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2 0 1 3 V o l . 2 8 , N o . 1 国际城市规划94 城市研究 GeoDesign: Concepts, Technology and Practices 杨言生 李迪华 地理设计 ： 概念、方法与实践 Yang Yansheng, Li Dihua 引言 地理设计（GeoDesign）是近年来由规划设计及自然科学领域学者共同提 出的一个新的概念，主张在规划设计中充分考虑项目所处地理环境的自然和社会 问题， 强调将所知的环境与社会系统运行机制通过有效的工具结合到设计过程中。 这一理念有助于人们更科学地解决社会快速发展带来的环境问题，对实现可持续 发展有着重要意义，因此正逐渐成为规划设计与信息科学等学科领域研究的热点 问题 1-5。 近年来国内外学者已就地理设计的理论及方法体系进行了多次讨论并取得了 诸多进展，然而关于地理设计的理论及技术方法的研究还比较零散，有必要对其 进行系统的综述。本文结合已有文献和会议材料对地理设计的发展进行回顾，试 图厘清地理设计的概念和内涵，并就我国地理设计未来发展可能面临的问题进行 讨论。 1 地理设计的发展历程 地理设计并不是一个新的理念，它所倡导的思想与方法在以往许多规划与设计 的理论及实践中已有体现。自远古时代人们在简易地图上标识猛兽的位置以避开危 险开始，人们就一直通过对地理环境的认识和改变来改进现状。中国古代风水师则 针对特定的地理环境布局村落建筑，创造出人与自然协调共生的设计典范 4。 现代规划设计学科同样关注人与环境的协调，其中景观设计学尤其强调土地 和人类外部物质空间的设计。美国景观设计学领袖伊恩麦克哈格（Ian McHarg） 在 20 世纪 60 年代提出“设计应充分考虑社会与自然问题”的设计理念。他将多 学科的科学研究方法引入大尺度的环境规划，通过大量成功的设计实践，创建了 一整套完整的景观设计工作方式。麦克哈格的景观规划理论与方法对规划设计界 产生巨大影响 6-7，其后卡尔 斯坦尼兹（Carl Steinitz）教授等许多学者在他的工 作基础上又不断发展出新的成果 8。在规划设计的技术方法上，随着地理信息系 摘要 ： 地理设计是规划与设计领域出现的一个 新概念，其目的是形成一套充分考虑设计与环 境相互关系的规划设计体系。近年来许多国际 学术会议和文献中关于地理设计的讨论日趋增 加，而国内对它的关注还不多。本文综述了地 理设计的起源、定义、研究内容与实践，提出 地理设计在中国的发展将面临规划管理和技术 应用两方面的挑战，并给出了未来发展建议。 Abstract: GeoDesign is a new concept in the fi eld of planning and design. It aims to develop a design framework which can fully consider the relationship between design and environment. GeoDesign is becoming a popular topic in many international academic conferences and literatures, however less attention is paid to it in China. In this paper, a general review of the origin, concepts, research issues and practices of GeoDesign is presented. In this sense, conclusion is drawn that GeoDesign in China will confront with two main challenges: planning management and technology application. Finally, suggestions are given for its future development. 