模块化视角下观赏草配置设计数字信息系统构建

贾刘耀 / JIA Liu-yao 赖文波* / LAI Wen-bo 杜春兰 / DU Chun-lan   2017-05-29 00:18:38

摘要:观赏草是中国新兴的一种园林植物材料,现阶段缺乏科学的配置设计手段。通过对彼特·奥多夫设计的优秀案例进行研究总结,提出观赏草模块化种植设计的方法。基于观赏草景观的特殊性和数字化技术的发展,结合南京九都荟·沁园项目的观赏草模块化配置实践,构建由数据库、筛选器、评价平台和动态管理平台四部分构成的观赏草配置数字信息系统,旨在为今后的观赏草配置设计提供参考。

关键词:风景园林;观赏草;配置设计;模块化;数字信息系统

文章编号:1000-6664(2017)03-0119-06

中图分类号:TU 986 文献标志码:A

收稿日期:2015-12-27; 修回日期:2016-10-15

基金项目:国家自然科学基金项目(编号51578085)、中国博士后科学基金第56批面上1等(编号2014M560705)和教育部人文社科青年基金项目(编号15YJCZH076)共同资助

Abstract: Ornamental grass is a booming garden plant material which lacks scientific configuration design method at present. By summarizing the successful case of Peter Oudolf, the authors proposed a modularization design method. Based on the particularity of ornamental grass and the development of digital technology and combined with modular configuration practice of Jiuduhui Qinyuan in Nanjing, the authors build a digital information system made up by four parts, the database, filters, evaluation platform and dynamic management platform. This digital information system is designed to provide a reference for the configuration of ornamental grasses in the future.

Key words: landscape architecture; ornamental grass; plant configuration; modularity; digital information system

观赏草(Ornamental grass)是一类形态美丽、色彩丰富、以茎干和叶丛为主要观赏部位的草本植物的统称[1],其景观配置效果主要考量节奏与韵律、色彩和质感搭配等。现行的观赏草配置设计主要依托设计师自身在学习实践中所掌握的林学及园艺学知识,不仅受设计师自身设计水平、知识丰度的制约,还存在着可视化程度低、无动态模拟、设计与管护脱节等问题,导致设计过程耗时费力、设计效果存在较大偶然性等问题。因此,亟须对成熟的观赏草配置设计方案进行总结,并对数字化时代下的观赏草配置设计进行探索。

1 观赏草景观模块化1.1 观赏草模块化配置设计案例

荷兰园艺家彼特·奥多夫(Piet Oudolf)运用观赏草材料进行了大量园林实践,如高线公园(High Line Park)、卢瑞花园(Lurie Garden)、Ichtushof花园等,形成了独特的观赏草景观设计方式:强调时间在景观形成中的作用,以约70%的基底性植物保持多季节的景观视觉结构,剩余约30%的点景植物以穿插、前缀的方式形成某个季节特殊的观赏植物景观[2]。通过对奥多夫种植设计的研究,笔者发现其观赏草配置设计的方式是由多种植物种类混合形成种植单元,并通过单元的复制、变形与组合形成整体的配置平面。如,在Ichtushof花园场地的种植设计中,奥多夫以海葵、天竺葵、鼠尾草、水甘草、凌风草作为基底植物,紫菀、紫茎泽兰、发草等为点景植物进行穿插点缀形成尺度为6m×3m的种植单元,种植模块内的基底植物保持一致,通过调整点景植物的位置形成单元变体,最终整合成整体种植平面(图1)。

高线公园28—29街的区域种植设计中,奥多夫组织了3种不同的观赏草种植单元,以体现28街区通行段、29街区通行段和休憩平台段的观赏草景观的差异性(图2)。通过单元的变形复制形成同一段内的植物配置设计,再将不同的段落组合形成整个植物景观系统。

