喀斯特白云巖肌理特征及在園林假山中的應用

李祖國　黃宗勝　王美權

摘 要：為將喀斯特區白云巖應用于園林假山工程實踐中，采用SBE法、空間句法、分形理論，對白云巖肌理特征及如何運用于假山工程進行了系統研究。結果表明：天然白云巖結構面孔裂隙呈隨機分布格局，有明顯主裂隙特征，走勢趨同，次級裂隙數量較大且貫通主裂隙之間，連通性好，肌理破碎，滲透性強、可達性較好、裂隙分布緊密，肌理參數量化程度高的特征;將分形理論和空間句法揭示的巖石肌理分布規律進行逆推，對白云巖假山結構面（立面）孔裂隙肌理進行參數化設計，繪制符合白云巖肌理特征的相關設計圖紙，按照圖紙成果構建了弘宇·琉森堡居住小區白云巖假山工程，通過參數設計實現了白云巖自然肌理的成功構建，通過實踐案例總結由現場分析——巖石調查——參數化設計——施工的系統化園林假山建設理論。并就巖石肌理應用于園林假山工程的應用理論的市場潛力及其推廣策略進行了評價和分析，為充分開發和利用喀斯特區白云巖景觀資源提供了理論和實踐參考，豐富和完善了地域性景觀工程建設理論，為更好營建喀斯特地域性特色景觀做出突出貢獻，對豐富風景園林行業理論體系具有一定的理論意義。

關鍵詞：白云巖;肌理;園林假山;分形理論;空間句法

中圖分類號：TU986.2

文獻標識碼：A

文章編號：1008-0457（2019）04-0039-07 國際DOI編碼：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2019.04.008

Texture Characteristics of Dolomite and its Application in Plastic Stone of Garden Rockery

LI Zu-guo1，HUANG Zong-sheng2，*，WANG Mei-quan1

（1.collage of Forestry，Guizhou University，Guiyang，Guizhou 550002，China;2.School of Architecture And Urban Planning，Guizhou University，Guiyang，Guizhou 550025，China）

Abstract：In order to apply the dolomite in Karst area to the practice of rockery project，SBE （Scenic Beauty Estimation），spatial syntax and fractal theory were used to systematically study the texture characteristics of dolomite and how to apply it to rockery project. The results show that the fissures and pores of natural dolomite structural plane are randomly distributed with obvious main fissures，and the trend is similar. There are a large number of secondary fissures and they run through the main fissures with good connectivity，broken texture，strong permeability and good accessibility. The secondary fissures are closely distributed and the quantitative degree of texture parameters is high. The fractal theory and spatial syntax are used to deduce the distribution law of rock texture，which is applied to the parametric design of pore and fissure texture of dolomite rockery facade （elevation）? and relevant design drawings conforming to the characteristics of dolomite texture are obtained. According to the results of the drawings，the dolomite rockery project of Hongyu Liusenbao residential area is constructed，and the successful construction of the natural dolomite texture is realized through parameter design. Through a practical case that rock texture applied to landscape rockery project，we summarized a systematic theory of landscape rockery construction，that is，on-site analysis - rock investigation - parametric design - Construction. It provides a theoretical and practical reference for the full development and utilization of a large number of dolomite resources in the Karst area. The garden rockery theory of the characteristics of the ornamental surface of dolomite has been established，and the existing engineering theory of the regional landscape has been enriched and perfected. It has made outstanding contributions for the construction of Karst landscape features and has a certain theoretical significance to enrich the theory system of landscape garden industry.

Key words：Dolomite; texture; rockery; fractal theory; spatial syntax

中國南方喀斯特世界自然遺產資源包括了獨特的地質構造、絕妙的美學景觀、罕見的生態環境以及深厚的人文底蘊，其中以石林、金佛山、武隆、施秉、荔波、環江和桂林最具代表，以其獨特景觀為基礎建設的喀斯特國家級地質公園、風景名勝區、森林公園等則更多，這說明喀斯特巖石獨特的自然美已經被廣泛論證和開發[1-4]。然而散布于喀斯特區的小型單體巖石美學價值高且數量極多，而僅有極少數被作為觀賞石被利用，且在現有研究中，僅就白云巖的景觀學、旅游學及洞穴探測學等領域中對白云巖景觀形態下的景觀類型、景觀價值和成景模式進行探討，其藝術價值逐步被大眾認可，極少應用于人居環境中，在喀斯特區園林堆山疊石中的應用則更少，極少發揮其真正的藝術價值[5-7]。因此，探索喀斯特巖石在園林堆山疊石中應用途徑對喀斯特區巖石資源的利用、社會經濟的發展具有重要意義。

