（设计艺术学专业论文）分形理论视野下的现代景观设计.pdf

摘要 1 9 7 3 年，曼德勃罗( b b m a n d e l b r o t ) 在大自然的分形几何学 一书中，首次提出了分维和分形几何的设想。被誉为大自然的几何学的 分形理论，是现代数学的一个新分支，但其本质却是一种新的世界观和 方法论。无限自相似性是分形的精髓。 分形理论认识到在极度复杂的现象背后存在着意想不到的简单规 则。在现代社会，随着人们生活水平的日益提高，生活体系日趋复杂， 生活需求也日趋增多。相应的，现代社会对景观也提出了越来越高的要 求，传统的造园手法已很难全面地解决这些错综复杂的问题。通过研究 现代西方园林的实例，我发现其中有相当一部分景观设计的理论基础己 不再能够用传统的欧几里得几何学理论来解释。当然，现代西方景观的 多样性是我们很难用单纯的某种理念去加以概括归纳，但我们无法回避 “分形景观”的出现。分形景观基于分形几何的思想，在变化中蕴含着 统一，多数分形形体使得景观要素从整体到局部具有相似性和复杂的一 致性，用看似分散的、逐级突破的、及看似无重点的和无轴线可循的、 整合的设计手法，涉及解决现代景观中的种种复杂闯题。这是一种具有 深远影响、广泛适用性和高度灵活性的现代景观。 基于分形原理，探究现代景观设计，能更好地把握现代景观设计的 发展前景，为以后的设计工作打下坚实的基础。 关键词：分形白相似欧几里的几何思想现代景观设计分形景观 a b s t r a c t i n 1 9 7 3 ，b b m a n d e l b r o t f i r s tp u tf o r w a r dt h e a s s u m eo f f r a c t a ld i m e n s i o na n df r a c t a lg e o m e t r y t h a t i sh o n o r e da s g e o m e t r i c a lf r a c t a lt h e o r yo fn a t u r e i t san e wb r a n c ho fm o d e r n m a t h e m a t i c s b u ti t se s s e n c ei sa n e ww e l t a n s c h a u u n ga n d m e t h o d o l o g y t h ei n f i n i t es e l f - s i m i l a r i t yi st h ek e r n e lo ff r a c t a l t h e o r y f r a c t a lt h e o r yr e a l i z e d t h a tb e h i n dt h ee x t r e m e l y ，c o m p l e x p h e n o m e n o n ，t h e r e i sa nu n e x p e c t e ds i m p l ef o r m u l a i nm o d e r n s o c i e t y ，w i t ht h ei m p r o v e m e n to fp e o p l e sl i v i n gs t a n d a r da n dt h e c o m p l e x i t yo fli v i n gs y s t e m ，t h ed e m a n do fli v i n ga l s oi n c r e a s e g r a d u a l l y a tt h es a m et i m e ，t h em o d e r ns o c i e t ya l s ob r i n g st h e h i g h e ra n d h i g h e rr e q u i r e m e n t f o rs c i e n c e t h et r a d i t i o n a l t e c h n i q u eo fg a r d e n i n gh a v e n ts o l v e dt h ec o m p l e xp r o b l e m si n 宣1 1 一r o u n d t h r o u g hr e s e a r c h i n gt h ee x a m l j l eo fw e s t e r ng a r d e n s ，i f o u n dt h a tag r e a tm a j o r i t yo ft h el a n d s c a p ed e s i g nh a v en o tb e e n e x p l a i n e db yt r a d i t i o n a lt h e o r yo fe u c l i d e a ng e o m e t r y c e r t a i n l y ，i t sd i f f i c u l tf o ru st ou s es o m es i m p l ei d e a st o g e n e r a l i z et h ev a r i e t yo fw e s t e r nm o d e r nl a n d s c a p e b u