关键词： 地理设计； 地理信息系统； 城市规划； 景观设计 ； 计算机辅助规划 Keywords: GeoDesign; GIS; Urban Planning; Landscape Architecture; Computer-aided Planning 基金项目 ： 国家自然科学基金资助 （51078004） 作者 ： 杨言生，北京大学城市与环境学院，博士研究生。 李迪华，北京大学建筑与景观设计学院，副教授。 国内关于”GeoDesign”的中文译名还未统一，需进行专门讨论。本文暂使用中文直译的“地理设计”一词。 文章编号 ： 1673-9493（2013）01-0094-04 中图分类号 ： TU98 文献标识码 ： A 2 0 1 3 V o l . 2 8 , N o . 1 国际城市规划95 统（GIS）技术的兴起，出现了以 ESRI 公司的 ArcGIS 为代 表的一系列成熟的 GIS 软件，地理学、生态学、水文学等学 科中的空间分析方法得以借助 GIS 软件被应用到各种尺度的 规划与设计实践中 3。规划理论与方法的不断创新与应用使 设计与地理科学的结合变得更为紧密。 近年来，随着人类对环境开发速度的加快，世界面临比 以往更为严重的环境问题，人类活动与环境的关系也变得更 加复杂。当代规划设计师需要应对这些问题所带来的挑战 ： 如何更有效地减缓或避免快速发展带来的环境问题？如何更 好地促进设计与科学的合作？斯坦尼兹等专家学者提出有必 要进一步促进地理科学与设计学科领域之间的合作，并发展 一套兼顾效率与准确性的设计框架来帮助人们更好地应对这 些问题 2。 2008 年“GIS 与设计中的空间概念” （Spatial Concepts in GIS and Design）会议在美国召开，会议强调应重新审视 GIS 和设计之间的联系并首次提出地理设计的概念。 2010 年第一届“地理设计峰会”在美国召开，来自地理学、信息 科学、建筑规划、环境科学等诸多领域的专家学者就地理设 计的概念及内涵进行了讨论，并初步形成地理设计的几大研 究方向。此后“地理设计峰会”每年在美国定期举行，成为 促进地理设计发展最重要的学术会议。 目前地理设计正受到国内学者的关注 9-10，并积极开展 地理设计的研究与推广工作。2011 年北京大学建筑与景观 设计学院与 ESRI 公司联合成立了“地理设计实验室” ，共 同开展地理设计的研究与实践活动。同时两家组织正在积极 筹备召开“地理设计峰会”亚洲会议。 2 地理设计的定义 有关地理设计的定义和内涵一直处于讨论中，尚未形成 明确的结论。不同学科领域的学者基于不同的理解对这一概 念进行了解释，总体可归纳为广义和狭义两类定义。 广义定义将地理设计视为一种规划设计方法。斯坦尼兹 认为“地理设计即通过设计来改变地理环境。 ”这一定义为 地理设计给出极为开放的研究范畴 4。迈克尔 古德柴尔德 （Michael F. Goodchild）教授则指出如果将地理视作是作用 于地球表面的过程以及这些过程所形成的形式的总称，那么 地理设计可看作是通过处理这些形式并干预这些过程来达到 特定目的。地理设计属于应用科学和工程学领域，利用科学 方法来寻求解决实际问题的途径 3。 地理设计的狭义定义则是技术层面的，一些学者将其视 为一个集成环境信息并能提供实时分析和反馈的规划支持技 术框架。迈克尔弗莱克斯曼（Michael Flaxman）教授认为 地理设计是一种将设计方案的创作与其对地理环境的影响模 拟紧密结合起来的设计和规划方法 5。杰克丹杰蒙德（Jack Dangermond）的解释则更为具体，他认为地理设计将地理 分析引入设计过程中，通过借助存储于数据库中的描述项目 空间范围内各类自然与社会要素的众多信息层，使得初始设 计草图能及时得到适宜性评价。这种“在线综合”式的适宜 性分析为设计提供了这样一个框架，这个框架能为土地利用 规划者、工程师、交通规划者以及其他设计相关人员提供一 系列工具，使得地理信息在设计过程中得以应用 2。 总的来看，地理设计的广义和狭义定义都强调了地理设 计在科学与设计间所起的连接作用，并且地理设计通过信息 技术为这些领域的交流提供了统一的平台。 3 地理设计的研究内容 地理设计是一个多学科交叉的研究领域，既包括传统空 间设计相关学科的建筑学、城市规划及景观设计学，也包括 了地理学、生态学、水文学、社会学、经济学等自然与社会 学科，同时还包括信息科学领域的诸多学科。