基于動態(tài)特性的公路景觀設計方法研究

1、基于動態(tài)特性的公路景觀設計方法研究馮立光1,張金偉2,江玉林3,鄭軍亮4(1,3:交通部科學研究院,交通可持續(xù)發(fā)展研究中心;2:中國礦業(yè)大學(徐州建工學院;4:河南省安陽市水利局摘要: 本文從國內外公路景觀設計現狀入手,對公路動態(tài)景觀設計元素、設計原則和基于動態(tài)特性的公路景觀設計理論等內容進行了探討,旨在研究高效、經濟、人性化的公路景觀設計方法,以提高公路景觀設計的科學性與合理性。關鍵詞: 公路 景觀設計 動態(tài)特性 美感特性 景觀敏感度Research of Highway Landscape Design Thoughts Basedon Moving FeaturesFeng liguan

2、g1, Zhang jinwei2,Jiang Yulin3,Zheng Junliang4Abstract: Starting from the current status of Highway landscape design, this paper made a further research into the main factors of moving landscape design and the design method of Highway landscape based on moving features, so as to explore a new landsc

3、ape design method which is highly efficient, economic, and more humanistic, to make the design of Highway landscape more scientific and more reasonable.Key words: Highway, landscape design, moving features, aesthetic feeling features, landscape sensitivity.0.引言優(yōu)美、和諧的公路景觀對于保障車輛的行駛安全,提高司乘人員的舒適性,實現人與自然

4、的和諧發(fā)展具有重要意義。近年來,我國公路建設突飛猛進,2004年,全國公路通車里程達187.07萬公里,居世界第四位,其中高速公路3.43萬公里,列世界第二位,有力的支撐了國民經濟的健康發(fā)展,但與此同時,公路建設帶來的生態(tài)破壞、景觀割裂以及由此引發(fā)的交通事故等負面影響日益凸現,對我國經濟社會的可持續(xù)發(fā)展構成了嚴重威脅。因此,對公路沿線進行環(huán)境保護和景觀設計,成為我國公路建設中的迫切任務。1.國內外公路景觀設計現狀及存在的問題西方發(fā)達國家的公路景觀設計總體上可以分為三個階段: 第一階段,僅注重提高道路的通行能力,確保行車安全通暢,主要著眼于道路線形設計、結構設計、力學計算等公路本身的建設,尚未提

5、出系統(tǒng)的公路景觀設計理論;第二階段,開始重視道路以外的附屬設施、環(huán)境保護、管理等配套設施建設,使道路的功能得以更充分地發(fā)揮,但公路景觀設計大多作為環(huán)境保護的一部分提出,初步的公路景觀設計理論開始出現;第三階段,著眼于道路的多功能利用,不僅使用路面,還利用立體空間(諸如立體交叉及地下空間,公路景觀設計理論出現與其他學科相互融合的態(tài)勢?，F代公路景觀設計正在成為一門涵蓋土木工程學、生態(tài)學、計算機、植物學、美學、心理學等諸多學科的邊緣性科學,公路景觀成為信息化時代的多信息載體。當前國內外公路景觀設計中存在的問題主要有以下方面:(1公路景觀設計滯后于路基路面及其他附屬設施的設計,有的甚至忽視了景觀設計,

6、條塊分割,人工雕鑿痕跡明顯。許多已經出版的書籍和已經成文的規(guī)定都把公路的景觀設計等同于“美化設計”或“綠化設計”。(2設計中過分注重形式美,對司乘人員實際的景觀體驗重視不足。設計者常采取傳統(tǒng)的園林景觀設計手法來設計公路景觀,許多公路被“裝飾”成富麗堂皇的綠化帶;缺乏全局意識,過分注重形式美,忽視了人們在車輛高速運動中的景觀體驗,造成過往旅客和駕駛人員眼花繚亂,易產生視覺疲勞和不良情緒。2.基于動態(tài)特性的公路景觀設計的基本思想公路沿線的周邊環(huán)境不僅要滿足交通功能,而且還應該賦予人們優(yōu)美、宜人的景觀視覺。公路的景觀設計, 一方面要強調公路與沿線的自然環(huán)境、交通設施、車輛等的協(xié)調統(tǒng)一,使公路成為環(huán)境

7、的一部分,實現與自然環(huán)境的和諧;另一方面也要強調根據車輛高速行駛的動態(tài)特點,實時調整景觀的表現形式,既滿足靜態(tài)視覺的要求, 同時也滿足車輛行駛中人的動態(tài)視覺的要求,為司機和乘客提供實時變化的審美效果。動態(tài)中人的景觀尺度感、動態(tài)中人對環(huán)境的參與特點和人的心理感受是公路景觀設計中至關重要的因素,公路景觀設計應充分考慮人的視覺及行為特點,滿足動態(tài)變化的要求?；趧討B(tài)特性的公路景觀設計方法是指根據司乘人員的動態(tài)視覺特性,充分考慮行車速度對景觀尺度、人的美感特性、景觀組合方式等方面的影響, 從人的動態(tài)體驗出發(fā),對公路沿線各種景觀要素進行組合和優(yōu)化設計。公路景觀設計面對的關鍵問題是如何處理速度(V、時間(

