王子堯 張?jiān)婈?yáng) 王向榮 林箐

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)與數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展，風(fēng)景園林的研究與實(shí)踐也發(fā)生了前所未有的變革。數(shù)字技術(shù)與景觀設(shè)計(jì)的融合，改變了單純依賴(lài)設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)與判斷的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，增強(qiáng)了設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)度與邏輯性，推動(dòng)了中國(guó)風(fēng)景園林學(xué)科的發(fā)展[1]。

目前，已有大量學(xué)者嘗試將地理信息技術(shù)、人工智能、參數(shù)化設(shè)計(jì)、虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality, VR）等各種數(shù)字技術(shù)應(yīng)用于景觀設(shè)計(jì)的各個(gè)階段之中[2]。李彥雪等[3]應(yīng)用傾斜攝影技術(shù)快速構(gòu)建三維實(shí)景模型，輔助鄉(xiāng)村景觀設(shè)計(jì)工作的開(kāi)展，彌補(bǔ)了實(shí)地考察與工程測(cè)量等傳統(tǒng)調(diào)研方法成本高、周期長(zhǎng)的弊端。李家忠等[4]在利用傾斜攝影技術(shù)快速建模的基礎(chǔ)上，借助SuperMap軟件對(duì)研究區(qū)日照、視線(xiàn)以及地形地貌進(jìn)行了分析。張弛等[5]、袁旸洋等[6]利用Rhino軟件與Grasshopper（簡(jiǎn)稱(chēng)GH）插件，通過(guò)對(duì)現(xiàn)狀自然條件與景觀資源的綜合分析，提出了風(fēng)景建筑選址與園路選線(xiàn)的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法。Diao等[7]、Portman等[8]基于三維建模與VR技術(shù)，直觀地評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案的合理性，并在此基礎(chǔ)上對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化?？傮w來(lái)說(shuō)，目前的研究大多只是在特定的設(shè)計(jì)階段中利用一種技術(shù)手段來(lái)解決單一的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，尚未形成多元數(shù)字技術(shù)耦合的“調(diào)研—分析—設(shè)計(jì)—評(píng)價(jià)”全流程數(shù)字化景觀設(shè)計(jì)方法[9]。同時(shí)，雖然數(shù)字技術(shù)能夠有效提高設(shè)計(jì)的效率與精準(zhǔn)度，但過(guò)度依賴(lài)數(shù)字技術(shù)又會(huì)使技術(shù)輔助設(shè)計(jì)的初衷倒置，對(duì)設(shè)計(jì)師的理念創(chuàng)新與藝術(shù)表達(dá)產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，在不同的設(shè)計(jì)階段中，合理協(xié)調(diào)數(shù)字技術(shù)與人工決策之間的關(guān)系是全流程數(shù)字化景觀設(shè)計(jì)中亟待解決的重要問(wèn)題，但在以往的研究中卻少有涉及。

在數(shù)字技術(shù)的輔助下，設(shè)計(jì)師對(duì)于復(fù)雜環(huán)境的感知能力以及復(fù)雜問(wèn)題的解決能力都得到了極大的提升[10]。本研究聚焦于采石場(chǎng)這一具有復(fù)雜現(xiàn)狀環(huán)境的場(chǎng)地類(lèi)型，嘗試構(gòu)建一套耦合無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)、參數(shù)化分析設(shè)計(jì)技術(shù)、VR技術(shù)的全流程數(shù)字化采石場(chǎng)景觀設(shè)計(jì)路徑。以期為未來(lái)的采石場(chǎng)景觀設(shè)計(jì)提供方法框架參考，促進(jìn)景觀設(shè)計(jì)向數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

1 數(shù)字技術(shù)在采石場(chǎng)景觀設(shè)計(jì)中應(yīng)用的必要性

石材是人類(lèi)生產(chǎn)與生活中不可或缺的材料之一，采石場(chǎng)伴隨著人類(lèi)文明而產(chǎn)生，也將伴隨著人類(lèi)社會(huì)發(fā)展而長(zhǎng)期存在[11]。在過(guò)去幾十年，隨著大規(guī)模城市建設(shè)活動(dòng)的開(kāi)展，大批采石場(chǎng)應(yīng)運(yùn)而生。隨著國(guó)家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級(jí)與轉(zhuǎn)型，傳統(tǒng)工礦企業(yè)陸續(xù)關(guān)閉，采石廢棄地隨之產(chǎn)生，進(jìn)而也造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境與社會(huì)問(wèn)題[12]。近年來(lái)，隨著“公園城市”“城市雙修”等理念的廣泛推行，中國(guó)涌現(xiàn)出大量?jī)?yōu)秀的采石場(chǎng)景觀設(shè)計(jì)實(shí)踐項(xiàng)目。風(fēng)景園林師們通過(guò)將生態(tài)修復(fù)與游覽體系設(shè)計(jì)相結(jié)合的方式，極大地改善了廢棄采石場(chǎng)的生態(tài)環(huán)境，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)閯e具一格的風(fēng)景資源[11,13-14]。

