人工智能在园林景观设计中的运用

文／刘姝婧 中国美术学院风景建筑设计研究总院有限公司 浙江杭州 310012

现在，人们长期居住在城市中，有着想与大自然进行亲密接触的需求，或者想要能间接感受到大自然的气息。前者可以用旅游观光来完成，而后者要通过在城市中建设、营造一个与大自然相似的景观，它可以在一定程度上取代自然的环境，满足人们亲近自然的心理需要。随着时代的发展和科学技术的进步，人们的追求逐渐从简单到复杂，从单一到多元，这是园林发展最基本的动力。当前园林景观设计发展中运用到的人工智能多用于处理一些技术问题，来提高设计的效率和科学性，很少着眼于人对环境的情感需求。然而，园林景观设计往往是处于科学和艺术中间的，它要把理性的分析和感性的设计有机地结合起来，既要有“技术”层次的追求，也要有“情感和经验”层次的追求。园林景观设计注重文化内涵和意境的创造，注重人的情绪共振和感受，而这一点对于人工智能应用于园林的发展同样具有十分重要的意义。

1.1 二者内涵分析

人工智能是以人的行为规律和思维模式为基础，通过计算机来代替人的生产和生活劳动。到现在为止，人工智能的研究还没有得到很好地实施，很多时候人工智能都是建立在人工的支持下才能完成。但是，经过近半个多世纪的研究，人工智能技术已经被广泛地运用到了各个领域，比如自动化生产，这也是人工智能的优越性的体现。随着人工智能的不断普及和应用，将会给人类带来更简便的生活方式。从园林景观设计的理念上看，它的主要内容是：设计师以艺术的手法，而且结合运用现代技术，对某一地区的园林景观进行人工的改造，创造出一种与自然和谐共存、环境优美的城市氛围。

1.2 二者关系

当前在现代园林景观设计中，由于一些设计观念的滞后，没有科学的论证和统一的规划，且主题不明确、布置杂乱无章，最后虽然耗费了大量的人力、物力和财力，但营造的景观对人们没有任何吸引力，容易产生与现实脱节的现象，而采用人工智能技术可以有效地解决这些问题。在进行现代园林设计时，需要对大量的相关数据和大量的技术问题进行收集和整理，这就需要设计师需要有足够的专业知识，并且耗费大量时间。其可以利用人工智能技术，可以实现对所需数据、技术信息、同类方案进行检索、整理，从而减少设计的困难。同时，在现代园林中运用人工智能，可以为人类与自然和谐共存提供有利的条件。例如，利用智能照明技术，既能达到智能照明控制，又能创造一个较好的照明环境，节能降耗，提高照明系统的科学性和有效性。也可以在有效地控制光污染的同时，为人类营造更加美观、实用、节能型的照明景观，减轻人类的精神负担，从而增加现代园林的实际效益。

城市园林景观除了能改善城市环境，恢复生态，也能够给社会做出贡献，为市民提供精神寄托和美好的居住环境。研究结果显示，园林植物能有效地滤除大气中约80%的污染物。树叶和树枝还可以在空中捕捉微粒，从而净化空气。同时，由于工业废水、生活污水、雨水径流等因素的作用，使水污染日益加剧。而园林绿化工程在净化土壤和水质方面起到了一定的作用。植物根系可以将土壤中的有害物质引导出来，并能吸附地面上的污染物，从而净化土壤，改善环境卫生。而水生植物可以吸附水中的溶解物质，减少水体中的有害微生物，从而达到净化水质的目的。园林景观设计是园林建设的基本要素。在进行园林景观设计时，要遵循“以人为本”的时代精神和美学思想，设计出符合公众需要、能够美化城市、服务公众的园林景观。工业化进程推动了生产力的发展，不仅使当代人们的生活方式发生变化，也使生产经营方式发生变化，但对环境的污染、生态的损害也随之加剧。现在，人们对居住环境的要求越来越高。园林在净化城市空气、改善当地生态环境，提高居民幸福指数方面起着举足轻重的作用。在设计中，应把环境美化与生态环境作为首要考虑的因素，遵循科学、合理的设计思想。在此基础上，提出新的设计思路。在提升城市环境的同时，还应以园林绿化的形式，凸显城市的特色，达到景观与艺术的统一融合以及人与自然的和谐发展的目标。

