基于三維數字化的揚州疊山技法研究

賈星星

張青萍*

殷新茗

宋鵬昊

張曉東

清代是中國古代園林史上最后的創作高峰，經前代造園技藝的長期實踐積累，至此愈發成熟[1]。植物、疊山等造園要素的形式不僅更加精細，而且不斷創新[2]，這些新形制有的是當時普遍的潮流，有的則是基于地方特殊的自然人文條件做出的因地制宜之轉變，帶有濃厚的地域性色彩。

清代揚州以漕鹽而興，康乾二朝南巡駐蹕于此，經濟發達，人煙阜盛，大量精美的園林如雨后春筍般涌現，勢頭一度凌駕于蘇州園林之上。揚州園林的地域特色在于疊石，《揚州畫舫錄》記載：“揚州以名園盛，名園以疊石勝”[3]。現存清代營建的揚州園林中也常見大面積假山作主景布置，形成了異于“北派”和“蘇派”的“揚派”疊石風格。清末至今，仍有工匠傳承，如余繼之、王氏、方惠等[4]。對揚派疊石藝術特征、堆疊技法的整理與研究，是揚州園林研究中的重要一環。

1 研究背景與意義

揚州私家園林作為中國古典園林的重要組成部分，其疊石技藝體現了中國高超的造園藝術。近代童寯先生在《江南園林志》中說：“吾國園林，無論大小，幾莫不有石”[5]9；清代李漁在《閑情偶寄》中形容疊山“然能變城市為山林……不得以小技目之”[6]195。可見，疊山是中國造園不可或缺的造景元素，也是一門不可輕視的技術。

對于當前揚州疊山的研究，江凸筆總結了其“皺漏透瘦”和“挑飄掛空”的技法特征[7]；蘇暢、朱靈茜、包廣龍、朱丹輝等分別對個園、何園、小盤谷、逸圃等園林的疊山進行了分析和鑒賞[8-11]；顧凱等則對當代揚州疊山匠人方惠的經驗進行了總結[12]。此外，還有大量文獻研究了揚州的疊山匠人和疊山歷史等。整體看來，當前有關揚州疊山的研究中，多是藝術賞析層面的論述，鮮少提及山石間具體的結構和堆疊技法。中國造園中“重賞輕技”的現象一定程度上限制了造園技藝的傳承，已有諸多學者表述過類似觀點[1][5]7[13-15]。

研究方法上，當前主要是手稿繪制、文字描述等二維方式，缺少對實際疊山樣本的研究，因此無法直觀準確地表達其中技法。疊山作為形態構造較為復雜的造園要素，傳統的二維資料已無法滿足當前精細化的遺產保護要求，而三維數字化技術則為疊山技法研究提供了新的視角。張勃首次提出了三維數字化技術對疊山研究的可行性[16]；白雪峰使用激光掃描技術對單個置石的表達建模進行探索，從二維CAD繪制，到三維建模軟件，再到三維激光掃描建模，探索和比較了多種山石數字化表達的方式[17]；梁慧琳利用三維數字化模型對環秀山莊假山的堆法、信息系統構建與管理進行了研究[18]，同時對三維數字化與古典園林遺產保護進行了探索[19]；陳婉鈺基于ANSYS對北京皇家園林青石假山疊山技藝進行了力學研究[20]；楊晨等則利用三維數字化技術對上海豫園黃石大假山空間特征進行了研究[21]。

當前的研究主要集中在測繪技術探索、遺產信息收集與整體空間量化等層面，而利用三維數字化技術對疊山中山石間堆疊技法的研究較為匱乏。因此本文對此進行探索，試圖用新技術揭開疊山技法的更多奧秘。三維數字化方式對于本研究具有明顯優勢，尤其對于以往研究中人眼視線難以涉及、人身難以到達的區域，該技術提供了更大的便利，一定程度上能夠彌補當前研究的不足，使疊山技法研究更加科學、直觀，以期為遺產保護與修復及當代疊山建設等提供借鑒與參考。

2 三維數字化方法

2.1 三維數字化測繪

測繪所使用的儀器為手持激光掃描儀GEOSLAM ZEB-HORIZON(圖1-1)和Trimble-TX8型三維激光掃描儀(圖1-2)。測量作業前，除了提前在圖紙上劃分掃描區域、設置掃描路線、安排掃描站點外，還需要在現場大致游走假山，對場地的復雜情況進行評估，并及時調整疊山掃描作業的安排，以保證測量數據完整和人員及儀器的安全。