中國園林堆山疊石歷史悠久，在《園冶》、《長物志》、《一家言》等古典園林著作中均對堆山疊石理論有所闡述[8]，后經張南恒、戈裕良、陳從周、孟兆禎、王勁韜、齊羚等[9-13]的繼承和發展，形成以動物象形疊山和表現自然肌理的皴法疊山為代表的傳統疊山塑石理論[14-16]。這些理論對中國園林堆山疊石實踐工程的指導作出了卓越貢獻，但均為定性的原則、理念和方法等，無法實現參數化設計，尤其較之于喀斯特巖石本身美學價值較高的堆山疊石則更難做到最佳組合。基于此，本研究以喀斯特區白云巖為研究對象，采用SBE法、分形理論、空間句法理論，對白云巖單體巖石在園林堆山疊石中的應用進行從設計、選石、到施工的整套工序進行理論與實踐探索。旨在探索出一套將巖石肌理應用于園林假山中的參數化設計理論，為喀斯特區巖石資源的開發利用提供新的思路，進而為喀斯特區經濟、社會的可持續發展提供新視角。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

本次研究區位于貴州省貴陽市修文縣龍場鎮沙溪村和南明區湯巴關，地理坐標為106.35°E，26.50°N。海拔1100～1500 m。森林覆蓋率為44%，屬溫暖濕潤的北亞熱帶季風氣候，年平均溫16.5℃，≥10℃活動積溫4097.40℃，年降雨量1235 mm，年日照時數1359.4 h。年平均空氣相對濕度為58%，無霜期285 d，主要為碳酸鹽巖，土層石礫含量高，pH值4.0～7.4，土層淺薄，分布不連續，以白云質灰巖為主發育的黃色石灰土和黑色石灰土，局部地段為黃壤[17]。貴陽是典型的喀斯特山地城市、全國生態休閑度假城市、中國首個森林城市、避暑之都。貴陽市以此為契機，結合山多、量大、分布廣等特點構建“千園之城”[18]，石質景觀產品需求增大。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地選擇與調查

參照《貴州省巖性分布圖》[19]進行樣地選擇，結合現場識別及稀鹽酸檢測法[20]辨別巖性，選擇白云巖（沙溪村）典型樣地5個，每個樣地設置3個重復，設10 m2為一個巖石結構面樣地面積[21]，采用測線法對結構面的軌跡長、隙間距及張開度等結構面的形態特征進行調查[22]，并拍攝巖石結構面孔裂隙現狀照片，回到實驗室結合現狀依據測線法所測數據，取其典型發育面進行圖片掃描，在AutoCAD軟件中繪制巖石結構面孔裂隙平面圖。

1.2.2 景觀美景度評分法（SBE法）

景觀評價最常用的方法是心理物理學方法[23]，而心理學物理方法中景觀美學度評價法（SBE）運用最為廣泛[24]，本文用該方法挑選出肌理美觀的白云巖，為下一步參數化設計提供素材。心理物理學方法的主要思想是把景觀與審美的關系理解為刺激—反映的關系，通過測量公眾對美的審美態度，得到反映觀賞質量的量表，該量表與各觀賞成分之間可建立數學關系模型[25]。

（1）評價采樣：本研究針對白云巖肌理的美學特性選出最能代表白云巖照片所展示肌理要素，本研究通過調查選取同樣的視距和觀測角度對樣地進行拍照取樣，然后在每個樣地的重復樣本中選取具有典型代表性的照片（即從拍攝的15張照片中篩選出5張具有代表性的照片）進行評價，在說明研究目的的同時將照片以問卷的形式發放給評分者（高校教師、行業專家、研究生和資深從業者），按10分制的評價標準進行打分（即最大分值為9分，最小分值為0，分值越大表示風景越好，質量越高），采用Daniel和Boster提出的SBE評分法對所得的分值進行處理。

（2）統計分析

本研究采用Daniel和Boster提出的SBE法對所得的評價值進行處理，這種方法可以解決標準化處理的缺陷，可以將各個景觀之間的差距表現出來，其具體的計算過程為：

