参数化和生成式风景园林设计以清华建筑学院研究生设计课程作业为例_黄蔚欣

0691 概念近代科学以分析和还原为特点，试图以简单、线性的规律描述世界的运动。

然而，它们并不能完全解释我们身边的复杂世界。

20世纪60年代以来，复杂系统和非线性科学开启了一个新的时代，让人们看到了世界中存在着的各种相互关联的系统，以及其中非线性的、不规则的、不可逆的、动态的现象。

科学的发展影响着我们看待世界的方式。

1997年查尔斯・詹克斯（Charles JENCKS）在AD杂志中以“非线性建筑：新科学=新建筑？”为题的序言中指出，非线性科学所揭示出的关于宇宙的事实让人类认识到宇宙其实要比牛顿、达尔文及其他人设想的更具活力、更自由、更开放、更具自组织性。

并预言，通过计算机方法生成出来的“非线性建筑”将在复杂科学的引导下，成为下一个千年一场重要的建筑运动[1]。

十多年来，复杂系统和非线性科学的思想通过计算机工具被引入建筑设计中，引发设计方法的变革，而其本质则是建筑设计与当代新科学世界观的结合。

基于计算机技术的参数化和生成式设计方法最早被建筑师引入，而其影响必然波及到相关领域，包括城市规划，以及风景园林设计等。

风景园林如同建筑一样，是人工环境的组成部分，而其介于人工与自然之间的位置，也使得这类方法在与之的结合方面，具备了独特的合理性和意义。

参数化和生成式设计方法不仅仅是造型的手段，更能够从本质上开拓新的设计理论和方法，提高设计的合理性、科学性，并且，在实际建造时也并不困难。

以下分4个方面进行阐述。

(1)使用数字技术将拓展自然有机形态的创作在风景园林设计中，为了创造更为自然和宜人的环境，并与自然在形态上更好的连接，引入有机形态成为一种常用的手法。

当代计算机建模软件和算法工具的发展，极大的拓展了自然有机形态创作的可能性。

例如，基于Nurbs、subdiv等数学模型建模方法，使得复杂曲线、曲面形态的设计和调整变得方便可行；而自然界中存在的更为丰富，又难于用欧几里德几何描述的形态，如山脉、云雾、波浪、树木等，则可以借助计算机内的分形、粒子系统等方法生成。

因此，参数化和生成式设计方法将使得自然有机形态的创作更为方便自如，并且可控，极大的拓展风景园林设计中自然形态中图分类号：TU986 文献标识码：A文章编号：1673-1530（2013）01-0069-06收稿日期：2013-01-22修回日期：2013-02-08参数化和生成式风景园林设计以清华建筑学院研究生设计课程作业为例Parametric and Generative LandscapeDesignA Case Study of Postgraduate Students' Design Work from the School of Architecture of TSU黄蔚欣 徐卫国HUANG Wei-xin XU Wei-guo摘要：复杂系统和非线性科学将世界看作是由大量个体相互联系组成的动态系统。

基于计算机技术的参数化和生成式设计方法在这种新的科学体系和世界观的影响下产生。

风景园林作为自然生态系统的一部分，具备了复杂系统的特征，因此，在设计中运用参数化和生成式设计方法具有其独特的合理性和意义。

针对这一议题进行了分析，并以研究生设计课的学生作品为例，展示了在参数化和生成式风景园林设计理念和方法上的最新的教学成果。

关键词：风景园林；参数化设计；生成式设计；计算机辅助设计；元胞自动机；扩散限制凝聚；纪念性景观基金：国家自然科学基金（51078218、51278263）资助Abstract:The theory of Complex system and non-linear science sees the world as a dynamic system composed of plenty of interacting individuals. Influenced by this new science and world outlook, parametric and generative method emerged in design area. Landscape is a part of the natural ecosystem, and can be considered as a typical complex system, so it is reasonable and meaningful to introduce parametric and generative method in landscape design. This paper discusses the rationalities of this area and presents postgraduate students’ design works to illustrate the latest teaching achievement of parametric and generative method in landscape design.K e y w o r d s : L a n d s c a p e A r c h i t e c t u r e ; Parametric Design; Generative Design; Computer Aided Design; Cellular Automaton; Diffusion Limited Aggregate; Commemorative LandscapeFund: Sponsored by National Natural Science Fund (No. 51078218,51278263)的形式语言。

(2)复杂系统与动态演化概念将为风景园林设计的理论、方法开辟新的方向一般认为，复杂系统是由众多复杂的相互作用的组分（子系统）组成，系统的整体行为（功能或特性）不能由其组成部分的行为来获得。