圖1 測繪儀器圖1-1 GEOSLAM ZEB-HORIZON手持激光掃描儀(引自https://geoslam.com)圖1-2 Trimble-TX8型三維激光掃描儀(引自https://geospatial.trimble.com)

三維點云配準處理是在Trimble RealWorks軟件的“配準”模式下操作的。數據的配準處理需要“全自動配準”與“單點配準”相結合。將各站點點云進行融合與拼接后，即可得到揚州疊山的三維點云數據。

根據需求，可以對掃描測繪對象的平面圖、剖面圖、立面圖等進行生成和輸出。Trimble RealWorks軟件具有便捷的點云旋轉、剖切及不同顯示模式等功能，對于疊山環境的布局、山洞的頂部結構與部分堆疊順序的推導研究具有很大幫助。該三維點云數據是后續疊山技法分析的基礎。

2.2 三維信息模型構建

疊山三維信息模型構建相當于一種逆向工程，將現有疊山遺產的點云作為參照，對疊山工程進行簡化推導與視覺還原。該過程是以點云為基礎，結合BIM系統平臺，創建信息模型。模型的建立步驟包括：數據采集處理與分析、建立與設置項目文件、導入鏈接參考點云、建立軸網標高、創建疊山石頭族，以及搭建與展示疊山模型(圖2)。

圖2 疊山信息模型建立的技術路線

BIM平臺Revit支持導入的點云格式為＊.rcp(.rcp是多個.rcs點云文件的集合)，以往需要通過第三方軟件Recap將其轉化為＊.rcp格式，而Trimble RealWorks軟件可以直接導出＊.rcp格式的點云，省去了煩瑣的點云格式中轉環節。導入的點云是后續三維信息模型建立的參照。

依據山體的實際情況將山體進行分層標高。一般根據較為明顯的空間層次進行劃分，如地坪面、水池面、山洞洞頂面、二層山洞洞頂面和分層山體面等。

搭建過程中，根據需求編輯石頭族，添加必要的結構技法等參數信息。但往往一塊山石的參數難以準確表達疊山技法的信息，因此可以選中需要組合的石塊構件，進行“創建組”操作，將組命名為相應的結構或技法，如“洞柱”“挑飄”等。

3 揚州疊山技法分析

從“挑飄”技法、獨立洞柱和條石蓋頂3個方面對揚州典型疊山技法進行分析研究。將上述方法中的三維點云和三維信息模型進行旋轉、剖切，截取重要的部分，以不同層次的三維點云剖切圖和三維信息模型剖切圖為圖示，直觀地分析和展現疊山的搭接過程與堆疊順序。

3.1 “挑飄”技法

“挑飄”技法主要見于揚州園林的疊山作品中，“挑飄掛空”是揚州疊石的一大特色[7]。計成在《園冶》中指出疊山的原則為“有真為假，做假成真”[22]197；童寯也認為疊山“雖天然之物而賴于人巧，是半人工、半天然之物”[5]9。“挑飄”技法能夠在表現天然真山的同時，凸顯人工技藝。該技法使得疊山造型有了飄動之勢，在揚州的眾多園林中皆有體現。

當前研究大都片面地理解該技法就是一塊出挑石搭一塊飄石的單一形式。但是作為一種重要的疊山技法，理應有更加深入的探索。本文將該技法分為“單組式挑飄技法”和“組合式挑飄技法”兩部分，使用三維技術，通過剖切等工具，解析和還原具體的疊山“挑飄”案例。

從山體中伸挑出一條狀山石為“挑”，在挑石的頂部再橫放一塊山石為“飄”[23]。“挑飄”這一技法，實則分為3個部分：出挑山石部分、上飄山石部分、后壓山石部分，三者共同作用形成了一個力學穩定的技法形式。

“單組式挑飄技法”形式多樣。20世紀60年代，王至誠教授在其著作《中國山石藝術與施工》中對該技法進行了手稿示意，但未論述其在園林遺產中具體是如何呈現的。“挑”可分為“單挑”“重挑”“擔挑”等；“飄”又可分為“單飄”“雙飄”等[24]。通過對三維數據不同角度的觀察分析，皆能找到對應的技法應用，如在何園西部的黃石疊山中，這些技法皆有體現(圖3)。