tw ec a n t o b v i a t et h ea p p e a r a n c eo ff r a c t a ll a n d s c a p e f r a c t a ll a n d s c a p e b a s e do nt h et h o u g h to ff r a c t a lg e o m e t r y t h eu n i f i c a t i o nh a sb e e n c o n t a i n e di nt r a n s f o r m a t i o n t h em a j o r i t yo ff r a c t a lf o r mm a k e s t h ee s s e n t i a lo fl a n d s c a p e sh a v et h es i m il a r i t ya n dt h ec o m p l e x c o n s i s t e n c yf r o mt h ep a r tt ot h ew h o l ef r a c t a ll a n d s c a p eu s et h e d e s i g ns k i l l sw h i c hs e e md i s p e r s i v eb r o k e ，n o tt oh a v et h ee m p h a s i s ， h a v en oa x e st of o l l o w ，i n c l u d i n gs o l v i n gt h ec o m p l e xp r o b l e mi n m o d e r nl a n d s c a p ea r c h i t e c t u r e t h i si s am o d e r nl a n d s c a p e a r c h i t e c t u r ew h i c hh a s t h e d e e p i n f l u e n c e ，c o m p r e h e n s i v e f l e x i b i l i t y b a s e do nf r a c a l t h e o r y ，r e s o a r c h i n gt h ed e s i g no fm o d e r n c a l lb e t t e rg r a s pt h ed e v e l o p i n gt h ef o r e g r o u n do fm o d e r n d e s i g n i n g l a yaf i r mf o u n d a t i o nf o rt h ef a r t h e rd e s i g n i n g k e y w o r d s ：f r a c t a ls e l f - s i m i l a r i t y t r a d i t i o n a l e u c l i d e a g e o m e t r y m o d e r nl a n d s c a p ea r c h i t e c t u r e l a n d s c a p e s i g h t ， s i g h t w o r k t h e o r y o f f r a c t a l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下取得的研究成 果。本人声明：论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其 他人和其它机构已经发表或者撰写过的研究成果。对前人及其他人员 对本文的启发和贡献己在论文中作出了明确的声明，并表示了谢意。 学位论文作者签名：勺拿 签字日期：劲衅占月川 学位论文使用授权书 本学位论文作者完全了解吉林艺术学院有关保留、使用学位论文的 规定，即吉林艺术学院有权保留并向有关部门或机构送交论文或者电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权吉林艺术学院可以将本人学位论 文的全部或者部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或者其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 。 储躲1 霉 签字吼抛7 年占删日 第一章前言 大自然的设计不但简单，而且是最大限度的简单，而这正是其全部复杂性展开 的依据。当大自然开始以某种简单的公式组织自身，处处以无限的耐心重复着同样 的法则时，复杂性就蕴涵其中了。随着自然界从低级到高级、从简单到复杂的进化， 终于产生了人类，而随着人类和人类社会的进步，又产生了科学。“人法地，地法大， 大法道，道法自然”，无论是其研究对象，亦或其内在发展逻辑，新科学都必须面对 比以往科学更为复杂的问题，但科学之为科学，却恰恰能从复杂现象中找出简单规 律。这种大自然的简单规律就是分形理论。 现在，随着对分形了解的逐步深入，卷入分形浪潮之中的，除了数学家以外， 还有生物学家、材料学家、哲学家、音乐家甚至是电影从业人员都加入到了这个行 列中。