中國傳統園林與現代園林形態差異探究

摘 要：通過對比236張中國傳統園林與現代園林圖片，利用語義分割技術識別園林中的10種形態要素，并通過隨機森林模型和SHAP方法分析這些要素在區分兩類園林中的作用。結果顯示，建筑是區分二者的關鍵因素，其比例越低，為現代園林的可能性越大。盆植、樹、道路和天空視率也對分類有顯著影響，體現了傳統園林強調自然與人的和諧，而現代園林更重實用性和功能性的差異。此外，研究發現建筑和盆植在傳統園林與現代園林區分中存在閾值效應，道路、樹木和天空視率則為單調效應。研究成果為現代園林設計提供了新思路，并為中國傳統園林的保護與創新提供了理論支持。

關鍵詞：傳統園林；現代園林；園林形態

基金項目：本文系廣東海洋大學大學生創新創業訓練計劃項目資助（CXXL2023065）研究成果。

一、中國傳統園林與現代園林形態差異研究意義

中國園林作為中華文明的珍貴遺產，經過數百年演變，形成獨特而豐富的傳統與現代并存的園林文化。然而，隨著社會的不斷發展和城市化進程的加速，傳統園林與現代園林的形態差異日益凸顯，引發了人們對其差異性的深入探討與研究。

中國傳統園林與現代園林在設計要素和原則上的差異反映了歷史、文化和社會的變遷。傳統園林以其獨特的審美理念和文化內涵成為中華文明的重要組成部分。其設計要素包括水、石、路、建筑和植物等，每類要素都承載著深厚的歷史和文化底蘊[1]。傳統園林中建筑多樣，有廳堂、塔樓、亭子和走廊等，與周圍的自然景觀相輝映，形成獨特的園林韻味。水和石作為重要的景觀元素，被用來營造自然景觀，石象征美德和穩定，水則代表輕盈和交流。植物作為園林的一部分，與周圍環境融為一體，不僅是景觀的組成部分，也起到了景觀襯托的作用。路徑的設計旨在引導游客探索整個園林，而天氣元素的利用使得景觀隨著季節、天氣和觀察者的心情而變化，呈現出豐富多彩的景致。相比之下，中國現代園林設計受到西方設計理論的影響，注重功能性和實用性。自20世紀末以來，西方現代景觀設計理論被引入中國，為中國園林設計的理論和實踐注入了新的活力。然而，由于自然條件、歷史背景和文化差異，中國傳統園林與西方景觀設計在理念上存在著明顯的差異[2-3]。西方園林設計注重幾何規劃與人工秩序，滿足人類對自然空間的需求，與自然相對立。而中國傳統園林追求自然與人文的和諧融合。現代園林設計中，重新詮釋傳統成為趨勢，借鑒中國傳統園林思想是時代所需，也是中西文化碰撞的結晶。研究傳統設計元素和原則有助于設計師將傳統與現代結合，創新中國園林文化，為人們創造更美好的生活環境。

因此，定量研究中國傳統園林與現代園林形態差異的意義在于幫助我們更好地理解和比較新舊園林的形態。定量的研究方式有助于客觀地分析和評估傳統園林與現代園林之間的相似性和差異性，有利于研究人員和設計師更好地理解中國園林設計，并為他們提供指導，以確定傳統園林形態是否仍然能夠有效地應用于現代園林設計中。此外，定量研究還可以為園林設計提供科學依據，可以更好地把握傳統與現代之間的平衡，為現代園林設計提供更多的靈感和可能性。

二、園林形態要素的提取與分析

（一）數據來源

中國傳統園林的圖像數據收集涵蓋了一系列具有歷史和文化意義的傳統園林，如滄浪亭、承德避暑山莊、留園（圖1）、獅子林、網師園、豫園和拙政園。這些園林代表了中國傳統園林建筑與景觀設計的精華，融合了古代文人的審美情趣和園林藝術的精髓。通過拍攝這些園林的實景照片，共采集140張照片作為樣本，以期全面展現傳統園林的特色與風貌。

現代園林的數據來源則包括上海辰山植物園、廣州流花湖公園、寧波月湖公園、上海佘山國家森林公園等代表性現代景觀。這些現代園林以其創新的設計理念和現代化的園林設施聞名，展現了當代園林規劃與設計的最新趨勢和成就。通過實景拍攝這些現代園林的照片，共采集96張照片作為樣本，旨在探究現代園林與傳統園林在形態與設計上的差異與聯系。