3.1 分析现场条件阶段

在现代园林景观设计中，实地的考察和分析是确保方案高度可行、实效性的重要依据。目前，园林景观设计中有一些项目可以通过人工智能技术来实现。例如，用无人机对山体进行扫描，软件就会产生该地区的山形影像，并获取相应的竖向标高信息。目前，以上操作仍需人工远程控制，只要设定好线路，就能完成所需的数据资料。在进行现代园林设计时，必须对人流的聚集方向、人流聚集的规律进行研究。传统工作模式是由工作人员深入实地考察、分析，并根据现场和周围平面图的信息、工作经验来完成最后的判定。而在人工智能和信息技术的帮助下，软件可以自动分析和判断人流聚集的方向，减少了数据处理失误的概率。

3.2 设计项目概念阶段

在设计现代园林概念阶段，要求有关设计者依据实际需求，进行初步的设计，但是一些要求比较抽象、主观，如“大气”、“眼前一亮”、“超凡脱俗”，依靠目前的人工智能技术很难实现，所以必须要依靠人工来实现。而在此阶段，利用人工智能技术进行数据的搜集和整理，将会有很大的优势。在过去的寻找意图中，一般都是靠平时的积累，靠网络、书籍的搜索和整理，以及其他小组成员的搜集，都是很难做到高效的。利用人工智能技术，可以使意向图、数据图等自动进行查询和整理，设计者只需在系统界面上输入检索关键字，就可以提高工作效率，提高实际应用效果。

3.3 深化设计方案阶段

在方案深化阶段，人工智能技术可以更好地发挥其优势，尤其是在前期的设计概念阶段，已经有了初步的构想。因此，在方案深化阶段只需进行具体的工作安排，包括材料的选择、色彩的搭配、各个细节的尺寸的确定、各个流线的关系、各个功能空间的布局。在这种情况下，人工智能技术能够帮助设计者做出正确的选择。在现代园林的设计风格要求“大气”的情况下，在设计节点的雕塑景观时，可以采用 AI 技术来决定相关的具体方案。在智能系统中实现自动检索、筛查、选择符合要求的雕塑景观，为最终的设计提供参考依据。

3.4 设计扩初阶段及设计施工图阶段

在这一阶段，现代园林设计方案已基本定型，利用人工智能可以快速判断方案的可用性，并迅速有效地解决其中的矛盾。同时，在设计变更的时候，利用人工智能技术可以更好地帮助设计者对现代园林规划进行规范和修改，这种方法不仅能缩短设计时间、节约设计费用，还能容易地发现存在的问题和缺陷，及早采取相应的补救措施。对提高园林绿化工程的工程质量、提高施工现场工作的规范化和有序，对工程项目的优化有着积极影响。因此，在进行设计规划方案的物化时，要将创新的思想和项目有机地结合起来，从管理、理论、技术、材料等方面进行创新，从而达到改善工程质量、提高安全指标、缩短工期、减少材料消耗目的。

经过大量的调研，我们发现目前在我国的园林设计中，还存在着一些问题，这些问题对现代园林的发展产生了很大的影响。因此，本文就当代园林景观设计中的一些问题加以阐述，如下文所述：

4.1 缺失智能化理念

目前，一些园林景观的设计观念还不够成熟，呈现出一种同质化的现象。当代园林景观的设计思想要求建筑、环境、社会成为一个有机的整体。但在园林景观规划前期工作中，由于设计师们习惯于采用传统的工作方式，不愿采用新的设备、新的软件，使得许多先进的设备和方便的软件不能充分发挥其优势，也无法提高工作效率。由于设计观念仍局限于传统的范畴，通常不能以最大效益为出发点，仅限于满足功能需求的方案，而且不能大胆地添加新元素，运用新的材料，无法形成具有创新性的设计方案。如果设计方案不能达到预期的效果，将会导致设计周期的大幅延长，从而提高设计费用。