1.2 观赏草模块化配置设计

模块的概念最早作为机械设计中的技术术语出现,并由经济学家完善。现公认的“模块”概念由著名经济学学者青木昌彦提出:半自律性的子系统,通过和其他同样的子系统按照一定的规则相互联系而构成的更加复杂的系统或者过程[3]。金.B.克拉克(Kim B. Clack)对“模块化”的定义为:模块化是一种特殊的设计结构,其中参数和任务结构在单元(模块)内是相互依赖的,而在单元(模块)间是相互独立[4]。针对观赏草的模块化配置设计是将具有景观功能的半自律性的观赏草种植单元进行复制、变形和组合而形成整体观赏草景观系统的过程,观赏草配置模块具有系统性、独立性、典型性、功能性的特点。奥多夫进行观赏草配置设计的方式实质上是模块化设计思维下的产物。图1 Ichtushof花园种植平面图及模块单元(作者改绘,平面图引自http://oudolf.com/)2 观赏草配置模块设计数字信息系统2.1 数字化技术基础

数字化技术的发展提供了在设计期即对风景园林的过程进行模拟及可视化的工具,弥合了传统观赏草配置设计在技术手段上的缺陷,主要作用为以下5个方面。

1)数字化信息采集。

数字化信息采集与管理为观赏草数字化配置提供定量的场地条件。利用3S技术对场地地形、日照条件、土壤条件等因素进行科学定量分析的技术应用已十分成熟。

2)数字化信息检索。

数字化信息检索是进行观赏草数字化配置的必要途径。本研究以中国在线植物志(http://frps. eflora.cn/)、中国植物物种信息数据库(http:// www.swplant.csdb.cn/eflora/Default.aspx)及英国皇家艺术协会的植物专栏(http://www.rhs. org.uk/Plants/)为基础信息的主要来源。在这3个网站上对植物名称进行索引,得到植物的观赏特性、生理特性及栽培应用等信息。

3)数字化模型。

用虚拟模型支持观赏草数字化配置效果的可视化。利用Lumion等软件对某一时间节点的建成效果进行可视化呈现,甚至可以采用PlantFactory结合3D Max、Maya、Cinema 4D等软件模拟场地内植物景观的生长与更新等动态变化;并利用GIF等技术生动展现观赏草季相变化。

图2 High Line Park W 28th ST. to W 29th ST. 平面分段模块分析(作者改绘,平面图引自http://oudolf.com/)

4)数字化信息存储与管理。

数字化信息存储与管理技术是观赏草数字化配置信息的承载技术。检索得到的有效信息通过数字化存储与管理进行调用。同时,配置成果的传输和展示也依赖该技术来实现。

5)数字化信息分析。

数字化信息分析技术为景观设计效果的分析评价与交付后的养护工作提供依据。利用Access、Excel等数据信息整理软件对观赏草配置情况进行录入,将设计图纸导入Rhino中,利用Grasshopper等插件提取录入信息,分析景观变化的丰富度,并制订合适的管护计划。

2.2 观赏草配置模块设计数字信息系统

计算机语言通过对象中封装变量及相应的方法实现了模块化和信息隐藏,其逻辑决定着数字化信息系统尤为适用于模块化设计方式。因此,构建模块化视角下观赏草配置设计数字信息系统,具有极大的现实意义和应用前景。

观赏草配置模块设计数字信息系统由观赏草数据库、配置筛选器、评价平台、动态管理平台四部分构成。利用Microsoft Office系列中的Access软件对数据信息进行整理以建立数据库,利用Excel软件进行查询、筛选、评价及管理。这2项软件均可在平板电脑、智能手机等移动终端中进行无差别使用,各数据库可通过互联网进行上传和下载,实时更新、信息共享。数字信息系统可以适应不同类型的设计需求,在大尺度设计的配置应用中,观赏草模块可替代草种作为信息的基本单元进行系统运作(图3)。本文第3章节将以沁园项目为例,对数字信息系统运作流程及各组成部分进行具体说明。

2.2.1 观赏草数据库

1)数据库建立。

借助Access软件建立数据库,建库时须考虑具体应用需求,因为数据库的优劣主要取决于信息栏目的选择。植物的拉丁文名、中文名、别称、科属种等植物学信息采用中国在线植物志的分栏录入方式直接录入。针对观赏草配置的实际需求,数据库中须录入外观形态、生物习性、园林应用、工程造价和适用模块5个方面的分类信息(表1)。

