风景园林数字化规划设计概念谱系与流程图解

The Concept Hierarchy and Procedure Diagram of Digital Planning and Design for Landscape Architecture

蔡凌豪

CAI Ling-hao

摘要：在人居环境系统日益复杂，生态环境恶化的今天，风景园林学科肩负着艰巨的责任。然而由于种种原因，风景园林规划设计的数字化进程，已落后于时代。讨论了风景园林数字化规划设计当前的困境，指出当前推广风景园林数字化规划设计的必要性。本文明确了风景园林数字化规划设计的定义、特征与概念谱系，解析了概念谱系中的主要数字化设计方法和应用软件平台，并总结出了风景园林数字化规划设计的流程图。在本文结尾，对当前数字化规划设计中存在的局限和误区进行了分析。

关键词：风景园林；数字化设计；计算机辅助设计；计算机辅助绘图；BIM；计算机生成设计；参数化设计；智慧园林

基金：中央高校基本科研业务费专项资金（编号: TD2011-35 )资助

Abstract: Today, with the increasingly complex human settlement system and deteriorating environment, Landscape Architecture is undertaking heavier duty than before. However, due to various reasons, the digital processing of landscape planning and design is still lagging behind. This article discusses the dilemma of digital landscape planning and design and indicates the necessity of its development. It puts forward the definition, features and concept hierarchy of digital landscape planning and design. It also analyzes the main methods and software platforms and summarizes the procedure diagram of digital landscape design and planning. The defects and misunderstandings of digital landscape planning and design are analyzed at the end of this article.

Key words: Landscape Architecture; Digital Design; Computer Aided Design; Computer Aided Mapping; BIM; Computer Generated Design; Parametric Design; Smart Landscape

Fund:Sponsored by the Fundamental Research Funds for the Central Universities (No. TD2011-35 )

1 风景园林数字化规划设计的背景与困境

1.1 背景

风景园林规划设计的过程，是将科学技术和艺术融合重构的过程，它既需要对地理、生态、气候、地形、水文、植物、场地、视景、交通、构筑物和居所等客观要素进行综合解析、重构与表达，也需要产生不同的艺术形式去承载和叙述特定的场所语义与人文价值。

20世纪90年代以来，计算机开始进入风景园林规划设计的视野。以Autocad，photoshop,3dsmax为代表以计算机图形学为基础的软件，因为其快捷、高效、易修改、耐储存等特性迅速取代了图板、丁字尺和针管笔，成为风景园林规划设计的标准装备，并形成一种错误的概念——这三个软件即代表了所谓的“计算机辅助设计”。

实际上，Autocad，photoshop,3dsmax等软件仅仅是在规划设计流程的后端替换了徒手制图的工作方式，它们可以使图纸更精确、更美观、更真实，却无法使设计更科学、更合理、更具创造力，换言之，它们仅仅是计算机辅助绘图，而非辅助设计——计算机并没有辅助设计师进行更深层次更广领域的思考与协作。

未来的时代是数字和信息的时代。由于计算机运算能力与数字技术的飞速发展，使人类处理复杂环境中的复杂问题具备了前所未有的能力。在建筑学、城乡规划学等相关领域，参数化建模、算法生成设计、BIM等数字技术的运用已深入到学科行业的各个环节，计算机辅助设计日益从前沿转为主流，技术不断趋于实用。

随着内涵的不断丰富，“计算机辅助设计”概念也已无法容纳日新月异的数字化设计思想、方法和技术。计算机不仅能辅助设计，且能够帮助我们更为精确和科学得认知分析，建立设计逻辑，评价设计结果，跨学科协作，网络计算与移动办公，输出更具有真实体验性的设计成果，虚拟建造乃至数字化管理，甚至能够进行某种程度的智能运算，产生多种方案以供优选。

因此，“数字化规划设计”这个概念更能精确得描述未来规划设计的特征与趋势。计算机辅助设计、计算机辅助绘图、BIM等均是“数字化规划设计”的子集①。规划设计即将全面进入数字化的时代，并成为“智慧城市”及“智慧地球②”的组成部分。

1.2 困境

在新的生态文明和信息时代的要求下，风景园林行业所需要面对，将是一个日益复杂的动态巨系统。在国外，风景园林的学科内涵已拓展至都市、生态区域和基础设施领域。那些表面紊乱的复杂系统，事实上具有深层次的逻辑结构和空间秩序。要发现、理解并利用这种动态关系，计算机因为强大的运算处理能力，成为最好的工具。风景园林作为“智慧城市”及“智慧地球”的一个部分，将最终汇入到整个网络系统中去，成为“智慧园林”。而风景园林规划设计过程也应在前端就具备感知化、互联化与智能化，建立动态回馈机制,方能无缝对接。

当前国内的风景园林规划设计的数字化进程，从理论研究到实践应用，均远远落后于国外及国内相关行业。大多数院校和风景园林规划设计部门，还都处于计算机辅助绘图的低端应用阶段。由于缺少科学客观的分析评价标准和流程，风景园林规划设计一直停留在感性的主观层面上，强调灵感式的设计方法，偏艺术而轻科学，偏设计而轻规划，偏描述而轻评价。作为一门学科，它缺少科学的理论体系支撑，缺少与其他学科对话的平台，从而无形中降低了行业的门槛。长此以往，将对行业的话语权、行业地位和学科发展，构成不利影响。