圖3 何園黃石疊山中的“單組式挑飄技法”圖解(3-1 單挑；3-2 重挑；3-3 單飄；3-4 雙飄)

“挑飄”技法除了單獨幾塊山石的形式外，還有“組合式挑飄技法”形式，即一處疊山有多個“單組式挑飄”旋轉相連，體現在三維空間中的不同方向，使不同視角都能讓人體驗到疊山的飄動之勢。揚州何園讀書樓東側、個園透風漏月軒西側及抱山樓南側，都可以看到這種“組合式挑飄技法”(圖4)。

圖4 揚州疊山的“組合式挑飄技法”(4-1 何園湖石；4-2 個園湖石；4-3 個園黃石)

以揚州個園抱山樓前的一組黃石疊山為例，對“組合式挑飄技法”進行推導、解析與還原。該處“組合式挑飄技法”動勢明顯，凸顯了黃石主山的山勢。從山下仰視，上部分“挑飄”疊山與下部分洞體渾然天成，融為一體。經過多角度觀察，共有6組明顯的“挑飄”組合，并包含多種“挑飄”的組合形式，富有變化，其中就包括不多見的“擔挑”與“雙飄”技法形式(圖5)。

圖5 個園抱山樓前“組合式挑飄技法”圖解圖5-1 個園抱山樓前“組合式挑飄技法”推導過程圖5-2 個園抱山樓前“組合式挑飄技法”的6處組合

第一層，用山石堆砌3個支撐起腳點，作為此結構的基礎支撐。第二層，在其中2個起腳石組上架條石，形成出挑。第三層，在第二層挑石上放置飄石，同時在另外2個方向設置長條石，形成出挑。第四層，在第三層挑石上放置飄石，同時繼續設置另外方向的長條石，再次形成出挑。第五層，在第四層挑石上放置飄石，同時繼續設置一塊較長的條石，使其兩端都出挑，形成“擔挑”形式。第六層，在第五層“擔挑”挑石的出挑兩端放置飄石，形成“雙飄”。最后，在頂部中間設置較為穩固的山石結頂。此處疊山組合，無論是出挑石的出挑長度、方向，還是飄石的高度、體量、形態都富有變化，避免單調乏味。

可以發現，“組合式挑飄技法”一般是從最低處的3個或多個山石支撐起腳點開始，用“單組式挑飄”進行旋轉堆疊，使得疊山在不同方位都能體現出“挑飄”技法。“組合式挑飄技法”既能讓疊山體現出飛動之勢，又能層層疊加以保穩固。該技法特色鮮明，在江南私家園林疊山技法中獨樹一幟。

揚州疊山常使用條石實現“挑飄”技法，外部拼鑲自然石，以求渾然一體。本研究僅分析了“挑飄”技法的大體結構，而對于條石外的自然石拼鑲技法，目前未發現三維技術的相關研究優勢，故對此未做討論，其仍是目前研究的難點。

3.2 獨立洞柱

計成《園冶》中“理洞法，起腳如造屋，立幾柱著實，掇玲瓏如窗門透亮”[22]210是在闡述墻柱式的洞壁做法。由于洞柱是主要承受荷載的結構，因此墻體可以根據需求做凸凹變化，或留出透光的洞窗孔洞。對于洞、柱、墻三者的關系，汪星伯先生曾指出：“在平面布置上，柱就是點，墻就是線，洞就是面”[25]。

揚州疊山常使用獨立洞柱，結構較為明顯。這種獨立式洞柱更易營造出較大的山洞空間，使山體更加空靈輕巧。揚州疊山洞體空間往往占據整個山體的絕大部分，如揚州個園中湖石和黃石疊山中就常見獨立洞柱結構，使得山洞空間更寬敞；小盤谷中也是在洞內的中心區域設置了一個獨立洞柱。

獨立洞柱主要呈現為“上大下小”的結構形態。層疊式洞柱較為常見，即用自然山石層層堆砌形成洞柱。洞柱常由墊腳石座、柱身、壓頂石等部分組成，其上可以搭接條石以便蓋梁式結頂。

