景感生態學研究進展及其對人居環境科學的啟示*

劉 江 溫俊豪 張雪葳 LIU Jiang, WEN Junhao, ZHANG Xuewei

0 引 言

2 0 1 6 年，我國生態學家趙景柱先生首次提出景感生態學（Landsenses Ecology），并將其定義為以可持續發展為目標，基于生態學的基本原理，從自然要素、物理感知、心理認知、社會經濟、過程與風險等相關方面，研究土地利用規劃、建設與管理的科學[1]。景感生態學理論自問世以來，在推動傳統知識系統化重組，并實現結構升級方面顯示出巨大潛力[2]。唐立娜、董仁才等學者均對景感生態學理論與方法進行過全面而深入的闡釋[3-4]。但隨著景感生態學理論與方法體系不斷完善，越來越多不同領域的學者都開始探索景感生態學在解決實際問題中的分析思路與應用途徑。尤其是在分析環境和人類感知相互作用、引導和調動居民的積極空間行為上，學者們以其為指導，完成了在河流[5-6]、海岸帶[7]、城鄉交錯帶[8]和濕地公園[9]等眾多區域的研究實踐，這推動著景感生態學的科研與實踐從形成發展階段進入了擴展應用階段[10]。與此同時，隨著我國進入城鎮化中后期，人居環境的進一步發展面臨著品質化、精細化、人性化的新挑戰[11]。人機互動的數字化設計方法帶來革新性空間認知與思考方式，表明在人居環境科學范疇內，有望建立一個更為包容的科學共同體，以此去探尋基于共性科學問題解決的某種認知方法和技術解決方案[12]。作為充分利用社會—經濟—自然復合生態系統理論等生態學基本原理與高度概括中國傳統文化、科學的新興理論，景感生態學對促進中國人居環境科學的理論延伸與技術突破有重要意義。但在CNKI、WOS等國內外主流學術網站上以“景感生態學”和“人居環境科學”兩個關鍵詞為主題，并對兩個學科進行互鑒研究的綜述文章尚少。有必要在人居環境科學視野下系統梳理景感生態學的理論方法體系，通過跨學科的溝通交流，拓展景感生態學理論的應用場景，拓展人居環境科學知識體系，為實現“美麗中國”與生態文明建設提供參照。因此，本文從基本特征、核心思想、技術方法及實踐應用方面對景感生態學進行綜合性論述與階段性總結，以進一步明晰景感生態學對人居環境科學的啟示。

1 景感生態學的基本特征

景感生態學倡導在現代科學技術的支持下，將人類感知融入生態過程，探究城鄉生態環境與人民需求之間的關系，為多尺度的空間規劃和設計提供依據，具有學科融合、技術支撐與多尺度空間實踐引導的基本特征[1]。

景感生態學的理論框架與關鍵技術如圖所示（圖1）。生態學及空間規劃相關學科是其理論基礎，中國傳統人居環境建設中的“天人合一”“主客一體”“生成整體”思想是其靈感來源。通過物聯網監測獲取生態及其相關動態過程和人類心理、物理感知的海量數據，經由趨善化模型實現數據處理、分析與應用是多學科系統重組、多尺度空間優化管理的實現途徑。

圖1 景感生態學理論框架與關鍵技術示意Fig.1 theoretical framework and key technologies of landsenses ecology

2 景感生態學的核心思想

2.1 人感尺度的生態特征

人類感知信息通常分為物理感知與心理認知兩部分。景感生態學通過多種技術方法獲取和分析這兩部分信息，并創造性地將這兩部分信息應用于景感營造[13]。景感生態學研究中遵循的物理感知的系統性和心理認知的整體性使人感信息具有了生態特征，由此形成景感營造的數據基礎。

2.1.1 物理感知的系統性

物理感知主要包括人們的視覺、嗅覺、聽覺、味覺、觸覺等[2]。受限于不同感官所感知的時空范圍差別，以及不同人感官的感知敏感度差異，目前研究較多探究單個感官的感知特征。但人類感官的感知功能作為一個系統，彼此之間相互影響，探究各項感官之間的交互作用具有重要意義。其中，視覺、聽覺之間的交互作用已引起越來越廣泛的關注[14-15]。如劉江等對廈門市城市公園的研究發現，聲環境安靜度和視覺景觀美景度存在顯著正相關關系[16]。