1.1 采石場(chǎng)景觀設(shè)計(jì)的一般方法策略

目前，采石場(chǎng)景觀設(shè)計(jì)的策略主要包含生態(tài)修復(fù)與景觀游憩2個(gè)方面。

生態(tài)修復(fù)策略是采石場(chǎng)景觀設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，通常需要從地形、水體、植被等方面提出相應(yīng)的修復(fù)策略，使退化的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)到自然和諧的穩(wěn)定狀態(tài)[12]。采石場(chǎng)生態(tài)修復(fù)主要分為3個(gè)層級(jí)：第一層級(jí)是地形整治，需要對(duì)現(xiàn)存的廢棄石渣石料進(jìn)行處理，并對(duì)具有安全隱患的區(qū)域進(jìn)行改造；第二層級(jí)是水體修復(fù)，通常在地形整治的基礎(chǔ)上，從水系整理與水質(zhì)凈化兩方面提出具有針對(duì)性的修復(fù)方法；第三層級(jí)是植被恢復(fù)，基于地形與水體修復(fù)策略，合理劃定植被修復(fù)區(qū)域，充分考慮植物群落的動(dòng)態(tài)發(fā)展過(guò)程，促進(jìn)場(chǎng)地內(nèi)形成穩(wěn)定的植物群落景觀。

景觀游憩策略則深入挖掘采石場(chǎng)作為風(fēng)景資源的潛力，將景觀重建與休閑游憩開(kāi)發(fā)相結(jié)合，進(jìn)一步挖掘采石場(chǎng)廢棄地的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)價(jià)值[15]。安全性、觀賞性、文化性是景觀游憩策略重點(diǎn)考慮的3個(gè)方面。在安全性方面，整個(gè)游覽體系的選址應(yīng)避開(kāi)可能出現(xiàn)滑坡、落石等隱患的危險(xiǎn)區(qū)域；在觀賞性方面，游覽體系的設(shè)計(jì)應(yīng)提供人們可以充分欣賞采石場(chǎng)風(fēng)景的景觀視野；在文化性方面，則需要充分挖掘采石場(chǎng)的文化內(nèi)涵，場(chǎng)地內(nèi)廢棄的石材、構(gòu)筑、設(shè)施、設(shè)備等工業(yè)遺存都可以進(jìn)行藝術(shù)化改造和再利用，延續(xù)場(chǎng)地歷史記憶。

1.2 傳統(tǒng)采石場(chǎng)景觀設(shè)計(jì)的流程與缺陷

在一般設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集與處理階段，設(shè)計(jì)師通常依據(jù)設(shè)計(jì)項(xiàng)目委托人提供的地形圖或測(cè)繪圖，配合實(shí)地調(diào)研獲取場(chǎng)地原始信息。然而，由于采石場(chǎng)本身地形地貌復(fù)雜且垂直高差較大，僅依靠平面圖紙難以準(zhǔn)確呈現(xiàn)出地形的起伏變化與坑壁的凹凸變化。同時(shí)，使用人工測(cè)繪方法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，不僅面臨著成本高和周期長(zhǎng)等諸多問(wèn)題，而且測(cè)量精度也達(dá)不到全面反映采石場(chǎng)地貌特征的程度。缺乏精確的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)往往會(huì)影響規(guī)劃設(shè)計(jì)工作的正常推進(jìn)。

在場(chǎng)地分析與設(shè)計(jì)階段，以往的場(chǎng)地分析通常是基于平面圖紙展開(kāi)的，在生態(tài)修復(fù)區(qū)域的識(shí)別、景觀游線(xiàn)的組織以及視線(xiàn)的變化等方面缺乏三維空間上的考量。以此為基礎(chǔ)的景觀設(shè)計(jì)，往往需要設(shè)計(jì)師憑借自身的空間感進(jìn)行感性判斷，并借助建模軟件在脫離真實(shí)場(chǎng)景的情況下進(jìn)行方案推敲，進(jìn)而有可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)方案與實(shí)際施工情況脫節(jié)。

在方案循證與完善階段，由于采石場(chǎng)擁有高低錯(cuò)落的陡峭崖壁以及變化豐富的材質(zhì)紋理，方案中設(shè)計(jì)的人工構(gòu)筑物與設(shè)施能否與地形完美契合，它們的材質(zhì)與體量是否與自然環(huán)境的整體氛圍相適應(yīng)，是該階段需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法由于缺乏對(duì)設(shè)計(jì)效果的直觀感受與驗(yàn)證，在方案循證與完善階段存在不足。

