“三境论”与园林植物造景单元参数化关系之探讨

文／陈 栩 浙江大学农业与生物技术学院园林研究所 硕士研究生

陈云文 浙江大学农业与生物技术学院园林研究所 副所长 讲 师 博 士（通讯作者）

魏宛霖 浙江大学农业与生物技术学院园林研究所 硕士研究生

引言

目前越来越多的行业进入数字化时代，参数化设计研究在风景园林领域也开始逐渐探索与应用。在园林植物造景设计中，兼具生态性、科学性和艺术性的植物组团配置方案是园林植物景观营造的目标，尤以孙筱祥先生提出的“三境论”为代表。因此本文基于“三境论”，总结了相关的研究进展，对三境参数化进行探讨，以引起此领域对植物造景参数化研究的重视。

1“三境论”之于植物造景设计

1.1“三境论”的提出

1964 年，孙筱祥先生提出“胸有丘壑，意在笔先”“相辅相成，一本万殊”等景观设计理念，强调园林中的种植设计，认为植物景观配置受花鸟画影响[1]。1982 年，孙筱祥先生首次提出了“三境论”，包含“生境”“画境”“意境”三个层次，揭示了文人山水园林景观内部元素间的相互关系。1987 年，“三境论”的内涵得到进一步深化，并且强调了植物在营造园林“三境”中的重要地位[2]。

1.2“三境论”之于植物造景设计

园林植物景观作为园林主要元素受到“三境论”指导，其“生境”包括植物的生长环境、生活习性、树种比例等，“画境”则主要为植物的形态特征、组团的空间布局等，“意境”受到植物文化、人文历史等因素影响，三者之间相互联系。

孙先生讲究以中国画论指导园林植物造景设计，其提出的“三境论”是对具有中国特色的园林植物景观的研究，并且是经过实践积累和理论方法总结而形成的，是植物造景设计过程中的重要指导理论。

2 园林植物造景参数化设计研究进展

植物组团是指通过人工规划，将多种类与多数量的园林植物合理配置在一起，具有美观性与生态性，是园林植物景观的基本单元。“参数化”不等同于量化，而是在建构定量过程的基础上，把影响设计的主要因素作为变量或参数，建立包含参数的景观评价与设计模型，通过计算机技术将数据信息转换成图像，引导生成规划设计成果[3]。在园林植物参数化设计的研究中，借助CiteSpace 软件对相关文献进行可视化分析。

2.1 研究现状

本文以CNKI 中2000 年至2021 年的文献作为数据源，检索“植物组团”“园林植物造景”“参数化”等主题词，筛选得到有效文献381 篇。采用CiteSpace 对所选文献进行量化分析，得到植物组团参数化的研究现状。

图1 关键词聚类分析图（图片来源：作者自绘）

分析文献高频关键词可以得到研究热点聚类图，由图1 可知，近年来相关研究大多集中在植物配置、植物景观评价、植物群落结构和生态效益等方面。而“参数化设计”聚类与其余聚类组团分离度较大、联系较少，表明这一研究处于初步发展阶段。

CiteSpace 时区图以及关键词突现度图能够直观反映出不同时期下的研究热点及其发展变化，通过分析归纳图2 和表1，可将2000 年至2021 年植物组团参数化相关的研究分为以下三个阶段：第一阶段（2000—2006 年）以生态学理论为基础，着重于城市绿地、植物群落的生态效益研究；第二阶段（2007—2011 年）结合计算机技术，对植物配置进行辅助设计，并且运用层次分析法等对于植物景观进行综合评价分析；第三阶段（2012 年至今）着眼于植物组团中的物种多样性、冠层结构等进行具体针对性的定量分析，并利用三维软件建模，引入参数化设计概念（图3）。

图3 2000—2021 年突现度较高的研究分类图（图片来源：作者自绘）

进一步分析所选文献可得，国内外学者对植物组团的生态、形态、文化以及综合指标体系等开展了不同程度的定性、定量研究，作为参数化设计的分析基础，将相关成果归纳到三境的研究维度下，得到表1。

2.2 研究困境与小结

2.2.1 研究困境

现有的研究普遍存在研究内容不完善、方法片面等问题，针对参数化设计的研究发展，尤为突出的有以下几点困境：（1）研究内容不全面：植物组团参数化设计的实现应涉及园林植物景观的生态、形态、文化等多方面，而目前研究多集中于植物组团的生态效益或画境中具体某方面形态，研究体系不够完整。（2）研究方法难以参数化：对于植物组团的分析，多通过权重建立模型等方法，在定性研究基础上增加了定量方法，但部分参数，例如意境相关的指标仍然难以进行参数化解译。（3）研究针对性不强：多为评价体系，作为评价植物景观的指标标准，对于植物组团设计所需的参数研究较为缺乏，对指导设计的作用有限。

