基于景观信息模型(LIM)的大学校园雨水花园建造 / 赖文波 蒋璐

South Architecture - - 第一页 - 1 2 赖文波 蒋璐 Lai Wenbo Jiang lu

摘要景观信息模型(LIM)运用不断成熟的数字技术,通过对景观环境的调查、分析与认知,为景观设计中的各环节提供数字化、信息化的系统平台。文章以重庆大学校园雨水花园建造为例,对其建造过程中的设计方法、流程等方面进行全面分析,构建其景观信息模型(LIM),以期对大学校园雨水花园的建造提供借鉴。

关键词 风景园林;景观信息模型(LIM);大学校园;雨水花园

ABSTRACT LIM, using the constantly mature digital technology and the investigation, analysis, and cognition of landscape environment, provides digital and information system platform for all aspects in landscape design. This paper takes rain garden's construction of Chongqing University campus as an example, making a comprehensive analysis of the design method and process flow of the construction and then constructing a LIM, in order to provide a reference for campus rain garden's construction.

KEY WORDS landscape architecture; landscape information modeling (LIM); the university campus; rain garden

*教育部人文社科青年基金资助项目,项目编号:15YJCZH076;中国博士后科学基金第56 批面上1 等资助项目,项目编号:2014M560705。中图分类号 TU984.18文献标识码 A

DOI 10.3969/j.issn.1000-0232.2017.01.124文章编号 1000-0232(2017)01-0124-05

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作者简介华南理工大学建筑学院、亚热带建筑科学国家重点实验室、重庆大学城乡规划学博士后流动站,副教授,电子邮箱:123245112@ qq.com;2重庆大学建筑城规学院,硕士研究生

快速城市化进程中,随着不透水地面的增加,自然水过程受到严重影响,导致城市地表径流量增加,雨水下渗率减少,水质恶劣,水生态系统过程受到阻碍。城市雨水花园的建造,从城市细胞体角度出发,其功能主要体现在减少地表径流、净化雨水、提高生态效益等,对城市雨洪调控做出贡献。大学校园是城市空间中的重要组成部分,与城市发展息息相关,校园雨水花园的建造,拓展了城市雨水花园建造的思路,为城市雨洪调控带来了新的机遇。

信息化是景观产业现代化的主要特征之一,景观信息模型(LIM)应用作为景观业信息化的重要组成部分,将极大地促进景观领域生产方式的变革。数字景观技术运用数字化的技术手段,从传统的手工业式的操作演进为系统化、信息化的现代设计逻辑建构和设计媒介表达。数字方法和技术,使从事风景园林规划设计人员获得了更科学、客观、理性的认知和分析事物运行发展规律的能力[1]。景观信息模型(LIM)基础上的雨水花园建造是将景观信息技术运用于雨水花园建造的各个环节中,为城市雨水花园从前期勘测、方案设计、施工到后期维护这一动态过程可视化,提供更为系统化的雨水花园建造手段。本文在景观信息模型(LIM)的基础上,理论与实践相结合,探究大学校园雨水花园的建造,以期对雨水花园的建造提供科学的建造流程指导。

1 景观信息模型(LIM)

景观信息模型(Landscape Information Modeling,LIM)是在计算机辅助设计等技术基础上发展起来的多维模型信息集成技术,是对景观工程物理特征和功能特性信息的数字化承载和可视化表达。景观信息模型(LIM)这一概念于 2009年的国际数字景观大会中由哈佛大学DRVIN 教授首次提出[2],能够应用于景观工程项目规划、勘察、设计、施工、运营维护等各阶段,实现景观全生命周期各参与方在同一多维景观信息模型基础上的数据共享,为产业链贯通、工业化建造和繁荣景观创作提供技术保障;支持对工程环境、能耗、经济、质量、安全等方面的分析、检查和模拟[3],为项目全过程的方案优化和科学决策提供依据;支持各专业协同工作、项目的虚拟建造和精细化管理,为景观行业的提质增效创造条件。

2大学校园雨水花园

随着现代化进程的加快,水资源的缺乏严重的制约着城市的发展。作为自然界中水循环重要的环节,雨水是一种轻污染的天然水资源。大学校园是城市空间的重要组成部分,且大学校园人群较为密集、建筑量大、需水量大、用水种类多样,把雨水利用与大学校园景观的营造结合,是用以解决大学校园用水循环有效的途径。