分形思想的产生迅速影响着社会各个行业的发展，解决了诸多从前传统几何 学所不能解决的问题，在景观设计上也不例外。 目前，“分形”一词在国内景观界仍属一个较为新鲜的概念，然而国外景观界近 几年已提出类似的将分形理论应用于景观设计上的概念。现代专业学者、景观设计 师们对分形景观的研究呈现出散的特点。作为专题进行研究的很少，就国内而言， 有关分形景观设计的专著几乎没有，多是在论及园林、建筑、美学的分形特征时作 以涉猎，研究并不系统，概念很不明晰。作为空间形态专业的研究生，以及有着近 四年环境艺术专业教学经验的教师，我一直对景观设计及其发展有着浓厚的兴趣。 而且，通过对中西方传统园林及现代西方园林的发展研究，我发现我们必须对景观 中的分形投以关注的目光。 第一节分形思想简述 第二章分形理论 被誉为大自然的几何学的分形理论，是现代数学的一个新分支，但其本质却是 一种新的世界观和方法论。 上个世纪七十年代，法国数学家曼德勃罗( b b m a n d e l b r o t ) 教授在大自然 的分形几何学一书中，提出了当今非线性科学的一个重要概念分形。作为美 国国家科学院外籍院士，哈佛大学应用数学教授，以及i b m 公司的高级研究员，他 的思维方式很特别，曼德勃罗教授非常关注非主流的学术思想，通过长期的观察、 收集那些被人们称为“病态的、不规则的”研究对象，从中提出了真正属于大自然 的几何学概念分形。 分形一词，具有不规则、支离破碎等意义，分形思想出现以来，很快就引起了 许多学科的关注，这是由于它不仅在理论上，而且在实用上都具有重要价值。曼德 勃罗是想用此词来描述自然界中传统欧几里得几何学所不能描述的一大类复杂无规 则的几何对象。例如，弯弯曲曲的海岸线、起伏不平的山脉、粗糙不堪的断面、变 幻无常的浮云、九曲回肠的河流、纵横交错的血管及令人眼花缭乱的满天繁星等。 他们的特点是，极不规则或极不光滑。直观而粗略地说，这些对象都是分形。 我们观察云彩的边缘，无论我们用什么数学语言都不能准确描绘，这是分形。 山脉，地形的突起，植物的形状，用分形就可以描述的惟妙惟肖，非常逼真。这是 一个概括力极强的词，它专门处理那些不规则的对象。多变的云彩，连绵的山峰， 蜿蜒的河流，这些都不是欧氏几何所欢迎的研究对象，但这恰恰是大自然的本来面 目。当欧氏几何无以应对的时候，分形就成为了最好的描述工具。 那么什么叫分形呢? 简单地说，分形就是自相似自己与自己相似，这意味 着部分与整体有着相似的结构。换句话说，我们如果把整体中的一部分放大，结构 2 看起来仍和原来的接近。因而，无艰自相似性就是分形的精髓。 人们发现自然界罩很多东西都是分形的。比如树是分形的，树干和主枝之间有 个角度，主枝和侧枝之问有个角度，直到树叶上的叶脉，主脉和侧脉都有角度。不 同的树角度不一样，但是同一棵树的角度都差不多。人体同样也有分形的例子。人 体的血液加起来占人体的比重是很小的，不超过3 。但是它效率非常高，这么一个 系统如果做成自来水管的话，欧几里得的这种管道，那要占人体的2 0 以上。但人体 的血管实际上是处处都有，比如你随便到身上划一下，都会见血，这证明什么呢， 就证明血管到了这个位置，有这样一个非常高效的血液系统。 血管、树枝、闪电、泥裂、植物根系，想想它们的形状、结构，每样东西都挨 不上。虽然这些结构都是不规则的。但以分形的眼光看，它们的确是一回事，都有 着自相似的特点。只不过自然晃里的自相似并不是绝对的相同，而是在规则中蕴含 了不规则的变化。 现在，随着对分形了解的逐步深入，卷入分形浪潮之中的，除了数学家以外，还 有生物学家、材料学家、哲学家、音乐家甚至是电影从业人员都加入到了这个行列 中。分形思想的产生迅速影响着社会各个行业的发展，解决了诸多从前传统几何学 所不能解决的问题，在景观设计上也不例外。 图2 - 1 分形图形示倒 第二节分形几何较之传统几何理论的特点 分形思想立足于分形几何学，分形几何学是一门以非规则几何形态为研究对象 的几何学。由于不规则现象在自然界里是普遍存在的，因此分形几何又被称为是描 3 述大自然的几何学。古老的欧几里得传统几何学创造了伟大的历史文明和现代文明， 统领了过往人类思想的主流：然而，在人类文明高度发达的今天，已经出现众多传 统几何学无法解决的问题，因而分形几何学的出现无疑具有划时代的意义。 概括地讲，分形几何学理论与传统几何学理论相比具有以下特点： 一、从整体上看，分形几何图形是处处不规则的。例如，海岸线和山川形状，从远 距离观察，其形状是极不规则的。 二、在不同尺度上，分形图形的规则性又是相同的。例如海岸线和山川形状，从近 距离观察，其局部形状又和整体形态相似，他们从整体到局部，都是自相似的。 说到海岸线，如果以分形的眼光来看，它的长度是一个不断变化的怪物。当年 曼德勃罗教授在研究英国的海岸线长度时，给出了一个令人吃惊的答案，他认为海 岸线的长度可以当作是不确定的，究竟有多长，这要取决于测量时我们所使用的尺 度。 如果按照欧氏几何的眼光来看，我们会无法理解，有着固定形状的物体怎么会 有一个不确定的长度呢? 我们可以测量地图上海岸线的长度，然后乘上相应的比例， 得到一个数值；同样我们也可以在海滩边傲一次徒步旅行，一尺一尺的测量其长度， 毫无疑t - i 这将比上次测量的结果大得多因为那些小的拐弯细节也算在内了，而这 些细节在地图上是无论如何也看不到的。