1.3 多元數(shù)字技術(shù)支持下的采石場(chǎng)景觀設(shè)計(jì)

多元數(shù)字技術(shù)的耦合可以有效幫助解決目前采石場(chǎng)景觀設(shè)計(jì)中遇到的各項(xiàng)難題。首先，隨著當(dāng)前消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)的普及，無(wú)人機(jī)體積較小、所搭載的航拍設(shè)備較輕、操控難度較低等優(yōu)點(diǎn)能夠輔助人們高效準(zhǔn)確地采集場(chǎng)地信息，在無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的幫助下，設(shè)計(jì)師可以快速構(gòu)建三維實(shí)景模型，現(xiàn)狀地形地貌與地表覆蓋情況得以直觀呈現(xiàn)；其次，利用參數(shù)化分析與建模軟件可以對(duì)三維實(shí)景模型進(jìn)行多層次的場(chǎng)地分析，更加直觀地展開(kāi)方案設(shè)計(jì)；最后，通過(guò)VR技術(shù)可以將設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)逼真的虛擬場(chǎng)景，設(shè)計(jì)師可以從任意角度，真切地感受設(shè)計(jì)方案的最終效果，并對(duì)方案進(jìn)行調(diào)整與改進(jìn)。

2 耦合多元數(shù)字技術(shù)的采石場(chǎng)景觀設(shè)計(jì)路徑

為彌補(bǔ)傳統(tǒng)景觀設(shè)計(jì)流程中存在的問(wèn)題，提高設(shè)計(jì)效率與精確度，本研究提出了耦合多元數(shù)字技術(shù)的采石場(chǎng)景觀設(shè)計(jì)路徑（圖1）。該路徑主要分為3個(gè)階段，分別為數(shù)據(jù)采集與處理、場(chǎng)地分析與設(shè)計(jì)、方案循證與完善。該路徑在技術(shù)操作與設(shè)計(jì)方法2個(gè)層面實(shí)現(xiàn)了多元數(shù)字技術(shù)的耦合。在技術(shù)操作層面，由傾斜攝影技術(shù)構(gòu)建的三維實(shí)景模型既是數(shù)據(jù)采集的重要成果，更是參數(shù)化分析設(shè)計(jì)技術(shù)與VR技術(shù)的重要載體，該模型可以通過(guò)格式轉(zhuǎn)化，在不同數(shù)字技術(shù)之間進(jìn)行信息交流與傳遞。在設(shè)計(jì)方法層面，該路徑合理協(xié)調(diào)了數(shù)字技術(shù)與人工決策之間的關(guān)系，在景觀設(shè)計(jì)的每一個(gè)階段數(shù)字技術(shù)都與人工決策相互支撐，數(shù)字技術(shù)保證了人工決策的科學(xué)性與精準(zhǔn)性，而人工決策則實(shí)現(xiàn)了不同設(shè)計(jì)階段的銜接與設(shè)計(jì)方案的持續(xù)推進(jìn)。

1 耦合多元數(shù)字技術(shù)的采石場(chǎng)景觀設(shè)計(jì)路徑Landscape design path of quarry coupled with multi-digital technology

2.1 數(shù)據(jù)采集與處理

數(shù)據(jù)采集與處理階段主要使用了無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)這一數(shù)字技術(shù)手段，該技術(shù)通過(guò)運(yùn)用多角度航拍相機(jī)同步獲取地面物體各個(gè)角度的高分辨率航測(cè)影像以及地理環(huán)境信息[16-17]。首先，在進(jìn)行航測(cè)工作之前，應(yīng)大致了解研究區(qū)的地形地貌與植被覆蓋等基本信息。在此基礎(chǔ)上，明確傾斜攝影建模的范圍并合理規(guī)劃無(wú)人機(jī)飛行路線(xiàn)。其次，通過(guò)無(wú)人機(jī)搭載的攝影傳感器在預(yù)定航線(xiàn)進(jìn)行多角度拍攝以采集完整的場(chǎng)地正斜片圖像組[18]，并對(duì)航拍質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，直至其滿(mǎn)足建模需求。針對(duì)無(wú)人機(jī)無(wú)法拍攝到的死角區(qū)域可以運(yùn)用近距離細(xì)節(jié)拍攝的方式進(jìn)行重疊補(bǔ)拍。最后，利用目前傾斜攝影建模相關(guān)研究中常用的ContextCapture軟件，快速創(chuàng)建基于真實(shí)影像紋理的高分辨率三維實(shí)景模型[19-20]。