2.1基于雨水利用的大学校园景观营造案例

2.1.1美国亚利桑那大学索诺兰沙漠景观实验室

Rain Garden Construction of University Campus Based on Landscape Information Modeling (LIM)

树下家园——亚利桑那大学索诺兰沙漠景观实验室(Underwood Family Landscape Laboratory)位于美国亚利桑那大学,是一个兼具露天教室与校园入口广场的高效能景观。可持续发展、雨水收集与循环利用、材料回收与再利用等是该场地的设计亮点。位于场地内建筑中的一个 11600加仑的水箱将建筑内废水收集起来,作为场地灌溉用水与景观用水。2010 年 ASLA专业奖评委会评论该设计为“拥有大学校园景观所应该具备的一切要素。是一个对自然系统和社会空间的有机结合,颇具创新性与先进性。”

由于索诺兰沙漠景观实验室所处的独特地理位置,使得水资源在区域显得尤为宝贵,因此索诺兰沙漠景观实验室尽可能采用一切被动和主动的集水技术,如就地滞洪、雨水下渗与储存、建筑集水等,实现了雨水的自然循环与雨水利用,显著的降低了水资源污染与消耗,减缓了雨水地表径流流速,缓解了城市洪涝灾害,并为该场地增加了15%生物量,也是场地小气候、湿地水循环的形成的有效因素[4]。

2.1.2 清华大学胜因院

胜因院位于清华大学大礼堂中轴线南段的西侧,始建于1946 年,是清华大学近代教师住宅群之一,建筑以质朴、亲切和富含生活气息为特色,是近代住宅的重要实例[5]。 由于该地缺乏市政排水设施,加之场地局部处于低洼地带,使得该地经常性积水。胜因院景观改造中,所运用的雨洪管理措施包括雨水花园、干池、旱溪、植草沟等。整个场地有6处雨水花园,分别位于场地各地的汇水分区,且雨水花园的尺寸保证了蓄渗需求。场地中还有干池1处,干池与硬质铺装广场相结合,起到了暂时收集雨水,调控雨洪的作用。

胜因院强调从雨洪径流产生的源头着手,通过对场地进行合理的竖向设计以及下垫面改善等措施,利用现有绿地,使雨水径流自我消减或者通过调蓄池进行调蓄,将雨洪管理与景观营造有机的结合起来,创造出可持续生态景观,对解决我国城市内涝问题颇具启发意义。

2.1.3 雨水花园建造特点

通过对以上大学校园雨水花园的构建进行分析,可以看出大学校园雨水花园构建特点为:下垫面的性质对雨水花园的构建至关重要,前期调研中应着重分析场地下垫面性质,根据现状性质选择合理的雨水渗透体系以及储水方式;雨洪管理的工程措施多种多样,应根据场地现状,合理选择雨洪管理工程措施。目前普遍运用于雨水花园的工程措施如表1。

3 基于 LIM的大学校园雨水花园建造

3.1 场地现状

场地所在的建工新村建于20 世纪 60年代,原为重庆建筑工程学院 (现重庆大学)教职工住宅,场地见证了重庆大学的发展,承载着重庆大学的校园记忆与场所文化。整个场地面积114.19m2,紧邻旧爱咖啡馆,西侧及南侧临校园道路,东侧主要为居住区,通行人数较少,环境安静,北侧紧邻人行步道且人行步道和场地混凝土地面多处破损。现场植物多为杂草和乔木,并留有一树桩,只有西部位于咖啡馆附近的休息区域进行了植物配置。场地地势最高点位于场地东部,最低点位于场地西部,整个场地地形变化较为平缓,场地内最大高差为1.8m,平均坡度在5° ~10°之间,场地东部坡度变化稍明显,东面护土墙底有排水孔,在下雨时大部分雨水沿场地边缘顺势流走,其中场地内部存在一个明显洼地汇集雨水,流径场地内部的雨水大部分都顺势流到场地西部(图1)。综合以上,场地存在以下几点现状特征:①场地地理位置偏僻,地面有很大程度的破损使得场地在雨天容易形成水洼;②场地现状植物较少,东面无植物配置与比西面临近咖啡馆处植物配置形成鲜明对;③场地东面护土墙底排水孔直接与校园外部居住区相通,使得居住区内屋顶排水通过排水口直接流入场地内部,场地内部有低洼地,造成场地内部经常性积水,蚊虫滋生。