個園黃石假山中靠洞窗位置的洞柱主要由5塊較為方正的自然山石層疊而成，下層大小石塊間隔層疊，最上面壓頂石為扁平狀，保證平穩，最后在壓頂石之上搭接用以結頂的條石(圖6)。個園湖石大假山洞口的獨立洞柱主要由7層自然湖石疊成，以方形湖石為主，扁平狀湖石為輔，二者相配以達到結構的穩定，同時因湖石形態變化較大，大石的縫隙處設置有更多的剎石和墊石(圖7)。

圖6 個園黃石山洞獨立洞柱圖解(6-1 圖解；6-2 洞柱立面；6-3 洞柱頂部條石的搭接關系)

圖7 個園湖石山洞獨立洞柱圖解(7-1 圖解；7-2 洞柱立面)

3.3 條石蓋頂

山洞是揚州私家園林疊山中重要的山體部件。清代李漁言：“假山無論大小，其中皆可作洞”[6]200。山洞的結頂方式與結構對于整座疊山尤為重要，其中蓋梁式是揚州疊山山洞最常見的結頂方式。

將條石的兩端搭接在洞壁之上進行蓋頂的結頂方式稱為蓋梁式。計成在《園冶》中的“合湊收頂，加條石替之，斯千古不朽也”[22]210，就是對古人利用條石進行山洞結頂的描述。條石較為規整，可以形成多樣的搭接方式，有單梁式、雙梁式、丁字梁式、三角梁式、井字梁式和藻井梁式等[26]。由于部分搭接方式較為相似，可以歸為一類，因此筆者將其歸納為平行梁式、井字梁式、三角梁式和藻井梁式4種常見的條石結頂方式(圖8)。

圖8 蓋梁式結構的4種形式圖解(8-1 平行梁式-小盤谷湖石山；8-2 井字梁式-個園湖石山；8-3 三角梁式-個園黃石山；8-4 藻井梁式-片石山房湖石山)

通過對三維數據模型的橫向剖切，能夠從宏觀角度直觀地觀察到整個山洞部分的結頂形式。利用三維點云對揚州的山洞結頂方式進行統計(表1)，可以看出平行梁式占比最大，但也常與三角梁式和藻井梁式搭配結頂。

表1 揚州私家園林中山洞結頂方式統計

以揚州小盤谷的山洞為例對其結頂方式進行推導解析(圖9)。蘇州的山洞常以平行梁式結頂，跨度有限，結構較為簡單。而揚州山洞常利用獨立的洞柱，將復雜山洞的洞頂通過分區拆解，分組進行平行梁式布置。小盤谷內山洞空間較大，單個條石跨度有限，難以用簡單方法進行搭接結頂，故首先在山洞中心位置設置一個洞柱，作為分解結頂區域的紐帶，然后再通過4個主要邊界條石將洞頂劃分為4個區域，形成區域1～4，最后各區域分別用條石進行平行梁式布置，利用洞柱將洞頂結構化繁為簡。

圖9 小盤谷“平行梁式”山洞洞頂結構圖解

4 結語

本研究以揚州現存私家園林的疊山遺產作為研究對象，通過三維視角對揚州典型的疊山技法進行觀察、分析、推導和還原，包括“挑飄”技法、獨立洞柱、條石蓋頂等，有助于更加清晰地展示揚州疊山中堆疊技法的細節。利用實際的疊山樣本和案例證實了以往研究中的部分技法內容，同時補充了以往研究欠缺的內容，如組合式挑飄技法、洞柱分界條石蓋頂技法等，豐富了揚州疊山技法的研究成果。

將揚州疊山遺產與BIM平臺結合，構建了疊山的三維信息模型，將疊山技法進行了三維可視化存儲與展示。本研究的技術路線，即“三維數字化測繪-疊山技法分析-三維信息模型構建”三大步驟可以為疊山遺產保護、修復、傳承和深入研究提供參考。

三維數字化研究方法具有便利性、高效性和科學性，為揚州疊山技法的研究注入了新的活力，但其仍然具有一定局限性。本文主要研究了便于剖切和識別的整體性搭接結構，而精細的技法內容依然是研究的難點，如條石外自然石的拼鑲技法等。由于疊山遺產皆是已經完成的作品，疊山中一些看不見的內部結構亦是研究的難點，因此學者在推導還原疊山的過程中不可避免地會有一定的主觀性。利用三維數字化對疊山技法的研究尚處于探索階段，故而深度有限，有待相關學者的進一步探究。

注：文中圖片除注明外，均由作者繪制或拍攝。