按照等級值的大小順序統計各等級值的頻數（f）和累計頻數（cf）;用各等級的累計頻率除以總的評判人數得出累計概率（cp）并查出相應的正態分布單側分位數值（z）;計算z的平均值（Symbol`A@z）。由于計算過程是一個積累的過程，故最低等級的累計概率必定為1，相應的z為∞。因此，在計算時這一等級的z值不予考慮。在其他等級值中若出現cp=1和cp=0時，分別采用cp=1-1/（2N）和cp=1/（2N）來計算z值，其中N為評價者的人數。

在評價的照片中隨機的選取一張照片i作為對照景觀，令其SBEi=0，其計算過程為：SBEi=（zn-zi）×100=0，其他的景觀SBE值計算式為：

1.2.3 巖石結構面孔裂隙形態結構測定

天然白云巖觀賞面肌理特征可由巖石結構面及其孔裂隙形態結構來表征，而白云巖結構面及其孔裂隙的形態結構可用分形維數、間隙度與空間句法等相關指標來表征[26]。根據巖石調查中繪制的巖石結構面孔裂隙平面圖，結合現狀調查圖片記錄的巖石結構面孔裂隙形態特征，之后再運用AutoCAD勾繪巖石結構面孔裂隙，所得的結構面孔裂隙圖為結構面節理和碳酸鹽巖其他作用綜合形成[27]。運用空間句法分析結構面孔裂隙的結構特征，空間句法是建立在拓撲學基礎上，用于研究對象與對象間各種關系的理論，空間句法中的“軸線法”可以將空間用軸線來表征，即“將空間結構轉譯為軸線圖”[28]，故可將每條巖石結構面孔裂隙空間結構用軸線代替，將軸線關系簡化成拓撲學表達法，做空間重映射，然后運用Depthmap軟件生成圖像并對圖像進行數據進行處理（連接度、整合度、密度值）以表征巖石結構面孔裂隙的結構特征，其中連接度可表征孔裂隙滲透性，整合度表征可達性，密度值表征單位面積內線段數量[29]。以上連接度、整合度、密度值總體平均值。

應用容量維數、間隙度分析巖石結構面的肌理形態特征。分形維數是分形幾何學定量描述分形幾何特征和幾何復雜程度的重要參數[30]，本研究主要通過容量維數分析巖石結構面分布特征，其具體表現為容量維數越小，結構面分布越稀疏，容量維數越大，結構面分布越密集;容量維數的計算步驟為：設F為平面上的一個有界點集，總可以找到一個矩陣將F包含其中，將矩形分割成若干個邊長為r的小方格，F占領的小方格數為N（r），則容量維數運算如下[31]：

間隙度主要運用于景觀生態學中，是建立在格子圖的基礎上，其指數受觀測方格大小及研究斑塊密度和形狀的影響，將巖石結構孔裂隙近似看成研究斑塊，運用移動格子法[32]求間隙度指數，在相同尺度下，間隙度越大，說明研究對象（斑塊）分布越聚集;間隙度越小，分布越均勻。具體計算步驟為：設有一張格子圖覆蓋所有巖石孔裂隙，每個小格子邊長設為一個單位（每塊巖石的取樣面積為10 m2，將其劃分成1000個小格子，則每個小格子為0.1 m），然后將一個邊長為r×r（r為大于或等于2的整數單位）個單位的方格放在巖面圖的左上角依次滑動。在方格覆蓋下的格子中，S為研究對象占據大格子的數目（一個大格子由四個小格子組成，每次上下、左右移動一個小格），這樣得到一組隨方格（邊長= r）移動而獲得的數值，記作n（S，r），將巖面上可容納邊長為r的方格總數記作N（r），則間隙度運算如下：

根據繪制的總體及各要素平面圖轉換，統計得出不同尺度ε下研究對象的間隙度指數^，然后將點（ε，^）繪成雙對數坐標圖，根據曲線的走勢判斷空間分布類型（如圖1）。通過實際調研，白云巖主裂隙約100 mm，次級裂隙寬窄不等，本文以近距離觀察視角下的最小分辨率為依據，選取300 mm×300 mm作為觀測尺度進行深入觀測、探討和研究。