（二）圖像數據分析方法

首先，通過圖像語義分割識別園林中景觀形態要素。圖像語義分割是一種深度學習技術，通過對圖像進行像素級別的分類，將圖像中的每個像素分配到預定義的類別中，從而實現對圖像中不同物體和場景的識別。在本研究中，利用ADE20k Dataset訓練數據集進行語義分割，可對傳統園林和現代園林圖像中的道路、臺階、墻體、建筑、樹木、草地等景觀元素進行準確的識別和分割，為后續分析提供了基礎數據。

其次，針對構建預測模型的部分，選擇了隨機森林算法。隨機森林是一種集成學習方法，通過多個決策樹的組合來提高預測準確性。對傳統園林和現代園林圖像進行標簽標注，并將其作為輸入數據，構建隨機森林預測模型。這樣的預測模型可用來對新的園林圖像進行分類，進而判斷其屬于傳統園林還是現代園林。

最后，使用可解釋的機器學習方法SHAP（SHapley Additive exPlanations）來解釋預測模型的結果。SHAP是一種基于博弈論的方法，用于解釋機器學習模型的預測結果。通過SHAP，可以確定在預測園林類型時模型所依據的關鍵要素，例如對傳統園林的判別可能更加依賴于特定的建筑風格或植被組成，而對現代園林的判別可能更多地受到建筑結構或景觀布局的影響。該方法有助于理解模型的決策過程，提高模型的可解釋性，從而增強研究的可信度和可行性。

（三）描述性統計

1.傳統園林形態

根據對中國典型傳統園林進行圖像語義分割后的描述統計結果，樹木是占比最大的要素，達到0.285，體現中國傳統園林中樹植綠化的重要性和普遍性。其次是天空視率和建筑，這說明傳統園林在設計中遵循天人合一、人工環境與自然環境和諧統一的設計理念。相比之下，桌椅設施、草地和道路的占比較小，這反映了傳統園林設計中對于硬質景觀元素的強調，而對于軟質景觀的使用相對較少。值得注意的是，在傳統園林中，道路的設計多為園路，狹窄而不占用過多空間，這體現了對于自然環境的尊重和借鑒，也體現了傳統園林對于賞玩體驗的重視，希望游客在園林中能夠沉浸在自然環境中，感受自然之美。

2.現代園林形態

中國現代園林圖像語義分割后的描述統計結果顯示，天空視率在現代園林中占據相對較高的比例，達到0.232，這反映了現代園林在設計上更加開放和寬闊，注重提供廣闊的視野和空間感。其次是樹木和墻體，說明現代園林在景觀設計中仍然保留自然元素，并且注重空間的分隔與界定。相比之下，桌椅設施、草地和盆栽植物的占比較小，這表明現代園林在景觀設計中更注重硬質景觀的布局和設計。這些數據反映了現代園林設計中對人們休憩和欣賞需求的考慮，以及對自然元素與人造結構的協調搭配。

三、隨機森林模型的構建與分析

（一）構建預測模型

在本研究中，利用Python平臺，并結合sklearn應用包，成功構建了隨機森林模型，以對傳統園林和現代園林進行分類。模型的評估指標顯示了令人滿意的結果：R2為0.584，均方誤差（MSE）為0.147，平均絕對誤差（MAE）為0.307。這些指標表明該模型在分類傳統園林和現代園林方面具有良好的準確性和預測能力。

（二）關鍵要素識別

在研究中采用了SHAP方法對所構建的模型進行解釋，以便更深入地理解形態要素對傳統園林和現代園林分類的影響。根據研究結果，確定了五種關鍵要素，它們對園林分類起著重要作用，包括建筑、盆植、道路、樹和天空。建筑被識別為最重要的因素之一，其對模型的解釋性影響較大。具體而言，當建筑的占比較低時，其對應SHAP值較小，這意味著建筑越少，模型將更傾向于將該園林劃分為現代園林。盆植和樹也表現出類似的趨勢，其對模型的分類結果有著顯著的影響。另外，道路和天空視率SHAP值較小，這意味著當園林中的道路越少、天空視野較窄時，模型更可能將其劃分為傳統園林。相比之下，桌椅設施、水體、踏步等形態要素對模型的劃分結果影響較小，其對園林分類的影響相對較弱。