3.2场地景观改造目标定位

设计小组对社区进行了1周的前期调研,包括实地勘测、场地周围排水现状、走访居住区委和相关管理部门、与社区居民沟通等,在前期调研结果的基础上,综合考虑场地现状、改造难度与成本,对场地进行方案设计。

基于场地现状现状特征,确定场地的景观改造方向:①增加场地休憩设施,优化场地现状地面,增加雨水处理系统;②对现状场地进行完整的植物配置;③场地东面护土墙底排水口流出的雨水中包含有居民生活用水,水质较差,可通过场地设计改善流入场地雨水水质或与校园外部居住区居委会协商处理雨水水质问题;④作为重庆大学“社区雨水花园景观建造”示范场地,将雨水花园建造作为教学与实践结合的示范案例;⑤改善校园环境,提供可供观赏的景观场所,赋予场地美感。

3.3 校园雨水花园设计方案

3.3.1 方案设计

设计分4个小组进行,在对场地地形、交通、空间、水文、植物等现状要素分析的基础上,运用各类软件,将设计的初步构思以图示和模型表达。4个小组的设计方案中:A方案将场地中原有树木的树池扩大并与休息坐凳相结合形成休憩平台,增加休息与交流的空间,在场地西面设置生态湿地,延长雨水自然下渗时间。B方案运用联级种植层以及植草沟等方式,将场地中的雨水通过生态过滤进行净化并自然下渗。C方案以“缝隙花园”为主题,设置鹅卵石旱溪为主要雨水流径并选择性保留场地中原

有混凝土地面以及地面上的坑洼,将坑洼作为蓄水浅槽并种以湿生植物。D方案运用极简的曲线元素,在场地中增加鹅卵石旱溪,净化过滤雨水。3.3.2 方案评审

在初步方案完成后,由施工单位、社区居民与设计方共同对4个方案从总平面图、分析图、SU设计模型、造价估算等方面进行比较之后,各方交换意见,最终确立以C组方案为基础,加以修改完善作为最终施工方案:在保留原有混凝土地面的同时增加一条植草沟,在场地西北部设置生物滞留池,净化流经场地的雨水(图2)并适当增加宣传说明栏,以实现场地内部雨水净化系统的可视化,达到宣传示范和科普教育的目的;在解决场地地表径流问题的基础上重视植物配配置,美化场地景观环境。3.4 基于 LIM的雨水花园建造

3.4.1 场地空间信息系统的构建

场地信息系统包括场地空间信息系统和场地时间信息系统。综合以上信息,对场地地形、水文、植物、下垫面性质等综合分析整合构建场地空间维度信息系统。通过前期的调研,得到场地的各个单因子信息,对这些单因子进行分析,如:地形分析、水文分析、气候分析、现状植物分析、下垫面性质分析、其他分析等,通过分析结果,结合场地现状和居民需求,对项目建设适应性和居民特殊需求进行分析,最终得到场地空间信息系统(图3)。

(1)单因子分析通过对场地的现状植物、土坑、水文径流、现状坡度、地形高程综合叠加最终得到场地中的旱溪位置以及需保留的土坑,此过程为对原有场地中的要素提取并进行二次耦合[6],以形成满足场地多设计目标的新的场所机制(图4)。这一过程能够最大限度的利用了场地现有自然环境条件,最小限度的改变原有场地自然属性,从而实现设计效果与工程造价比达到最佳化。

下垫面性质是雨水花园建造中较为重要的考虑要素,它影响着雨水的渗透率、雨水汇集面积以及植物的选择等。在设计过程中,通过手指测定法(图5)和松紧度测定法(图6)两种判断土质的简易方法[7],对土质进行测定,得出该场地中的土质为砂壤土。对土壤的渗透性进行简易测定(图7),得出该场地适合建造雨水花园。进一步对土壤的酸碱性进行测定,得出场地土壤为酸性土壤,适合种植喜酸性土壤的植物或者适合酸性土壤的植物。