此外，設(shè)計(jì)者還應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘調(diào)研的方式，對(duì)傾斜攝影無(wú)法采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)地考察。由于每個(gè)采石場(chǎng)的現(xiàn)狀條件存在差異，考察內(nèi)容也有所不同，一般而言，應(yīng)包括巖層穩(wěn)定性勘察、水質(zhì)監(jiān)測(cè)以及植被生長(zhǎng)狀況評(píng)價(jià)等。

2.2 場(chǎng)地分析與設(shè)計(jì)

場(chǎng)地分析與設(shè)計(jì)階段主要利用Rhino軟件與GH插件實(shí)現(xiàn)參數(shù)化分析與設(shè)計(jì)[21]。同時(shí)，由于Rhino軟件兼具分析與建模兩大功能，使得分析與設(shè)計(jì)能夠在同一軟件下實(shí)現(xiàn)，可以有效規(guī)避傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工作中由于軟件切換而導(dǎo)致的分析誤差，顯著提高工作效率。

相較于傳統(tǒng)的高程數(shù)據(jù)，三維實(shí)景模型不僅具有更高的精度，還能夠更加準(zhǔn)確地表達(dá)垂直方向的地形變化，并逼真地展現(xiàn)豐富的材質(zhì)肌理，因此在空間分析中具有顯著優(yōu)勢(shì)。本研究充分考慮采石場(chǎng)這一場(chǎng)地類(lèi)型的空間特征，從高程、坡度、坡向、視域、水位、斷面這6個(gè)層面對(duì)研究區(qū)展開(kāi)場(chǎng)地初步分析。參考目前采石場(chǎng)景觀設(shè)計(jì)中常用的策略與方法，本研究從生態(tài)修復(fù)與景觀游憩2個(gè)層級(jí)，提出6個(gè)方面的設(shè)計(jì)改造策略，分別為地形修整、水體修復(fù)、植被恢復(fù)、觀景點(diǎn)營(yíng)建、游覽路徑設(shè)計(jì)以及工業(yè)遺存再利用。借助Rhino+GH軟件，可以在初步分析與人工勘測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對(duì)各個(gè)策略進(jìn)一步評(píng)價(jià)與分析，進(jìn)而識(shí)別出場(chǎng)地的生態(tài)修復(fù)區(qū)域與適宜建設(shè)區(qū)域。設(shè)計(jì)師可以根據(jù)設(shè)計(jì)理念權(quán)衡并協(xié)調(diào)不同設(shè)計(jì)策略的識(shí)別結(jié)果，通過(guò)方案比選確定場(chǎng)地整體空間布局，并在此基礎(chǔ)上，利用Rhino軟件實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)推敲與方案建模。

2.3 方案循證與完善

方案循證與完善階段主要依靠VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)。VR技術(shù)集成了仿真模擬技術(shù)、電子集成技術(shù)、傳感技術(shù)等多種計(jì)算機(jī)技術(shù)[22]，通過(guò)計(jì)算機(jī)構(gòu)建了一個(gè)逼真、可視、可交互的虛擬環(huán)境。設(shè)計(jì)師基于VR技術(shù)，憑借自身的感知與認(rèn)知能力，可全面獲取虛擬環(huán)境中包含的不同空間信息與邏輯信息，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題并改進(jìn)[23]。

在實(shí)際操作中，需要將設(shè)計(jì)方案模型與環(huán)境模型疊加，并將其導(dǎo)入Lumion軟件進(jìn)行深化配置，深化后的靜態(tài)場(chǎng)景再進(jìn)一步導(dǎo)出為動(dòng)態(tài)可交互的VR場(chǎng)景。設(shè)計(jì)師可以利用VR設(shè)備實(shí)現(xiàn)沉浸式場(chǎng)景漫游，對(duì)設(shè)計(jì)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。若設(shè)計(jì)效果與預(yù)期差距較大，也能夠更加有針對(duì)性地調(diào)整設(shè)計(jì)方案，并重復(fù)此步驟逐漸完善設(shè)計(jì)方案，直至符合預(yù)期。

3 南寧園博園采石場(chǎng)花園規(guī)劃設(shè)計(jì)案例研究

本研究以第十二屆中國(guó)（南寧）國(guó)際園林博覽會(huì)園博園（以下簡(jiǎn)稱(chēng)南寧園博園）采石場(chǎng)花園規(guī)劃設(shè)計(jì)項(xiàng)目為例，驗(yàn)證上述設(shè)計(jì)路徑的有效性。