景感生態學強調物理感知的系統性，即在研究人感尺度的感知特征時，既要分別研究人們的各種感官體驗，更要綜合研究整個感知系統，考慮不同感官的交互作用。如張學玲等基于景感生態學，從視、聽、觸、嗅等人感尺度探討中國古典園林營建的技藝和范式，詮釋了古典園林中景感營造在不同感官層面的交互作用[17]。鄭天晨基于景感生態學理念和社交媒體數據，探討了不同景感要素對居民在城市公園中感知體驗的影響，以此構建城市公園感知評價模型[18]。

2.1.2 心理認知的整體性

心理認知作為高級心理過程，以神經層面的物理感知為基礎，受到社會環境、文化背景與生活經驗的直接影響。與感知人群心理認知相契合或適度引導感知人群的心理認知，是空間實踐的基本原則與目標之一。

心理認知與物理感知不同，不具有外顯性。因此，學界往往采用能夠表征心理變化的生理指標對心理認知進行測度，如心率變異率可以表征神經系統的興奮和抑制情況，唾液皮質醇的濃度變化用以反映心理緊張和放松的程度[19]；采用認知地圖、參與式制圖等方式評估環境偏好、地方依戀等需要思維加工的心理認知[20]。但是格式塔心理學認為，人對事物的認知具有整體性，并非感覺元素的機械綜合[21]。因此，景感生態學充分考慮了物理感知的系統性和人們的文化思維、社會經濟水平、教育背景等要素對心理認知的影響，強調了心理認知這一高級心理過程的整體性，同時也在具體測度指標之外，以認同感、獲得感與滿意度作為空間營建在心理認知層面的評判標準。這為實現心理認知有效評估提供了簡明且具有可操作性的路徑。如鄭拴寧等以提升本土居民的生態服務獲得感與滿意度為目標，將景感生態學與城市意象的基本理論相結合，開展廈門島的城市生態意象空間構成及格局解析，為客觀評價城市生態資源的公眾認知影響力提供了有益參考[22]。

2.2 以人為本的景感營造

景感營造（landsense creation）是景感生態學實踐的主要途徑，旨在通過適當的表現形式將某一或某些愿景賦予或融入某種載體，使景感的受眾能夠從這一載體及其相關的表現形式領悟希望被傳達的愿景[23]，其根本目的是使人們能夠產生共鳴并形成共同行為[13]。因此，景感主要由載體和愿景兩部分組成。載體的形式既可以是具有實體的城市、街區、建筑等，也可以是虛擬的詩詞歌賦、樂曲等；愿景則包括基礎層次的物質追求與進階層次的精神崇拜等內容，這通常由人們的所處環境、社會背景和認知水平所決定[3]。

景感營造以保護、改善和增強生態系統服務為目標，強調增加與可持續發展意識相關的生態系統服務[23]。將使用者信息融入景感營造過程是景感生態學指導實踐的主要途徑。如劉曉芳等基于城市公園景感要素分類，分析廈門市城市公園景感要素組成和居民感知評價的差異，以此探究各類公園對不同人群的吸引和對其活動方式的影響差異[24]。韓林梔（Han）等將景感生態學與馬斯洛需求理論的基本原理結合，從物理、心理到文化三個層次建立了居民社區感知評價指標體系，并提出社區景感體系構建中應當重視居民的社區意識引導、教育以及文化內涵的塑造[25]。歐陽靜怡（Ouyang）等還基于景感生態學理念，研究江西東龍村的傳統建筑格局，從心理認知和物理感知層面揭示了其建筑朝向和方位等的形成因素[26]。

3 景感生態學的技術方法

3.1 基于環境物聯網的多元數據獲取

3.1.1 景感生態研究的數據基礎

在現代科學技術不斷進步的同時，“數據”的概念也在不斷更新。隨著互聯網、物聯網技術的發展，數據獲取與分析的功能不斷強化，人居環境領域研究可以采用的數據形式從觀測數據、模擬數據擴展到“大數據”。大數據具備體量大（volume）、種類多（variety）、效率高（velocity）和準確性（veracity）的4V特征。借助大數據信息采集與處理技術，可使數據收集過程更加靈活，樣本規模具備足夠代表性，并使研究數據兼具時效性與客觀性的優點[23]。