换句话说，我们对研究对象的观察越贴近， 那么发现的细节就会越多。而海岸线测量结果的相对性，显露出不确定性才是自然 的本质。 这个世界是不是有点糟糕，居然不受确定性的控制，你说不出它下7 - 步会发生 些什么。然而事情并没有想象的那么坏，虽然海岸线在不同尺度上展现的细节不同， 但是从空中和在海边观察到的海岸线，在形状上有着一定程度的接近。这说明海岸 线也是分形的。 如果测量人员能够摆脱对海岸线长度的执着追求，而对分形产生兴趣的话。那 接下来我们看看利用分形的自相似特性，可以做些什么? 我们可以用科赫雪花曲线制作一个假想的海岸线：将一个等边三角形的每边拉 4 出一个小的等边三角形；接着再从这个六角形开始，重复同样的改变，如果可能， 可以不断的划分。不断放大局部，我们能够清晰的看到与整体相似的雪花图形。 我们亲眼见证了，分形是如何运用简单的规则，就完成了从一个三角形到一个 复杂图形的转变。如果赋予雪花生命，那么它将从三角形的深处不断不断地生长出 来，像是拥有无穷能量的生命体一样。 如果在雪花外面画一个圆，你会发现随着划分，雪花的边长趋向于无限长，而面 积的增加则是有限的。边长的无限增加，在于我们不断改变观察的层次，而这种有 限与无限的矛盾，在运动过程中得到了统一。 刀 0 0 图2 - 2 冯科赫雪花曲线 当然，也有一些分形几何图形，他们并不完全是自相似的。其中一些是用来描 述一般随机现象的，还有一些是用来描述混沌和非线性系统的。 三、在欧几里得传统几何思想空间中，人们习惯把空间看成三维的，把平面或球面 看成二维的，而把直线或曲线看成一维的。也可以稍加推广，认为点是零维的，还 可以引入高维空间，但通常人们习惯于整数的维数。分形理论把维数视为分数，这 类维数是物理学家在研究混沌吸引子等理论时需要引入的重要概念。为了定量地描 述客观事物的“非规则”程度，1 9 1 9 年，将维数从整数扩大到分数，从而突破了一 般拓扑集维数为整数的界限。 四、分形形态是自然界普遍存在的，研究分形，是探讨自然界的复杂事物的客观规 律及其内在联系的需要，分形提供了新的概念和方法，而传统的几何是抽象出的相 对归纳化的理论。 5 第三节中西方传统园林中的欧式几何与分形几何的相互关系 一、传统几何理论指导下的西方传统园林 回顾西方造园体系的漫长历史，从旧约时代的伊甸园到古埃及、吉希腊、古罗 马造园，到中世纪西欧和伊斯兰造园，到意大利文艺复兴造园，到法国勒诺特尔式 造园，再到英国的规则式和自然风景园，到美国的造园法的产生，最终发展到近代 和现代的西方综合的造园手法，造园的风格特征根据不同的地域以及不同的时代而 不断交化和更替着，并且各个造园体系已经形成了较为成熟的模式和特征。然而， 有_ 点是可以肯定的，那就是，任何方法的产生必将具有与其时代相对应的理论根 源。概括地讲，传统韵西方规则式园林的造园手法基本上是基于欧几里的传统几何 原理之上的。至于西方园林中传统的自然风景式园林，其理论基础同样根植于传统 的欧式几何学理论，只不过换用了表达形式及对应手法。以法国勒诺特尔式园林及 英国自然风景式园林为例： ( 一) 法国勒诺特尔式园林 法国路易十四亲政以后，法国专制王权进入极盛时期。古典主义成为御用文化， 因此古典主义文化、艺术、建筑、园林等都取得了光辉成就。于是，安德烈勒诺 特尔这位被誉为“王之造园师和造园师之王”的园林艺术大师应运而生，他创造性 地开创了勒诺特尔式园林，标志着法国园林艺术的成熟和真正的古典主义园林时代 的到来。勒诺特尔的成名作品是沃一勒一维贡特府邸花园，这是法国园林艺术史上 件分时代作品，也是法国古典主义园林的杰出代表。从1 6 6 1 年开始，他主持兴造 了以豪华壮丽而著称于世的凡尔赛宫苑，表现出高超的艺术才华，同时，他的园林 创作亦达到炉火纯青的阶段，形成了风靡欧洲长达一个世纪之久的勒诺特尔园林。 法国勒诺特尔式园林风格特征突出表现在： 1 以园林的形式表现皇权至上的主题思想。宫殿位于放射状道路的焦点上，宫 苑中延伸数千米的中轴线，都强烈地表现出唯我独尊、皇权浩荡的思想。凡尔赛宫 苑中轴线东西方向上的阿波罗、拉托娜雕像，象征一种周两复始，永恒统治豹主题。 6 2 在园林构图中，府邸居中心地位，起着控制全园的作用，通常建在园林的制 高点上。建筑前的庭院与城市中的林荫大道相衔接，后面的花园在规模、尺度和形 式上都服从于建筑。前后花园中都不种高大的树木，以突出府邸或便于俯瞰整个花 园。园林既是花园的背景，又是花园的延续。 3 花园本身的构图，也体现出专制政体中的等级制度。在贯穿全园的中轴线上 加以重点装饰，形成全园视角中心。最美的花坛、雠像! 基渔笠篡生查量在中轴线一 上。横轴和次要轴线，对称布置在中轴两侧。小径和甬道的布置，以均衡适度为原 则。整个园林因此编织在条理清晰、秩序严谨、主从分明的几何网格之中。 4 法国古典主义园林环境完全体现了人工化特点。追求空间无限性，表现广袤 旷远，具有外向性等，是园林规模与空问尺度上的最大特点。尽管设有许多瓶饰、 雕像、泉池，却并不密集，反而有简洁明快、庄重典雅之效。 法国勒诺特尔式园林是顺应了时代的要求而诞生的，同时又促进了整个欧洲园林 的繁荣与进步。 图2 - 3 ：作为传统经典几何体系下的凡尔赛的经典轴线 ( 二) 英国自然风景式园林 1 8 世纪中叶，欧洲发生工业革命，接着出现了城市化，城市居民厌倦了那种精 雕细刻、修剪整形、中轴对称、了无生趣、费工费钱的几何式园林。