[沙龙报道] 数字景观与风景园林历史研究

2015年7月17日,由中国风景园林学会理论与历史专业委员会主办,风景园林新青年承办的QQ群沙龙第十七期成功举行。本期的主题是“数字景观与风景园林历史研究”,我们邀请了两位青年风景园林师:郭湧、包瑞清,与大家一同分享他们在利用数字化技术进行风景园林历史研究时的尝试与思考。在接下的自由讨论环节,大家表现出对本次主题的极大兴趣,积极踊跃的提问得到两位老师耐心细致的解答。此次沙龙活动吸引了众多的关注,总共有22位群成员和51位游客参与其中,也为我们上半年的活动画上了圆满的句号。

第一环节:主讲人发言

郭湧老师发言话题:风景园林信息模型技术辅助秦始皇陵“规画”研究

郭湧老师将过去两年中作为博士后,在清华大学武廷海教授的“秦始皇陵国家考古遗址公园规划”项目中做的初步工作与大家进行分享。清华大学武廷海教授在古城研究的二重证据法基础上发展了以“大地”为第三重证据的“三重证据法”研究方法,即“规画”研究的方法。在项目中,郭湧老师利用风景园林信息模型技术辅助规画研究,对秦陵地形进行了构建,初步尝试了以Autodesk civil3D,Infraworks和 Trimble SketchUp构成的风景园林信息模型工作流。

整个发言共分为三个部分,首先对风景园林信息模型进行了概述,接着以秦陵—问题—实验—成果的顺序详细介绍了以秦始皇陵为对象的风景园林信息模型的构建,最后,对风景园林信息模型构建提出了问题并作出展望。

第一部分:风景园林信息模型是什么?

一、定义

风景园林信息模型实际上是建筑信息模型即BIM技术对风景园林的一些条件和要素的一种应用。相较于建筑而言,它的对象有所区别,风景园林的对象主要是室外物理人工境域的物理特点,它是一种数字化的呈现。参照BIM的定义,这里有一点补充:LIM(Landscape Information Modeling)是关于特定场地的信息共享资源,是整个场地生命周期的数字化描述,强调的是生命周期特点和BIM一样具有典型的信息模型特征,曾有学者对信息模型总结出以下四个方面的特点。

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二、综述:

回顾信息模型技术在风景园林行业的产生与发展,开始的“千层饼”工作方式就是对风景园林信息以叠加方式的处理;然后有了景观模型的六个动态模拟过程;此后在欧洲有了一些技术上的发展,瑞士的ETH,从上世纪80、90年代开始就进行三维模型可视化辅助规划决策的研究,引领了现在该领域的一批学者,包括谢菲尔德大学的Lange教授,他的研究领域主要是用三维即时模型和浸入式设备辅助风景园林可视化的表现,今年五月份,他在德国的数字景观交流大会上用了全景式的应用与展现。哥伦比亚大学的Sheppard教授,主要进行了风景园林可视化模型与参与者心理层面的反馈,并借用此技术在风景园林的教育方面进行了多种尝试。

国内在上世纪80年代初,刘滨谊教授的利用信息数字化技术来判断风景区的可视性,辅助环境感受做出评价,这种工作方式及其成果在当时的国际领域都处于领先水平,是我们国内风景园林信息化技术发展的开端。由此可见风景园林数字化这个思路是随着风景园林的理论发展一直在探索变化的,并不是凭空突然出现的。

qq-salon-17-50三、理论

具体到风景园林信息模型的主题,我总结了3个LIM的应用框架:

1、面向设计的LIM。主要是在设计形成设计平面和三维结果的过程中纳入地理信息,在展示的时候也可能利用到google earth这样的平台,形成一个地理信息被纳入到设计过程里面的工作流。但是技术上有一些问题,即工作流不能做到无缝衔接,数据必须在各种平台间导入导出进行格式的变化;而且建模和展示的过程对于设计的反馈很有限。

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2、面向模拟的LIM。建模的技术方法在这里发生了变化,建模的六要素是哈佛大学Stephen Ervin提出来的。它是在地理信息的基础上添加设计内容,以六要素为目标形成这样一个模型,与前面的建模方式有很大的区别,前者是基于几何要素的一个建模,包括体面线等,而这个模型是基于信息的,由信息库驱动的,是一个没有冗余的持续的一个信息。在此基础上可以进行一个性能的模拟和分析。应用上来讲,设计者在建模的时候就可以形成三维信息模型,它的迭代和更新可以在信息库的支持下快速地形成,然后对它进行一个性能的检测和模拟,检测模拟的效果可以反馈给使用者,进而影响设计的流程,设计者可以对自己的设计进行一个评价然后反馈给设计本身,这个反馈是一种软性的反馈,由设计师及使用者决定是否对此过程进行采纳。也可以完全忽略这种反馈,完全按照设计需求来进行判断。这是一种新的建模方式,很多性能可以被模拟及评价。