4.2 智能化施工技术有待提高

当前我国的园林建设面临着越来越多的技术要求和更高的经济需求，但从另一方面来说，其发展前景也是非常明确的。但在目前，一些工程技术还不能适应时代的发展，导致了一些具有智能性的方案由于技术落后而不能实现。园林景观的地形一般都是复杂的，无法引进一些大型的智能设备，从而导致了一些智能化设计无法在园林景观中实施。而且目前人工智能按各自的系统划分，难以达到统一，且其具有联动性差、可扩展性差、使用不便、难以真正实现智能化等劣势。所以，我们不仅要考虑这些问题，还要考虑到如何用技术和专门知识来解决这个问题。

4.3 在设计中缺乏智能化

园林景观设计是一门综合性学科，它涵盖了艺术和技术两个方面，涉及到的学科范围很广，包括园建、建筑、绿化、电气、给排水等专业。随着时间的推移，各种学科不断涌现出新的材料、新技术，但设计者的设计观念却没有做到与时俱进，仅仅从过去的成功经验中吸取经验，缺少创新意识。由于设计人员缺乏个性化设计、环保理念，缺乏创新的思路，导致了设计水平的不足，同时也制约着园林景观设计的发展。

4.4 设计方案和实际情况不符

从园林景观设计的本质上讲，它是一种设计与改善生活环境的方法。在这个时候我们要注意的是，不同的地区有着不同的生活环境、不同的文化。因此，在园林景观设计时，要根据本地的具体情况，保证其设计符合实际情况。在以往的园林景观设计中，尽管在很多方面都投入了很多的人力、物力、财力等资源，但是最终都没有获得很好的成绩。这是由于在进行园林景观规划时，没有进行充分的数据资料搜集，且没有以城市的实际状况作为主要的参考，因而会对规划的效果产生一定的影响。

4.5 当代园林景观设计缺少生态意识

现代园林景观设计必须与当地的生态环境相结合，设计师不能仅仅根据自己的设计理念而进行随意的设计。然而，在现实生活中，由于设计师缺乏对本地生态环境的关注，其所设计的方案在实行之后，对当地的植被产生了一定的损害，同时也对当地的生态环境造成了严重的破坏，严重阻碍了当地的经济发展和生态建设。比如，大连新建的森林公园及保护区内的各类新的旅游设施，使生态环境遭到严重破坏，原生动植物没有得到有效的保护，地表植物生长的土壤有机层遭到人类活动严重的破坏，不仅导致了大量的植被枯萎，还造成了空气污染。

5.1 设计前期

在园林景观设计的规划前期工作中引入智能技术，可以极大地减少设计者的工作量，同时也可以改善景观规划的可行性和解决人力资源不足的问题。比如，在初期实地勘察时，采用无人机扫描、拍照，再由软件产生原始地形和山体的立体影像，以模拟出真实的设计场景，从而获得更加精确的垂直方向信息，便于设计者根据现场的具体情况，进行景观设计。再比如，采用新的设计工具 BIM，可以极大地提高设计者的工作效率，改善设计质量。

5.2 设计道路景观

园林道路景观不应只保证硬质路面的基本使用功能，而忽略了美观和视觉效果。加入智能设计则可以在保证路面基本使用功能的前提下，使其达到最佳的视觉效果和体验感。比如，运用投射技术，将动态影像投射到地面铺装及周边景物上，以加强周边绿化和地面铺装的视觉效果。同时，运用人工智能技术分析颜色，根据自然光线，调整道路颜色，提高道路景观的美感。此外，可以增加人体感应照明装置，不仅满足照明功能，节能节电，还增加人与景观的交互作用，增加人们的体验乐趣。

