1、敏感地段的景观安全格局设计及地理信息系统应用- 以北京香山滑雪场为例俞孔坚 李迪华 北京大学城市与环境学系，北京大学景观规划设计中心段铁武 北京师范大学环境科学研究所摘要：景观中存在着某些关键性的局部、位置和空间联系，它们构成某种战略性的格局-景观安全格局，对维护景观中某种过程的健康和安全有着至关重要的作用。以北京香山滑雪场的规划过程为例，本文系统地探讨了景观生态安全格局、景观视觉安全格局和景观文化安全格局的判别及其敏感地段的场地规划方法。文章同时显示，地理信息系统在场地规划中的有着广阔的应用前景。 关键词：景观安全格局，场地规划，GIS，香山公园Landscape Security Appr
2、oach in Planning of Very Sensitive Site and GIS ApplicationKongjian Yu, Dihua LiCenter for Landscape Architecture and Planning, Peking UniversityTiewu DuanThe Research Institute of Environmental Research, Beijing Normal UniversityABSTRACT: Some critical portions, positions and spatial relationships
3、exist in a landscape that compose some strategic spatial patterns-landscape security patterns, which impose some significant influences on the safety and healthy of certain processes, i.e. ecological processes, visual perceptual processes and cultural processes. Using the artificial ski project at t
4、he Western Hills at the outskirts of Beijing as an example, the authors discussed the methodology of the identification of landscape security patterns, including ecological security patterns, visual security patterns and cultural security patterns, and the security pattern approach in site planning
5、at the very sensitive areas. Geographical information systems (GIS) has proven to be an useful tool in this approach.Key words: Landscape security pattern, site planning, GIS, Xiangshan Park引言对于一个象北京香山这样一个生态、文化和视知觉都很敏感的地段来说，尽可能地避免景观改变带来的冲击，维护生态、文化及感知过程的安全是非常重要的。有关部门已决定在香山植物园内兴建一个以仿真滑雪为主的、餐饮、休闲相配套的全天
6、侯多功能综合性大型运动场，占地面积 6 万平米，这一决策是本工作的一个前提。从风景和环境保护的角度来讲，这样大型项目本身是不适于在上述地段内建设的，对此本文不作讨论。但至少有一点是十分明确的，即在这样一个非常敏感的地段建设大型的体育运动项目必会对香山特有的生态、文化和感知氛围造成冲击，所以，系统的景观分析和评价，以便尽可能减少其对环境的不良冲击，不但对本项目设计中具有重要意义，对类似项目的规划也必有可借鉴之处。自 I. McHarg 的“依自然而设计“(Design With Nature， 1969)一书问世以来，尊重自然过程进行景观改变的设计思想已为广大景观规划师所接受，并在现代环境运动中