1.2.4 白云巖結構面孔裂隙特征在疊石假山實踐中的應用原理

對自然形態下的巖石肌理進行美學評價，篩選出觀賞價值高的巖石肌理樣本，運用分形理論和空間句法對巖石結構面孔裂隙肌理形態結構特征進行揭示，通過揭示的規律和特征進行逆向推導，進行巖石結構面孔裂隙肌理參數化設計，繪制具有符合自然形態下巖石結構面肌理特征的設計圖紙（立面圖、施工圖），按照現有假山施工流程推進后期的施工管理工作。

1.2.5 數據處理

本文通過運用Excel、Auto CAD、Depthmap等軟件對數據進行轉化和統計分析。

2 結果與分析

2.1 白云巖肌理特征

2.1.1 白云巖基本特征

白云巖色澤呈灰白色，整體產狀和風化作用明顯，常形成縱橫交錯的刀砍狀肌理。在結構面上深度較深的溶溝在自然風化和溶蝕作用下，沿節理面破碎形成白云巖主裂隙，在空間上形成結構復雜的二元結構[33];未沿結構面破碎的溶溝則變化無常、縱橫交錯、深淺有致，美學度高，極具觀賞價值。

2.1.2 白云巖結構面孔裂隙肌理觀賞度

圖2顯示：總體上白云巖結構面孔裂隙肌理美學價值高，可觀賞性強;以樣地c作為參照，其余樣地肌理觀賞度（SBE值）均高于參考樣地，但在同一水平上起伏較小;樣地c主裂隙結構不明顯，肌理密集，走勢隨機，聚集程度高，觀賞體驗較差;其余四組主裂隙結構明顯，次級裂隙走勢隨機，結構復雜，富于變化，主次結合，表現出局部與整體相統一的美感，以樣地a最具代表，觀賞價值最高。

2.1.3 白云巖結構面孔裂隙肌理結構特征

圖3顯示，整體上由整合度、連接度和密度值表征出的白云巖結構面孔裂隙肌理結構特征整體上呈現出滲透性好、可達性高、單位面積內孔裂隙較多，主裂隙結構明顯，次裂隙結構復雜。指標間數值起伏較小，無巨大差異，可量化程度高;連接度和密度值表現出一致性趨勢，即樣地a、d的連接度和密度值最高，單位面積內的結構面孔裂隙最多，滲透性最強。

2.1.4 白云巖結構面孔裂隙肌理形態特征

圖4顯示：整體上白云巖結構面孔裂隙肌理形態分布隨機，肌理聚集、破碎。白云巖結構面孔裂隙間隙度指數對數與觀測尺度對數回歸曲線開口向上，表明白云巖結構面肌理分布隨機。樣本d（1.77）間隙度值最大，其肌理分布最為離散，主裂隙呈現出規律性走勢，肌理變化較小，樣地a居中，肌理主次分明，觀賞價值高;分維數總體較高，表明白云巖結構面孔裂隙肌理聚集、破碎，結構面裂隙連通性好，但在總體上均呈現出裂隙肌理聚集、肌理破碎的特點。

2.2 白云巖觀賞面肌理特征在園林塑石景觀中的應用

2.2.1 白云巖人工塑石觀賞面肌理設計

（1）工程地現狀：

案例位于貴陽市南明區弘宇·琉森堡居住小區西南側，擬建設一座與原地形充分融合的疊石假山。地形復雜，具喀斯特典型特征，基地水平方向分布不均，垂直方向上起伏較大，右側垂直落差4.6 m，為白云巖基巖，左側為自然緩坡，表層土被覆蓋，下層為觀賞效果較好的白云巖基巖，坡度約36°，中部土壤堆積。

（2）設計方法、設計原理與原則：

設計方法：運用參數化的方法量化白云巖肌理，并用量化規律指導參數化設計，構建原生形態假山肌理，實現自然肌理的模擬構建，突破傳統設計手法，為探索新的技術和理論突破尋求解決途徑。

設計原理與設計原則：結合地形對實踐案例風格進行分析，采用景觀美學度評價法對白云巖肌理樣地進行篩選，采用整合度、連接度、密度值和間隙度、分維數對篩選出的結構面孔裂隙肌理形態結構特征進行揭示，根據揭示規律和特征進行逆推，遵循低影響開發、就地取材和鄉土化的設計原則，進行堆山疊石工程的參數化設計（量化與參數化設計指標見表1），進行參數化設計，并進行適當藝術化處理，繪制符合白云巖肌理特征的巖石肌理設計和施工圖紙，依據圖紙肌理確定巖石規格，按規格購買和挑選符合要求的巖石進行拼接，整體拼接符合圖紙要求后，按照現有堆山疊石施工流程進行施工。

