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分形理论在现代园林景观设计中的应用

作者：王珺洁 于海燕

来源：《美与时代·城市版》2017年第09期

摘 要：当前随着科技的不断发展和人们对审美需求的日益提升，现代社会对园林景观设计有了更高的要求。现代的景观元素呈现出多样化的趋势，以便满足社会的多元化需求，大多数景观元素已不能仅依据欧氏几何学来分析，其呈现出来的形态多是非线性变换的分形特征。分形理论及其体现出来的艺术特征在现代园林景观设计中得以广泛运用，不仅丰富了设计理论，同时在设计手法上也发挥了重要作用。研究通过梳理分形理论与现代景观设计的内在联系，结合实际案例探讨分形理论应用于现代园林景观中的设计方法，使其能够更好地服务于现代社会，同时丰富了现代园林景观设计的理论与研究方法。 关键词：分形理论；景观设计；自相似性；几何形态

现代园林景观设计与城乡规划、建筑学、环境学等多种相关学科结合共同构成了整个人居环境系统。在具体的景观设计过程中，它可以通过基地内人工构筑物等给游人以非常直观的视觉体验，同时还可结合基地文化元素等设计不同的造型来传递基地设计理念。随着人们对现代景观元素的审美不断提升，设计师近年来日益重视将景观美学艺术与几何学元素进行有效结合，从而丰富景观设计作品的艺术感。基于此，分形理论等现代数学方法的引入，在结合自然元素的基础之上，合理融入几何造型，正是由于分形理论具有独特的“分维”特征，才使得景观设计领域可用分形几何等数学结构表述自然景观的复杂和不规则规律[1-2]。它不仅能够丰富景观元素的形式，同时还在很大程度上提高了景观作品的艺术价值。 一、分形理论的概念

“分形”一词的概念最初是由美籍法国数学家曼德勃罗（B.B.Mandelbrot）于1975年提出。他认为，某种物体的其中一部分与整体在某种形式上存在类似的形态，即为分形。分形理论诞生之初，便与混沌理论和耗散结构论并称为20世纪人类科学史上的三大发现。作为一门新兴的学科，在分形理论建立之后，便不断拓展至物理学、地理学等诸多学科，无论在理论还是实践层面，均具有重要意义。

当前分形理论应用于人居环境学科的案例始于20世纪90年代，陈彦光等运用分形理论分析了旅游景观要素的自相似特征，并结合分形学原理提出旅游景观的设计原则[3]。总体而言，分形理论在国内景观设计中仍属于一个新鲜的概念，相关研究成果仍然是凤毛麟角。截至目前而言，关于分形的概念仍未有统一的标准，相关领域学者通常列出一系列自身特征来阐述所研究对象的分形特征，通常具有如下共同点[4]：1.具有非常精细的内部结构，在非常小尺度的结构内存在整体的特征。2.不规则形状，很难用传统的欧式几何理论来描述。3.具有一定程度的自相似特征，包括在形状上的自相似和分维数统计下数据的自相似。

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二、分形理论与现代园林景观设计的内在联系

早在分形理论出现之前，古代的设计师们便已结合宏观、中观和微观等多种尺度下的分形角度展开景观设计，例如北京故宫，在形态上具有非常强烈的分形结构。发展至今，园林景观学界越来越关注景观设计中的分形特征，但依旧尚未对分形理论在景观设计中的应用做出系统的阐述。现代园林景观设计中体现分形特征的最显著特点便是其自相似性。例如在景观设计元素中的水景观，其自身的聚合与分散及形状均存在自相似，同时在水系各分支结构形态也均与主流水系保持相似特征，这便是分形理论的体现；另外在植物景观中也同样是以自相似的特征存在，每棵植物的分支均与其整个树干在形状上存在很强的相似性。

总体而言，分形理论在现代园林景观设计中的实践应用案例仍然较少。其中较具代表性的设计作品如北京土人景观。俞孔坚团队在沈阳建筑大学校园的稻田景观设计中，便采用了自相似的分形原理，将相近的九个院落式建筑群进行空间定位和景观设计，以使游人能直观感受自身所在位置，该项目荣获2015年度美国景观设计师协会设计荣誉奖（ASLA，Design Honor Award）[5]。蔡梁峰则在《分形景观空间设计》一书中明确指出[6]：分形学是上帝的指纹，自然的密码，是通往景观设计领域的钥匙。利用基于自然的分形几何学，使景观设计的美学艺术与构成几何有机结合，让方案设计变得轻松有趣变化纷呈。该书侧重从景观铺装的角度阐述分形理论在景观设计中的应用，并结合实际案例，通过三个大型公园的分形设计，从宏观—中观—微观三个尺度探讨分形理论在景观设计中的应用价值。 三、分形理论应用于现代园林景观中的设计方法 （一）丰富的分形尺度层级