8、T與景觀效果的關系問題。這里的V和T不是傳統(tǒng)物理學意義上的車速和時間,不能簡單的理解為兩地之間的位移跟速度和時間的線性關系。動態(tài)景觀設計理論對V、T的理解,需從景觀設計角度進行如下闡釋:以車輛為參照物,V可以理解為公路景觀以及與公路相關的自然景觀(包括大地景觀、氣象景觀、植物季相變化景觀等、人文景觀(城市、河堤、名勝古跡等的不斷運動;T 應該理解為上述一系列運動景觀的動態(tài)組合。也可以這樣表述:公路景觀設計應該營造出一系列閃現在人視野中猶如電影膠片般的動態(tài)、連續(xù)的畫面。由于公路上的車輛一般都會經歷起步、提速、持速運行、減速、再提速、再持速運行這樣一系列不斷反復的運動,相應的,這一系列動態(tài)畫面景觀

9、也經歷著同樣的運動和變化,設計人員進行公路景觀設計時應充分考慮這種變化,區(qū)分具體情況下人的不同視覺感受,而不能采取一刀切式的設計。3.基于動態(tài)特性的公路景觀設計基本要素3.1.動態(tài)中的景觀敏感度景觀敏感度是指景觀引起人們注意力難易程度的量度,相對于靜態(tài)景觀而言,車輛行駛過程中,公路景觀的動態(tài)敏感度在很大程度上將會被弱化,因此,欲使道路景觀對行駛中的司乘人員起到與靜態(tài)相同的視覺效果,就必須通過專門設計,彌補車速對動態(tài)景觀敏感度的弱化影響。動態(tài)中景觀敏感度(S的大小和車速(v、司乘人員前方視野中能清晰辨認景物的最大距離(Dmax、清晰辨認景物的最小尺度(Hmin、路側能清晰辨認景物的最小距離(Dm

10、in四大因素密切相關,其關系可用下式表示:S=f(v, Dmax, Hmin, Dmin根據相關研究成果,為了達到最佳動態(tài)景觀敏感度(Smax,不同車速(v與Dmax, Hmin, Dmin 之間有一定的對應關系,見表1。表1 車速(v與Dmax, Hmin, Dmin關系表(Table.2 relation among speed-v,Dmax,Hmin and DminV(km/h 20 60 100 140 Dmax前方視野最大晰辯距離(m 150 370 660 840 Hmin前方視野晰辯最小物質尺度(m0.35 1.10 2.00 3.00 Dmin路側晰辯最小距離(m 1.71

11、5.09 8.50 11.9以限速60 km/h為例(當處于特定路段比如起步區(qū)、隧道內、急彎區(qū)時,需慢速行駛,司機前方的景觀或景觀單元的最遠距離不應大于370m;不應小于5.09 m;它們的高度應大于1.10 m。當景觀或景觀單元的三維尺度超出這些閾值時,司機的景觀敏感度為零,即對這個速度下行駛的司機來說是“視而不見”的。導致動態(tài)中景觀敏感度變化的因素很多,除了本文列出的v、Dmax、Hmin、Dmin等四大因素外,敏感度的變化還受景物表面相對于視線的坡度、景物在視域內出現的機率、景物的色彩、質感、明度和人的視力、情緒以及天氣的變化等很多不確定因素的影響,由于篇幅所限,本文不再詳細敘述。3.2

12、.動態(tài)中人的景觀尺度感靜態(tài)中人的景觀尺度感是在人的生活起居中形成的,包括人的對周圍環(huán)境形成的空間感、場所感,一般是宜人的小尺度;而在車輛行駛情況下,車輛的運行使人們對公路沿線景觀的尺度感發(fā)生了變化,進而帶來道路與周圍環(huán)境產生新的比例關系,路邊景物一晃而過,只有尺度較大的物體才能看清,這種大體量的景觀尺度是人們視覺的需要,符合動態(tài)中人的心理感知和生理特點。高速行駛下的汽車只有穿行于大尺度的景觀空間,司乘人員才能產生融入自然的感覺而不是被排斥感,所以,動態(tài)中人的景觀尺度感常是宜車的大尺度。因此,公路景觀設計中景觀尺度的確定,應充分考慮動態(tài)中人的視覺、心理和生理的變化,根據路段的性質、車速等因素來綜