（3）設計內容和設計目標：

參照設計原理，將白云巖樣地進行參數量化，參照SBE值較高的白云巖特征，對假山正立面進行設計，并繪制出假山三視圖，結果顯示：間隙度指數對數與盒子大小對數曲線開口均向上（見表1），孔裂隙分布較隨機，300 mm×300 mm觀測尺度下白云巖結構面孔裂隙間隙度（1.15±0.02）與人工塑石假山結構面孔裂隙（1.73）相差較小，裂隙分布隨機;分維數值表現為天然白云巖（1.60±0.02）與人工塑石假山（1.65），孔裂隙分布均較為密集，肌理較破碎，裂隙較多，結構面裂隙間連通性較好;白云巖孔裂隙空間句法連接度為2.73±0.25，整合度為0.91±0.25，密度值為0.08±0.038;人工塑石假山空間句法連接度為2.468，整合度為0.22，密度值為0.01;白云巖結構面孔裂隙滲透性較好、可達性高、單位面積內孔裂隙較多（見表1）。

3 結論與討論

3.1 白云巖觀賞面肌理特征

巖石結構面孔裂隙（節理、裂隙和斷層）分布極度復雜，極具隨機性，經過不斷研究和突破，用分形理論中間隙度指數和分維數與空間句法整合度、控制值和密度值表征巖石結構面孔裂隙特征的科學性與合理性已被王美權[26]、盛建龍[29]、謝和平[34]等進行驗證。上述研究結果分析得出分形理論（間隙度、分形維數）表征的白云巖結構面孔裂隙較為聚集，離散程度低，分布隨機，肌理中等破碎、走勢復雜;由空間句法表征的白云巖結構面孔裂隙肌理結構滲透性強、可達性高、連接度較好、單位面積內孔裂隙較多;由景觀美學度評價得出白云巖肌理美學價值高，觀賞性強，景觀化開發利用潛力巨大。

3.2 基于白云巖觀賞面肌理特征的園林塑石理論總結及推廣應用策略

本文以喀斯特區分布最為廣泛的白云巖為研究對象，參考和借鑒以參數化設計思維[35]，運用分形和空間句法對巖石肌理形態進行表征和量化，運用SBE法對巖石肌理美學進行評價，形成較為全面的參考指標，通過參考指標進行逆推，運用定量化設計指導喀斯特區假山建造和施工，就其營造方式和策略進行實踐、探索和總結，形成了從設計到施工的系統化堆山疊石理論。立足實際，打破傳統堆山疊石工程中定性描述和意向表達的常規，為堆山疊石工程設計和施工各環節提供數據參考，為保證施工質量提供保障，為更好地開發地方優質資源進行最優化利用和拉動地方經濟發展探索途徑。本研究提出的參數化思維設計理論不僅適用于傳統形態下的堆山疊石工程，也可為新形勢下批量化量產硅膠翻模假山肌理設計提供技術支持和理論支撐。

中國西南喀斯特區地質復雜，地貌形態多樣，極大地限制地方經濟文化發展，隨著精神文化的提高，地域性景觀資源利用和開發理論亟待補充和完善。為將喀斯特區白云巖應用于園林假山工程實踐中，采用SBE法、整合度、連接度和密度值揭示了白云巖結構面孔裂隙具有離散程度低，分布隨機，肌理中等破碎，走勢復雜，裂隙之間滲透性強、可達性高、連接度好、裂隙密集。美學度高，觀賞性強，景觀化開發利用潛力大。研究通過對巖石肌理指標進行量化逆推，運參數化設計方法指導喀斯特區假山建造和施工，就其營造方式和策略進行探索、實踐和總結，形成從設計到施工的堆山疊石系統理論，并根據該理論進行了實踐驗證，實現白云巖自然肌理的模擬。該理論立足實際，為堆山疊石工程設計和施工各環節提供數據參考，為更好地開發地方優質資源進行最優化利用和拉動地方經濟發展探索途徑;并就其該理論的推廣利用策略和市場應用潛力進行分析和討論，為充分開發和利用喀斯特區大量的白云巖資源提供理論和實踐參考;美中不足之處在于該理論目前尚處于初步探索階段，未能通過大量實踐案例進行佐證，其操作便攜度和指標量等仍需進一步探索、深化和完善。

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