(2)雨水净化分析综合场地雨水来源、场地径流、坡度和高程,结合雨水花园常用雨水净化工程措施,分析得出适合该场地的雨水净化工程为植草沟和生物滞留池,对场地雨水进行净化与滞留,达到规整场地雨水径流、减缓雨水减缓下渗时间的目的。通过与校园外部居住区居委会协商,通过管道维修,生活用水已不经场地东面护土墙底排水口流出,排水口排出的雨水为建筑屋面雨水,水质有所改善,所以,在方案设计中,可对场地排水口端口雨水进行简易净化,建筑屋面雨水通过曝氧石进入第一层收集池,收集池中雨水满溢进入旱溪缓流下渗,随后到达生物滞留池,通过生物滞留池的净化之后排入城市雨水管线。由于场地较小且雨水流量较少,该雨水花园的主要作用减缓雨水径流速度、增加下渗率、净化雨水。(3)建设适应性分析除去对以上要素分析研究,还对场地光照、视线、周边建筑性质、使用人群等进行了研究分析:通过对场地内部不同季节相同时间段以及 夏季不同时间段的光照分析,发现由于场地四周建筑的遮挡以及场地内植物的覆盖,导致直接照射地面的光照范围小,因此在植物选用上应尽量选择喜阴植物;对场地内部视线分析得出住宅区的低楼层居民对场地有一个较好的视线,该场地周边及咖啡馆入口处有着良好的植物景观,场地中的视线范围被居民楼和植物所围合,空间较为郁闭、幽静,另外场地中留存的枯木等成为空旷的场地中的视觉焦点;场地北面和西面为学生宿舍和教学楼,南面和东面紧邻居民楼;场地使用人群多为社区居民和在校学生。综合多角度要素分析,确保场地数据的完整性与全面性。3.4.2 场地时间信息系统

场地时间维度信息系统是对场地变迁的真实记录,是对场地场景的具体阐述,尤其是场地中的人文信息的整理[8]。通过对前期场地空间信息叠加分析,得出的场地空间维度信息系统的基础上,对场地进行方案设计,在设计方案的基础上,对场地进行改造,改造过程包括材料、铺装、植物要素的选择以及场地改造施工方法与施工管理等。改造项目完成后,还需进行对场地的日常维护与运营。场地时间信息系统是一个从选址、前期勘测、方案设计、施工到后期维护的以时间为流线的动态信息系统框架,它详细记录了该改造项目每个阶段的运行,将动态化予以可视化(图8)。(1)场所评价对现有场所的评价包括人与活动、物与环境两方面,人与活动着手于人在该场地中充当的角色、该角色所产生的活动以及活动与场地的矛盾等;物与环境体现场所周边现有建筑、场所现有铺装等,通过对场地的人与活动和物与环境相互关系得到场地现状因子的叠加。

(2)设计方案的形成设计方案的得出是建立在完善的场地时间信息系统与场地空间信息系统的基础上的,通过对时间及空间信息系统的叠加,最终得到与场地相契合的设计方案。

将场地分为植物景观、生态景观、生产景观、生活景观四大景观区域,满足使用人群的不同需求,植物景观区域保留场地内部可利用的灌木及乔木,并在此基础上整合增添植物,形成更利于观赏的植物群[9];生态景观以植草沟为主要景观,向周边延伸浅沟,并结合现有混凝土铺地,打造拥有场所记忆感与雨水收集及自然下渗功能的生态性景观;生产景观则是保留居民在场地中种菜的区域,延续居民的场地日常活动;生活景观继续保留居民在场地中晒衣习惯,并增添晒衣杆,既不影响居民日常生活习惯,又统一且美化了场地环境。场地中各类景观的营造及景观功能都是通过对场地使用人群、场地原有功能等信息的深入调查,结合时间与空间信息系统综合构建形成的,其最终目的是为场地使用人群提供习惯性的延续且不失舒适性的景观环境。

3.4.3 流程信息系统

大学校园社区雨水花园的建造是一个基于校园环境的生态景观建造活动,是由各个群体在不同的时间节点,进行合作共同实现新景观的过程,其活动流程有清晰明确的路径。建立流程信息系统,有利于在整个项目推动过程中,提高各环节运行效率、淡化利益矛盾、精化工作流程等。