风景园林数字化规划设计落伍于时代，外因在于：

（1）需求力不足：国内风景园林设计和建设还处于较低的水准，其投资规模、建设标准、复杂程度都相对有限，再加上国内快速城镇化的过程中建设量大，设计和建设周期短，设计团队规模小，专业协作模式简单，员工培训机制欠缺等原因，大多数规划设计单位只依靠几个辅助绘图软件就可基本应对设计要求。整个风景园林规划设计行业对全面推广数字化规划设计的急迫性认识不足，缺少对数字化规划设计的需求热情。

（2）推动力不足：风景园林数字化规划设计缺少来各个层面的推动力。作为政策与行业规范制定者，住房和城乡建设部没有制定任何风景园林规划设计数字化的指导方针与规范条例，甚至连基本的计算机制图标准尚付阙如。基层设计单位也没有主动推广数字化规划设计的内在驱动力。

风景园林数字化规划设计缺少需求力和推动力，既与当前国内行业特征有关，也有其深刻的自身原因。这些内因包括：

（1）概念混乱：风景园林数字化规划设计的理论和概念均从其他相关学科引入，不加区别、一知半解导致了许多概念的混乱。这些从外部引入的数字化设计理论与方法，是否适用于风景园林行业，是否符合风景园林学的特点，能否获得科学合理的设计成果，能否推动学科的良性发展？这些都缺少相关的研究和论证。

（2）体系不清：基本概念的混乱导致了风景园林数字化规划设计体系的支离破碎。随意从相关专业的数字化设计体系中截取某些片段，致使风景园林数字化规划设计体系碎片化、表面化。体系不清也带来了流程的混乱，因此，亟待建立起一个真正适应于本行业的数字化规划设计体系与流程，才能有效得普及推广数字化设计方法。

（3）平台薄弱：行业薄弱使得数字化规划设计平台的薄弱。由于缺少用户，大部分国内外软件开发商均只关注建筑或城乡规划领域的应用软件，真正针对风景园林领域的数字化设计软件凤毛麟角。而直接使用相关行业的软件平台，存在许多功能缺陷，无法满足本行业的需求。而行业内又缺少专门的技术力量对其进行改造以增强其适用性。平台薄弱使风景园林数字化规划设计如无水之鱼。

（4）人才稀缺：长期以来对数字化设计的忽视，使风景园林数字化设计教育滞后，人才稀缺。数字化规划设计需要跨学科、跨行业、多工种的合作。学科的封闭致使缺少跨学科的交流，其他学科对本学科的陌生也使协作无从谈起，无法帮助本学科建立起数字化设计的体系，开发相关软件或配合规划设计工作。

2 风景园林数字化规划设计的概念与构成

2.1 风景园林数字化规划设计的概念③

建立完整的风景园林数字化规划设计体系，首先需要明确它的基本概念：风景园林数字化规划设计是将风景园林规划设计的整个流程建立在数字化平台之上，依靠计算机的运算能力和图形能力，科学分析和评价空间环境，理性建构客观严密的设计逻辑，增加设计者应对复杂环境和设计对象的解决问题能力和创造力，并以更具体验性和真实性的设计表达媒介，最终产生兼具科学、艺术、社会价值的风景园林设计成果。风景园林数字化规划设计，应具有以下基本特征：

（1）全周期与系统化

风景园林规划设计的全周期过程包含着以下主要环节：信息获取——环境分析——设计建构——设计评价——设计修改深化——设计表达媒介。数字化规划设计需深入介入规划设计的每个环节，建立一个完整的数字化设计策略。数字信息贯穿于整个设计周期，多个软件平台相互之间交换信息数据，从而流畅得串联起规划设计的各个环节，使设计从环境认知到最终完成，始终基于一个相对客观、快捷、高效及直观的设计系统。这个系统应呈现出网络结构，从而构成多路线的循环的数字设计途径，形成完整的数据环和工作链，并可实现网络协作设计，多工种的深度衔接配合。

（2）适应性与本土化

风景园林数字化规划设计应积极从建筑设计学及城乡规划学中吸收合适的软件平台和设计路线，并根据行业自身的特点加以改造：如加强环境分析的环节，建立风景园林的参数化变量体系，研究风景园林BIM的基本构成和风景园林的数字化评价体系，增加植物景观的分析评价方法和本土数据库等。此外，也应根据中国的本土情况和风景园林规划设计现阶段的数字化应用状况，建立一个真正属于本行业，真正符合本土需求的数字化规划设计策略及路线图，使其具备应用于实践的可能性与推广的价值。

（3）科学性与艺术性

数字时代的设计理论和方法强调方法自身的科学性，注重理性分析和科学归纳，反对预设立场的由上及下模式。这种方法试图创造一种并非被“预先设计”出来的环境，而是由各种系统和元素在一个多元交互网络中运动所形成的逻辑体系，并由此推导出非预设的设计结果，从而具备了相对的科学性和客观性。计算机图形学和运算能力，将极大得加强传统手绘表达无法准确表述的复杂的空间结构与形式的建构和显影能力，从而增强了设计者的空间想象力和艺术创造力。数字时代的设计理论和方法，将产生了新的建构逻辑，产生新的复杂与动态的美学形式。

2.2 风景园林数字化规划设计的概念谱系

当下计算机和信息技术领域的发展日新月异，新的软件平台层出不穷。而相关领域如建筑设计和城乡规划，数字化设计的方法和技术也正风起云涌，处于全面推广和深化应用的阶段，这给风景园林规划设计的数字化发展提供了最好的契机。