( 1 )外观形态:依据单株观赏草的形态特征,建立数据库分栏,如株高、根系深度、主要观赏部位、叶型、叶色、花型、花色、果色等。其中,株高记录成熟观赏草植株高度范围,分为高型(1.8~4.5m)、中高型(0.9~1.8m)、矮型(0.6~0.9m)和低矮型(低于0.6m);植株形态分为:穗状、簇生状、直立型、分支直立型、弓状直立型、拱型6种[5];质感主要分为:细密柔软、柔软、革质、肉质4种类型;主要观赏部位以叶、花(花序)、果组合进行描述; 并记录花色、叶色等相关信息。

(2)生物习性:生物习性主要记录观赏草的生命周期及对温度、光照、水分、土壤等条件的适应能力等信息。生命周期记录观赏草返青期、花期、果期、衰败期等重要时间节点。对观赏草抗逆性的信息记录则较为复杂:以“耐寒、中性、耐高温”区分观赏草对温度变化的适应能力;以“喜光、半阴、喜阴”记录观赏草对光照强度的需求;以“耐涝、中性、耐旱”记录观赏草对水分条件的适应能力;以“沙质土、黏质土和壤土”记录观赏草适种土壤的土质类型;并记录观赏草土壤酸碱条件的耐受情况。

(3)园林应用:观赏草的应用一般遵循因地制宜原则和美学原则。因而,在应用方式一栏中设置常用配置方式、生态安全性、活动安全性、环境净化功能、固坡能力及作物价值分项。常用配置方式分为:地被覆盖型、镶边成序型、孤植丛植点缀型、片植成景型和群植屏障型;生态安全性用于记录观赏草是否会因种间优势对生物多样性造成损害;活动安全性记录观赏草是否具有毒性,有无过于锋利的叶片或芒刺等;以上2项均用“是否型”选项进行记录;环境净化功能用文字进行记录,用作特殊设计要求的选种;固坡能力记录观赏草在斜坡绿化中的应用能力;药用价值则为观赏草在园艺疗法中的应用提供参考。

(4)工程造价:主要收录单位覆盖面积内的单株草种价格、单方造价、管护费用及管护频率等信息,并随市场时价变更,以期通过建立简单的函数关系,为后期造价的估算提供便利。

(5)适用模块:收录成熟应用模块的信息,如其他草种类型、配置比例等。

2)数据库管理。

数据库是一个开放的系统,仅需极少的维护。由于Microsoft Office系列软件具有普及性和易操作性,其使用者同时可以成为管理者(图4)。数据库的使用者可以方便地进行信息的补录,形成具有个人特色的数据库系统,并通过互联网进行分享以丰富数据库内容。一定的管护时间后,维护方可以筛选合格的新库信息对源数据库进行补充。针对不同的需求,母数据库中的信息记录还可以进行删减和筛选,建立专类子数据库,如高型观赏草数据库、水景观赏草数据库、护坡观赏草数据库等,供使用者下载。

2.2.2 观赏草配置筛选器

数据库录入的信息分类是筛选程序中筛选条件设置的先决条件。利用Arc GIS与Auto CAD软件进行地形、日照、土壤条件等影响观赏草配置的因素的专项分析,并将结果作为筛选依据。选用Excel软件中的透视表模块与切片器组建筛选程序[6]。在进行观赏草配置过程中的选种步骤时,设计师须依据场地分析成果与具体设计需求,对筛选条件进行组合与选择,以迅速得到筛选结果。如在进行雨水花园区域观赏草配置时,首先在生长习性栏目的水分条件中选取“耐涝”选项,而后结合径流的驳岸坡度、土质情况,选择是否具有固坡能力、环境净化功能、土壤类型等条件,最后根据景观配置需求针对性地选取外观形态等相应条件(图5)。需要注意的是,具有特殊功能的场地在进行配置筛选时的特殊需求,如对儿童活动场地进行配置时,必须满足应用方式选项中活动安全性的要求。

筛选器的应用不仅能使设计师更为迅速、准确地得到目标观赏草种及其常用配置模块,还提供了对筛选结果进行编码重组的功能[7],形成多样的模块变体的条件。

2.2.3 数字化评价平台

针对观赏草配置具体方案,CAD图纸记录草种配置的空间分布信息,而Excel数据库包含每一草种的具体信息,将CAD图纸导入犀牛软件中,通过grasshopper插件将种植设计图纸与Excel数据库中的相应信息关联,以可视化图表的方式呈现量化分析成果。通过不同的图表类型组合,得到目标分析成果,如基本配置情况、季相丰富度分析、造价及管护成本预算等。

