数字技术赋能下的景观设计 | 设计、分析、表达、建造
纬图数字化研发团队在数年的实践中，致力于研究数字化技术在景观设计、文旅规划项目实际工作时的运用，探索“理性分析与感性美学相结合”的最佳模式。我们将工作重心锁定在了五个板块，即：参数化设计（Parametric design）、可视化分析（Visual analysis）、深化设计(Deepening design)、摄影测量（Photogrammetry），以及数字多媒体（Digital multimedia）。五大核心板块全方位助力设计团队，有针对性地解决在“设计、分析、表达、建造”四个阶段中出现的问题。
Part 1
参数化设计
Parametric Design
参数化设计的核心是“逻辑建模” ，就是利用物体自身的关联逻辑建立这个物体。比如我们说：“两点相连成一条直线”，这句话本身有一个逻辑在里面：两个不重合的空间坐标点（参量），互相连结（关系），形成一条直线（结果）。当参量与关系发生改变，结果也会随之改变。如坐标点发生位移时，直线的长度、位置会随之改变。利用这种关联逻辑，可以实现设计过程的自动化，提高模型生成与修改的速度。与传统建模方法相比，参数化设计在方案推敲、图纸输出和建造阶段，带来了更高的精确度和更高效的工作流程。
重庆万州吉祥街城市更新
梭影之门
以重庆万州吉祥街城市更新入口“梭影之门”设计为例。这个梭影之门由30万根钢丝组成，钢丝材质均选用纯洁、超脱凡尘的白色。为了保证安装完成的效果，项目团队决定在工厂内对拱门进行成品模块拆分，再运输到现场进行组装打磨喷漆，最后安装到位。这样既解决了场地制约问题，又节约了现场组装的工期，同时保障拱门构架的完美呈现。
▲“梭影之门”设计过程
上图演示了“梭影之门”的几何形态演变过程：基础box在三个方向圆弧段的切割下，进行了布尔运算。在grasshopper内部进行钢丝密度、间距、方向等细节推敲。在结构成立的基础上完善设计，进行最终图纸的输出。
▲“梭影之门”以包容的姿态，轻盈的形式凝集居民与游客，也在夜晚点亮了万巷的深处
Part 2
可视化分析
Visual Analysis
随着计算机图形技术的发展，设计方法亦完成了从二维到三维的过渡。与传统二维图纸的不同之处在于，我们可以借助千变万化的算法与实际工作相结合，对项目进行中的各类硬性指标和参数实施监控，在可反复查阅、可随时编辑、可快速核验的工作模式中，完成方案的深化与调整。
例如，在规划设计中我们时常关注的建筑密度、容积率、绿地率等指标，以及建筑强排中的日照分析是否满足规范，均会影响方案的成立性。为高效解决这一问题，可视化分析辅助设计应运而生。在景观设计中，我们借助数据分析、环境气候分析、地理信息系统来研究场地设计前与设计后的关系，进而验证景观手法对环境的积极作用，形成景观策略闭环；通过现状信息反馈结论，借助视线最优解、概率最优解等方法，科学严谨地为景观场景选址落位。同时，针对植栽设计当中，上中下层植物受光照条件制约而出现的生长不良，进而影响景观效果及可能增加额外的维护成本，我们通过长期的课题研究，借助微观尺度的光照分析，可以在设计前期提出适宜的建议。
杭州蓝城安吉天使小镇
最佳观月点
中秋赏月，是我们千百年来的传统文化，更是阖家团圆的美好时刻。在蓝城天使小镇这个适老化地产项目中，我们想要找到地块中最佳的赏月位置，来支撑 “金桂赏月”的主题场景。受到日本桂离宫的设计思路启发，我们对整个地-月-日系统的运行规则进行了深入的研究，借助算法编写了一套自主知识产权的可视化分析系统，在这个系统中，可以较准确地模拟出地球上任意一个区域，月亮运行的轨迹，从而计算出月相状态与观月的角度。
▲在真实地-月-日的运行系统中模拟月亮位置
将分析结论与方案诉求相结合，我们最终确定了社区中的最佳观月点位，及中秋时节月亮所处的方位，这成为我们所设计主题场景的重要依据。项目落成后连续两年的中秋佳节，业主方都为我们发回了现场照片，完美验证了这套模拟系统帮助设计想法成功落地的准确性。以科学严谨的推导，来确定景观场所的落位，精确还原设计初衷，保障设计效果，这便是可视化分析为我们打开的新世界。
▲最佳观月点：模拟与实际的月亮位置
Part 3
深化设计
Deepening Design
细节控制是非线性设计的成败关键，精准把控形态、转化为可实施的图纸，从每一个焊接点位到整体形态的优化调整，都要回到最原始的点、线、面关系去考量。
在实际工作中，由于方案对形态的控制要求较高，为配合后端图纸及建造施工，通常需要精度更高的软件来进行推敲。其中一些不乏涉及到物理学模拟的应用场景。
重庆融创鹿角公园
大滑梯
以重庆融创鹿角公园大滑梯设计为例。对于人体感官来说，对加速度的感知即可转化为刺激感受，受到的加速度越大，中枢神经感受到的兴奋越强烈。在大滑梯的设计中，我们需要通过模拟计算来调控整体形态。通常来讲，滑梯使用者从顶部滑到底部，需要经历先加速再匀速最后减速停止的三个过程：匀速时达到的最大速度需保障在安全阈值内，减速停止的最短距离也需要提前设计考虑。