在吸收其他学科相关领域的研究成果的基础上，笔者梳理了当前主要的数字化设计的概念与方法，进行了分类和分级，形成了一个初步但清晰的风景园林数字化规划设计概念谱系图表（图01）。这张图表可以廓清主要的数字化规划设计的方法及其应用领域，也对当下复杂纷繁的数字化概念做出一个相对准确的行业化定义和谱系划定，以图抛砖引玉④。

由于数字化规划设计的概念众多，不但随时会有新的概念的产生和新的内涵的注入，同时现有的概念分类也存在着许多争议，因此本概念谱系只代表作者的个人见解，不包含当前所有的数字化设计概念，也没有对未来可能产生的概念作出预测

图表通过色系表达风景园林数字化设计的谱系分类：冷色系的图表是计算机辅助设计范畴，暖色系的是数字设计媒介与信息化管理范畴。前者强调计算机对设计过程的增强与辅助，后者则强调计算机对设计表达和信息化管理的作用。

2.2.1 计算机辅助设计谱系（Computer Aided Design）

（1）计算机辅助分析与评价（Computer Aided Analysis and Evaluation）：

包括两个设计环节，即分析与评价。计算机辅助分析是在设计初始根据调研和考察结果，将模拟信息转化为计算机可识别读取的数字信息，从而对场地条件和项目要求进行有针对性的分析，并输出包含分析结果的信息数据，如数字图解和数据库，以便在其他计算机辅助设计工具中进行进一步处理。计算机辅助评价则是在形成初步的设计方案后，对方案按照特定的标准进行评价判断，解析优缺点，并提供方案修改的可能方向。两者尽管在规划设计时间轴上所处的位置有先后，但其分析方法，应用平台都十分类似，因此将二者归为一类。计算机分析和评价加强了人们的环境空间认知能力，复杂信息的理性综合、处理、归纳和管理能力，对设计成果的客观判断和解读能力，从而获得相对优化的设计结果。这也是目前风景园林规划设计中亟待加强又相对容易推广的部分。但目前尚缺乏一个多功能的软件平台能够进行综合的风景园林设计分析，只能应用许多不同的专用行业软件，软件之间缺乏统一的交换格式，向下游数字平台传达数据也存在着许多问题，同时掌握诸多软件也给设计人员带来了一定的难度。此外，这些分析和评价应有相关专业人员进行辅助与解读，才能保证其分析数据的准确性和使用范围，因此需要跨学科的协作。盲目得进行分析，可能得出错误的数据，并导致设计的南辕北辙。

它可能包括以下主要的几种分析评价类别：

1）地理与规划信息：分析和评价土地利用、土壤、地形、各类城市及绿地规划等，目前主要依托GIS软件如Arcgis以及相关插件。多层数据地图叠加以洞悉环境深层信息，已成为标准的数字化规划设计流程样本。

2）流体分析：对潮汐、河流、湖泊、湿地、水景等水文对象，以及风、大气污染等空气流体进行分析评价。尽管相关专业的人员能够给予更为专业和详细的配合，但依靠目前已经比较成熟的CFD（计算流体动力学）软件，如Flow3d, Xflow，Fluent, Urbanwind, Vasari等软件，非专业人员也可以模拟大至水文动态，沉积物冲刷及沉淀，污染物传播及降解，地表径流与汇水，小至建筑风环境，水景造型等复杂的流体环境，从而对设计初始就能对方案做出预判与合理调整。

3）植物景观：包括植物群落的景观模型分析，植物生长预测等。植物是风景园林中重要的动态因子，植物群落的配置往往决定着风景园林的视觉效果与生态效应，利用计算机建立起数字化的植物群落模型，预测未来植物生长的可能性，将使设计能够回应一个长期的动态变化过程，而非基于静态的经验判断。

4）生态分析：生态效能是风景园林的主要功能之一。利用景观生态学的统计分析软件，如Fragstats,PC-ORD等，可对大尺度的与自然密切关联的风景园林区域进行数据分析，并可由GIS进行数据汇总与管理。Netlogo这种脚本语言化的计算机建模仿真集成平台，可以利用已经编制好的生态动态演变脚本在计算机中模拟生态系统的新陈代谢和演化过程⑤。

5）空间分析：风景园林规划设计的目的就是合理得配置户外空间。在传统的规划设计中，重界面而轻空间的问题十分突出，空间分析仅仅是几条所谓是透景线和轴线。利用数字化工具，空间可以被评测和量化。利用空间视域理论和空间句法理论⑥发展出的相关工具如Depthmap,可以揭示空间可达性和组构逻辑，预测人在空间中的视觉感知以及由此引发的可能的运动趋势，并由计算机运算出参量如整合度(integration)连接度（connectivity）等来评价和判断。

6）交通与活动分析：除了对车辆交通进行分析和评价外，利用涌现理论（Swarm）⑦和相关工具（Processing, Swarm，Netlogo等），可以预测大规模集群生物（包括人类）在空间中的复杂空间行为模式和活动形态。利用智能代理人（Intelligent Agent）模型，可以根据用户调查数据，来设定智能代理人的不同族群及族群的经典行为模式，经过叠代计算后，获得场所的地点与活动方式的关联数据。