（三）單因素依賴分析

本研究進一步探索隨機森林模型的SHAP依賴關系時，可以發現更多因素影響關系。首先，建筑作為一個關鍵要素且有閾值效應，在模型中扮演著關鍵角色。本研究觀察到建筑占比小于0.1時，模型更傾向預測為現代園林；而建筑占比大于0.1時，更可能被預測為傳統園林。且這一預測趨勢相對穩定。傳統園林往往以古典、雅致的建筑為特色，這些建筑不僅承載著歷史文化的沉淀，還與周圍的自然景觀相輝映，形成了獨特的園林韻味。相反，現代園林更注重現代化、功能性建筑的應用，強調與時代潮流的接軌和與人們生活方式的契合。因此，建筑的占比在園林分類中具有重要的指導意義，其影響不僅體現在形態上，更體現了傳統與現代文化的差異。

其次，盆栽植物的存在與否也成為一個顯著的區分因素。研究發現現代園林中往往不具備盆栽植物，當盆栽植物的占比大于0時，模型更可能將其歸類為傳統園林。傳統園林往往注重園林內植物的布局和景觀的塑造，盆栽植物在其中扮演著重要角色，常被用于點綴和裝飾。現代園林則更多地強調簡約、現代的園林設計風格，往往不會大量使用盆栽植物，而是更注重草坪、多樣性的植物配置等元素，以創造開放、輕松的空間氛圍。

最后，道路、樹木視率和天空視率等形態要素的影響也不可忽視。關于道路和樹木視率，我們觀察到明顯的單調關系：隨著道路占比的增加，被預測為現代園林的概率也逐漸提高；樹木視率的增加則與被預測為傳統園林的概率呈正相關。此外，天空視率的影響也很顯著，當天空視率大于0.1時，園林空間更加開闊，預測為現代園林的概率隨之提高。傳統園林中，彎曲、曲折的小徑常常被賦予自然情趣，道路的設計強調人與自然的和諧融合；現代園林則更注重實用性和便捷性，通常采用寬闊、直線、規整的道路設計，以滿足現代人的生活需求。樹木視率和天空視率直接關系到園林空間的開放度和舒適度，對園林的氛圍和環境質量起著重要的作用。

四、結語

本研究探討區分了中國傳統園林與現代園林形態差異的關鍵要素，并通過構建隨機森林模型和SHAP依賴分析方法對其進行了深入研究。首先，我們發現建筑、盆植、道路、樹和天空是區分傳統園林與現代園林的關鍵要素。建筑作為最重要的因素之一，在園林分類中具有重要的指導意義，其占比越低，園林被預測為現代園林的概率越高。盆栽植物和樹也對園林分類結果有著顯著的影響，道路和天空視率的變化則直接影響園林的傳統與現代分類。此外，本研究還觀察到了其他形態要素在園林分類中的作用，如桌椅設施、水體等，雖然對模型的劃分結果影響較小，但其仍然對園林的形態演變有一定的貢獻。其次，本研究從規劃理論的角度對傳統園林和現代園林的形態差異進行了深入分析。傳統園林注重人與自然的和諧，強調自然景觀的保留和利用；而現代園林更加注重實用性和功能性，追求現代化的園林設計風格。這些規劃理論的不同應用導致了傳統園林與現代園林在形態要素上的顯著差異，體現了中國園林文化的演變和發展。最后，對中國傳統園林與現代園林形態差異的研究具有一定的實踐意義。通過對關鍵要素的分析，人們不僅更深入地理解中國園林文化的演變和發展，還為現代園林設計與規劃提供了新的思路和方法。同時，研究結果也為傳統園林文化的傳承和創新提供了理論支撐和實踐指導。

參考文獻：

[1]吳曼，王紫璇，王夕倩.文士休閑文化視野下的明清江南古典園林營造[J].現代城市研究，2024（2）：117-121.

[2]張振.傳統園林與現代景觀設計[J].中國園林，2003（8）：45-52.

[3]周向頻.全球化與景觀規劃設計的拓展[J].城市規劃匯刊，2001（3）：17-23，79.

作者簡介：

李赟瀅，廣東海洋大學濱海農業學院學生。研究方向：園林。

古瑜，廣東海洋大學濱海農業學院學生。研究方向：園林。

陳楓雅，廣東海洋大學濱海農業學院學生。研究方向：園林。

饒湘，廣東海洋大學濱海農業學院學生。研究方向：園林。