(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a、b 等來表示并建立相關數據庫可供樹種的選擇。

林冠線的形態(tài)參數化通過曲線法來計算，將外輪廓用平滑曲線進行描繪。分別計算極大值與左右兩個極小值點之間的水平距離為△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

根據植物組團內樹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期，并且統(tǒng)計該季節(jié)內植物組團的色彩組合類型，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型、中粗型以及細質型[8]。

組團中植物色彩和肌理的多樣性指數（C）計算公式為[9]：

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

（4）景面與透景

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

透景度指在人視高度上組團植物的透景程度，因此將分枝點＜1.2m、整體高度＞1.8m的樹種進行過濾，選取組團內其余的所有樹種，其與空間結合部分的周長L2與整個組團邊界周長L1的比值為相應的透景度的值（圖6），透景度越低，說明植物組團的障景作用越突出[10]。

3.3 花港觀魚植物組團畫境參數化解譯

杭州花港觀魚公園是“三境論”實踐的優(yōu)秀案例，集中表達了孫先生理論的精華。因此選取花港觀魚中的植物空間——茶室西側草坪，通過計算上述指標，將其植物組團的畫境進行參數化解譯，結果得到表2。

該植物組團是無患子-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-絡石+吉祥草+沿階草+草花花境，圖7、圖8 為植物組團平面和實景效果圖。由各參數化指標計算可得：平面上，林緣值較高，林緣形態(tài)變化豐富；依據郁閉度和密度結果，組團屬于疏林草地類型，并且樹種呈現均勻分布的特征。立體構成上，該組團復層值高，立面層次豐富；樹種形態(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)；組團透景度低，并且位于路口視線終點起到障景作用；肌理多樣性指數低，主要由中粗型喬木和細質型灌木組成；草花花境與開花、色葉植物成為秋季色彩點綴，色彩多樣性指數高，組團整體觀賞性佳。

結語

在風景園林領域，參數化逐步得到應用，這意味著植物組團的設計研究方法創(chuàng)新是今后發(fā)展的必然趨勢。植物組團研究是具有綜合性的，包括植物學、生態(tài)學、環(huán)境美學、心理學等多個學科，孫筱祥先生的“三境論”則涉及了植物造景設計中所有重點方面。因此本文基于此理論，歸納了植物組團參數化相關的研究進展，并且結合目前研究存在的問題，構建了以畫境為例的植物組團參數化指標體系，同時通過花港觀魚的組團案例進行參數化解譯，為植物組團的參數化提供新的研究思路，以期為實現植物組團參數化設計奠定一定的基礎，推動植物造景設計向更科學、數字化的方向發(fā)展。