7）节能与舒适度分析：风景园林的节能理念包含着风景园林对空间环境的积极的生态效应，如遮阳、蔽风、降低浮尘、吸收污染物、调节碳排放、降低环境温度、增加空气湿度、减少环境噪音等，由此产生了舒适的户外环境。规划设计的方案能否产生合理的舒适度，需要数字化平台的量化评价，不能依靠经验来臆测。此外，风景园林的节能还包括风景园林建筑的节能措施，建设材料的节能与环保等方面。此类的软件有Ecotect, Vasari, IES<VS>，Urbanwind等。

8）结构性能分析：风景园林建筑及构筑物相比城市建筑设计来说，功能相对简单。但却有较高的造型需求，景观构筑物也存在着许多异形的、非标的做法。由于配合工种的其他专业人员通常对风景园林的特定需求不熟悉，导致风景园林建筑和构筑物结构臃肿不合理，影响了效果。风景园林设计者完全可以通过必要的学习，掌握Sap2000,Revit structure，Solidworks, Robot structural analysis等结构和有限元分析软件，来校验设计的合理性，在专业配合时亦可提出明确的条件和建议。

地理信息系统（GIS）是一个强大的数据库和数字地图管理系统，因此以上分析和评价的结果，多数均可以在GIS的平台或经过其他软件分析计算后，将结果导入GIS平台来进行统一的数据管理，并可方便得输出数据表（库）或数字图解。而数据表（库）或数字图解又可以以参数的形式汇入参数化设计和计算机生成设计的流程中，来控制或优化设计方案，由此形成了从分析评价到数字化设计的数据链，这是风景园林数字化规划设计系统化的体现。由于GIS的概念及应用，已有诸多研究文献与实例，因篇幅所限，本文不做详解。

（2）计算机生成设计（Generative Design）

计算机生成设计（Generative Design）是计算机将输入的参数变量按照某种人工编制的算法逻辑，或群体智能模型或数学计算几何（Computational Geometry）算法模型中进行计算，并最终生成与参数变量相关联的的数字化设计方法。它可以大致分为三个类别：

1）计算几何（Computational Geometry）：是计算机科学与数学的交叉领域，它研究由数学算法生成特定的几何形体，计算几何常用的生成类型可分为三种：线（如磁力线或场⑧，洛伦兹曲线⑨），面（如极小曲面⑩），网格（如泰森多边形11）。计算几何产生的几何形体，由于其动态、优美的形式结构，也被用于风景园林规划设计中，以作为进一步空间形态设计的基础。

2）群体智能（Swarm Intelligence）：研究一群具有简单行为模式的个体按照一个具有随机性的法则产生自组织的动态过程，并形成一个与个体行为不同的无法预知的复杂样态。它又被称之为“涌现”。群体智能可分为三个类别：元胞自动机12，形式语法13，多代理系统14。群体智能方法的研究对象实际是真实世界动态演变的规律与趋势，人脑无法进行如此复杂的大规模计算，只有依靠计算机的强大运算能力。群体智能能够解决风景园林的动态演变问题，生境中的生物包括人的空间活动分析，也用以预测生态环境新陈代谢的变化趋势。

3）算法生成 (Algorithmic Design)：算法生成是设计者根据设计对象的不同属性和需求，利用计算机程序语言或脚本语言来编制某种具有针对性的计算方法，并将计算成果使用计算机图形学的方法呈现为视觉图形或空间形态。严格意义上讲，计算几何和群体智能亦需用程序语言编制算法，但由于二者具有十分明确的独立含义，因此本文对其单独归类。算法生成也可分为三种类别。第一种为参数逻辑算法，指由各类参数控制下的特定算法以完成特定计算目的，如利用日照来控制城市建筑布局，利用人的运动方式控制公共空间的尺度布局，利用坡度和转弯半径来控制道路的生成等。第二种为仿生与分形，利用仿生学与分形学原理来编制算法，这在风景园林中可用于各类有机形态生成、路网结构与空间组构的布局，也可用于雕塑创作。第三种是机器智能，包括穷举算法和遗传算法，穷举算法是利用计算机求解所有可能的方案，并进行评价，从而找到首个符合所有搜索条件的解。遗传算法又称进化算法脱胎于生物学的遗传理论，按照进化的规律在计算机中以仿真的方式进行求解运算，以不断逼近合理解，它比穷举算法要更加智能且更符合自然规律。有些研究者将机器智能单独归类，而不作为算法生成的子项。但笔者认为，以当前计算机的发展，尚不能达成真正的机器智能，无论是穷举算法还是遗传算法，都只是一种更为复杂的算法而已，计算机依然是根据人类编制的程序来进行运作。

国内外均有院校研究风景园林计算机生成设计，但这些原本具有数学意义和几何结构的算法是否能反应风景园林中的复杂的生态运作模式？其生成的结果是否能够真正符合使用者的需求？抑或只是形态的堆砌或所谓数字美学的苍白解释？目前尚有许多争议。但随着研究的深入和数字技术的发展，计算机生成设计应能更加深入得探索自然与人工环境的深层运作规律，而非仅限于生成炫目的形式。

（3）参数化设计（Parametric Design）

参数化设计的理论方法实际来源于数学及制造加工业。与单纯的几何建模不同，“每个参变量控制或表明设计结果的某种重要性质，改变参变量的值会改变设计结果[1]”， 因此也被称为关联设计（Associative Design）。参数化设计的另一个基本特征是，所建构的模型允许被指定特定的关联信息，这也是BIM理念的基础。参数化设计和计算机生成设计有共同点，即它们都是数值的容器，用户可以通过输入改变数值。但它们之间最大的区别是，前者直接通过图形化软件直接操控几何对象，后者则是用程序与脚本语言来间接生成设计对象。实际上，两者是硬币的两门，殊途同归。