7、起到了非常重要的作用。McHarg 把这种通过土地的剥层分析，层层叠加，最后确定土地利用的规划视为人类生态规划(1981)。这一规划思想最早可追溯到英国规划师 Patric Geddes(Steiner 等 1987)，以后又由哈佛大学景观设计教育先驱之一 Elliot 发扬而成为景观规划专业之一大特色(Faludi 1987)。因子叠加的规划模式也因之而产生并在技术上不断发展。在计算机出现之前，这种叠加过程成功地用透明薄膜来完成(Steinitz,等 1976.)。60 年代中期，哈佛大学教授 Steinitz 等开始尝试将叠加过程通过计算机来完成(Steinitz，1993)，并最终使叠加
8、(overlay)成为地理信息系统的一种基本功能，在一般商业 GIS 软件中都可以完成。尽管在技术上叠加过程可以通过计算机来完成，但将不同的生态、文化和感知过程的信息综合起来用于景观的综合评价和土地的综合利用，是非常具有挑战性的，它需要多学科的紧密配合，对各种景观过程有充分的认识并能通过相应的模型将其表达出来。这种挑战性集中反映在：土地是有限的，我们不能指望用大量的土地来维护或控制某种过程。因此，一个关键性的问题是如何用尽可能少的土地来最有效地维护某种景观过程的健康和安全。景观安全格局理论和方法在解决这一问题上已作了一些尝试(Yu 1996, 俞孔坚 1998)。该方法强调，景观中存在着一些战
9、略性的组分和空间关系，它们构成某种关键性的格局安全格局，对景观过程有着至关重要的影响。景观安全格局的判别有赖于对景观过程的模拟和分析、过程的安全指标的确定等。对于景观生态安全格局、景观视知觉的安全格局、和农耕过程的安全格局的判别已有过初步的探讨，可作借鉴(Yu 1995，俞孔坚 1998).以香山滑雪场规划过程为例，本研究探讨了如何在一个极敏感地段进行项目规划的研究程序, 特别讨论了地理信息系统支持的景观安全格局设计途径。全部 GIS 分析都用ARC/INFO(WindowsNT 版)来完成。1研究目的与方法1.2 研究目的北京香山滑雪场位于北京植物园西区待开发预留地，毗邻卧佛寺，其建设涉及局
10、部景观改变，如果不对场地进行认真的规划与设计，必然会对周围景观的生态过程、视知觉过程和文化氛围带来不良的冲击。同时，不良景观改变还有可能对投资者造成不必要的浪费。所以，如何合理利用场地，维护景观的生态、感知及文化过程的安全，关系到该敏感地段的景观保护，也与投资者的经济效益有直接关系。因此，本研究有两主要个目的：(1) 通过场地分析，为在场地设计和景观规划中减少项目对环境的负面影响提供科学依据。(2) 为充分利用自然地形进行场地规划设计，减少工程量，节省投资，提供科学依据。1.3. 研究内容围绕以上两个目标，研究内容包括三部分：第一部分，景观过程的分析，包括自然的地质、地貌、水文和生态过程；景观
11、感知过程，主要是视知觉过程；文化过程，包括历史遗址和文物及“风水“景观所形成的文化氛围。第二部分，基于景观过程分析的景观安全格局的判别，包括：工程安全格局工程上不可行的地段(本文不作具体讨论)；生态安全格局维护生态过程所需的战略性景观格局；视觉安全格局维护使用者或游客的视知觉过程所需的战略性景观格局；文化安全格局维护场地及周围文化过程所需的战略性景观格局。第三部分， 基于景观安全格局的工程建设规划方案。1.4. 研究方法本研究组织城市规划、地理信息系统(GIS)、环境、生态、风景园林、建筑、地貌、土地规划等多学科的专业人员参加，尤其充分发挥 GIS 这一重要工具在评价与规划过程中的作用。具体研