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3、面向建造的LIM。与建造工程进行结合,这是瑞士的Peter Petschek教授提出的智慧造景的工作流。包括了数据的输入,不同方式的输出,利用现场测绘技术把现场数据输入建立数据化模型在设计过程中进行处理分析,输出方式可以是三维打印的模型输出,也可以是二维的图板打印输出,也可以结合三维机械控制系统进行一个机械化的施工输出,是指三维控制机械在工作部上加装传感器,可以接受来自GNSS的信息形成毫米级别的空间定位,直接打印到场地上来实行免放线的精细化施工,这种情况设计师的责任更重,因为后期施工图的绘制及施工现场等责任都迁移到了设计师的模型处理上来。

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这些应用模式都是靠一些应用平台即软件平台来实现的,这些软件平台目前主要有三大类别:建筑的BIM,土木工程的BIM,风景园林的BIM。目前专门针对风景园林的BIM平台非常少,相反建筑和土木工程的BIM平台有一二百种之多,所以风景园林很大程度上需要借用建筑和土木的BIM平台。

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四、意义

风景园林模型的建造目前看来有很多的必要性:

  • 提升技术水平
  • 影响行业形态
  • 拓展研究工具

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第二部分:BIM技术的具体应用,秦始皇陵的规划研究

一、秦陵概况

位于西安东部,临潼附近。北侧渭河,南侧骊山,骊山渭水之间大约60平方公里的范围是秦始皇的陵区,秦兵马俑只是整个陵区很小的一个组成部分。整个陵区有非常丰富的埋藏,尤其是以封土为中心的陵园部分,反映了秦代最高工程的体制,有丰富的文化内涵。

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二、问题

现场有一个很大的秦始皇陵公园,但其规划以及空间关系并没有反映出应有的大格局,导致人们在秦陵的认识上产生一些问题。我们当时基于秦始皇陵国家考古公园的项目产生了这个研究,根据调查以及规划过程对其规划目标进行了定义,其中最主要的就是展示陵园的空间结构,彰显陵园的文化价值。为了实现这个目标,产生了一个非常集中的问题,即我们该怎样认识秦始皇陵本身的规划思想与内容。落实到我的研究内容,即是如何使用信息模型技术来支持规划研究,去发现阐释秦始皇陵本身的内涵。

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三、实验

1、规划方法

武廷海老师提出的古代都邑的规划方法对秦始皇陵的研究应用在三个方面:

  • 考察它建设的历史建造过程和工序以及工程主持者对其的影响;
  • 还原其规划方法,怎么从相地开始到建成的过程;
  • 总结秦始皇陵的空间内涵。

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这个方法套用在秦始皇陵上可以得出结论:

  • 为什么选在骊山之阿
  • 怎么改善其水土条件,进行了很多工程建造
  • 确定轴线关系以及大体结构
  • 功能分区与尺度的确认
  • 总体规划方案的形成
  • 在陵园范围内进行管理和设计,形成现在的骊山园

我在此做的工作就是通过风景园林信息模型构建方法对大地进行考察,利用Autodesk Civil 3D、Infraworks、SketchUp形成一个风景园林信息构建的工作流,目的是为了模拟场地的情况。

  • 从开元地理云拿到了30m*30m的DEM模型,形成了一个骊山区域的模型。
  • 因为尺度太大,不足以进行研究,所以找到了一个1:2000的测绘数据。
  • 数据处理好之后从Civil3D导入Infraworks进行数据的融合,形成一个陵园的素模,要表现出区域的地貌和特征,需要制备一个足够精细的地面图像,可以用到Autodesk Raster Design,其功能是可以赋予矢量图地理坐标,使其成为包含地理信息的图像,赋予其一个坐标,就可以投影在模型上,在Infraworks里面就可以看到一个即时的渲染效果。

2、模型构建

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qq-salon-17-48模型特点:

  • 跨尺度的模型,关中平原的尺度,骊山渭水尺度,陵区尺度的信息全部包含在一个模型里面;
  • 人视角度的模拟;
  • 信息化更集成,一般的地理基本信息都可以实现,一个模型承载的信息更综合。

3、规划中的研究工作

经过武老师的包括文献研究和考古报告的梳理,骊山和渭水之间吴西村的位置大概可以认定为整个规划的原点,从这里按照推论出来的一个模式,形成一个图示之后,可以把目前所有已有的考古发现比较完备地包括在这个模式中,这个模式就是一个方和圆的模式,就是利用基本的规矩准绳形成的一个图示。

从吴西村向南望,在人的视域范围内可以看到骊山的两个山脚,以此为一个大的规划方向去看望峰,望峰作为一个尖峰,正好在居中的位置,是一个特别突出的准望点,大概可以确定了轴线。然后以吴西村为圆心,可以确定规划的半径,形成一个圆,这个圆把所有的考古内涵都包含进去。同理,以吴西村为圆心,到骊山山前为半径作圆,可以把都邑和陵园的范围都包含在内。再把六个步骤都包含分析,就可以很好地解释目前形成的空间格局。

LIM作为一种辅助模型,模拟了以吴西村为规划原点的视域效果,这是骊山的整个模型,它等于是在关中平原的尺度上把骊山的模型建成后,模拟很大范围的视觉效果。这个效果在现场是不太容易体现的,毕竟有很多的干扰和限制,但是在模型里却可以进行精确的测量,测量结果就证明这个点恰好是一个人自然视域的点。现场调查与模型的对应可以帮忙确定规划里需要重点设计和强调的空间节点。

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为了体现信息化的特点,我对封土进行了一个数据操作,结果可以发现,地宫南侧的给排水系统和地陵的本身位置和封土位置是恰好能够融合的,在空间上是有准确的地理空间关系的。这个系统可以很好地还原建模的内容,另外可以进行一些数据运算和模拟。

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恢复它“回”字的二重结构,突出南北的轴线,对东西门址的发现进行一个呼应,总体上恢复它历史上的空间格局。另外,因为它是一个考古遗址公园,考古工作在不断进行,考古发掘的现场要长期的存在,通过考古报告的分析和模型的模拟,我们可以得出一个结论,大部分区域还有很丰富的考古遗存,考古价值还很大,要给考古工作发掘留出余地来,而已经推断出地下没有遗存的区域可以作为游憩展览的功能。

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四、成果

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第三部分:风景园林信息模型构建问题与展望

前面提到的三个应用框架作为一个信息化的工作流,缺少一个重要的框架,即面向管理的全生命周期框架,在后期的研究中,可能应该把注意力放在这个方向上,即怎么样可以让这个模型区别于一般化的几何模型建模方式,体现它全生命周期的价值和意义。另一方面,现在应用平台比较少,需要进一步开发专门针对风景园林的平台。在应用范式方面,如果继续拿信息模型做几何模型的工作,那么它开发的意义就不大。但是信息化模型开发的空间和特点是几何模型不能达到的,比如全生命周期和可持续性设计,必须在信息化模型下才能进行性能的模拟和预测。

最后,这种研究必须跟实践结合,一但脱离实际会显得很苍白而没有意义。

 

包瑞清老师发言话题:从宋代文人山水园设计探索到智能化设计方法研究

包瑞清老师主攻计算机辅助设计应用研究,参与了2008-2009年“河南开封汴西新区中心区园林”的项目,积累了许多宋代文人山水园设计的相关经验。他的发言以山(水)、石、林、屋的四个基本要素为线索,从传统方式与编程设计方式两个方面进行思考,对目前以编程设计为基点的智能化设计方法进行研究,为当前实际的传统山水园林和建筑的营造提供了新的途径。发言中加入了很多视频实例,为本话题提供了生动形象的演示。

“河南开封汴西新区中心区园林”项目秾芳诗社部分的最终完成图

“河南开封汴西新区中心区园林”项目秾芳诗社部分的最终完成图

一、山水

传统的研究方法可能是查找一些相关资料,包括《作庭记》、《林泉高致》以及结合宋画去研究。

第一个方面,我们是通过《林泉高致》还有模型来探讨宋代园林这种地形建造的方法,其实《林泉高致》主要是对绘画来讲的,我们主要是希望能从中找出用于园林空间设计的模式。

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第二个方面,我们是结合《作庭记》的相关内容的解释与图样原型并在宋画中描绘出来,然后将其与我们设计中的空间进行比较并建立起三维模型;紧接着将这些二维图形和三维模型与我们自然界中各种开合有序的形式进行比对,看二者能否得到关系上的对应。

qq-salon-17-13第三个方面,我们主要是看宋代的绘画,因为宋代的园林景观至今应该没有保留,保留的一般都是建筑方面,因此我们往往只有通过宋代的绘画遗存来获取相关信息,对于山水的研究,我们查找了相关的字典,获取了所有地物的描述,通过这些描述,将其与山水画中的具体形态对应起来,以便在具体的设计工程中知道我们设计的内容是什么,并且指导我们的设计流程。