其具体目标是 通过构建一个科学与设计紧密结合的方法与技术框架，实现 对空间环境高效而准确的设计与评价。对地理设计的研究主 要关注两个层面的问题 ： 一是在理论方法上需要发展一套能 实现地理设计目标的规划设计方法论，二是在技术实现上需 要一套能执行规划设计方法的平台。 斯坦尼兹在规划设计的理论方法研究上有着杰出成就。 他认为不同的空间设计具有不同的尺度及复杂性，这使得设 计的过程与采用的分析方法各不相同，但同时所有设计又有 必要遵循相似的设计过程。斯坦尼兹基在他景观设计领域多 年的教育与研究工作经验基础上发展出“景观设计框架” 8， 该框架将规划视为决策导向的过程，为规划工作提供了普 适性的指导。此后又在此框架基础上发展出“地理设计框 架”11，使得这一方法体系不仅适用于景观设计，也同样适 用于建筑、规划等所有空间设计项目。 地理设计的技术框架设计可从计算机辅助规划和设计技 术中得到借鉴，CAD、GIS、虚拟现实等技术已经在规划设 计领域得到广泛应用，同时规划支持系统等工具平台也初步 具备了整合整个规划过程的能力 12。然而地理设计还需要 更多新技术的支持，涉及技术框架的工作环境、工作流程与 设计工具三个部分的创新 2。 （1）工作环境 ： 形成多学科合作的工作环境，关键是实 现数据与模型的共享。理想状态下，可以发展一套不依赖于 任何应用的数据格式，并且所有纳入地理设计技术框架内的 工具都能访问一个以该数据格式进行组织的中心数据库。 （2）工作流程 ： 地理设计需要建立支持实时反馈机制的 工作流程。弗莱克斯曼指出应构建一个与真实地理环境相关 杨言生 李迪华 地理设计 ： 概念、方法与实践 2 0 1 3 V o l . 2 8 , N o . 1 国际城市规划96 城市研究 联的设计环境，同时工作流程中的设计表达和评估模型应该 遵照统一的语义规则，这样当设计者开始在设计环境中绘制 地物时，模型即可实时给出设计结果在所处地理环境中的影 响评价，这些评价通过指标的形式供设计者进行参考并作出 修改，形成一个拥有实时反馈机制的工作流程 5。 （3）设计工具 ： 地理设计强调设计过程的快速迭代，这 需要设计者能运用地理数据库的分析能力在一个反复的设计 过程中快速进行设计工作。这种设计方法要求所使用的设计 工具除了具备便捷的绘图功能，同时能直接对地理数据库中 的数据进行编辑。ESRI 公司针对 ArcGIS 平台开发的绘图插 件 ArcSketch 已经提供了类似的功能 ： 每一个图形都有其自 身的定义和规则，对图形的修改会实时对数据库中其他关联 地物产生影响。ESRI 公司的另一个模块 CityEngine 则实现 了基于规则的三维建模，使得设计师能在一个交互式的三维 环境中对场地进行改变、评价和展示 1-2。 4 地理设计思想的实践 地理设计的理念已在许多规划设计的方法和工具中体 现。这些方法和技术的实践都对环境给予了必要的关注，并 实现了设计对周边环境影响的评估与反馈。 4.1 设计方法的实践 斯坦尼兹及其研究团队以“地理设计框架”为方法在世 界各地指导完成了许多规划设计项目 13-14。研究组邀请自然 与社会科学不同领域的专家参与到项目中，这些专业人员能 对环境存在的问题以及项目对环境的影响作出高效准确的分 析。同时各种计算机技术也被应用到规划与影响评价中，如 基于 GIS 进行生物栖息地适宜性分析，通过虚拟现实技术 模拟景观变化，使用多智能体模型分析不同土地政策下的城 市扩张等。 国内许多学者也在进行地理设计的实践。曾师从斯坦尼 兹的俞孔坚教授和他领导的北京大学景观设计学研究院团队 一直致力于用空间规划途径解决人地关系矛盾。他强调设计 应尊重生态过程的安全与健康，倡导“反规划”的方法构建 生态基础设施来引导城市发展，实现城市发展的可持续性。 研究组继承了“地理设计框架”的规划方法论，对环境中 水、生物、地质等自然过程及游憩、乡土遗产等人文过程给 予了充分的考虑，完成了从国土尺度的“国土生态安全格局 研究”到区域尺度的“北京市生态安全格局研究”等多个不 同尺度的景观安全格局和生态基础设施规划（图 1）15-16。 4.2 工具平台的创新 目前许多设计工具已经有了地理设计的雏形。 CommunitzVis 和 INDEX 等规划软件都支持用户在生成规划方案的同时迅 速形成方案评估结果。