風景園林數字孿生應用分析

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【摘要】文章對數字孿生技術在風景園林行業的應用進行了探討，對數字孿生對風景園林的改變進行了思考。對于風景園林而言，本質在于改善人居環境，而如何借助新技術——數字孿生對傳統的風景園林進行改造升級并輔助風景園林的設計是一個值得思考的問題。

【關鍵詞】數字孿生；風景園林；LIM

1引言

隨著“綠水青山”戰略的提出和對人居環境的重視，風景園林行業逐漸受到更多重視。在傳統建設行業中，風景園林將會起到越來越重要的角色，而風景園林在不斷發展中又不斷地遇見新的問題，比如需要滿足的外部因素增多、使用人群需求多樣等問題。近年來，國家加大對新型基礎設施建設的投入力度。在改善生活環境的過程中，風景園林將和一系列新技術互相融合，向著多元與包容的方向發展，更好為使用者服務。

2數字孿生風景園林的概述

數字孿生即搭建一個與現實物理世界相互平行的數字世界，將虛擬世界與現實世界相互映射，準確反映現實世界變化[1]。在數字世界中，可以通過物聯網技術管理物理世界的設備。數字孿生風景園林是對現實世界的仿真和模擬，它融合了多學科的知識和技術，與不同學科產生聯系。數字孿生的概念最初起源于美國航天領域，后來逐步走入工業行業，促進工業4.0的轉型升級。近年來，隨著物聯網、人工智能、大數據和云計算等技術的發展，數字孿生對風景園林產生了新影響。在多方面協作的情況下，數字孿生風景園林將變得復雜化。在仿真層面，數字孿生風景園林比BIM（建筑信息模型）更注重植物、水等景觀配置的變化，考慮到的因素會更多，更加注重環境與人的交互關系。而在物聯網建設中，數字孿生風景園林收集到的數據和種類更多，植物的季相、水文監測、氣象、鳥類的活動都可以納入動態監測的范疇。基于現實世界的實踐和虛擬世界的模擬仿真，將會產生新的人機交互系統。

3數字孿生風景園林的設計

數字孿生風景園林（見圖1）的核心是要和目前已有的LIM（風景園林信息模型）相互融合。LIM是一種應用于工程施工、項目設計的為風景園林信息建模的技術，能夠實現項目的三維可視化，對風景園林項目進行多維度考量，能貫穿項目的生命周期。相比LIM，數字孿生風景園林能夠實現對設計、施工、運營的一體化管理，大大提高了效率。數字孿生風景園林應當具有實時交互、閉環管理、可擴展的特點。在數字孿生風景園林模型中，實時交互基于園林中的物聯網設備，能夠在虛擬世界和現實世界雙向映射，借助于動態交互的設備，能夠提高數字孿生風景園林運行的可行性。在此基礎上，借助人工智能管理系統，數字孿生風景園林能夠實現自主決策，在云端的學習庫中找到最合適的解決方案，在解決之后不斷自主學習和優化，自主提升解決能力。數字孿生風景園林具有可擴展性高的特點，將其與CIM平臺相互融合，助力城市的整體融合發展，會更加有利于智慧城市、萬物互聯的融合發展。在數字孿生風景園林模型中，可以不斷增加、集成或替換模型，從而更好地實現數字孿生的效果。

4數字孿生風景園林的應用

對于數字孿生風景園林的應用，文章從提升總體規劃水平、優化建設過程并評估成效、模擬仿真、推演建成項目的運行態勢、推進以人為核心的風景園林設計、對微型園林的優化等方面進行探討。對比傳統的風景園林建設，數字孿生風景園林目前還處于發展階段，而數字孿生風景園林也是一種有力的工具，通過對該工具的運用，能優化人居環境，使風景園林更好地為人服務。

4.1提升總體規劃水平

風景園林行業在設計、施工過程中不斷與其他行業進行交流融合，風景園林行業涉及面廣，考慮的因素多。若采取以往的規劃——建筑先行，風景園林難以貫穿整個項目，改善人居環境的效果也會大打折扣。推動數字孿生風景園林的建設，能有效促進其與不同數字孿生平臺相互融合，打破以往規劃的格局，改善城市規劃最終的使用質量。在設計時，可以運用假設分析和虛擬規劃等方法，引入多樣的外界變量，依據積累的數據，借助人工智能、大數據、云計算等手段，進行分析和更正，避免在項目落成之后才發現問題。