3.1 研究區(qū)域概況與傾斜攝影建模

南寧園博園采石場(chǎng)花園面積約為35 hm2，位于整個(gè)園博園的東南角，是一片相對(duì)集中的采石廢棄地。采石場(chǎng)花園內(nèi)共分布有7個(gè)大小不一的采石坑，在過(guò)去粗放式生產(chǎn)模式的影響下，一部分采石坑崖壁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，存在一定的安全隱患。采石坑周邊分布了較大面積的林地與耕地，整體植被覆蓋度較高。同時(shí)，由于南寧優(yōu)越的自然條件，各個(gè)采石坑均已呈現(xiàn)出不同階段的自然植被恢復(fù)進(jìn)程。

根據(jù)前文所述的傾斜攝影建模方法，合理規(guī)劃無(wú)人機(jī)飛行航線(xiàn)并進(jìn)行圖像采集，利用ContextCapture軟件，對(duì)圖像采集結(jié)果進(jìn)行幾何校正、聯(lián)合平差、點(diǎn)云生成、點(diǎn)云加密、不規(guī)則三角網(wǎng)格構(gòu)建、紋理映射等處理，最終生成研究區(qū)三維實(shí)景模型[24]（圖2）。

2 南寧園博園采石場(chǎng)花園三維實(shí)景模型3D realistic model of quarry gardens in Nanning Garden Expo

3.2 基于三維實(shí)景模型的場(chǎng)地分析與設(shè)計(jì)

3.2.1 場(chǎng)地初步分析

利用Rhino+GH軟件，對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行初步分析。由于場(chǎng)地面積較大，且每個(gè)采石坑的現(xiàn)狀條件也存在顯著差異，為縮短軟件運(yùn)算時(shí)間，提高工作效率，在實(shí)際分析時(shí)對(duì)不同的采石坑進(jìn)行單獨(dú)分析。以面積最大的5號(hào)采石坑為例展示6項(xiàng)場(chǎng)地初步分析的作用與效果（圖3）。

其中，高程、坡度與坡向分析能夠幫助設(shè)計(jì)師更加精確地掌握現(xiàn)場(chǎng)的地形起伏，識(shí)別具有安全隱患的區(qū)域，并且快速區(qū)分陰坡與陽(yáng)坡，對(duì)于采石場(chǎng)景觀設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義（圖3-1～3-3）；視域分析改變了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程中觀景點(diǎn)設(shè)置缺乏精確化的視線(xiàn)模擬的弊端，借助Rhino+GH軟件，設(shè)計(jì)師可以依據(jù)經(jīng)驗(yàn)在場(chǎng)地范圍內(nèi)選取多個(gè)視點(diǎn)進(jìn)行視域范圍的模擬，并通過(guò)比對(duì)模擬結(jié)果，選擇視野開(kāi)闊或能夠觀賞到獨(dú)特風(fēng)景的視點(diǎn)作為備選觀景點(diǎn)（圖3-4）。水位模擬能夠直觀地得到不同水位高度下的淹沒(méi)范圍，由于部分采石坑停止開(kāi)采的時(shí)間較短，坑內(nèi)水位尚未穩(wěn)定，采石坑的水位一直處于持續(xù)變化的狀態(tài)。因此，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)于2016年3月31日—2017年3月25日對(duì)各個(gè)采石坑的水位高度持續(xù)進(jìn)行了約一年的實(shí)地監(jiān)測(cè)，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行了水位模擬（圖3-5）。斷面分析可以快速得到與實(shí)景模型數(shù)據(jù)表面變化一致的一系列等間距斷面線(xiàn)，這些斷面線(xiàn)展現(xiàn)了礦坑不同位置的地形輪廓及其變化趨勢(shì)，旨在幫助設(shè)計(jì)師直觀地掌握不同礦坑的空間形態(tài)以及空間圍合類(lèi)型，相比于利用等高線(xiàn)或高程點(diǎn)繪制剖面的傳統(tǒng)方法更加準(zhǔn)確便捷（圖3-6）。

3 5號(hào)采石坑場(chǎng)地初步分析Preliminary analysis of No. 5 quarry site3-1 高程分析Elevation analysis3-2 坡度分析Slope analysis3-3 坡向分析Aspect analysis3-4 視域分析Vision analysis3-5 水位模擬Water level simulation3-6 斷面分析Section analysis

3.2.2 生態(tài)修復(fù)與適宜建設(shè)區(qū)域識(shí)別

在上述場(chǎng)地初步分析與人工勘測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)借助Rhino+GH軟件，依照前文所述的生態(tài)修復(fù)與景觀游憩兩大策略體系，對(duì)設(shè)計(jì)場(chǎng)地的生態(tài)修復(fù)區(qū)域與適宜建設(shè)區(qū)域進(jìn)行評(píng)價(jià)與識(shí)別。