13、合確定。3.3.動態(tài)中人的視覺特性(1公路上司乘人員的視點一直以一定的速度在運動,對景觀的視覺感受也在不斷地變化,在不同的路段環(huán)境中視覺感受是不一樣的。在直線路段,沿前進的方向,視線正前方的畫面呈單滅點,且視點在該畫面上的位置保持不動,兩側景物稍瞬即逝;在曲線段,視線正前方的畫面變?yōu)殡p滅點,畫面雖在不斷地變化,但因視野開闊,視覺停留的時間較長;而在互通式立交的匝道上,視點沿著某一半徑的圓弧運動,圓心部位往往是視線的焦點,視覺停留的時間最長。(2根據人機工程學(Human Engineering理論,行人在街上行走或在車輛低速行駛時,眼睛視力最強的部分看到物體細節(jié)時的視場角為3°,如集

14、中精力觀察某物體時人眼的舒適角度為18°,有些情況下人們觀察物體時頭部不動而需轉動眼球,一般眼睛容易轉動的角度為30°,其最大界限為60°,如看不清,在身體不動情況下轉動頭部,視場角范圍可擴大40°120°。公路上的司機和乘客,隨著速度逐漸提高,頭部轉動的可能性也漸漸變小,注意力被吸引在車道上,視域會越來越窄,注視點也會逐漸變遠(圖1。(3駕駛員只有在慢速的情況下才能觀察到街道兩旁的景物,車速越大,駕觀員和乘客對面不容易注意到的范圍就越大,當景物相對運動很快時,現象連續(xù)而且不清楚,一旦辨認不清就失去了機會。根據相關研究, 至少需要5秒的注視時間

15、人們才能獲得景物的清晰印象,也就是從開始注視到看清楚必須有一定時間。5秒注視時間獲得景物印象的車速與距離關系如表2。 圖1不同車速駕駛人員注意力集中視域圖(Fig.1 drivers concentration in different vehicle speed表2 五秒注視時間獲得景物印象的車速與距離關系(Table.1 relation between speed and distance about five minutes image 車速/km.h-120 40 60 80 100 距離/m 8.55 16.95 25.45 33.95 42.5若公路干道車速為80100 km/

16、h ,從表1 可以看出辨認距離為33.9542.5 m。而單向道路一般為三車道,寬度為911 m,順行車輛是無法看清路邊景物的,因此只有加大景觀的尺度才能滿足要求。而公路服務區(qū)內道路是生活性的, 公路出入口空間是集散性的,均以低速交通方式為主,景觀設計時要優(yōu)先考慮人的靜態(tài)視覺特性。4.基于動態(tài)特性的公路景觀設計基本原則公路上所有的人造景觀(包括人造自然景觀,公路配套設施、公路上的橋梁及各類人工構造物,均應遵守統(tǒng)一與變化、節(jié)奏和韻律、均衡、尺度與比例等形式美的普遍原則,同時也要注意到動態(tài)中人的審美感受的特殊性。(1透視性原則景觀的布置不應影響公路的行車透視性要求,線路上的各組成部分的空間要充裕,

17、保證有足夠的視野和視距,使人們始終感到線路流暢,前方永遠是大道康莊,視野開闊,景觀協(xié)調,安全而舒適。(2誘導性原則景觀的布置,應能使司機在視覺上可以預知路線前方的路況和方向的變化,并且在空間上留有余地,使司機可以及時地采取有效的操縱措施,保證行車的安全,并使車輛的運動狀態(tài)的改變不至于太突然而導致司乘人員的不適。(3景觀兼容性原則景觀的布置要以環(huán)境中的自然景觀為主、人工景觀為輔,并且二者應相互兼容。公路周邊的自然景觀包括地形、地貌、山林水石、甚至云影天光,均是十分寶貴的景觀元素,具有重要的景觀價值,因而在設計中,應該盡一切可能,保留這些景觀要素,并使之成為公路景觀的一部分。圖2列出了七種景觀兼容

18、性高低示意圖。 圖2 七種景觀兼容性示意圖(Fig.2 seven kinds of landscape compatibility(4景觀統(tǒng)一性原則公路的基本功能是滿足車輛的運行,是運用一切可能的物質技術手段,去實現車輛運行的速度。與速度這一概念相協(xié)調,公路的整體景觀在形象上應該是簡潔而大氣、流暢而輕盈,在色調上則應該是和諧而明快。在公路景觀設計中, 除把中央分隔帶、路堤路塹邊坡、兩側綠化帶、互通立交、服務區(qū)和收費站、橋梁作為一個整體通盤考慮使得景觀有統(tǒng)一風格外, 還要根據各自功能和服務對象設計不同的景觀, 在統(tǒng)一中求變化、變化中達統(tǒng)一。以綠化為例:主線綠化應采用遠喬木、中灌木、近花草的布置