而与此同时， 中国的充满生趣的自然山水式园林，通过乾隆的画师、法国传教士王致诚传入欧洲， 震动了整个欧洲园林界，以致英国的整个几何式园林在1 8 世纪后期几乎完全消失。 7 威廉肯特( 1 1 订lj a mk e n t ，1 6 8 6 年1 7 4 8 年) 是早期英国自然风景式造园家， 他抛弃了几何式园林，代之以自然风景式园林。他说：“大自然是厌恶直线的”，他 把前人遗留下来的通直的林荫大道，全部破坏，并采用中国“曲径通幽”的方法加 以改造。他的学生朗斯洛特布朗( l a n c e l o tb r o w n ，1 7 1 5 年1 7 8 3 年) 在英国也非 常有名，布朗把历史上遗留下来的意大利几何式园林，全部改造为“自然风景式园 林”，人们都称他为“万能的布朗”。布朗的继承人胡弗莱雷普敦( h u m p h r yr e p t o n ， 1 7 5 2 年1 8 1 8 年) 于1 8 0 6 年在著作中写道：“那些用栏杆围起来的石头平台，壮丽 的石级、拱门和人造的山洞，高耸的修剪树墙，壁龛和后退部分，处处装饰着雕 像，那种意大利几何式园林，什么雪泥鸿爪，什么断垣废址，都己荡然无 存! ”( 遗憾的是，这些在1 8 世纪末期，已经被英国风景园林家毁掉的几何式园林， 现在又被我们的某些现代园林师拷贝过来，充作后现代派园林来兜售) 英国的浪漫 主义自然风景式园林便由此产生了。应该特别引起重视的是，欧洲在1 8 世纪以前， 风靡了几世纪的几何式园林是欧洲造园大师受到中国自然山水派园林的震撼以后， 由他们自己亲手将原有几何式园林加以抛弃或改造的。 英国自然风景式园林风格特征： 1 英国自然风景式园林与中国山水写意园林同属自然山水园林，而在内涵和外 貌上又存在很大差异。中国园林源于自然，却高于自然，反映一种对自然美的高度 凝炼概括，把人的情感与自然美景结合体现出诗情画意的境界。而英国风景式园林 所追求的是广阔的自然风景构图，较少表现风景的象征性，而注重从自然要素直接 产生的情感。所以英国风景只是模仿自然、表现自然、回归自然，是自然风光的再 现，虽然也有模仿中国园林创作风格的或者模仿风景画创作的景观，却较少有诗情 画意和高于自然的意境。这些差异，体现了英国风景式园林的根本特征。 2 成熟期的英国园林排除直线条园路、几何形水体和花坛、中轴对称布局和等 距离的植物种植形式。尽量避免人工雕琢痕迹，以自由流畅的湖岸线、动静结合的 水面、缓缓起伏的草地上高大稀疏的乔木或丛植的灌木取胜。 3 英国风景式园林除注重园内再现自然，重塑自然外，亦注意园林内外环境的 8 默契结合。园边往往不筑墙而挖一条沟以区别内外，又能防止牲畜入园，称为“哈 哈墙”，而在视线上，园林与外界都无隔离之感，极目所至，远处的农舍田野、起伏 的丘陵草地、云朵般的羊群，蔚蓝的大海及海面上成群结队的飞禽等，均可成为园 内借景，从而扩大了园林的空间感。 所以说，传统的西方规则式园林与自然风景式园林造园手法的评价体系和理论 基础是有着对应关系的。 二、中国古典园林中的分形理论 中国园林的要义在于虽为人为，但宛若天成；其实就是巧借自然之美，浓缩于 方寸之间。园内山水花木的季节变化，使人们可以“不出城郭而获山林之怡，身居 闹市而有林泉之乐”。它体现了“师法自然”的中国传统艺术，所追求的一种自然 之美的意境。 那么自然究竟美在何处呢? 随意多变而极富生命力的自然，成为园林的仿真对象，但师法自然不仅于此。我 们习惯将园林中一草一木的组合，理解成是阴阳相生相克的风水理论，但现在我们 凭借一个极有特点的数学思想分形几何学，得以重新理解园林师法自然的意境 美。 如果依据西方的建筑观点来看待中国古典园林，我们眼中只有雕梁画栋、飞檐 斗拱的外在面貌，而对于园林内在的空间布局，以及曲径通幽的意境美无从理解。 更不要说复杂多变，破碎不规则的大自然了。闪电不是整齐的线条，天空中的云也 不是球体，错综复杂的树枝更是无从描述。也许欧氏几何的出现并不是为了描绘自 然，所以在面对破碎多变的世界时，它显得无从下手。相反，越是混乱、越复杂的 事物，分形理论却越显出成效。 不知道中国古人是怎样理解分形的，但是在园林中我们的确找到了一些具有分 形特点的设计。中国园林的布局上有多层次的自嵌套自相似特性。园中有园就是这 样的一个特色。每个园子都是亭台、水榭一应俱全，园子之间又都以曲折的回廊或 9 流水相联系，而统观全局，每个小园又都是大园的一处布局、一个安排。园林的大 小毕竟是有限的，方寸之地要展现出无穷变化的景致，缩简概括是最主要的办法。 园林中通往各处景色的道路往往不那么直接，而以迂回曲折的布局，使人展丌对空 间的联想。观赏者从任何角度望去都可以看到某种赏心悦目的细节。而当你走近时， 它的结构又出现变化，展现出新的亮点。 这是古人从小小的园林获得一个完满世界的策略。如果理解了分形，那么古典 园林的有限包含无限的意境就不再只是难以言表的精神体验了。 在欧氏几何看来无法解释的事情，分形却办到了，并且有了哲学上的含意。它 为人们从部分中认识整体，从有限中认知无限提供了理性的根据。 l o 第三章分形几何在现代景观设计中的应用 分形景观形式分析和评价 第一节分形几何理论在现代景观设计中应用的必然性 在现代社会，随着人们生活水平的日益提高，生活体系日趋复杂，生活需求也 日趋增多。