生態(tài)修復(fù)策略主要涉及3項(xiàng)子策略，分別為地形修整、水體修復(fù)以及植被恢復(fù)。本研究根據(jù)場(chǎng)地特征，因地制宜地構(gòu)建了子策略評(píng)價(jià)指標(biāo)，并據(jù)此識(shí)別生態(tài)修復(fù)區(qū)域（圖4）。1）在地形修整方面，基于高程與坡度分析，結(jié)合實(shí)地勘察對(duì)各個(gè)崖壁的巖層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行綜合分析評(píng)估，將坡度過(guò)大及現(xiàn)狀巖層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差的區(qū)域作為地形修整區(qū)。2）在水體修復(fù)方面，主要涉及水循環(huán)體系的構(gòu)建與水質(zhì)評(píng)價(jià)：水循環(huán)體系構(gòu)建需要依據(jù)高程、坡度、斷面分析以及水位模擬，從與周邊水系距離、與周邊水系水位差以及地形改造難度3個(gè)方面對(duì)場(chǎng)地水系連通潛力進(jìn)行評(píng)估；水質(zhì)評(píng)價(jià)則是利用水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)合理評(píng)價(jià)場(chǎng)地現(xiàn)狀水質(zhì)條件，進(jìn)而判斷是否需要采用微生物凈化與植物凈化等方式改善水質(zhì)狀況。3）在植被恢復(fù)方面，首先應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘合理評(píng)估現(xiàn)狀植被生長(zhǎng)狀況，將場(chǎng)地內(nèi)植被生長(zhǎng)狀況較好的區(qū)域作為植被保護(hù)區(qū)，應(yīng)最大限度地保留原有的植被，減少人工干預(yù)，保護(hù)并延續(xù)場(chǎng)地中的自然演替進(jìn)程。其次，針對(duì)現(xiàn)狀地表裸露但光照充足的區(qū)域，則需要按照坡度條件進(jìn)行細(xì)分，對(duì)于坡度較為平緩的區(qū)域可采用覆土的方式進(jìn)行植被修復(fù)，對(duì)于陡峭崖壁等坡度較大的區(qū)域，可以使用噴播技術(shù)快速提升崖壁的植被覆蓋率。最后，還應(yīng)通過(guò)水位模擬及斷面分析，選擇水位較低的區(qū)域作為濕地植被區(qū)。

4 生態(tài)修復(fù)區(qū)域識(shí)別流程Identification process of ecological restoration area

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)依據(jù)觀景點(diǎn)營(yíng)建、游覽路徑設(shè)計(jì)以及工業(yè)遺存再利用3項(xiàng)景觀游憩子策略進(jìn)行適宜建設(shè)區(qū)域識(shí)別（圖5）。在觀景點(diǎn)營(yíng)建方面，通過(guò)對(duì)高程、坡度、視域、水位以及斷面的綜合分析，選擇地形平坦、視野開(kāi)闊且不會(huì)被淹沒(méi)的區(qū)域作為觀景點(diǎn)。在游覽路徑設(shè)計(jì)方面，首先應(yīng)基于現(xiàn)狀道路分布狀況、地形以及斷面分析，既要考慮現(xiàn)狀道路改造潛力，又要盡可能地選擇地形起伏較小的區(qū)域作為道路建設(shè)區(qū)；其次，依據(jù)對(duì)本項(xiàng)目水位模擬結(jié)果以及水下地形的斷面分析，對(duì)適宜建設(shè)水上游覽路徑的區(qū)域進(jìn)行了識(shí)別，根據(jù)場(chǎng)地實(shí)際狀況，水上游覽路徑又可分為棧橋、浮橋等多種形式。在工業(yè)遺存再利用方面，主要通過(guò)對(duì)現(xiàn)狀工業(yè)遺存的保留完好程度與改造難度進(jìn)行評(píng)價(jià)，識(shí)別出改造潛力較大的工業(yè)遺存（如采石機(jī)械、輸水渠等）。

5 適宜建設(shè)區(qū)域識(shí)別流程Identification process of appropriate construction area

3.2.3 方案比選與詳細(xì)設(shè)計(jì)推敲

上述的各項(xiàng)識(shí)別結(jié)果僅考慮了單一設(shè)計(jì)策略，忽略了各項(xiàng)策略之間的相互作用關(guān)系。首先，設(shè)計(jì)師應(yīng)依據(jù)設(shè)計(jì)意圖對(duì)各項(xiàng)設(shè)計(jì)策略進(jìn)行綜合的考量，得到多種策略組合備選方案。其次，利用Rhino軟件，可以在三維實(shí)景模型上實(shí)現(xiàn)多種備選方案的可視化，并對(duì)不同的備選方案進(jìn)行對(duì)比分析與權(quán)衡，選擇出既能充分反映設(shè)計(jì)理念，又使得各項(xiàng)設(shè)計(jì)策略相互協(xié)調(diào)的最優(yōu)方案。最后，借助GH插件強(qiáng)大的參數(shù)化分析能力，對(duì)最優(yōu)方案進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)節(jié)調(diào)整，完成設(shè)計(jì)方案的整體空間布局。