12、究步骤和工作流程见框图(图 1)：图 1 香山滑雪场景观安全格局判别和场地规划过程框图2 香山滑雪场景观过程分析2.1. GIS 数据库与景观表述用来建立 GIS 数据库的主要信息源包括 1：500 和 1：2000 场地所在的香山植物园实测地形图，1：8000 航摄图，现场踏探资料、现场照片，以及相关文字资料等。 对场地及周围景观分为六个层次来表述：地形高程，水系，建筑，道路，文物和植被。 2.2. 景观过程分析利用 GIS 对场地和周围景观的过程进行了四方面的建模和分析：221 自然过程，包括地质、地貌、水文、植被和生态过程应用 GIS 分别进行了场地的地形分析，包括三维地形模拟、坡度分析
13、、坡向分析(图 2，图3 和图 4，场地坡向图略)。就地质地貌而言，场地位于山前台地之上，背依西山，俯樱桃沟，植被茂密。场地东北侧为一大型冲沟，由此向南整个场地台面被四条冲沟分割为四块。场地呈扇形由西北向东南倾斜。场地的台面坡度平缓，坡度主要在 5 度左右，冲沟下切明显，沟壁陡峭。在地形分析基础上进行地表径流分析，计算出流域场地的主要径流和汇水面。流经场地的径流主要通过 4 条大小不等的冲沟排出场地。这些冲沟两侧的植被良好，对场地的生态和感知过程具有重要意义。场地及周围地表径流的分析，为场地的合理利用和保护提供科学依据(图 5)。图 2 香山滑雪场地形阴影图 3 香山滑雪场场地坡度图 4 香山
14、滑雪场三维地形模拟图 5 香山滑雪场水文分析植被和生态过程与上述地质地貌和水文过程互为因果关系。由水流走廊和植被构成场地上具有重要意义的景观生态走廊。场地及周围的植被分布还将影响景观的视觉感知和噪音扩散过程，也将影响景观的文化过程(如风水林的保护)。植被通过对 1:8 000 航测照片的解读和现场调查获得(图 6)。表 1 为滑雪场及其周围植被分类系统。基本类型为草地、灌丛草地、疏林/灌丛、阔叶林、针叶林、独立大树和苗圃等。其中阔叶林和针叶林根据树高分为 3 类。最后一栏赋值为输入计算机的平均“树高“，用来进行可视性分析，估值办法为平均最大树冠高度或平均树冠重叠高度。场地内及场地周围的各类人工
15、或天然植被对场地及滑雪游人具有多重意义，它们能消除一部分场地噪声，既能将场地设施隐蔽在丛林中，同时还能让滑雪的游客透过林窗看到香山植物园及西山林场的优美风光，给游人一种赏心悦目的感觉。表 1. 滑雪场及其周围植被分类系统编号 植被类型 平均植被高度 (米) ) 赋值(米1 草地 5.0 6.07 针叶林 1 6.0 6.010 果园 3.0 4.012 非植被覆盖地 13 苗圃 图 6 香山滑雪场及周围植被分布222 文化过程，包括历史遗址和文物及“风水“景观场地所在的卧佛寺一带分布着众多的历史文化遗迹(图 7)，它们都有各自的景观解释和认知图式，一石一木，一沟一壑都有其独特的含义。“风水“作
16、为一种文化现象，是一种景观认知图式（俞孔坚 1998）。其中最为主要的是卧佛寺及其“风水“景观。卧佛寺与滑雪场场地隔沟相望，卧佛寺周围有浓密的植被遮蔽，滑雪场对其造成直接视觉冲击的可能性不大，但有可能对以卧佛寺为中心形成的特殊文化氛围和“风水“景观造成冲击，因此在规划中应特别注意。其它文化遗址则与滑雪场的距离较大，并受到植物园中央丘垄和良好植被的隔离，项目对它们的冲击不十分明显。规划设计中尤其应充分保护这些文物或文化遗迹的视域景观。图 7 香山滑雪场及周围文化景观分布223 景观视知觉过程分析项目对环境的一个最大可能的冲击是景观视觉冲击，项目一旦建成，将对什么部位造成视觉冲击是首先要关注的问题
17、。为此，在整个香山植物园范围内，对项目可能造成的视觉冲击进行了预测和评价。这一评价过程主要通过对景观进行可见度分析和视觉敏感度分析(俞孔坚 1991)来实现。影响项目可见度的因素有两个，即地形和植被。地形采用高程数字模型，每像元为0.5 米。植被通过 1：8000 航片结合实地考察判读，林木高度以平均最宽树冠的高度或树冠重叠高度表示（表 1）。林木高度叠加在三维高程模型上。以在场地上均匀分布的 300 多个网点作为可见度分析的观察点，计算场地对植物园内及周围的可见度。根据可见度分布的直方图(可见度分布曲线)将整个研究范围的敏感区分为四个等级，即高敏感区、敏感区、较安全区和安全区，它将为项目规划