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第四个方面,主要看重的是宋画中山水的关系,包括山脉、山水开合、进深等,从中来寻找一种模式。

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图中展现了设计中的建模部分,其中包括山、水、滩涂等景观之间的关系。

图中展现了设计中的建模部分,其中包括山、水、滩涂等景观之间的关系。

过去我们研究设计的时候,包括查看传统的园林设计的时候,往往是从上述相关内容中去获取一些形式的研究,但这个研究的是绘画中的理论,仍有待提升。接下来,我们的关注点可能会放在通过数据化的模拟和程序的模拟来生成地形,这些编程就是我们通过建立一种模式,来自动地生成多种多样的地形结果。

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程序在变化时自动生成出的无数种地形结果的可能性。我们可以通过程序得到很多地形,同时我们也可以按照需要对程序进行更改和编写。

程序在变化时自动生成出的无数种地形结果的可能性。我们可以通过程序得到很多地形,同时我们也可以按照需要对程序进行更改和编写。

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二、石

在石这方面的探讨目前还处于初步阶段,但是能看到我们在传统研究石的时候提到的一些置石的方法,在宋代我们可能与日本的置石联系得比较紧密,包括对各种石的命名。我们希望能够建立一个程序,通过指定的模式,能够对石单体进行模拟,根据各种不同的置石环境和关系,如桥边、水边等来模拟出好的置石方式。

通过一定参数的设置,来确定置石的位置、形状、高低等变化。

通过一定参数的设置,来确定置石的位置、形状、高低等变化。

通过一定参数的设置,来确定置石的位置、形状、高低等变化。

通过一定参数的设置,来确定置石的位置、形状、高低等变化。

三、林

林是风景园林设计行业中最关心的一个问题,我们过去在植物种植的时候,是用CAD或相关软件来布置植物种植的范围和方式,定位制定物种。在宋画的研究中,我们主要研究相关文献中所记载的在什么地方种植了什么植物,用于我们实际的项目设计中,这是我们传统设计的方法。但我们可以在新的设计方式采取新的方法,例如我们不采用人工的方式绘制林缘线,希望能够模拟出一种形式来,这里我们采取的是复杂系统的一种方法。

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四、屋

对于传统园林设计来讲,最重要的就是建筑,我们当时所研究的是宋代的建筑,宋代的建筑与清式是有不小差别的,通过阅读《营造法式》中的相关内容,用SU一点点构建出宋代的建筑模型,包括我们看到的虹桥的三杆系统、四杆系统以及每一个建筑细节,可以说复杂性比较大。

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将每一段程序通过参数链接,就能生成一套构建斗拱模型的体系,这个体系我们可以嵌在建筑这样一个更大的设计过程中;而对于建筑这个整体,我们同样建立了一个体系,通过参数的设置,自由调节开间、柱径等,来尽可能地满足设计师自身的思维习惯,即尽可能地不使用现有的程序,而是自己编写程序,来完成这样一个设计过程。

清式:品字科五踩

清式:品字科五踩

清式:五檁无廊硬山排架

清式:五檁无廊硬山排架

建筑中硬山的建造程序,可以根据自己的习惯随意进行程序的嵌入,调整这一过程。

建筑中硬山的建造程序,可以根据自己的习惯随意进行程序的嵌入,调整这一过程。

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虹桥的进化计算

虹桥的进化计算

以上就是我们从宋代写意山水园设计探索到智能化设计方法研究的相关内容,目前还处于初步探索阶段,还有更多的东西有待深入研究开发。

 

第二环节:自由讨论

Q:包老师,我想请问编程做景观的最终目的会变成什么,个人认为编程变成一个一个的gh电池就好像一个景观软件的电池,最后就会变成了一个景观的软件集成,可以这么理解么?