在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)與推敲，明確不同景觀節(jié)點(diǎn)的景觀風(fēng)貌，確定各個(gè)景觀設(shè)施的形態(tài)、結(jié)構(gòu)與材質(zhì)，并完成方案建模（圖6）。

6 設(shè)計(jì)方案與外環(huán)境模型疊加效果（局部）The superposition effect of the design scheme and the external environment model (partial)

3.3 虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的構(gòu)建與設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)

將疊加后的Rhino模型輸出為dae格式，并導(dǎo)入Lumion軟件中構(gòu)建VR場(chǎng)景。首先，將模型中的水面、混凝土、石材、金屬等材質(zhì)，替換成Lumion自帶的材質(zhì)，通過(guò)調(diào)節(jié)不同材質(zhì)的顏色、大小、反射率與光澤度等參數(shù)，獲得逼真的渲染效果。其次，利用Lumion軟件預(yù)設(shè)的植物、動(dòng)物及其他景觀設(shè)施模型，對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行進(jìn)一步的深化，使整個(gè)場(chǎng)景更加生動(dòng)。最后，通過(guò)調(diào)節(jié)天氣系統(tǒng)，使得模型能夠較好地表達(dá)南寧當(dāng)?shù)氐娜照铡L(fēng)向等地理環(huán)境信息。

將深化后的場(chǎng)景輸出為球形全景格式，利用VR設(shè)備進(jìn)行觀察，并對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行直觀的評(píng)估（圖7）。該項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)通過(guò)VR場(chǎng)景成功地發(fā)現(xiàn)了初始設(shè)計(jì)方案存在的問(wèn)題：例如種植設(shè)計(jì)與地形不協(xié)調(diào)、游覽路徑布局不合理以及構(gòu)筑物尺度失衡等，并對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了及時(shí)的調(diào)整與優(yōu)化。

7 VR場(chǎng)景體驗(yàn)Virtual reality scene experience

4 結(jié)果與討論

本研究針對(duì)采石場(chǎng)景觀設(shè)計(jì)，構(gòu)建了一套耦合無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)、參數(shù)化分析設(shè)計(jì)技術(shù)、VR技術(shù)的全流程數(shù)字化景觀設(shè)計(jì)路徑。并在此基礎(chǔ)上，以南寧園博園采石場(chǎng)花園為例，驗(yàn)證了該路徑的有效性。研究結(jié)果表明：1）利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)快速精準(zhǔn)地構(gòu)建場(chǎng)地現(xiàn)狀模型，可有效解決采石場(chǎng)景觀設(shè)計(jì)中由于地形地貌復(fù)雜、垂直高差大等原因而導(dǎo)致的信息采集困難的問(wèn)題；2）Rhino+GH軟件既能幫助設(shè)計(jì)者高效地完成場(chǎng)地分析，又能實(shí)現(xiàn)參數(shù)化的方案設(shè)計(jì)與推敲，相較于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法具有更高的精確度；3）借助Lumion軟件對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行深化配置，并導(dǎo)出效果逼真的VR場(chǎng)景，可以幫助設(shè)計(jì)師實(shí)時(shí)感受設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

該設(shè)計(jì)路徑不僅能夠在設(shè)計(jì)階段輔助設(shè)計(jì)師進(jìn)行決策，同時(shí)也能顯著提升項(xiàng)目后續(xù)施工建設(shè)的效益與質(zhì)量。就南寧園博園采石場(chǎng)花園項(xiàng)目而言，由于整個(gè)設(shè)計(jì)流程均是基于數(shù)字化模型展開(kāi)的，施工圖的繪制也能夠以真實(shí)的三維空間為參考，實(shí)際施工時(shí)定位放線(xiàn)的準(zhǔn)確性得到了充分保障。加上VR技術(shù)的應(yīng)用，該項(xiàng)目的實(shí)際建成效果與設(shè)計(jì)師預(yù)期的構(gòu)想基本一致。該項(xiàng)目也因此獲得了包括2020年美國(guó)風(fēng)景園林師協(xié)會(huì)（ASLA）綜合設(shè)計(jì)獎(jiǎng)在內(nèi)的眾多獎(jiǎng)項(xiàng)，得到了業(yè)界的廣泛認(rèn)可。