18、设计以及场地内外绿化规划提供依据。视觉分析结果用场地可见度灰度分布(图 8)和场地视觉敏感度分布(图 9)表示。从图中可以看出，场地对离其较近的卧佛寺视觉冲击不大，主要是由于卧佛寺周围浓密的植被屏蔽作用。视觉敏感地段主要是场地四周的山坡、以及与植物园主干道平行的东侧长丘与山岗。后者所处位置与游客关系较密切，但由于长丘及其周围植被良好，实际上在长丘上基本上看不到场地。长丘北段山岗位置与场地相对，岗上树木盖度较低，是园内视觉相对敏感区域。图 8 香山滑雪场可见度灰度分布、敏感地段及视域范围图 9 香山滑雪场视觉敏感度分布3 .2 香山滑雪场景观安全格局景观安全格局理论强调通过控制景观或区域中关键点
19、和局部或空间位置关系，在不同层次上维护或控制景观中的某种过程(Yu 1995, 1996; 俞孔坚 1998)。基于以上各景观过程的分析，可以进行景观安全格局的判别和设计。 判别景观安全格局有赖于安全指标的确定，定量化的安全指标可以根据景观过程与景观格局之间的关系曲线来确定，如生物保护过程中的最小面积，最低安全标准(safe minimum standard)(Ciriacy-Wantrup, 1968),最小阻力曲线上的门槛值（Yu 1996; 俞孔坚 1998），城市扩张过程中的门槛值(Kozlowski 1986, 1993),景观视觉敏感度分布中的门槛值(Yu 1995)，景观生态的有
20、关定量化指标(Forman 1995). 但安全指标并不都可以定量化，如景观的文化意义及文化安全格局,景观感知的关键性局部，如 Lynch 的点、线、面模式(Lynch 1960)。关于这方面的研究还有待深入。 安全格局是分层次的，作为方法论的探讨，本研究只在一个层次上进行了研究。3.2.1. 生态安全格局北京地处半湿润区，地表汇水对植被的影响巨大，一般沿沟谷的植被良好，形成天然绿色廊道。但是，沟谷同时亦是受水流冲刷和人为破坏严重的地段，在生态上较为脆弱。对沟谷进行保护和合理利用，使其发挥沟谷的生态优势，对整个香山植物园及其周围环境有关键作用。因此，生态安全的基本指标和判据就是天然形成的水系和
21、地表径流通道，由此得到滑雪场和周围景观的树枝状景观生态安全格局。它是维护滑雪场和整体环境生态过程安全的绿色廊道体系(图 10)。图 10 香山滑雪场及周围景观的生态安全格局3.2.2 视觉安全格局视觉安全格局的基本判别指标是景观的敏感度分布曲线上的一些门槛值。视觉安全格局意谓着对景观中最敏感地段进行重点的改善和维护。就滑雪场而言，一方面要消除滑雪场的滑雪道和配套设施对环境的视知觉冲击，另一方面要让滑雪的人能观赏到植物园及周围山地的美景风光。根据这一要求，在滑雪场东侧建立视觉隔离绿化带，将滑雪场设施屏蔽在绿林中，但穿过林窗可以观赏到植物园风景。对场地周围视觉敏感地段，实施重点绿化美化 (图 11
22、)。图 11 香山滑雪场及周围景观的视觉安格局323 文化安全格局香山滑雪场已经形成了人们熟悉并被广泛认同的文化氛围，它与滑雪场的氛围冲突较大。为了使这种已有的文化氛围不被破坏，同时保护场地的“风水“格局，有必要建立文化保护安全格局。文化安全格局主要通过建立绿化带来实现，这些绿化带包括植物园西侧岗垄、场地东侧沟谷、场地西侧主要山脊等。景观文化安全格局的判别依据包括两个方面，一是文物及文化景观的空间分布(图 7)，二是“风水“的四神兽模式(图略)，这些分析虽然都是定性的，但仍然可以为建立文化保护格局提供依据(图 12)。图 12 香山滑雪场及周围的文化安全格局4 基于景观安全格局的项目建设规划方
23、案4.1. 香山滑雪场规划及景观改造基本原则围绕本研究的两个目的，即尽可能减少项目对环境的负面冲击和减少工程量，节约投资。规划方案遵从以下几条基本原则：(1) 依照自然而设计：包括依据自然的坡度、坡向，地表径流及原有植被分布进行设计。以上述生态安全格局为保护性空间战略，尽可能减少项目对景观中自然过程的冲击。(2) 为人的感知与体验而设计：以上述景观视觉安全格局作为场地及周围环境的绿化和美化的空间战略，维护和改善景观感知与体验过程。(3) 设计体现和尊重景观的文化含义：以上述景观文化安全格局为空间战略，通过景观保护和绿化，维护景观的文化含义、强化场地的文化氛围。(4) 设计满足功能与经济要求：基