19、手法, 同時進行大分段設計不同形式且逐步過渡、連續(xù)不斷、動中有變的“綠色長廊”。(5景觀協(xié)調性原則在確定公路的線型和路域內的景觀時,要考慮其與環(huán)境景觀要素在視覺感受上的協(xié)調,使路域內外的景觀渾然一體,共同構成符合形體美學、均衡完美而又變化多姿的景觀,使人們在使用公路系統(tǒng)的過程中獲得舒適和愉悅(圖3。對于環(huán)境中景觀不良的區(qū)域,可在線路選擇時避讓或遠離從而弱化其影響。當無法避讓時,也可通過設置隔離屏障或集密的綠化,將路域外的不良景觀隔離開來,即要遵循“佳則收之,俗則屏之”的原則。圖3 路域內外景觀的協(xié)調性示意圖 (Fig.3 landscape types inside and outside r

20、oad basin 5.基于動態(tài)特性的公路景觀設計方法 5.1.景觀要素的布置 針對動態(tài)中人的視覺特性， 在公路景觀要素的布置時,要考慮不同路段上視覺停留時間的長短所 帶來的影響。 對滅點位置變化較小的長直線路段,可以考慮布置對景； 對視線停留時間較長的部位 （如 曲線路段、互通立交、匝道等）,景觀要素宜作強化處理,以加深景觀的視覺印象；而對視覺停留時 間短的部位,景觀要素的處理可以適當淡化。 此外， 還要考慮不同車速時司機視域和注視點變化所帶來的影響。 在速度逐漸提高的路段,由于 司機的視域會越來越窄, 注視點也會逐漸變遠，設計具有警示和導向作用的路標、綠化等景觀時就 應首先根據動態(tài)中人的注

21、意力集中和視域變化的規(guī)律來確定其有效尺寸和距離。 5.2.景觀尺度的確定 由于動態(tài)中人的景觀尺度感是宜車的大尺度，因此，隨著車速的提高，人的尺度感不斷加大， 景觀體量也要相應得加大。 比如對于在公路景觀中起重要作用的綠化植物,其風格可以是小巧精致和 玲瓏剔透的,也可以是一揮而就而氣勢磅礴的，但公路大范圍綠化種植,一般情況下,“大手筆”綠化 種植與現代化公路在內涵上更為協(xié)調，更符合人的動態(tài)視覺感受。 5.3.公路動態(tài)景觀設計的表現手法 公路在視覺效應上應該是一條動態(tài)景觀的廊道。由于此廊道具有長度大，并且視點又以一定速 度運動的特點, 因此，在公路景觀設計中，應重視人的視感的變化及由此實現的美感特

22、性中序列、 節(jié)奏、韻律等法則的應用，這些法則的應用是實現富于動感、協(xié)調、優(yōu)美的景觀效果的重要手段。 視點運動著的人們,希望看到優(yōu)美、和諧、變化和有序的景觀,并存在堅持追逐這些景觀，且不到終 點就不停止的愿望。因此，遵循形式美的普遍原則并充分考慮動態(tài)中人的美感特性是公路景觀設計 成敗的關鍵。 （1）韻律節(jié)奏 自然界中許多現象，常是有規(guī)律的重復出現，有節(jié)奏的重復變化。韻律節(jié)奏是指某些組成因素作 有規(guī)律的重復，在重復中又有規(guī)律的進行組織變化。重復是獲得韻律的必要條件，但只有簡單的重復 則易感單調， 故在韻律中應體現組織節(jié)奏上的變化。 韻律節(jié)奏也是公路景觀藝術構圖的重要手法之一。 公路景觀構圖的韻律節(jié)

23、奏方式有很多，常見的有：（a）簡單韻律，即由同一組成因素反復等距出現 6 的連續(xù)構圖，如等高、等寬的爬山型聲屏障，等距離種植的行道樹等；（b）交替韻律，即由二種以 上的組成因素交替等距出現的連續(xù)構圖，如公路選線時直路與彎道的交替布置，兩種行道樹的間種， 兩種不同的花壇交替布置和等距排列等；（c）起伏曲折韻律，即由一種或一種以上的組成因素在形 象上出現較有規(guī)律的起伏曲折的變化。如連續(xù)布置的橋梁、邊坡擋土墻、花壇、林帶、建筑物等，為 了防止呆板，宜遵循一定的節(jié)奏規(guī)律，體現起伏曲折的變化。 （2）景觀序列 對于公路這樣一個景觀廊道,除了可以通過節(jié)奏和韻律的設計,沿著道路主線一層一層地展現景 觀的魅力外,還可以通過景觀序列的安排,在節(jié)奏和韻律的基礎上,營造一些景觀的高潮,使人們在公 路運行的過程中,獲得層次更