2.2.4 动态管理平台

传统的景观设计方案交付后,管护方与设计方的脱节导致多数场地存在植物管护不力的问题,忽视了风景园林种植设计中时间的重要性。数字化的配置设计,可以为管理方的长期管护提供依据。设计交付后,由设计方向管理方移交相应场地的植物配置信息,管理方可运用设计方提供的数据库进行及时的数据更新,并获取管护时间节点、管护种类、管护方式等重要信息,大大降低了管护成本与效率。

图3 观赏草配置数字信息系统

图4 数据库系统管理运营流程图

图5 筛选器示例图6 琳琅花园模块选种及模块简图3 观赏草配置设计数字信息系统应用实例

笔者曾参与“低成本低维护种植技术”研发专项中南京“九都荟·沁园”分项研究及设计工作。设计小组希望通过观赏草景观材料的运用,在高度城市化用地条件下营造具有自然风貌的小区中心景观,以四时五感的丰富变化,重建小区业主与自然间的联系纽带。

3.1 项目概况

项目位于南京市城市中心区某现代高档住宅区中心,面积601.9m2,其中种植面积达334.8m2,具有形象展示、交通转换和满足活动三重功能。场地冬季风向以东北风为主;根据日照分析成果,场地分为阴影区、半阴区与光照区,为相应的植物规划选种提供依据。针对场地综合现状,设计小组提出了相应策略。

背景区:设置常绿树篱抵挡寒风,并为场地提供稳定的绿色背景;阴影区:碧沁花园,选用以叶为主要观赏对象的观赏草,辅以耐半阴的花卉穿插表现,整体基调素雅,给人以平和、安宁的视感;半阴区:雨水花园,结合场地高差处理,选用喜湿、喜阴、大肌理的观赏草种类营造雨水花园,汇集场地内的雨水并自然下渗;光照区:琳琅花园,选用花色多样的喜阳、蜜源观赏草种类,展现自然的生机与活力。

3.2 模块化配置设计

观赏草供应商提供南京地区宜种植且具有良好表现能力的观赏草合计40种,供设计团队使用。设计团队对苗源观赏草种的景观表现能力、生物习性进行了研究整理,建立相应数据库。根据对比统一、四时有景、经济适用的原则遴选出所需的观赏草种类,并针对每个区域的景观表现需求,设计基本种植模块。以琳琅花园设计为例,首先选取大量的开花观赏草作为植物材料,考量观赏草的高度、色彩和形态特征后选择模块前景种:多花筋骨草、八宝景天;点缀种:迷迭香、大滨菊、蜀葵、蓝冰柏;基调种:墨西哥羽毛草、千鸟花、飞燕草、狼尾草、紫松果菊、荆芥、细叶芒、柳叶马鞭草。模块以3m×4.5m为基本模数,团状种植喜阳植物,观赏期氛围活跃,适宜近距离感受。替换模块中点缀种、基调种的种类及位置,形成A1、A2、A3共3种模块变体,并由相同的基调种进行变体间的过渡(图6)。准确绘制四季立面效果图,对设计进行调整,形成最终设计平面图。

3.3 数字化评价平台

通过对观赏草配置设计方案的基本配置情况、季相景观丰富度分析、造价及管护成本预算的数字化分析,对比方案间的配置效果差异,并对观赏草配置设计方案评价体系中生态适宜度、空间营造、视觉审美、季相丰富度和造价及管护成本5个子项的打分进行指导,每项以10分为满分,得分越高表明评估结果越好。多方案间通常以雷达图的方式进行对比研究,耦合度最佳的方案即为最优方案。

1)基本配置情况。

统计各类草种所占比例与应用面积。以株高为条件进行分类,评估观赏草的整体层次效果。以不同配置方式为条件进行分类,得到该地块总体植物配置功能效果。植株高度分布图显示观赏草营造的空间层次变化,并进一步分析4种高度类型的观赏草比例。针对单独的场地,将成果与前期分析成果进行比对,评估观赏草配置的生态适宜度与空间营造的情况。