在此大学校园社区雨水花园建造实践案例中,其流程信息系统如下:首先由社区居民提出改造意愿,并由其与风景园林师进行沟通,设计师在接受设计任务之后,对场地进行现场调研获得场地信息,综合场地信息与社区居民的意愿进行方案设计。完成方案后提交设计方案先后至重庆大学建筑城规学院、重庆大学基建规划处、重庆大学建工新村小区业主委员会以及重庆大学社区工作办公室进行审批。审批通过后,通过张贴公示海报的形式告知居民方案成果,收集居民意见并对设计进行修改, 修改之后公示项目施工时间。在公示期间,施工单位进场确认场地基本数据,对照场地重要景观节点,确定场地要素。施工材料的准备也应同时准备。公示期后,施工单位正式进场,对施工场地进行平整、线,确定水、电、施工工具的管理与储备,保证场地施工能够高效的运行。

项目的施工过程是不同工种和技术的相互配合,而施工过程的配合程度直接影响着项目的进展和完成后的精致度。大学校园社区雨水花园的流程信息系统是在时间线索的基础上,对各个工种、各个群体以及各个事件进行合理组织,使得各系统处于耦合状态,实现生态景观的最佳化(图9)。

4大学校园社区雨水花园建造LIM系统体系构建

该社区雨水花园建造包括调研阶段、设计阶段和施工阶段,整个过程支撑起整个雨水花园建造的LIM系统体系,该体系包括了前期调研阶段场地信息系统、方案的提出过程、流程信息系统等,整个阶段通过运用各种软件,如 CAD、PS、3Dmax、Excel、word等,协助各阶段顺利运行[10]。具体流程如图:首先在对场地进行前期调研,分析场地内部因子以及居民需求和场所文化,确立场地信息系统,综合现状,在场地信息系统的基础

之上进行方案设计,选定方案之后由相关管理部门进行审核,审核通过之后向居民公示方案并同时进行施工准备,公示期过后,施工单位进场施工,施工完成之后由管理部门、设计师和居民验收场地,场地建成之后,居民对场地进行后期的运营以及学校后勤部门对场地的后期维护,整个LIM系统体现出了该项目从前期勘测到方案选定再到项目施工,最后到场地的后期维护的整个动态体系,包括了设计方案的修改与再生成、参与项目人员的互动、各个阶段之间联系与过渡(图10)。

5 结论展望

近年来,不仅我国多个城市发生严重内涝,大学校园也出现“校园看海”,解决雨洪内涝,需要科学合理的配置雨洪管理设施。大学校园雨水花园是校园景观生态化迈出的重要一步,它以校园绿化细胞体的形式使得大学校园雨水回收利用达到最大化。将校园中的“灰色空间”转变成“绿色空间”[11]。目前,我国大学校园雨水花园的建造处于起步阶段,基于LIM的大学校园雨水花园建造,结合景观信息化、数字化的趋势,形成以前期勘测(综合勘测:现状植物、土坑、水文径流、现状坡度、地形高程等;专项勘测:现状土坑、场地土质、地面水来源等)为基础,集场地信息系统、场地流程系统以及整个校园雨水花园LIM 系统为一体的综合性校园雨水花园建造体系,以期对大学校园雨水花园构建项目提供参考。 图 1 作者拍摄;

图 2、4 重庆大学 2015级风景园林硕士班绘制;图 5、6、7、9 重庆大学 2015级风景园林硕士拍摄;图 3、8、10 作者绘制; 表1:作者绘制。 [1] 蔡凌豪.风景园林规划设计数字策略论[J].中国园林 ,2012(1):14-19. [2] 刘颂 ,章舒雯.数字景观技术研究进展——国际数字景观大会发展概述 [J]. 中国园林,2015(2):45-50.

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图、表来源

参考文献

图 1 场地现状图

图 2 最终方案平面图

图 3 场地空间信息系统构建框架

图 4 现状要素叠加图

图 5 手指测定法流程图

图 6 松紧度测定法流程图

图 7 土壤渗透性测定法流程图

图 8 场地时间信息系统构建框架

图 9大学校园社区雨水花园实地建造

图 10校园社区雨水花园LIM 系统

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