在风景园林数字化规划设计流程中，参数化设计占据着核心位置，是未来最重要的发展方向之一。它既是一种技术，又是一个方法。

1）作为技术的参数化设计

作为技术的参数化设计，有时也被狭义地理解为“参数化建模技术”。在具有参数化功能的软件平台上建立由特定参数驱动的带有特定信息的几何模型，几何模型通过设计评价阶段后并将评价信息以参数的形式反馈回参数化软件平台进行进一步的优化，如此反复，并最终输出数字模型，转化为方案媒介和指导施工的图纸信息。由于整个过程由参数驱动，改变参数的数值，将可以随时便捷得控制从整体到细部，从空间到形式的变化。参数化建模技术，改变了纯粹的二维或三维计算机绘图软件难以修改方案，无法对条件的变化做出即时应对的缺陷。同时，对象化、模块化、智能化和网络化，也使参数化软件远比传统的绘图软件更加适合于数字化规划设计的要求。

参数化设计工具是参数化设计过程的基础平台和工具。参数化设计工具可分为两大类别，其一为基于几何体的参数化工具，这类工具直接对几何体本身进行驱动控制，如revit, Archicad, Intentor,Civil3d，Digital Project等软件。其二是基于图形脚本参数设计工具，它与算法设计有某种相似之处，都是设计者编制某种逻辑来控制参数化过程。由于多数设计师对程序语言不熟悉，类似Grassshopper, Dynamo15等图形脚本参数工具可通过直观的图形化节点模块组织设计逻辑（图02）。

风景园林数字化规划设计中应用参数化设计技术，当前最大的问题是缺乏专属的软件平台。随着如Lands design for rhino, Landcadd for revit, Siteworks for revit等插件的出现，风景园林参数化设计的平台将会逐渐完善。

2）作为方法的参数化设计

参数化不仅是一种技术，更重要的是它所蕴含的开放的、由下至上、逻辑的参数关联、可检验和可回馈的设计成果、非预设立场的过程化和系统论的设计思想，它不同于传统设计方法的片段性、预设立场与主观价值，它探讨的，是设计对象自身及其所处环境的内在秩序，将来源于分析阶段及项目本身的需求产生的多个参数进行选择和组合，寻找联结各个参数的逻辑联系，进而建立各种参数之间的关联约束的逻辑关系，从而使隐含在表象背后的复杂关系和空间秩序客观显影和理性关联，并构建出系统架构的逻辑模型，并通过关键参数的调控，以构筑更加和谐、健康、优美且功能完善的空间秩序。因此，它实质上是一个重要的设计方法的革命。

以流程分类，参数化设计方法可以分成两大类型，即由局部至整体和由整体至局部。前者强调建构局部参数，由局部参数的逻辑关联最终推导出整体结构，并转换为空间关系，最终构成设计成果，在此过程中，整体结构通常是非预设的，或不可预知的，其整体结构是由大量看似无关的局部逻辑组合而成，以参数化方法研究生态环境的演变，常用此类方法。后者则利用全局参数对整体进行控制，并通过不同的逻辑细分方式来构筑底层结构。在设计时，可根据需要选择何种类型，也可混合使用。

国内外都已有风景园林参数化设计的研究。英国建筑联盟建筑学院（AA）建立了一套指数化模型（Indexical Models）—敏感系统（Sensitive Systems）—网络城市主义（Network Urbanism）—自我实现（Actualisation）的设计方法，通过具有自组织能力的基本结构在科学分析得出的索引图解中变形重构，综合运用了从局部至整体和从整体至局部两种参数化设计流程，构建起从大区域空间结构到小尺度景观措施的完整策略。这套设计理论和方法完全建立于计算机分析分析、数字化算法生成及参数化建模的基础之上（图03）。但这种设计方法目前仍停留在研究的层面上，其在具体实践中的应用价值还有待观察。

同济大学建筑与城市规划学院池志炜等人探讨了景观参数化设计的基本概念，提出了景观参数化设计的基本体系框架和参数构成类型，并采用矩阵表的形式建构出参数组合规则，最终由规则生成多种方案以供优化和选择。在参数化设计应用于中小尺度景观设计中做出了有价值的探索[2]。

同时也必须指出，参数化设计并非是一剂放之四海皆准的万能灵药。参数化设计在风景园林规划设计的实践应用，尚处于起步阶段，且多偏于参数化建模的技术层面，而未能真正建构起参数化设计思想贯穿始终的设计方法。目前多数所谓参数化设计的案例，其实质不过是利用参数化建模软件根据几个参数来生成某些特殊的形式或表皮，参数的选择往往没有经过验证，生成的形式也几乎与场地的内在逻辑毫无关联。

从理论和实践层面上看，风景园林规划设计的过程不可能完全被参数化，许多要素尤其是社会、文化、审美等既无法转化为参数，也不可能针对一个项目构筑起一个全局逻辑。大量的数据如果都被转化成控制参数，既无必要，也只能使设计过程沦为不可知。因此，如何根据设计的需求优选影响因子，如何选择全局参数和局部参数，如何设定关联与逻辑规则，是参数化设计过程的一个关键环节，也是决定参数化设计的合理性的成败关键。此外，参数化设计过程得出的，通常是多个由关联参数推导而出的可能结果，其最终的场地适应性，依然需要设计者进行优化抉择。

