风景园林数字孪生应用分析

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【摘要】文章对数字孪生技术在风景园林行业的应用进行了探讨，对数字孪生对风景园林的改变进行了思考。对于风景园林而言，本质在于改善人居环境，而如何借助新技术——数字孪生对传统的风景园林进行改造升级并辅助风景园林的设计是一个值得思考的问题。

【关键词】数字孪生；风景园林；LIM

1引言

随着“绿水青山”战略的提出和对人居环境的重视，风景园林行业逐渐受到更多重视。在传统建设行业中，风景园林将会起到越来越重要的角色，而风景园林在不断发展中又不断地遇见新的问题，比如需要满足的外部因素增多、使用人群需求多样等问题。近年来，国家加大对新型基础设施建设的投入力度。在改善生活环境的过程中，风景园林将和一系列新技术互相融合，向着多元与包容的方向发展，更好为使用者服务。

2数字孪生风景园林的概述

数字孪生即搭建一个与现实物理世界相互平行的数字世界，将虚拟世界与现实世界相互映射，准确反映现实世界变化[1]。在数字世界中，可以通过物联网技术管理物理世界的设备。数字孪生风景园林是对现实世界的仿真和模拟，它融合了多学科的知识和技术，与不同学科产生联系。数字孪生的概念最初起源于美国航天领域，后来逐步走入工业行业，促进工业4.0的转型升级。近年来，随着物联网、人工智能、大数据和云计算等技术的发展，数字孪生对风景园林产生了新影响。在多方面协作的情况下，数字孪生风景园林将变得复杂化。在仿真层面，数字孪生风景园林比BIM（建筑信息模型）更注重植物、水等景观配置的变化，考虑到的因素会更多，更加注重环境与人的交互关系。而在物联网建设中，数字孪生风景园林收集到的数据和种类更多，植物的季相、水文监测、气象、鸟类的活动都可以纳入动态监测的范畴。基于现实世界的实践和虚拟世界的模拟仿真，将会产生新的人机交互系统。

3数字孪生风景园林的设计

数字孪生风景园林（见图1）的核心是要和目前已有的LIM（风景园林信息模型）相互融合。LIM是一种应用于工程施工、项目设计的为风景园林信息建模的技术，能够实现项目的三维可视化，对风景园林项目进行多维度考量，能贯穿项目的生命周期。相比LIM，数字孪生风景园林能够实现对设计、施工、运营的一体化管理，大大提高了效率。数字孪生风景园林应当具有实时交互、闭环管理、可扩展的特点。在数字孪生风景园林模型中，实时交互基于园林中的物联网设备，能够在虚拟世界和现实世界双向映射，借助于动态交互的设备，能够提高数字孪生风景园林运行的可行性。在此基础上，借助人工智能管理系统，数字孪生风景园林能够实现自主决策，在云端的学习库中找到最合适的解决方案，在解决之后不断自主学习和优化，自主提升解决能力。数字孪生风景园林具有可扩展性高的特点，将其与CIM平台相互融合，助力城市的整体融合发展，会更加有利于智慧城市、万物互联的融合发展。在数字孪生风景园林模型中，可以不断增加、集成或替换模型，从而更好地实现数字孪生的效果。

4数字孪生风景园林的应用

对于数字孪生风景园林的应用，文章从提升总体规划水平、优化建设过程并评估成效、模拟仿真、推演建成项目的运行态势、推进以人为核心的风景园林设计、对微型园林的优化等方面进行探讨。对比传统的风景园林建设，数字孪生风景园林目前还处于发展阶段，而数字孪生风景园林也是一种有力的工具，通过对该工具的运用，能优化人居环境，使风景园林更好地为人服务。

4.1提升总体规划水平

风景园林行业在设计、施工过程中不断与其他行业进行交流融合，风景园林行业涉及面广，考虑的因素多。若采取以往的规划——建筑先行，风景园林难以贯穿整个项目，改善人居环境的效果也会大打折扣。推动数字孪生风景园林的建设，能有效促进其与不同数字孪生平台相互融合，打破以往规划的格局，改善城市规划最终的使用质量。在设计时，可以运用假设分析和虚拟规划等方法，引入多样的外界变量，依据积累的数据，借助人工智能、大数据、云计算等手段，进行分析和更正，避免在项目落成之后才发现问题。