4.2優化建設并評估成效

基于數據可視化技術，管理者可以明確知道項目情況。與項目中的物聯網設備相連后，將物聯網設備獲取的數據進行統計、收集，把這些數據納入動態監測的范圍，進行協同計算。這些數據不僅可以從園林中的傳感器中獲取，還能從接入局域網的使用者手機中得到。經過分析之后對項目進行綜合評估和優化。收集手機中傳感器中的相關數據，能夠對高差變化、道路平整狀況進行分析。當前對項目的評估優化而言，主要采取兩種評估方法，一是設計中評估，另一種是設計完成之后評估。若設計項目變得復雜，在設計過程中僅對圖紙在二維世界中進行分析，難以做到以人為視角進行體驗和觀察，很難直觀發現其中隱藏的問題。數字孿生風景園林能夠降低評判的門檻，使更多人參與到評價項目中來，收集到更多的建議。風景園林不斷發展，以上兩種方式都難以滿足及時糾錯的需求。若無法及時發現問題，可能會對整個項目產生不良影響。充分運用數字孿生風景園林技術，并依據深度學習的手段，基于以往獲取的數據，可將風景園林的運行情況提取出來，便于不斷制定新的量化評定標準，進而實現對項目的掌控。

4.3模擬仿真，推演建成項目的運行態勢

對數字孿生風景園林項目的全面分析，可以為現實世界中的風景園林穩定運行提供有力保障。借助萬物互聯、云計算等技術，能快速獲得以往人工費時費力才能得到的數據。物聯網傳感器技術的成熟，將降低獲取信息的成本。以往對風景園林項目進行管理時，往往依賴單一數據，構建的也是單一的模型，無法做到多方面考慮，不能享受大數據帶來的福利。而構建數字孿生模型之后，模型自身可以通過深度學習、智慧成長的手段，使數字孿生風景園林不斷地獲取外部數據并自我優化。比如通過對溫度、光照等氣象條件的分析，可以預測植物的季相變化，將這些信息整合后，能幫助使用者提前規劃游覽園林的計劃。對于風景園林項目運行過程的一些問題，借助于安裝在現實項目中的傳感器，可以快速發現。將這些問題投射到數字孿生模型中，可以實現精準定位，幫助檢修人員快速定位問題位置，并依據此發現有無其他的關聯問題。

4.4推進以人為核心的風景園林設計

風景園林的本質在于改善人居環境，在當前推進智慧園林、交互式園林建設的背景之下，使用者對風景園林提出了更多要求。基于此，在數字孿生風景園林當中，借助VR、AR等技術，用戶能夠以人視角實現場景漫游，直觀地感受到風景園林項目的每一處細節，從而使風景園林項目更好地實現以人為本。而數字孿生風景園林能更好的發揮其在科普方面的作用，當使用者步入數字孿生世界之后，借助VR、AR等技術，能夠直觀的了解數字孿生園林中所包含的動植物種類和特點。

4.5微型園林優化

在城市中，微型綠地常常以帶狀公園、街邊綠植等形式出現。總體呈現“小、多、散”的特點[2]。而這些綠地形成原因復雜，產權模糊，涉及的管理部門多，使用者混雜，管理起來需要跨部門甚至跨區域管理，因此管理難度較大，成了各個部門都不愿管的地帶。而且城市中微型綠地因為分布隨機，存在諸多不確定因素，但往往是居民們茶余飯后的游玩地點，為了實現對微型綠地的實時監控和管理，同時保障周圍人群對該綠地的正常使用，以往需要花費更多人力、物力。而建立起微型綠地的數字孿生風景園林模型，基于物聯網設備收集得來的數據，有效利用人工智能、云計算等技術，可以彌補傳統管理方法的不足，實現信息共享、構建起多部門共建的數字孿生信息平臺，便于各個部門的溝通交流，能夠實現跨部門聯合管理。

5結語

數字孿生風景園林未來將會和不同的數字孿生平臺互相融合，使風景園林貫穿整個項目的生命周期，更好地為人服務。通過以上的探討，充分依據物聯網技術，發揮邊緣計算的功能，有效應用人工智能方法，基于物理世界中的風景園林收集來的大數據，可以將風景園林的運行狀態進行模擬和映射；通過物聯網設備收集得到的數據，將會成為預測未來發展的依據；通過改變某一變量對整個模型的研究，能夠模擬不同條件下數字孿生風景園林的狀態，最終變成對現實世界管理的指導方案。數字孿生風景園林離不開不同部門的共創、共建，這需要打破行業壁壘，使各個部門打開信息共享的大門，促進不同部門協作，共同完成數字孿生風景園林的建設。

參考文獻

[1]中國電子技術標準化研究院.數字孿生應用白皮書（2020版）[R].2020.

[2]李運偉.淺談城市建成區小微綠地的景觀設計[J].靜與社會，2020（8）：63-66.

作者：陳一家 單位：北京林業大學園林學院