（4）计算机辅助绘图（Computer Aided Drawing）

计算机辅助绘图目前已在行业内普遍应用，本文不做详述。它包含两大类型的软件平台，一类是Sketchup, Rhino16等三维辅助绘图软件，均具备功能强大的三维建模能力。与参数化建模软件不同的是，这些软件本身不具备参数化的建模方法，因此无法利用参数进行实时控制，且几何模型一般不具备特定的对象信息。另一类以Autocad为核心包括本土化的插件如天正建筑、天正规划景观等，它们的主要功能是二维方案绘图、设计详图及施工图详图，是绘制方案深化及施工指导图纸的必备工具。

2.2.2 数字设计媒介与信息化管理谱系（Computer Aided Design）

数字设计媒介与信息化管理谱系是设计信息在数字化平台上进行网络化综合化管理及以数字化传递媒介的合集。它包含了5个子集：

（1）设计图解（Diagrams）：

上游平台完成方案信息模型或相关方案图纸后，需通过的图解方式传递信息至业主，进入评审阶段，清晰准确美观的设计图解能够传达完整的设计信息，左右方案的成败。绘制设计图解的软件包括Photoshop,Painter,ILLustrator，Indesign等常用的二维绘图软件,以及PowerPoint等简报软件。数据可视化（Data Visualization）是设计图解的新方法。通过数据可视化软件或编制脚本语言，数据统计信息转化为形象美观清晰易读的图解。常用的软件有Tableau,Eye-sys等（图04）。

（2）效果图与动画（Rendering and Animation），虚拟现实(Virtual Reality)：

绘制效果图与动画，进行虚拟现实演示的过程实际是对方案进行拟真化研究的过程，由规划设计单位自身完成这项工作，将有助于方案的深入理解，发现方案中存在的问题。随着软件功能的强大和智能化，Vue等软件可以生成真实的自然环境和植物生态群落，Sketchup结合渲染插件，3dsmax结合三维植物模型库，Lumion虚拟现实软件，设计师已经可以快速得绘制逼真的效果图和动画，并输出虚拟现实演示文件。结合三维投影和虚拟现实追踪设备，设计者和业主可以在拟真的三维空间中研究设计方案。

（3）协同设计(Cooperative Work):

协同设计是网络时代规划设计的运作方式。设计师在封闭的环境中进行工作，信息无法即时准确得传递，导致如设计方案缺乏群体智慧，工种配合不畅，图纸无法同步修改等种种问题，这是计算机辅助绘图时代的严重缺陷。基于网络平台的协同设计，将提供即时的多专业信息交换，数字图纸跟随信息模型同步更改，无纸化信息管理；在未来，复杂的运算将由远程大规模计算机集群进行云计算，个人计算机成为信息的输入输出端；个人手持数据调研设备和平板电脑使移动办公和数据无线传递成为可能。虚拟建造管理可以在计算机中预演和管理项目建设的全生命周期过程，及时发现项目漏洞，进行建造流程管理。

（4）信息输入及输出（Information Input and Output）:

数字化规划设计的全部过程均建立在数字信息的流动之上。所有模拟信息均应被转化为数字信息。三维扫描等逆向工程可以将建筑物、地形等扫描为点云，在软件中重构为三维模型。而一旦方案形成信息模型，也可利用三维打印、激光切割，数控机床、四维机械臂等设备，输出实体模型，甚至可进行等尺度的数字化建造。

2.2.3 风景园林数字信息模型（Building Information Modelling）

BIM是Building information model(建筑信息模型)的缩写。它是由Autodesk公司提出概念并制定通用标准，并迅速在建筑行业得到了全面推广17。BIM指一个具有单一的、完整的、逻辑的建筑信息数据库为核心的建筑信息模型。这个信息模型容纳了建筑从设计到建造全生命周期的全过程信息。BIM将极大地优化设计、建造的效率，降低成本。由于具有单一的全信息数据库，所有的设计、材料、数据统计、造价、建造指导都可以可视化的呈现，并实时检测可能存在的错误，任何修改都将导致全局性的信息变化，无需人工的检索和繁琐的修订。

BIM实际上是一个庞大的系统解决方案，而并非是指某个设计方法或设计软件，它几乎囊括了数字时代所有的设计和建造的理念与技术，贯穿于建造项目的全生命周期过程，数字化规划设计只是BIM的一个环节，BIM中包含了参数化思想和技术，利用BIM软件，可以进行数字化分析，参数化建模、设计图解、进行多团队多工种协同设计，输出效果图与动画，输出施工指导图纸，碰撞检测，错误校验，也可以对施工过程进行模拟和管理。

风景园林数字信息模型的发展，目前尚处于萌芽阶段。风景园林数字信息模型的研究，当前需解决几个基本问题18：

（1）名称：有研究者认为风景园林数字信息模型的英文名称应为Landscape Information Modelling(LIM)，以示与建筑信息模型有所区别。但BIM中的B,即Building在英文中也有建造物的含义，直译为建筑其意偏窄。Autodesk在提出BIM概念时，意在包含所有的人工建造物的信息模型。实际上，脱离环境信息的BIM,将是不完整的，也与它的基本理念相违。因此，本文认为不必另辟门户建立所谓LIM，而应统一在BIM之下，也有利于与相关专业的对接和标准的制定。

（2）信息：BIM的核心是信息模型，目前的信息标准和模型族库均为建筑行业制定。根据风景园林的基本要素信息，如地形、水域、植物、铺装、构筑物及配合专业的要求，向BIM中增加风景园林的信息内涵，并集成在核心数据库中，是目前急需进行的工作。