景观设计自身便存在着多个尺度的分形特征，游人进入某个景观作品的过程中，随着距离的远近，从环境心理学角度来看，只有在视觉上与景观自身处在相适应的尺度下，游客才能对景观产生吸引力和兴趣。因此，一个景观作品设计的是否成功与游客在体验过程中对于尺度的合理设置有着重要影响。建筑学家赛灵格勒斯关于分形学在建筑尺度层级的论述曾指出[7]：1.小尺度层面存在的自相似的规律是由多种矛盾元素组合而成，在视觉体验上有种张力平衡；2.大尺度层面的秩序则与相对应的距离相关，只有保持一定距离和范围，才可体现其自身的自相似性；3.小尺度与大尺度结合形成丰富的分形尺度层级，该结构存在很强的自相似。上述规律同样对于现代园林景观中对分形尺度分级具有很强的指导意义。

现代园林景观设计受社会环境、文化艺术传统以及所服务人群的影响，均存在风格各异的设计元素，分形理论应用于具体的景观设计中则应当进行一定程度的转化。由于现代园林景观设计自身具有很强的复杂特征，同时又存在诸多随机因素，所以通常情况下景观空间内部会存在不太完全相似的形状，即在各个分形尺度层级内并不存在较为完整的结构一致特征和相对显著的形状特征，因此在景观设计中应当有所转化并灵活运用[8]。例如巴塞罗那植物园景观设计在空间组织上便运用了分形几何的构图法划分若干个三角形的区域，植物即种植在这些划分好的特定区域中。通过集地中海景观和分形几何式构图以及经精心选择色彩的材料于一体，从

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而使其成为地中海景观的缩影，也成为地中海农耕景观的一种回忆。总之，分形理论中的尺度层级及变换、自相似特征等主要观点在现代园林景观设计中的应用前景十分广泛，可使得现代人造景观与自然景观完美融为一体，突出景观作品的独特性。 （二）自相似的景观要素分形设计

水体、植物、建筑小品等相关要素是景观整体环境的重点所在，景观设计方案的成功与否，不仅应关注其与外在环境的和谐统一，同时还应考量其内部各景观要素设计的合理性。 以较大尺度的景观设计为例，通常而言山丘景观是不可或缺的设计要素之一，在山丘中，大山丘之中存在有小山丘，而在小尺度下还会存在更小的山丘，整个山丘就是经随机过程创造的自相似的分形特征；景观空间要素中石材的设计同样存在一定的分形特征，在形态特征上应存在把大尺度的景观铺装微缩成小尺度的分形轮廓，其变化形态也存在高度的自相似特点；河流水系等水体景观在设计中应蜿蜒曲折，与景观地形保持一致；植物则更具有高度自相似的分形特征，不仅单体植物如此，而且在空间分布上也同样保持其自相似性。总而言之，景观要素中自然与人工构筑物应保持和谐一致的自相似特征，规划设计中人工痕迹不应与自然对立，只有两者相互衬托和点缀，才能保持景观作品分形与整形之间的协调一致。 （三）园林设计与环境的分形同构

在现代园林景观设计总体把控方面，除了上述各景观要素的设计之外，更应从全局视角关注各景观要素之间的关联性，每个单独的景观要素设计不当均会影响到景观作品的整体品质，只有将各景观要素统一考量并加以强化，才可使整体景观效果远高于各独立景观要素叠加的效应[9]。现代园林景观开展景观设计之初，应对基地整体环境综合考量，结合分形理论相关方法，总平面形态应保持某种形状的递归趋势，在一个大范围的图形内还应存在众多相似的小图形，进而基于分形理论生成相对复杂的非线性韵律景观，例如可结合场地文脉挖掘其内在的文化元素，并不断放大其文化分形，从而通过异质同构保持基地场地与周边环境的和谐一致。 四、结论与展望

分形理论其形态的实质主要体现在自相似性以及不断地重复和嵌套在不同的分形尺度层级内，然后通过非线性的多次迭代而成。该理论近年来不断引起自然科学领域学者的关注并得以不断应用，同时在环境设计领域也日益展现出其独特的运用方向。研究通过梳理分形理论及其在景观设计中的应用，提出在现代园林景观设计中应用需注意的原则和手段。然而面对景观设计这一复杂多样的非线性学科，分形理论的应用就目前而言仍处于初步探索阶段，未来随着计算机技术以及虚拟现实等高科技的进一步发展，分形理论在园林景观设计实践中的应用将更加深入。 参考文献：

[1]匡纬.复杂性科学视野下的景观设计[J].安徽农业科学，2011，（21）：12939-12941.