我们将滑梯进行等距分段设置检查点，通过设置重力场与摩擦力来模拟使用者的运动状态，并逐一通过检查点分析数值。分别从能量（动能、势能转换及摩擦力消耗的能量）、坡度（通过检查点时速度方向与水平面的夹角）、速度与加速度四个方面的变化进行监测。保证最大坡度、最大速度处于安全范围内。这样一来，我们只需要调整一根曲线就能达到对滑梯形态的控制，并结合监测数据即可完成初步设计。
▲鹿角公园概念设计：大滑梯形态深化
环球融创曹山未来城
景观构筑物
在曹山未来城这个项目中，借助场地自身高差，我们在从入口下降6米高差的临湖处，设置了一处观景台。观景台正对整个湖面，拥有最佳视野，与对岸建筑群形成互望，也是项目中观赏日落的一处打卡点。蛇形廊架以常见的标准矩管作为主体结构，并进行横向加固，防止其变形晃动。其造型通过参数化建模深化，呈现出自由轻盈的形态。
▲框景呈现效果
在确定采用非线性设计的方向后，我们在grasshopper中对形态进行优化调整。由于整体方案对曲率的流畅度要求极高，但整体构建逻辑不变，于是我们考虑将形态始终拟合在一个初始曲面上，在整个过程中只需要对该surface进行调整，即可联动生成最终的结果。
▲参数化推敲过程
除此之外，构筑物在整体方案中的生产加工和现场安装环节也具有不小的挑战。首先我们需要保证每一片异形格栅均为正垂面切割，使得其力学结构成立，并将格栅展开至二维空间用于标注。同时，我们还需要精准表达构筑物的横向焊接点。在高精度的图纸控制下，现场建造中只需要按图精准施工即可。
▲通体雪白的构筑物横卧于绵延的粉黛花海和青翠茶田间，在乌桕林的掩映下，犹如森林里漂浮的云朵。
Part 4
摄影测量
Photogrammetry
近年来，由于民用无人机的迅速普及，倾斜摄影技术也愈加成熟。通过无人机协助现场踏勘人员，从规划航线、采集信息、内业生产，到完成摄影测量任务，生成优质、专业、精准的三维实景模型。在RTK实时差分定位技术的帮助下，倾斜摄影精度最大可达平面精度2CM、高程精度5CM，满足测绘要求。
▲无人机倾斜摄影技术
将这项技术完整引入景观规划设计行业，助力设计团队在工作前期迅速了解场地现状，对植被覆盖情况、周边业态、交通、设施等信息全盘掌握。除此之外，借用倾斜摄影测量，我们还能输出DOM数字正射影像、DEM数字高程模型、DSM数字表面模型等衍生产品。针对GIS地理信息系统、地形测绘、土方测算和建筑单体化等相关应用，摄影测量有不错的延展空间。
同时，摄影测量技术的成熟使用，一方面积极响应了国土空间规划基础信息平台建设与“城市信息模型（CIM）”技术相融合的提前布局，另一方面也是拓展元宇宙相关板块的技术积累之一。
▲实景三维模型：超高精度的细节还原周边现状
▲倾斜摄影与可视化分析
高精度实景三维模型，所包含的空间信息数据，均可以合理利用，并结合可视化分析的方法，对空间信息数据进行分析、统计、算量和展示。例如，在城市旧改项目中，可结合建筑单体化操作，对现状的各类信息进行统计分析，例如容积率、建筑密度、业态占比、建筑平均层数等指标；在工程应用方面，可以根据堆体模型模拟进行土方测算、平场设计等；在项目监理工作中，可以通过正射影像对施工质量进行把控和检查。从实用功能的角度出发，倾斜摄影测量还有更多的使用场景等待发掘。
▲壹江郡塑石挡墙现场施工问题反馈
▲壹江郡建成实景照片
Part 5
数字多媒体
Digital Multimedia
随着影视行业和游戏行业的工业化愈加成熟，渲染器、引擎和节点式编程等都成为了数字化技术中耳熟能详的词汇。类似Processing、Houdini等数字艺术表现的分支也层出不穷。对于方案效果的表现，业内也在不断拔高要求，提升上限，追求更优的质量和更高的效率。为满足日益增长的需求，数字化研发团队也将该内容作为研究核心，不断从相关行业中吸取力量，持续输出，服务团队。
目前，动画在实际项目中应用最广。而在动画场景表现中，想要提升画面效果，精准还原设计意图，还需从每处细节着手。
重庆国浩中央公园
数字资产研发
例如，在重庆国浩中央公园这个项目中，设计师想要营造身在旷野，开阔、纯粹的场景感，我们通过对细叶针芒的细致化建模，赋予实景扫描的超真实材质肌理、绑定被风吹动的动态效果，去模拟自然界植物表现，营造动画表现的电影感和代入感。
▲细叶针芒制作过程
▲国浩中央公园概念设计动画
▲动画视频-国浩中央公园
从概念方案到深化设计，再到扩初图纸，数字化协同设计扮演着一个多面手的角色，包容着一切可能性。作为一种逻辑性严密的设计方法，它使得细部的推敲更加精准；在方案优化中，逻辑关联性大大减少了重复性工作，进而成为了一种高效率、高连贯性、高精准度的设计方法；在设计创意的表达与传递中，我们引入了多项数字化相关技术保质保量完成相关环节的设计任务，力求完美贯彻设计初衷，减少原创内容在落地过程中的逐级衰减。
在工业技术蓬勃发展的今天，越来越多的项目都在寻找“爆点”。这种“爆点”来源于设计本身的美感与创新要素。脱离了美学素养的基础，作品只会显得机械而零碎；而没有强大的后端力量，又会使其落地性显得乏力。只有将数字化设计与传统设计结合，链接前后端，才能做出兼并艺术感与独特性的设计。
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