（3）平台：当前基于BIM的软件包括Revit, Archicad和Digital Project均为建筑行业软件，不完全符合风景园林的行业需求。美国Eagle point公司为Revit推出了Landcadd for revit, Siteworks for revit插件包，前者主要是植物模块，后者是地形与道路模块，使Revit建立风景园林元素的功能有所完善。但总体上，平台的缺陷会导致风景园林数字信息模型发展的停滞不前。

（4）应用：风景园林行业有无必要使用BIM？这个问题目前尚有争议。因为风景园林的功能、专业构成、建造难度都要比建筑简单，小尺度景观使用BIM,既增加了设计成本周期，又不能充分发挥BIM的优势。大尺度景观用BIM目前还存在很多问题，如能将GIS作为大尺度风景园林规划的BIM平台，将能有效弥补当前平台的缺陷。BIM最可能应用于功能复杂、尺度较大或与建筑结合紧密的风景园林项目（图05）。

3 风景园林数字化规划设计流程图解

风景园林数字化规划设计涉及的概念繁多，谱系复杂，软件众多，尚不成熟的软件平台又常因格式不通而导致兼容性问题，各个构成部分又未能协调发展，旧有的流程尚未彻底消化，新的理念方法又层出不尽，使人无所适从，也给学习和掌握这些方法和技术带来了许多困难。

前文所述的概念谱系，涉及了诸多的数字化规划设计方法和技术，每种方法和技术都有当前常用的软件平台。为了更清晰得展现风景园林数字化规划设计的流程与运作模式，需要一个具有实用和拓展意义的风景园林数字化规划设计流程图，作为开展数字化规划设计实践的参考。

在概念谱系的基础上，根据规划设计时间轴的先后，以常用软件的组合序列为核心，模块化得整理出了风景园林数字化规划设计流程图解（图06）。将数字化规划设计时间轴分为6个环节：现状信息输入，数字化设计分析，计算机生成设计及参数化设计，数字化设计评价，计算机辅助绘图及数字化设计媒介。将数字化规划设计方法及主要软件平台根据其在时间轴上的位置及各自不同的功能进行分类，各模块的色系与谱系图对应，以标示其在概念谱系中的相应定位。不同色彩的箭头标识出软件平台间数据流流向和主要的交互格式，以方便读者查询。

从图中可以看出，以Rhino+Grasshopper和Revit作为当前参数化设计部分的核心，它们组织起前期的主要的数据流，评价环节的优化信息亦回流至这两个核心以修改信息模型，并向计算机辅助绘图环节导出几何模型以供二维化和输出设计媒介。Rhino的几何建模功能及高兼容性的输入输出功能，使它可以作为建模平台和通用几何数据交换平台，Grasshopper为Rhino增加了图形参数化建模功能，计算机算法生成的几何模型，通常也会在Rhino中进行进一步处理。Houdini和Maya具有强大曲面、粒子建模功能，又具有动力学模块，可以作为建立有机形态，模拟群体运动和动态找形的辅助工具。

Revit是目前最普及的BIM平台，未来的风景园林信息模型可能需要在它的基础上发展。

Sketchup和Autocad作为计算机辅助绘图环节的核心。在现阶段的详细设计和施工图纸，依然只能主要依靠Autocad绘制。Dwg格式也是最常用的数据交换格式。

GIS作为相对独立的软件平台，与Civil3d和Autocad结合，承担大尺度的风景园林数字规划的作用，并可构成整个数字化规划设计的数据管理中心。

需要注意的是，并非一个规划设计项目，均需经过所有的流程环节。应根据项目的特点和需求，选择合适的数字规划设计流程。

本图根据作者本人研究和实践总结，它包含了风景园林数字化规划设计中目前最主要的软件及主要的交互方式。但本流程图并非是唯一的、确定的数字化规划设计流程图，它也并非具有普适性。实际上，当前存在着多种数字化规划设计的途径，每个设计者，都可能总结出适合于自身的数字规划设计模式。由于数字化规划设计正处于高速发展的阶段，本图也不可能对未来的数字化设计图景做出准确的预测。因此，本流程图仅供业内人士参考，希翼由此引发更加深入的思考和探讨，从而将风景园林数字化规划设计推向普及和深化。

4 局限与思考

数字化规划设计新的理论、新的技术不断产生，与任何新事物一样，它既有先进之处，但对其的质疑和反思也从未停息，尤其是在计算机生成设计和参数化设计领域。

数字化设计的前提是设计对象都应当也只能转换为数字(0和1)，才可能被准确量化和作为信息流动。但是必须看到，风景园林的规划设计过程，存在着大量不可数字化的要素。在现阶段，尽管计算机已经具备了一定的智能运算能力，但在可以预见的未来里，它依然不可能代替人脑，任何多样的参数和复杂的算法，也无法全部容纳风景园林的所有元素和特征，无法计算出完全适合于人的使用行为的设计。计算机只能辅助设计者根据现有的条件进行尽可能客观合理的分析推断，并获得符合这些条件的可能结果，而最终的优化与优选，依然掌握着设计者的手中。忽视人的主观能动性在设计过程中的决定性作用，只能导致数字化设计的僵化和机械。