24、于项目本身的特殊功能要求，特别是坡度要求，进行滑雪道和相关设施的规划。又基于经济效益的考虑，必须考虑基于上述保护性原则的规划之可行性。场地无论从景观的生态过程，还是视知觉及文化过程来说都属特殊敏感的地段，因此，上述前三条保护性原则应具有相对的优先权，在总体规划时给予充分的考虑。4.2. 滑雪场建设总体规划方案根据以上分析和规划的基本原则，提出滑雪场规划的建议方案。在该方案中强调了以下几方面：(1) 绿化：滑雪场对沟谷和台缘的阔叶林尽可能予以保护和利用，它们是滑雪场的天然视觉和噪声屏障，对目前植被稀疏的地段应加密植被，并使之与原有天然林融为一体；专业滑道两侧以人工植被为主，选择具有北国风光的针叶
25、树种，如云杉、白皮松等；练习滑道两侧为较稀疏的人工针阔混交林和草坪，可选择白皮松、油松和银杏，以营造轻松的气氛。场地南部属视觉敏感地段，植以成片疏林草地，使其与植物园气氛相一致；场地周围视觉敏感地带加强绿化，给滑雪者以优美的环境体验。(2) 滑雪道及服务设施：依照地形和现状植被，从北向南依次排列专业滑道、滑雪场配套建筑、练习滑道；滑道的宽度从 20 到 30 米不等，长度从 250 米到 80 米不等，依地形变化而灵活布置；配套建筑安排在中间深沟一侧的台地上，隐蔽在密林中同时又免受洪水影响。滑雪览车沿滑雪道北侧布置，以便利用乔木作为视觉屏障，减少览车的视觉冲击。(3) 停车场：设绿化停车场，并
26、设在场地西南侧的洼地内，以减少视觉冲击。(4) 道路：滑雪场主入口干道建议设在植物园西门，东门和中门不宜作为主入口。进入滑雪场的主路利用现状公园路，两侧植以高大的行道树以减少车流对植物园环境，特别是卧佛寺，造成的冲击；滑雪场管理和维护的机动车道建议利用场地北面的现状公路修缮而成。图 13：香山滑雪场规划建议方案5结论与讨论景观中的任何人为改变活动都有可能给原景观带来冲击。如何尽可能少地牺牲经济利益和用更合理而高效的空间格局来维护景观中的过程的健康和安全，是本文讨论的核心。土地开发和保护之间矛盾的协调过程实质上是一个博弈的过程。在这样一个过程中，极端的环境保护主义和唯利是图的开发行为都不能使一个
27、建设项目得到圆满的结果。正如McHarg(1969)所说：作为景观规划师，“本能地成为保护主义者，但他们关心的不仅仅是保护，而且也是创造和监护“(p151)。场地规划的景观安全格局途径正是在这样的背景下提出的，它旨在寻求一个双赢的空间战略和土地利用格局：即在尽可能少地牺牲对方利益的同时最大限度的维护自己的利益。本文涉及的香山滑雪场在这里仅作为一个具有典型意义的例子，规划本身尚有一定理想成分，而且规划方案并没有完全被开发商所采纳。所以，本文的意义仍在方法论的探讨。就方法论本身来说，以下两个关键难题仍是今后研究的焦点：一是安全指标的确定，二是建设和保护战略的博弈过程。限于篇幅在此不作讨论。地理信息
28、系统在景观安全格局的判别和基于安全格局的场地建设规划中具有广阔的应用前景。参考文献Ciriacy-Wantrup, S. V. 1968. Resource Conservation: Economics and Policies. BerkeleyFaludi, A. 1987. A Decision-centered View of Environmental Planning. Pergamon Press.Forman, R. T. T. 1995. Land Mosaics: The Ecology of Landscapes and Regions. Cambridge Unive
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