4.2优化建设并评估成效

基于数据可视化技术，管理者可以明确知道项目情况。与项目中的物联网设备相连后，将物联网设备获取的数据进行统计、收集，把这些数据纳入动态监测的范围，进行协同计算。这些数据不仅可以从园林中的传感器中获取，还能从接入局域网的使用者手机中得到。经过分析之后对项目进行综合评估和优化。收集手机中传感器中的相关数据，能够对高差变化、道路平整状况进行分析。当前对项目的评估优化而言，主要采取两种评估方法，一是设计中评估，另一种是设计完成之后评估。若设计项目变得复杂，在设计过程中仅对图纸在二维世界中进行分析，难以做到以人为视角进行体验和观察，很难直观发现其中隐藏的问题。数字孪生风景园林能够降低评判的门槛，使更多人参与到评价项目中来，收集到更多的建议。风景园林不断发展，以上两种方式都难以满足及时纠错的需求。若无法及时发现问题，可能会对整个项目产生不良影响。充分运用数字孪生风景园林技术，并依据深度学习的手段，基于以往获取的数据，可将风景园林的运行情况提取出来，便于不断制定新的量化评定标准，进而实现对项目的掌控。

4.3模拟仿真，推演建成项目的运行态势

对数字孪生风景园林项目的全面分析，可以为现实世界中的风景园林稳定运行提供有力保障。借助万物互联、云计算等技术，能快速获得以往人工费时费力才能得到的数据。物联网传感器技术的成熟，将降低获取信息的成本。以往对风景园林项目进行管理时，往往依赖单一数据，构建的也是单一的模型，无法做到多方面考虑，不能享受大数据带来的福利。而构建数字孪生模型之后，模型自身可以通过深度学习、智慧成长的手段，使数字孪生风景园林不断地获取外部数据并自我优化。比如通过对温度、光照等气象条件的分析，可以预测植物的季相变化，将这些信息整合后，能帮助使用者提前规划游览园林的计划。对于风景园林项目运行过程的一些问题，借助于安装在现实项目中的传感器，可以快速发现。将这些问题投射到数字孪生模型中，可以实现精准定位，帮助检修人员快速定位问题位置，并依据此发现有无其他的关联问题。

4.4推进以人为核心的风景园林设计

风景园林的本质在于改善人居环境，在当前推进智慧园林、交互式园林建设的背景之下，使用者对风景园林提出了更多要求。基于此，在数字孪生风景园林当中，借助VR、AR等技术，用户能够以人视角实现场景漫游，直观地感受到风景园林项目的每一处细节，从而使风景园林项目更好地实现以人为本。而数字孪生风景园林能更好的发挥其在科普方面的作用，当使用者步入数字孪生世界之后，借助VR、AR等技术，能够直观的了解数字孪生园林中所包含的动植物种类和特点。

4.5微型园林优化

在城市中，微型绿地常常以带状公园、街边绿植等形式出现。总体呈现“小、多、散”的特点[2]。而这些绿地形成原因复杂，产权模糊，涉及的管理部门多，使用者混杂，管理起来需要跨部门甚至跨区域管理，因此管理难度较大，成了各个部门都不愿管的地带。而且城市中微型绿地因为分布随机，存在诸多不确定因素，但往往是居民们茶余饭后的游玩地点，为了实现对微型绿地的实时监控和管理，同时保障周围人群对该绿地的正常使用，以往需要花费更多人力、物力。而建立起微型绿地的数字孪生风景园林模型，基于物联网设备收集得来的数据，有效利用人工智能、云计算等技术，可以弥补传统管理方法的不足，实现信息共享、构建起多部门共建的数字孪生信息平台，便于各个部门的沟通交流，能够实现跨部门联合管理。

5结语

数字孪生风景园林未来将会和不同的数字孪生平台互相融合，使风景园林贯穿整个项目的生命周期，更好地为人服务。通过以上的探讨，充分依据物联网技术，发挥边缘计算的功能，有效应用人工智能方法，基于物理世界中的风景园林收集来的大数据，可以将风景园林的运行状态进行模拟和映射；通过物联网设备收集得到的数据，将会成为预测未来发展的依据；通过改变某一变量对整个模型的研究，能够模拟不同条件下数字孪生风景园林的状态，最终变成对现实世界管理的指导方案。数字孪生风景园林离不开不同部门的共创、共建，这需要打破行业壁垒，使各个部门打开信息共享的大门，促进不同部门协作，共同完成数字孪生风景园林的建设。

参考文献

[1]中国电子技术标准化研究院.数字孪生应用白皮书（2020版）[R].2020.

[2]李运伟.浅谈城市建成区小微绿地的景观设计[J].静与社会，2020（8）：63-66.

作者：陈一家 单位：北京林业大学园林学院