2.2.2 小结

对植物组团进行系统性的定量分析研究是进行参数化解译与表达的前提，其中植物组团生境、画境的参数化分析尤为重要，也是所需完善的重点之一。目前植物组团的参数化研究为进一步开展参数化指标体系构建以及参数化设计的实现，提供了一定理论依据。

表1 植物组团三境参数化研究汇总表（表格及表格中图片来源：作者自绘）

图4 植物组团面积参数化示意图（图片来源：作者自绘）

3 三境参数化构建探讨——以画境为例

植物组团的设计是需要综合考量的，在对其进行参数化解译过程中，需要从多角度、多方面、多指标进行考虑。本文以“三境论”作为理论框架，探讨植物组团的生境、画境、意境三方面参数化的相互关系，以画境为例构建相关参数化指标，并通过花港观鱼中的植物组团案例进行验证，为植物组团参数化设计的实现奠定基础。

3.1 三境参数化之相互关系

生境、画境、意境三者间相辅相成，三境参数化指标反映的是科学性和艺术性的融合。生境的创造是体现“木欣欣以向荣”的“自然美”境界，其受植物生长环境和生活习性的影响最大，因此生境指标的科学性最为突出，也较容易获取和进行参数化。画境是将自然中美的部分，通过艺术加工，进一步上升到“人工美”和“艺术美”的境界，艺术性较强，但现有研究中也探索出了一定的科学依据；意境则是通过触景生情达到“理想美”的情境，借助植物文化、园林主题等相关的意蕴引人联想，较难实现参数化。

从园林植物造景设计序列角度出发，意境起到先决性作用，根据场地的生境条件确定合适的立意，通过建立相关数据库来提供合适的立意选择，例如光照条件较差、空间较窄的生境适合营造幽深的意境等。在确定意境的基础上，根据生境参数化指标，例如物种多样性、植物生长习性等，选择合适的树种及比例。同时通过画境中形态和构成等相关的参数调整，得到兼具科学性和艺术性的植物组团，营造出适宜场地、观赏效果好并且具有文化意蕴的园林植物景观。

3.2 植物组团画境参数化体系探索

3.2.1 参数化体系

从影响植物组团画境的主要因素出发，构建参数化体系，将各参数化指标分为平面布置与立体构成两个层次。平面布置对植物组团的影响主要表现在树种组合及树种本身特性相关方面，例如不同树种的间距、位置以及组团整体的平面格局，因此选取了林缘线、郁闭度以及密度等指标来进行平面参数化的解译，通过参数的调整，得到不同平面形态、疏密程度以及分布方式的植物组团。植物组团的立体构成包括复层值、林冠线曲折度、色彩与肌理多样性以及透景度等指标，体现植物组团的立面形态、季相变化等特征。

这些指标之间相互联系但又不冲突重叠，共同作用于植物组团形态的观赏特性，构成植物组团画境的参数化体系，对植物景观设计起到参考指导作用。

3.2.2 平面构成指标

（1）尺寸与面积

将植物组团平面中主要观景面或最长处作为横轴方向，以其最左端外切线为y 轴，最右端外切线为L，以下部曲线的外切线为X 轴建立直角坐标系。植物组团断面长度为L 与y 轴间的距离b，断面宽度为与y 轴平行的直线与闭区域边界中心两点间线段长d，可用来概括植物组团的尺寸（图4）。将闭区间[0,b]分割成偶数n 个子区间，则该植物组团的面积（A）为[4]：

（2）形态与林缘线

林缘线作为植物组团在平面构图上的形态反映，通过组团林缘线的形状与相同面积的圆形之间的偏离程度来计算林缘值（S），即[5]：

其中L 表示林缘线的长度，A 表示林缘线边界围合成的面积，S 值通常大于1，且越大说明林缘线的形状越复杂多样[5]。

（3）疏密与间距

植物组团的疏密程度可用郁闭度和密度来体现。郁闭度指植物组团中乔木树冠垂直投影覆盖地面的程度，郁闭度0.7 ～1.0 为密林，0.4 ～0.7 内（不含0.7）为疏林草地，在0.4以下为稀树草地或空旷草地[6]。

密度（D）为乔灌木数量（N）与组团面积（S）的比例，计算公式为[7]：

图5 植物组团林冠线形态参数化示意图（图片来源：作者自绘）

表2 花港观鱼茶室西侧草坪A-1 植物组团参数化解译表（表格来源：作者自绘）

图6 透景度参数化示意图（图片来源：作者自绘）

图7 A-1 植物组团平面图（图片来源：作者自绘）

图8 A-1 植物组团实景图（图片来源：作者自摄）

植物组团内各树种的间距可通过聚集指数来反映。聚集指数R 是相邻最近单株距离的平均值与随机分布下期望的平均距离之比，计算公式为[8]：

式中，ri为第i单株到其最近相邻单株的距离，N 为每公顷株数，n 为组团植物株数；当间距小于1 时，树种为聚集分布；间距大于1 时，树种为均匀分布；间距等于1 时，树种为随机分布[8]。