相应的，现代社会对景观也提出了越来越高的要求，传统的造园手法已 很难全面地解决这些错综复杂的问题。在这种情况下，出现了现代西方园林。现代 西方园林综合多样、变化无穷、特色各异、百花齐放，力求满足现代社会的各个方 面的需求，其运用的是一种“整合”的理念。呈现出不同的分支体系。通过研究现 代西方园林的实例，我们不难发现，其中有相当一部分景观设计的理论基础已不再 能够用传统的欧氏几何学理论来解释。当然，现代西方景观的多样性使我们很难用 单纯的某种理念去加以概括归纳，但我们无法回避“分形景观”的出现。 事实上，大自然是复杂和不规则的，曼德勃罗首先提出的分形几何正在解决诸 多传统几何所不能解决的复杂的和不规则的问题。同样，基于分形思想的景观也必 将能够在很大程度上解决传统园林不能适应现代社会错综复杂状况的问题。 第二节基于分形思想的现代景观实例分析 一、西班牙巴塞罗那植物园( j a r d ib o t 6 n i cab a r c e l o n a ) 近来，在世界景观界掀起一阵热潮的巴塞罗那植物园( j a r d t b o t 6 n i ea b a r c e l o n a ) 是一个典型的例子。植物园的景观设计师菲格若斯( b e tf i g u e r a s ) 称其 为“充满植物和分形气息的植物园” 巴塞罗那植物园于1 9 9 9 年4 月正式对外开放，它位于芒特牛斯山的山坡上，占 地约1 5 公顷。植物园建成之后，这里同时也成为能够俯瞰加泰隆尼亚首府宏伟景观 的一处露天剧场。 为了达到满意的效果，巴塞罗那政府为这个公园发起了一个公开的建筑景观设 计竞赛，并要求公园的设计达到双重的目标：一方面要求创造一处崭新的公共开放 空间，另一方面要求在其中展示体现植物花园主题的相关教育知识，从而提升公众 对植物的进一步了解。公园的设计在考虑到基址的地形状况及当地的气候影响的基 础上，致力于展示地中海地域特有的植被特色。 植物园在空间组织上运用了分形几何的构图法将全园划分成若干个三角形的区 域，植物即种植在这些划分好的特定的区域中。其景观抽象于成熟的片段式的农耕 景观。设计师在谈到其设计理念时，也承认其思想源于曼德勃罗的“分形几何”的 思想体系。 植物园中的植物品种是按照生态学原则选择和分布的，与通常植物园的植物分 类方法有所区别。其目的并不是为了展现基于分类学的个体品种，而是通过植被群 落的演示展现典型的地中海地区特有的植被景观。从森林景观到风格迥异的湿地景 观，7 2 种植物群落已经落户与植物园中。这也是我们应当借鉴的，巴塞罗那植物园 不是以植物品种为单位，而是以植物群落为单位。植物园从世界上5 个地中海气候 地区( 地中海盆地、加利福尼亚西部、智力的中部、非洲的南端以及澳大利亚) 引 进了4 0 0 0 个左右的物种，并以群落组合的形式展示于园中。 在巴塞罗那植物园中，分形三角形区域网络中的“平台”都充当着通往不同层 面的协调处。园中的挡土墙是用强性土做成的，面层是特种钢( 锈钢板) ，使人联想 到当地的梯田景观。钢板的锈红色也让人联想到当地裸露的红壤。园路共有两种类 型：一种是3 m 宽的6 坡度的园路，供游人及养护工具使用；另一种是1 5 m 或2 5 m 宽的时而带有台阶的通往小型广场的道路。所有的园路都是由1 8 c m 厚的混凝土板铺 设而成。与场地相融合的混凝土作为道路的铺装材料构成了植物园分形三角形构图 的骨架。开阔的节点使得呈不规则三角形的混凝土厚板凸现出来。在坡度较陡的地 方，土壤被层层夯实成墙体，其外加护一层钢丝编制而成的网，同时允许地形的转 折。墙体的最外层表皮是一层特种钢板，让人回忆起地中海农田景观中传统的挡土 1 2 墙。并且，这种特种钢板与当地裸露的土壤很好地融合为一体。虽然运用的是新型 的材料，然而却没能使景观看起来有丝毫的夸张和不适的感觉。同时，这种设计手 法也展现了一种新的意义上的可塑性。沿着园路位于挡土墙下方有一条排水沟，用 于排除雨水。一个管径为3 0 1 0 0 姗的排水管道的排水系统将雨水收集到公园底部 的一个大型的蓄水池中。水的循环利用也纳入设计之中( 但目前尚未启动) ，这个过 程是通过声波和太阳能控制的一个新的全自动系统控制的。 设计师在设计中更加关注设计的主题以及对场地的感知。分形思想的运用使得 设计更为成功地达到预期效果，并满足了植物园的种种设计要求。现在，这个植物 园已经成为欧洲景观设计中的一流作品，其景观与巴塞罗那当地特有的丘陵地貌完 美地结合在一起，新的思想、新的材料、新的形式，却唤起人们无限的回忆，如同 一首诉说着地中海美丽风景的动人故事。 总之，巴塞罗那植物园集地中海景观、分形几何构图和经过精心选择色彩的材 料于一体，这一切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。 园中的服务性建筑在设计上也延续了景观设计的手法，同样基于分形几何的思想。 图3 - 1 植物园中基于分形思想的景现元素 1 3 二、西班牙诺巴瑞斯中心公园( n o ub a r risc e n t r a ip a r k ) 诺巴瑞斯中心公园也是一个基于分形思想的成功案例，马克垂伯( m a r ct r e i b ) 教授称赞其为一处“残景中浮现的绿洲”。这个中心公园位于巴塞罗那的西北边界， 并不是一处奥姆斯特德式的园林景观。