2)季相景观丰富度分析。

观赏草的季相变化是其成景的一大特质,其变化不仅体现在植物生命周期中的形体发育过程中,还体现在四季色彩变化中。依据设计方案的草种配置情况,统计得出场地内植株返青期、花期、果期、衰败期的分布情况,以花期分布图和各季色彩分布图评估一年四季整体的景象变化。针对某一时间节点,可以得到场地内观赏草叶色、花色、果色的种类及色彩分布情况,更直观地评判出各方案的季相景观丰富度方面的差异。

3)造价及管护成本预算。

结合设计方案中的种植密度、种植面积与基础数据库中的植物单价、管护价格、管护频率等信息,迅速估算出观赏草配置方案的造价。此信息还可用于网上比价,并根据市场变化进行实时更新。通过Excel软件中数学函数的设定联系观赏草生命周期与养护费用信息,可对观赏草管护周期内的年均费用进行估算。预算平台使设计师得以在设计期即对方案成本进行管控,有助于及时对溢价方案进行草种比例的调整。

3.4 数字化动态管理平台

设计交付后,由设计方向管理方移交相应场地的植物配置信息,管理方可运用设计方提供的数据库进行及时的数据更新,并获取管护时间节点、管护种类、管护方式等重要信息,大大降低了管护成本与效率。对模块内生长势差,景观表现不佳的草种选择适宜的草种进行替换,如模块整体表现不佳,则考虑更换模块。

4 结语

本研究是在模块化视角下对以观赏草配置设计数字信息系统构建及运作方式的尝试。以常用的软件技术构建庞杂的植物信息与设计目标结果之间的联系,设计师可以根据所设条件,迅速建立多种可行方案并对其进行定量评价,筛选出最优解。实际运用得出,观赏草配置设计数字信息系统在场地数字化分析情况下对植物筛选、可视化交流、方案分析与评价、后期管护等方面均具有突出的应用价值,并与观赏草的模块化配置设计方式互有助益。通过数字信息系统进行观赏草配置设计可以节省大量时间与精力,提高工作效率。研究过程中相关数字化软件的技术瓶颈成为主要掣肘,后续研究需要发掘数字信息系统的扁平化及与景观信息模型[8]其他环节的连接,以真正实现全面的智慧风景园林设计及施工应用。

注:文中图片除注明外,均由作者绘制。

致谢:感谢深圳奥雅设计股份有限公司唐炜女士在 “九都荟·沁园”项目中的指导及项目组成员周镇涛、Somphot Chamnongsat、刘明珠、龙冰的协助。

参考文献:

[1] 宋希强,钟云芳,张启翔.浅析观赏草在园林中的运用[J].中国园林,2004,20(3):32-36.

[2] Oudolf P, Kingsbury N. Planting: A New Perspective[M]. London,Portland: Timber Press, Inc, 2013.

[3] 青木昌彦,安藤晴彦,周国荣.模块时代:新产业结构的本质[M].北京:中国标准出版社,2000.

[4] (美)鲍德温,(美)克拉克,张传良.设计规则:模块化的力量[M].北京:中信出版社,2006.

[5] 张智,夏宜平.杭州城市绿地中的观赏草调查及其配置应用[J].中国园林,2014,24(12):15-20.

[6] 陈烨,袁岱婷.地带性园林植物数字化设计、分析与评价信息库研究[C]//数字景观:中国首届数字景观论坛.南京:东南大学出版社,2013.

[7] 王蔚,高青.参数化策略在集装箱建筑模块化设计中的应用研究[J].新建筑,2015(3):60-63.

[8] 赖文波,杜春兰,贾铠针,等.景观信息模型(LIM)框架构建研究:以重庆大学B校区三角地改造为例[J].中国园林,2015,31(7):26-30.

(编辑/李旻)

作者简介:

贾刘耀/1993年生/男/浙江金华人/重庆大学建筑城规学院风景园林专业在读博士研究生/研究方向为大地景观规划与生态修复(重庆 400044)

赖文波/1982年生/男/湖南浏阳人/博士/华南理工大学建筑学院副教授,硕士生导师/重庆大学城乡规划学博士后流动站在站博士后/研究方向为城市公共设计、数字景观设计与技术应用(广州 510641)

杜春兰/1965年生/女/重庆人/重庆大学建筑城规学院教授,博士生导师/研究方向为风景园林规划与设计/本刊编委(重庆 400044)

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