组分间存在无数可能的方式在相互作用，使得复杂系统涌现（emergent）出所有组分不具有的整体行为[2]。

在计算机中，可使用多代理系统（Multi-agent system），以涌现的方式模拟复杂系统的运动与演化。

笔者在建筑设计教学中引入多代理系统的方法，根据人的活动规律，构筑多个个体相互作用的动态系统，以自下而上的方式生成建筑原型[3]。

风景园林设计是生态系统的一部分，是一个有生命的整体。

它由地形、土壤、水体、植被、人的活动等多种因素构成，这些因素通过相互竞争、制约和协同，形成动态的平衡。

相比于建筑设计，风景园林设计中有更多的动态因素，例如植物的生长、季节的更替，阴晴雨雪的变化、人的活动等。

风景园林设计师可以通过在计算机中建立个体之间的相互作用规则，使用多代理系统的方式，自下而上的模拟风景园林中各种因素之间的相互作用，以及随时间的发展演化，并发展形成设计方案。

(3)数字化的生成、分析与模拟可以提高设计的科学性和合理性风景园林设计是与自然生态系统相连的有生命系统，其动态的发展受自然界客观规律的制约。

好的风景园林设计应该是健康完善的生态系统，对内外部的变化具有适应能力，而不过分依赖人工的维护。

依据各类数据对场地条件的分析，以及基于客观规律构筑的模拟和生成算法将有助于提高设计的科学性。

影响风景园林系统的因素众多，例如水流的起落、植物的生长和蔓延、日照、风向、坡度、土方平衡、人的活动等，不可能全都整合在算法中。

可行的途径是抽取某些关键性的因素，构筑模拟和生成算法。

一般来讲，算法的选择和构筑，不仅需要基于科学的客观规律，也与解决问题的设计思路结合在一起，是产生特定设计风格的途径。

(4)建造方面，参数化和生成式风景园林设计比建筑设计更容易实现参数化和生成式设计方法受到复杂系统图01图02070和非线性科学的影响，将设计看作是复杂关联和非线性关系综合作用的结果，因此其设计结果也往往呈现出自然物的有机形态。

在建筑设计领域，这种复杂的有机形态和工业化的建造途径之间存在着矛盾，常因造价超出预算而无法实现。

相比而言，风景园林设计在实现有机形态方面有其特有的优势。

首先，风景园林设计是在2.5维的地形表面展开，比起三维空间中的建筑建造要简单很多，不需要考虑复杂的结构、构造问题。

其次，风景园林一般不需要高精度的建造，其所使用的材料，如土壤、铺地、植物、水体等，都不能也不需要实现精确的加工建造。

最后，风景园林中的植物、水体等元素本身就是动态和有机的，这种动态性与参数化和生成式设计背后的复杂系统和非线性科学的思想是一致的，因此有助于相关设计理念的实现。

图03图042 生成式风景园林设计教学本节以笔者等2012年春季在清华大学建筑学院共同指导的研究生设计课程作业为例，对参数化和生成式风景园林设计的设计做进一步的介绍。

该设计课是清华建筑学院和美国普林斯顿大学，日本东京大学、东北大学等国际高校的联合设计课程。

课程以“纪念性景观”（Memorial Landscape）为题，针对在3.11海啸中遭受巨大破坏的日本仙台市海滨地区的复兴展开设计，其目标是在国际化背景下探讨以下问题，包括自然灾害，对受灾地区重建努力的支持，以及如何构筑一个可以献给无数在3.11地震和海啸中失去生命的人们的空间等。

需要说明的是，该课程的命题不仅仅包括风景园林设计的内容，也包括部分城市设计内容。

本文将着重介绍其中的风景园林设计，以及与其相关部分。

(1) 桥的城市（Bridge City）（图01-03）这一方案的地段是仙台海岸一片被海啸破坏的候鸟栖息湿地。

设计的目的是创造一个人与自然和谐共处的湿地公园。

方案以桥为概念，桥的架设将人与鸟的活动分开，人在桥上观看自然而不会干扰鸟的生活。

另一方面，桥也是防灾的设施，桥架设在海平面以上10m的高度，使得人在海啸来临时能够安全。

设计采用了Diffusion-limited Aggregation（DLA，扩散限制凝聚）作为基本算法生成路网。

DLA算法描述了做无规则布朗运动的粒子被种子点捕获，不断聚集，形成有机的枝杈形态的过程。

DLA过程与人在自然中漫游的行为是一致的，它将人的活动组织起来，形成曲折丰富的路径。

于此同时，种子点被作为疏散点，其设置的间距考虑到了人在3分钟内可达的疏散距离，这些种子点设置了竖向交通，使人们在海啸来临时能够顺利到达桥面避难。

图01-03桥的城市图04聚集-自然-生长071图05-06生命循环的风景图07-09 再生地形图05图06 072073散布在各节点上的建筑，满足了湿地公园的各种功能需要，如纪念厅、会议、图书馆、展厅和餐厅等。

在湿地的边缘，采用分形模仿江河入海口的分形的枝杈形态，扩大了水流与湿地的接触面积，增加了水净化与涵养水源的可能。