计算机数字化规划设计，需要避免一种常见的误解，认为它们就是为了产生一种新的炫目的形式。许多人以为通过输入参数和编制算法，就能产生出各种所谓“数字理性”控制下的奇异形态，甚至直接就能生成最终的设计成果。来自数学领域的“非线性”（Non-linearity）一词曾经兴盛一时，建筑学引入“非线性”概念,并将其与法国哲学家吉尔·德勒兹的“褶子”“平滑”等哲学概念结合，创造出所谓的非线性设计，认为非线性设计将产生出一种连续流动的内外无差异的空间形态。由于非线性设计本身语义的模糊性，它一度甚至被拓展至包括参数化设计和生成设计在内的更加广义的概念，使人误以为数字化设计的目的就是为了生成流动的曲面形态。在此类模糊概念和错误理解下引导下，所谓数字设计产生的数字美学已经呈现出惊人的相似性，奇异的曲面形态加上复杂变化的表皮，消解了地域性的文化差异和建构手法，变成了一种数字时代的陈词滥调。

数字化规划设计，究其所以，并非为了产生某种新的形式，而是为了建构一个更加科学客观逻辑严密的设计方法。由于参数自身的连续变动的特点，数字化设计方法比较容易产生及操作流线型的几何形态或复杂的构造或表皮肌理，但它们只是设计过程产生的结果而非目的，它们必须服从并符合设计项目本身的需求。只有正确理解数字化技术，设计主体能动之间的本质关系，才能使数字化设计不至于“成为机器智能控制下的片面技术游戏”[3]。

注释：

①严格意义上，BIM概念（建筑信息模型）不仅包含了规划设计的流程，也包含了施工建造与后期运营管理的过程。

②“智慧地球”（Smart Planet）概念由IBM最早于2008年提出，认为应建立一个感知化、互联化和智能化的世界，以更合理得利用地球资源、建立更实时高效的管理机制，更快捷的信息共享与优化利用。这个概念在2009年成为美国国家战略，由此衍生出的“智慧城市”在许多国家包括中国正产生积极的呼应。

③有关风景园林规划设计数字策略内涵与意义的相关内容，参见:蔡凌豪.风景园林规划设计数字策略论[J].中国园林, 2012,(1):14-19.

④本概念谱系涉及的内容，综合自诸多行业标准、研究文献以及作者个人的研究与实践，无法一一列举所有参考文献，谨此致歉。

⑤Netlogo是一个多主体建模仿真集成环境，由美国西北大学连接学习与计算机建模中心（CCL）开发。它可以模拟微观个体的行为和宏观模式的涌现及其两者之间的联系，也用于模拟自然和社会现象,特别适合于模拟随时间发展的复杂系统。参考：http://ccl.northwestern.edu/netlogo/。

⑥伦敦大学学院比尔·希列尔(Bill Hiller)等人认为城市和建筑空间的组构存在着拓扑学关系，从而发展了空间句法理论；空间句法理论亦可用于风景园林空间分析。参考：www.spacesyntax.com。

⑦“涌现（Swarm）”理论的主要奠基人约翰.霍兰德（John Henry HOLLAND）在《涌现：从混沌到秩序》一书中这样描述“涌现”现象，“在复杂的自适应系统中，‘涌现’现象俯拾皆是：蚂蚁社群、神经网络、免疫系统、互联网乃至世界经济等。但凡一个过程的整体的行为远比构成它的部分复杂，皆可称为‘涌现’。”通常说来，“涌现”指一个系统中个体间预设的简单互动行为所造就的无法预知的复杂样态的现象。

⑧ 磁力线是多个正负极之间发生作用力的轨迹曲线。场是由磁力线组成的场域。由于能够跟随磁极的参数变化而产生优美、动态的曲线集合，因此可以被用于规划设计中去。

⑨来源于统计学和经济学领域，由于曲线具有的统计学含义，也被用于参数控制下的计算几何。

⑩数学中连接各边表面积最小的曲面，具有明显的建筑结构合理性和经济性。

11计算点云之间的中垂线或中垂面，并组合成的空间形态，又被称为Voronoi Diagram,如水立方的表皮即用这种方法计算形成。

12 通过定义一个群体中个体的行为规则，如根据相邻个体生存状态及其自身出生和死亡的简单规则，通过迭代计算最终产生复杂的群体分布。

13形式语法是元胞自动机的复杂化模型，它研究三维空间中多个单元几何体之间的组合规则。

14研究个体组成的复杂群体活动，如鸟群、蚁群。这些个体也可能具有动态学习发展的行为规则以模拟真实世界的个体。

15Dynamo是Revit的图形化参数工具，目前尚处于开发测试阶段。

16 Rhino的插件Grasshopper使其具备了参数化功能。

17住房和城乡建设部《关于印发2012年工程建设标准规范制订修订计划的通知》（建标[2012]5号）已将《建筑工程设计信息模型交付标准》、《建筑工程设计信息模型分类和编码标准》列入制定计划。

18由于篇幅所限，本文只能简要论述，拟另文专项讨论风景园林信息模型。

19图片来源：图03和04源自http://landscapeurbanism.aaschool.ac.uk/，其它为作者自绘。

 

参考文献：

[1]徐卫国.参数化设计与算法生形[J].世界建筑, 2011,(6):110-111.

[2]池志炜,谌洁,张德顺.参数化设计的应用进展及其对景观设计的启示[J].中国园林,2012,(10):40-45.

[3]尼尔·里奇，袁烽.建筑数字化编程[M].上海:同济大学出版社,2012.

 

作者简介：

蔡凌豪/1976年生/清华大学建筑学院博士生/北京林业大学园林学院讲师（北京 100083）