这里没有郁郁葱葱的树林，没有曲折流淌的 溪流，也没有如画般的草地，展现在人们面前的是分形三角形的砖墙，锯齿状的种 植区和摇曳晃动的水体。公园的二期工程于2 0 0 3 年秋天完工并且举办了大型的竣工 庆祝仪式。设计富有活力和自信，它将场地基址处理成一块立体式的地毯，处处充 满了人性化。 公园的设计者是建筑师安朱阿瑞欧拉( a n d r e ua r r i o l a ) 和卡门费奥尔( c a m e n f i 0 1 ) ，他们勇于去塑造结构、地形和空间。他们并没有运用传统的几何式构图法进 行设计。区别于2 0 世纪8 0 年代的极简主义，这个新的公园更多地运用分形三角形 而不是矩形。景观要素的形式多变，同时由于相似性和不规则性仍保持着整体风格 的统一。 图3 - 2 诺巴瑞斯中心公园的平面图，这是设计师为公园所做的设计性草图这里设计师采用的 l 4 - 7 式构图从立体派的绘画中( 如毕加索的绘画) 汲取了营养 谈到公园的建成原因还是应该首先提到巴塞罗那2 0 世纪的城市发展。城市建设 促成了诺巴瑞斯地区高密度的城市住宅区和商业区的形成，公园基址的周边环境十 分复杂并缺乏关联。传统几何式的造园手法很难解决现状存在的问题。因而，亟待 寻求一种能够解决这里存在的错综复杂问题的新的造园手法理念的出现。 公园建成之后，这里既有缓坡的渐进地带，又有地形剧烈变化的地带，既有绿 地区域，又有铺装地带，为人们的活动提供了各式各样的可能性；公园中具体设置 1 4 了步行道、儿童游戏场、水景设旌、咖啡厅、溜狗道，空问上有私密空间和公共空 间的划分，安排有音乐和戏剧的演出，甚至还设有供人沉思和具有开阔视野的场地。 阿瑞欧拉和费奥尔明智地将设计出发点放在处理高差的细微变化上，从而创造出由 周边居民区、商店及公园的车行环线进入公园的更多可能性的途径。在平面图上很 明显能够看出其分形三角形与( 接近) 球面三角构成的看似分散的几何构图。然而 身在其中却会感受到一种统一的聚合的力量，丝毫没有分散的感觉。这似乎有些矛 盾。事实上，分形的奥妙恰恰蕴含其中( 根据曼德勃罗的分形思想理论，从整体上 看，分形几何图形是处处不规则和支离破碎的，然而在不同尺度上，图形的规则性 又是相同的。相当一部分分形形体的局部形状和整体形态相似，从整体到局部是自 相似的) 。 图3 - 3 体现分形思想的三角形木平台 古老的拱桥及水池中的水景使得公园仿佛与过往道路上的车水马龙相隔绝 具体地讲，设计师是通过以下途径来实现他们的构思的： 1 扩展建筑周围的区域使得人们能够更加自由地活动。 2 连通街道，园路以及通过的道路。 1 5 3 栽种成排的树木，作为公园与周围无处不在的居住区之间的屏障。 4 拆除围墙，设置坡道。 5 为场地的各个区域赋予特定的功能。 6 在创造流动的功能空间的同时保持几何的形态。 7 为缺乏内容的地方赋予特定的象征意义。 8 挖掘场地的原有特征。 设计地形在多个方向上倾斜，挡土墙呈阶梯状排列布置。在整个场地中，三角 形成为最为活跃的几何形式，这些分形的几何形体代表着各个部分之间流动的连接， 其构成的整体形式造就了一种分形景观。虽然场地在多个方向上倾斜，但人们在场 地中行走的感觉是流动的，丝毫没有蹒跚而行的感觉。一条1 9 世纪建造的水渠穿过 场地基址并成为公园的设计元素，演绎着场地的历史；此外，由于巴塞罗那的气候 非常干燥，公园中还专门设计了雨水收集系统并设置了两处相对较大的蓄水池。 当然，在诺巴瑞斯中心公园中，最引人注目的景观要素就是那些镶嵌着薄木板 和纤维玻璃叶片、拔地而起的棚架。阿瑞欧拉和费奥尔称之为“手掌”或“扭转的 叉子”，当地人称之为“梳子”，他们丛聚在一起，成为公园景观沿线范围内的地标 和标志物。总之，诺巴瑞斯中心公园是一处人性化的宛如立体地毯式的景观，基于 分形思想的景观设计很大程度地解决了这里极其复杂的种种问题。 图3 - 4 “手掌和扭转的又子”成为诺巴瑞斯地区的标志 1 6 第三节先锋设计师的分形景观设计实践 将稻香溶入书声沈阳建筑大学校园环境设计 ( 一) 概述 沈阳建筑大学原名沈阳建筑工程学院，位于辽宁省沈阳市，始建于1 9 4 8 年，是 所以土建类专业为主，工学、文学、理学、管理学、农学等多学科交叉渗透、协 调发展的高等院校。为发展需要，学校从沈阳市中心搬往浑南新区。新校园总占地 面积8 0 h m ，一期建筑面积3 0 万平方米。在新校园的总体规划和建筑设计基础上， 2 0 0 2 年初，校方委托北京土人景观规划设计研究院进行整体场地设计和景观规划设 计。 这是一个用水稻、作物和当地野草等最经济的元素来营造一个校园环境的案例； 试图对庄稼、野草和校园做一个重新的认识，让学生在一个现代城市环境中学习书 本知识的同时，能感受自然的过程、四时的演变、作物的春秋和民以食为天的道理。 并通过旧材料的再利用，感受历史的延续。设计由北京土人景观规划设计研究院、 北京大学景观设计学研究院主持，主要设计人：俞孔坚、韩晓晔、韩毅。这一设计 获“2 0 0 5 年a s l a 设计荣誉奖”。 ( - - ) 设计特点 1 大量使用水稻和当地农作物、乡土野生植物( 如蓼，杨树) 为景观的基底， 显现场地特色。不但投资少，易于管理，而且能形成独特的、经济而高产的校园田 园景观。