5.3 设计水景

在景观设计中，水是一个非常重要的因素，它可以使景观的内涵变得更丰富、更灵活，并且对生态环境有很好地保护作用。传统的水景设计多以假山为主，以流动性较差的水流为辅，或直接利用现有的河流和湖泊，只对其驳岸进行优化，但缺乏创意和生机。还有一些人工水景，其循环能力较弱，后期维护费用较高，经济效益较差。人工智能设计可以有效地改善上述问题，如音乐喷泉、光影水池、净水系统、智能雨水收集系统等，其不仅能丰富水景的表现形式，满足人们的不同喜好，同时也能形成一个可以持续循环并具有生命力的生态水景系统，有助于达到更好的水景效果，进而提高园林景观设计质量。此外，还可以利用LID 技术合理利用景观空间来处理面源污染和控制暴雨径流，以求在最大限度利用水资源的条件下达到多功能的水景效果，给人带来更多的感官享受，并提高了园林的设计效果。

5.4 照明设计

在传统的灯光设计中，更多的是强调灯光的功能和气氛的调节，而忽视了人与人之间的互动。将智能技术运用于园林景观照明设计中，可以弥补传统景观照明设计的不足，使园林景观的视觉感受更为丰富。比如，在灯光设计中引入一种智能感应系统，它可以根据周围的光线，调节灯光的亮度、颜色、方向等，使灯具能够与周围的人进行交互，达到灯光景观的人性化和互动性。目前，智能技术在园林景观照明设计中的应用表现为：

（1）采用经纬测量仪控制时间仪器。即利用时钟芯片对各个区域的经纬变化进行时间预测，并利用智能设备对园林景观灯光进行智能控制。

（2）GPRS 无线景观照明远程监控设备在园林照明中的应用。该装置采用计算机信息管理、GPRS 无线通讯、智能街灯控制等技术，实现了对城市园林照明的智能化监测。基于GPRS 的无线景观照明远程监控设备是一种适用于大型园林照明的远程监测系统。该设备能对电力消耗、遥控开关、遥测电流、遥测装置的工作状况进行综合分析，并能根据所获取的资料，对线路断相、白天亮灯、夜间熄灯等进行早期预警。通过使用该装置，可以实时、全面、真实地掌握整个园区内的各种灯具的使用状况，保证了整个照明系统的正常工作。

5.5 设计绿化喷灌

现代园林景观设计不仅要注重实用性和美感，而且要尽量延长景观的使用年限，以增加植物的生命周期，从而保证园林景观的生命周期。要实现这一目的，必须对园林绿化的管理措施进行改进，以保证园林植物的良好生长状况，做到节约资源，所以使其智能化管理成为一项十分必要的工作。智能喷灌系统是指在园区内安装多台摄像机，实现对整个园林的实时监测，从而获得地面的土壤影像。土壤的颜色会随着土壤湿度的变化而发生变化，采用图像识别软件对其进行定时采集，通过计算机技术对其进行分析和识别，从而确定土壤的含水量。然后，利用试验对土壤湿度进行定量化，由电脑智能控制中心对水分进行分析、比对，确定此时土壤水分含量，并由控制系统来判定是否要启动自动喷灌，以实现对园林绿化的自动灌溉。同时，通过对不同水分条件下的喷灌，可以实现对喷灌系统的智能调节。通过一系列的数据分析，可以实时地在控制台上显示出土壤水分含量，便于操作人员进行观测和控制。同时，为了保证其兼容性，还可以进行人工控制。

5.6 设计其他辅助设施

辅助设施的设计是景观设计的一个重要环节，在辅助设施的设计中引入智能化的概念，可以使其变得更丰富、更多样，并能更好地互动、有趣，为用户提供更好的体验。比如，将一些垃圾桶改造成了一个可以自由活动的智能机器人垃圾桶。在游戏中加入智能背景音乐，让大家在游戏中可以欣赏到优美的音乐，减轻人们的紧张情绪。智能公厕系统软件采用先进的物联网软件，使公厕达到清洁、美观、快捷的目标，为人们创造高效、智能、舒适的使用体验。

因此，要真正满足人们的多元化、个性化需求，必须将人工智能引入到园林景观的设计之中。在目前的景观设计中，人工智能技术在工程设计、概念设计、深化设计、扩初设计和施工图设计等方面都有很大的优势，逐渐取代了人工操作。同时，通过智能照明设计、智能水景设计、智能喷灌设计、智能铺装设计等技术的实施，进一步深化了人工智能技术在现代园林设计中的应用，从而促进了园林设计水平的提升。