總體來(lái)說(shuō)，本研究提出的采石場(chǎng)數(shù)字化景觀設(shè)計(jì)路徑具有以下創(chuàng)新性。1）技術(shù)手段層面，在現(xiàn)有的景觀設(shè)計(jì)中，對(duì)于數(shù)字景觀技術(shù)的探討多局限于單一層面的技術(shù)應(yīng)用[9]。本研究實(shí)現(xiàn)了多元數(shù)字技術(shù)的耦合，構(gòu)建了一套適合風(fēng)景園林領(lǐng)域的系統(tǒng)化研究方法。2）設(shè)計(jì)方法層面，本研究合理協(xié)調(diào)了數(shù)字技術(shù)與人工決策之間的關(guān)系，系統(tǒng)闡述了在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、場(chǎng)地分析、方案設(shè)計(jì)以及方案評(píng)價(jià)等景觀設(shè)計(jì)的各個(gè)階段中，數(shù)字技術(shù)與人工決策的支撐與協(xié)同關(guān)系，構(gòu)建了全流程數(shù)字化景觀設(shè)計(jì)路徑。3）研究對(duì)象層面，本研究聚焦于采石場(chǎng)這一現(xiàn)狀環(huán)境極為復(fù)雜的場(chǎng)地類(lèi)型，利用多種數(shù)字技術(shù)對(duì)現(xiàn)有研究中采石場(chǎng)景觀設(shè)計(jì)方法的缺陷進(jìn)行改善，并首次提出了針對(duì)采石場(chǎng)景觀設(shè)計(jì)的數(shù)字化景觀設(shè)計(jì)方法，彌補(bǔ)了該研究領(lǐng)域的空白。

此外，本研究提出的設(shè)計(jì)路徑對(duì)于其他現(xiàn)狀環(huán)境較為復(fù)雜的場(chǎng)地類(lèi)型也具有較強(qiáng)的適用性。一方面，隨著小型消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)的普及以及三維實(shí)景建模軟件的日益智能化，傾斜攝影技術(shù)的操作難度并不高[25]，而Rhino+GH與Lumion軟件在設(shè)計(jì)行業(yè)中的應(yīng)用也較為廣泛，整個(gè)設(shè)計(jì)路徑具有較高的可行性；另一方面，由于本研究對(duì)于不同設(shè)計(jì)階段內(nèi)數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用方法及其與人工決策的協(xié)同關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，因此對(duì)于其他類(lèi)型的景觀設(shè)計(jì)也具有一定的指導(dǎo)意義。

5 結(jié)語(yǔ)

各種數(shù)字技術(shù)的革新與發(fā)展，不僅促使景觀設(shè)計(jì)趨向定量化、精準(zhǔn)化與科學(xué)化，也極大地?cái)U(kuò)展了風(fēng)景園林領(lǐng)域研究的廣度。數(shù)字技術(shù)與景觀設(shè)計(jì)的耦合應(yīng)用還具有非常大的發(fā)展?jié)摿ΓS著人工智能、大數(shù)據(jù)、5G技術(shù)的快速發(fā)展，未來(lái)的風(fēng)景園林會(huì)進(jìn)一步向智能化發(fā)展[26]，現(xiàn)有的設(shè)計(jì)思維與工作模式都將發(fā)生顛覆性的改變。

值得注意的是，其他學(xué)科的技術(shù)手段對(duì)于風(fēng)景園林師來(lái)說(shuō)始終是“舶來(lái)品”。一方面，并不是所有的項(xiàng)目都需要耦合多元數(shù)字技術(shù)來(lái)輔助設(shè)計(jì)決策，只是對(duì)于采石場(chǎng)這類(lèi)現(xiàn)狀環(huán)境較為復(fù)雜的場(chǎng)地類(lèi)型，傳統(tǒng)分析決策方法在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段都有不可忽略的短板，而數(shù)字技術(shù)則擁有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)和適應(yīng)性，設(shè)計(jì)師借助數(shù)字技術(shù)進(jìn)行決策是非常必要的。而對(duì)于一些場(chǎng)地條件相對(duì)比較簡(jiǎn)單的項(xiàng)目，依靠設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)和判斷也能做出恰當(dāng)?shù)臎Q策時(shí)，數(shù)字技術(shù)的運(yùn)用只是錦上添花。另一方面，雖然各種數(shù)字技術(shù)能提升設(shè)計(jì)的精度與效率，但是設(shè)計(jì)師的分析、決策以及創(chuàng)意表達(dá)能力始終是無(wú)法被代替的。設(shè)計(jì)師們應(yīng)在更加廣闊的視野下，合理協(xié)調(diào)各種技術(shù)手段與人工決策的關(guān)系，讓多元數(shù)字技術(shù)成為輔助設(shè)計(jì)的有效工具，推動(dòng)整個(gè)景觀設(shè)計(jì)領(lǐng)域的進(jìn)步與創(chuàng)新。

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