但目前这些工具更多应用在大尺度 的土地规划中，较少在小尺度设计上应用。建筑设计领域 近年来正在尝试将建筑信息模型（BIM: Building Information Modeling）的范围进行拓展，使其不再只关注建筑本身，而 是将建筑与周边环境的关系也纳入到建筑设计与施工管理过 程中来。 另外一些大型规划设计公司开始独立开发产品用以帮 助公司对项目进行可持续性的开发和管理。如 AECOM 公 司开发的低碳生态规划评估工具可持续系统集成模型 （SSIM: Sustainable Systems Integration Model） 。该模型结合 图 1 北京市生态基础设施 资料来源：俞孔坚等. 北京市生态安全格局战略研究. 北京, 2008. 规划研究 低安全水平 中安全水平 高安全水平 建成区 河流 水系 水综合 安全格局 地质灾害 安全格局 生物 安全格局 人文遗产 安全格局 游憩 安全格局 2 0 1 3 V o l . 2 8 , N o . 1 国际城市规划97 了项目所在环境的各项指标，如环境、人口、经济、土地和 能源等，对不同规划方案实施后的结果进行仿真模拟和系统 化的评估 17。另一些水文、生物保护、交通等领域的专业 学术机构则基于各自研究领域发展了大量模型与工具，这些 模型工具将帮助地理设计真正成为一个各个领域相互协作交 流的平台。 5 讨论与结语 地理设计致力于发展一套使科学与设计有效结合的空间 设计方法体系，对于提高规划设计的科学性及可持续发展有 着重要意义。国内有关地理设计的研究才刚刚起步，其未来 发展还将面临一系列挑战。 首先，地理设计的理论方法尚未在规划设计领域普及。 虽然各类空间规划设计已经对环境问题给予足够重视，但在 规划方法上却少有从地理环境的整体生态安全出发进行考 虑。我国目前环境影响评价制度并未对开发形成全面而严谨 的约束，如区域规划只关注某些独立保护区而忽视整体景观 结构对生态系统的影响 ； 场地设计往往关注视觉效果等个人 体验而缺乏对水文等自然过程的考虑等。 其次，目前信息技术在规划设计中的应用还未满足地理 设计的要求。在数据共享上，地理信息数据及专业社会环境 信息尚未真正向空间设计领域用户开放。此外设计单位缺少 能紧密集成规划设计与科学分析两大功能的设计工具，多数 规划设计单位只能使用专业软件进行分析工作，而这些分析 工作与传统设计的耦合度很低，使得设计周期经常被拉长， 同时也阻碍了科学分析的推广。 未来地理设计的发展应从规划设计的实践着手，鼓励多 样性的设计方式和设计工具的创新。在理论研究上，应总结 已有研究成果并尽快形成研究框架，同时规划设计行业单位 及学术机构应进一步加强合作，通过成立地理设计学术组织 和定期召开学术会议，鼓励学科间的交流，持续推动地理设 计研究的发展。 参考文献 1 Miller W R. 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Berlin/Offenbach: Wichmann, 2010, 28-41. 6 俞孔坚 , 李迪华 . 景观生态规划发展历程纪念麦克哈格先生逝世两 周年 M / 俞孔坚 , 李迪华 . 景观设计 ： 专业、学科与教育 . 北京 : 中 国建筑工业出版社 , 2004: 70-92. 7 McHarg I L. Design with NatureM. Garden City, NY: Natural History, 1969. 8 Steinitz C. A Framework for Theory Applicable to the Education of Landscape Architects (and other Environmental Design Professionals)J. Landscape Journal, 1990(9): 136-143. 9 马劲武 . GeoDesign 导读 J. 中国园林 , 2010(04) : 17. 10 唐艳红 . 地理设计 : 新思维与新手法 J. 中国园林 , 2010(04): 35-36. 11 Steinitz C. A Framework for Geodesign: Changing Geo