在大面积均匀的稻田中，便捷的步道串连着一个个漂浮在稻田中央的四方 的读书台，每个读书台中都有一棵大树和一圈坐凳，让书声溶入稻香。设计中“园 林结合生产”有了新的解释，在一个大城市的建筑大学里，对大多数来自城市的学 生来说，自然和耕作是那么遥远。他们对农作物的播种、管理和收获感到陌生，他 们甚至不知道农作物和乡土物种的名字。该校园的环境设计力图使当代学生有机会 回到真实的土地，感受农作物自然生长和管理、采收过程，使学生在学习课本的间接 知识的同时，也能从真实世界中获得真知。 1 7 2 便捷的路网体系。遵从两点一线的最近距离法则，用直线道路连接宿舍、食 堂、教室和实验室，形成穿越稻阳和绿地及庭院的便捷的路网。对学生来说，时间 的珍贵不仅体现在深夜通明的图书馆和教室里，也体现在“宿舍一食堂一教室”三 点一线上的匆匆行路中。古典园路的蜿蜒曲折和曲径通幽不是不美，而是不太符合 时代快节奏的脚步。 在一些细节的处理上，也体现了对自然和生态的关注，如3 m 宽的水泥路面中央， 留出宽2 0 c m 的种植带，让乡土野草在这里生长。园区充分考虑了自行车的便捷信道。 3 空间定位：重复的9 个院落式建筑群，容易造成空间的迷失，景观设计需要解 决这一问题。为此，应用自相似的分形原理，进行9 个庭院的设计，使每个庭院成 为空间定位的参照，形成独具特色的空间，使用者可以通过庭院的平面和内容，感 知所在的位置。每个庭院中都有一个用于标识所在教室专业特色的雕塑和小品。这 些小品设计的灵感来源于各个专业的实验室器材、机械及其它相关特征。连续的 “之”线形步道通过两侧的白杨林行道树被强化，成为连接庭院内外空间的元素。 图3 - 5 沈阳建筑大学校园环境设计 1 8 4 通过旧物再利用，建立新旧校园之间的联系。把旧校园的门柱、石撵、地砖 和树木结合到新校园环境之中。便历史的情感得以延续，使校友回母校时有亲切感， 使学生在平常的学习活动中，感受到母校历史的延续。 5 将农业与劳动教育融入一个建筑大学的校园绿化，时刻提醒我们的年青一代： 粮食和土地永远是中国这个1 3 亿人口大国的头等大事。快乐的劳动已成为校园的一 道风景，收获的稻米“建大金米”目前已被作为学校的礼品，赠送给来访者。 项目强调了现代景观的简约和功能主导性，体现了设计者一贯主张的设计思想： 即白话的景观与寻常之美。歌颂土地之美，用最经济的途径，实现当代中国最迫切 需要的绿化和美化。重拾起“园林结合生产”的精神。 1 9 第四章分形理论对现代景观设计的启迪 第一节“师法自然”，一种分形的创作理念 中国传统艺术所追求的是一种自然之美的意境，“师法自然”，在形态上则呈现 出一种艺术的分形。中国古典园林以山水为主体摹拟自然，这一点决不仅仅只是表 现为在内容上多选取不规则的自然形态，而且还表现在更深层的创作原则和造型方 法上。 中国园林设计中相似形、重复几何母题都在广泛地运用着。然而，如果能够基 于分形理论，对中国传统古典园林及其建筑的形式进行研究，就能够对此有更深刻 的认识。例如园林的塔、亭、台、楼、榭等，造型上相似迭代的特征极其明显，都 完全可用分形程序来摹拟其基本的形象轮廓。至于建筑细部及装饰，与其说是几何 图案，不如说是分形图形。而对于自然山水的基本实体构成要素的山、水、植物等， 以及设计中要求的“山有脉络，水有源流，树有根须，建筑物有疏密”，主山和客山 的关系，叠石造型的竖、挑、架、托等手法的运用，广泛存在的程序化规范，则可 类比于线性变换群作用下的分形构成法：而各种孤植、效石、勾石、勾水纹的样式， 可视为“自仿射分形吸引子”，均可由分形程序图形仿真，通过形态生成规则以及控 制参数的设置和赋值来实现。福斯特的新作瑞士再保险公司伦敦总部设计就是分形 在现代设计中的成功实例，进而在园林设计中采纳。 位于英国伦敦“金融城”的瑞士再保险塔。绰号“小黄瓜”，是一座玻璃外观 的尖顶摩天大厦，也是福斯特勋爵名作之一。这个子弹模样的房子，盖在伦敦内城， 也就是伦敦金融城的中心地带，由赫赫有名的福斯特勋爵l o r dn o r m a nf o s t e r 设计， 就盖在他老人家业务上最大的竞争对手罗杰斯勋爵l o r dr ic h a r dr o g e r s2 0 年前设 计的劳埃德大厦l l o y d sb u i l d i n g 旁边。2 0 0 4 年建成开业，引起了伦敦市民的相当 矛盾的兴趣。大楼的中央是巨大的圆柱形主力场，作为大楼的重力支撑。大楼表面 由双层低反光玻璃作外场，减少过热的阳光。里面有六个三角形天井，作用是增加 自然光的射入，因为大楼的旋转型设计，所以光线并非直接照射，光线由每层旋转 型的楼层侧照，有散热的功能。另一方面，新鲜空气可以利用每层旋转的楼层空位， 通遍全座大楼。获得2 0 0 4 年的r i b a 斯特林大奖。 图4 - 1。小黄瓜”瑞士再保险公司伦敦总部 自然可谓人类最好的老师，自然的类比是园林创作构思的重要手法。宇宙万物 具有统一性和同一性，事物的运动变化规律具有相似性。类比正是利用相似、类推 进行的信息转移，实质上是一种立足于自然基础上的运用分形理论的创造手法，是 园林创作中具有无限潜力的丰富源泉。原始的艺术创作就是对大自然的直接摹写， 中国古代的苑囿都是对自然景观的模仿：现代园林中的拱、膜等结构形式正是生物的 卵、壳、网、细胞膜的映射，康沃尔的伊甸园就是对昆虫的形态和生物细胞的模仿。 以自然为原型，不仅意味