A(包):其实编程的作用应理解为辅助设计的工具,帮助设计师拓展触角。即在设计水平达到一定程度的情况下,编程可以为设计师提供更多的可能性。Python 的数据分析也不止Grasshopper一种工具。与其说编程软件,我们需理解的其实是编程思维,掌握一种语言以后很快能触类旁通。

Q:请问设计师编程学习的建议?

A(包):清华本科生已经开始从大二导论课到大三大四的设计实践;西建相关课程的情况还需要进一步确认,但以前的CAD计算机辅助设计已经取消变更为其他课程了。

Q:两位老师的研究是否有可能结合?

A(郭):它们是分不开的。LIM的作用在于对工作流的整合,即用一个模型涵盖一个项目的全生命周期,包括概念、设计、建造、管理的集成。包老师所讲的属于其中的设计周期。目前因为设计师的责任在拓展,设计的流程前移,需要我们在设计时就提前考虑建造及管理的问题,因此在设计阶段引入包老师的方法会非常有效。

Q:秦始皇陵的地理信息模型包括哪些具体的地理信息?

A(郭):四种:DEM深度模型,1:2000和1:10000的CAD测绘数据,卫星影像图(如Google地图)

Q:如果只是高程信息和影像信息,是否只是一个复杂的几何模型?你的理论提供的似乎更像是一个开放的模型,可以加入其他学科信息进行介入和对接。

A(郭):非常好的问题,这涉及到LIM的“I”究竟包括什么。有的人讲植物数据库,因为植物是风景园林一个显著的特征,但我个人认为不完整。风景园林一级学科下面包涵六个次级学科,植物只是其中之一,他们都可成为这个“I”的内容。技术上是可以实现一些,我所介绍的只是一个初步的应用,是对这些软件和工作流程的探索,里面提到一下想法,比如对土方开发的拓展,但还未落实有待研究。

Q: BIM软件多又陌生,对于已经毕业无法系统学习的学生来说应该怎样入手?

A(郭):其实针对风景园林的软件屈指可数,多针对于建筑和土木工程。推荐civil3d 和Autodesk infraworks。前者用户界面与CAD类似,容易上手;后者是一个基础设施的方案工具,需要与civil3d配合使用,主要针对土木工程。

Q:编程设计与传统设计的时间成本相差多少?

A(包):这里的前提是当设计师掌握了编程设计,其后不仅可以提升设计的效率,更能够提升创造性。但问题在于这个前提不容易达到,以至于编程设计的门槛很高,就像数学物理一样,学习后还要不断的练习使得掌握这项技能的成本非常之高。

Q:国内大数据获取途经相对少,有何推荐?

A(包):大数据(big data)其实就是一种统计学,但其更强调对全面数据的掌握,而不像过去是对样本的提取。我们有时也把它称为设计统计学,设计师也应掌握一些基本知识进行诸如生态分析之类的应用。

Q:LIM对于风景园林遗产保护有何帮助?

A(郭):前一段时间有上海做BIM的公司前来交流,谈到了一些案例正是对遗产的数字化保护,比如三维摄影测量、三维实景再现,这些信息被扫描以后形成数据模型,生成数据库。这很像GIS的结构,得到三维的图元以后,每个图元后面对应相应的管理信息。已有的案例比如乐山大佛、三维摄影测量产生的模型不仅提升保护的效率也提高了科学性,这不只是可视化,也是通过数据库的管理进行建造后的定期维护。

Q:这种利用计算机自动生成的山体模型会不会缺少人的作用?

A(包):可以这样认为,因为我们的出发点就是模仿自然本身的模式。我们完全可以加入人的作用:一是加入或调整参数,二是拿出一个形式后手工再调整满足具体设计的需要。



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孔晓萌

孔晓萌,YouthLA志愿者,东北林业大学园林学院风景园林学硕士研究生在读,研究方向为风景园林规划与设计,热爱景观设计、随笔、摄影和音乐。

牛加翼

牛加翼,YouthLA志愿者,北京林业大学风景园林专业本科,法国洛林大学景观环境专业研究生,爱好羽毛球、摄影、画画。

任家仪

任家仪,YouthLA志愿者,华南理工大学风景园林系硕士研究生,研究方向:风景园林规划设计及其理论。

吕抒衡

吕抒衡,YouthLA志愿者,东北林业大学园林学院园林专业本科毕业生。钟爱设计专业以及绘画与音乐。

徐搏谦

徐搏谦,YouthLA志愿者,宾夕法尼亚大学景观硕士。

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