3.2.3 立体构成指标

（1）高度与层次

测量植物组团中乔木树种的最高高度H1、最低高度H2以及平均高度H3，综合反映植物组团整体的立面高度。

复层值的数值范围在1 ～5 之间，表示组团的立面层次。数值为1 时指单层，包括单层乔木、单层灌木、单层草本或地被；数值为2 ～5时，可有大乔木、小乔木、大灌木、小灌木、草本地被多种组合选择。

（2）树形与林冠线

植物组团形态的多样性主要考虑乔灌木的树冠形态，包括卵圆形、圆球形、尖塔形、伞形、垂枝形等，分别用不同参数a、b 等来表示并建立相关数据库可供树种的选择。

林冠线的形态参数化通过曲线法来计算，将外轮廓用平滑曲线进行描绘。分别计算极大值与左右两个极小值点之间的水平距离为△L左和△L 右，垂直距离差值为△H 左和△H 右，用△H/△L 来反映该林冠线的曲折度（图5），值越高表明林冠线的高低变化差异越大[5]。

（3）色彩与肌理

根据植物组团内树种的常绿落叶特性以及季相观赏特征，选择四季主要观赏时期，并且统计该季节内植物组团的色彩组合类型，包括浅绿色系、深绿色系、红色系、黄色系、紫色系、白色系等。根据植物整体的疏与紧、枝叶表面的粗糙与光滑等肌理，将不同植物的肌理分为粗质型、中粗型以及细质型[8]。

组团中植物色彩和肌理的多样性指数（C）计算公式为[9]：

式中，Pi是某种色彩或肌理出现的概率，通常以某种植物i 的覆盖面积占植物组团覆盖总面积的比例表示；m 是植物组团中所有色彩或肌理类型的总数[9]。色彩多样性指数（C1）越高，表明该植物组团内季相色彩越丰富；肌理多样性指数（C2）所得数值越高，肌理变化越多，景观更有层次感。

（4）景面与透景

根据不同植物组团的观赏效果选取观景面和透景度两个指标。观景面根据植物组团适宜的观赏角度分为单面、两面、三面及以上观景，与植物树种的位置分布和游览空间序列相关。

透景度指在人视高度上组团植物的透景程度，因此将分枝点＜1.2m、整体高度＞1.8m的树种进行过滤，选取组团内其余的所有树种，其与空间结合部分的周长L2与整个组团边界周长L1的比值为相应的透景度的值（图6），透景度越低，说明植物组团的障景作用越突出[10]。

3.3 花港观鱼植物组团画境参数化解译

杭州花港观鱼公园是“三境论”实践的优秀案例，集中表达了孙先生理论的精华。因此选取花港观鱼中的植物空间——茶室西侧草坪，通过计算上述指标，将其植物组团的画境进行参数化解译，结果得到表2。

该植物组团是无患子-桂花-红花檵木-茶梅+金丝桃+女贞+金叶女贞+十大功劳+金边黄杨-络石+吉祥草+沿阶草+草花花境，图7、图8 为植物组团平面和实景效果图。由各参数化指标计算可得：平面上，林缘值较高，林缘形态变化丰富；依据郁闭度和密度结果，组团属于疏林草地类型，并且树种呈现均匀分布的特征。立体构成上，该组团复层值高，立面层次丰富；树种形态较少，主要由卵圆形和圆球形组成；林冠线曲折度低，形态较平稳；组团透景度低，并且位于路口视线终点起到障景作用；肌理多样性指数低，主要由中粗型乔木和细质型灌木组成；草花花境与开花、色叶植物成为秋季色彩点缀，色彩多样性指数高，组团整体观赏性佳。

结语

在风景园林领域，参数化逐步得到应用，这意味着植物组团的设计研究方法创新是今后发展的必然趋势。植物组团研究是具有综合性的，包括植物学、生态学、环境美学、心理学等多个学科，孙筱祥先生的“三境论”则涉及了植物造景设计中所有重点方面。因此本文基于此理论，归纳了植物组团参数化相关的研究进展，并且结合目前研究存在的问题，构建了以画境为例的植物组团参数化指标体系，同时通过花港观鱼的组团案例进行参数化解译，为植物组团的参数化提供新的研究思路，以期为实现植物组团参数化设计奠定一定的基础，推动植物造景设计向更科学、数字化的方向发展。