景感生態學研究涉及自然、社會、經濟、心理、過程、風險等方面的數據。這些數據包括從不同方法、來源、尺度等獲得的具有相同或不同性質的“混合”數據（mixing data），以及工作程序實施過程或趨善化過程中出現的“行進”數據（marching data），它們也被統稱為“迷碼”數據（mix-marching data）[1]。通過各種技術手段高效獲取景感生態數據將是有效開展研究工作及實現研究“動態化”發展的關鍵。

3.1.2 環境物聯網技術的應用潛力

景感生態學的產生和發展離不開物聯網、人工智能等數字技術為其提供的豐富數據支撐[3]。隨著環境信息采集技術的便捷化和智能化，物聯網技術已經能夠有效地融入城市的生態規劃過程中。通過整合各種不同層次的技術途徑，物聯網實現了高效、準確針對特定目標的信息獲取、傳輸和應用過程。在物聯網架構上，環境物聯網（Environmental Internet of Things，簡稱EIoT）強化了其針對研究區域內環境自然特征與信息（如土壤、溫濕度、降水、風速風向、水質、聲環境、熱環境、空氣污染、街道空間特征、人群活動方式等）的采集功能。通過結合ArcGIS等軟件平臺的相關功能，環境物聯網還能夠通過構建具有不同功能的模型，實現對各種生態要素的專業分析、模擬、預測和管理，并利用網絡化、數字化及可視化進行表達。景感生態學所強調使用的環境物聯網技術為土地利用規劃、設計、建設、管理與調控等工作提供了有效的保障（圖2）。在福建平潭進行的研究中，通過物聯網的傳感器系統，采集了大量具有時空特征的數據，實現了島嶼風環境的特征分析與長期持續監測，并提出海島景感生態系統服務的優化途徑，對該地區的大風防治和風感改善具有重要指導意義[27]。

圖2 環境物聯網架構示意圖Fig.2 schematic diagram of EIoT

3.2 基于趨善化模型的規劃過程調控

人居環境的規劃、建設與管理等工作是一個綜合且復雜的過程，在城鄉發展的不同階段，目標定位不同，所采取的相應規劃措施不盡相同，而且隨著社會經濟水平的不斷改善，居民的價值認定也同樣有所變化。因此，實現人居環境的可持續發展并非僅僅追求單一的目標或結果，而是一個動態發展的趨善化過程。趨善化模型的核心思想是“沒有最好的結果，只有更好的途徑”[1]，其采用了優化模型思想的精髓，強調運行過程中的調控和不斷完善，追求的目標不是某一階段的優化，而是強調目標與約束條件的同步交叉、相互協同與調控，進而實現目標的不斷趨善[1]。這一模型主要特點是突出生態系統服務的約束性地位，同時考慮如何盡可能提高人們的綜合滿意度。

景感生態規劃采用趨善化的思想，結合趨善化模型的運用，根據不同規劃對象的特點設計出具體的表現形式，并依據約束條件和目標的復雜交織，在每個階段反復運算，引導優化過程的進行，因此可以更加清晰地了解規劃建設的過程和目標，并根據城鎮化進程和人群需求及時調整應對策略（圖3）。另外，根據項目特點的不同，趨善化模型可以存在不同的表現形式，但其核心思想都是強調過程及過程運行中的不斷調控與優化[28]。劉陳堅等構建了一套生態信息診斷框架，對趨善化模型（3PG2模型）結構進行了優化，解決由于模型結構設計所導致在森林景感營造過程中生態預測的不確定性，提升了預測森林生物量的準確性，實現區域尺度上的可持續管理[29]。張曉燕等以景德鎮為例，梳理工業遺棄地綜合體系的構成，構建工業遺棄地景感營造趨善化模型，將社會、經濟、自然環境與土地利用緊密結合[30]。

圖3 趨善化模型架構示意圖Fig.3 schematic diagram of the melioration model

3.3 基于感知信息的景感營造方法

在區域尺度上，生態環境與人類感知的相互作用是學界討論的重點。石龍宇（Shi）等在城鄉交錯帶的規劃中，運用物聯網獲取包括氣候、土壤、聲音、風等環境數據，借助GIS平臺，將居民的各種感知信息數據集以地圖專題圖層的形式進行表達，從而分析環境和人類感知之間的相互作用，并通過調整環境信息來提升人居環境建設質量標準[8]。孫曉萌等從自然要素、物理感知及心理認知等方面，提出生態修復項目的景感內涵，闡釋了生態措施在視覺、聽覺、嗅覺、味覺及觸覺等物理感知以及心理認知方面的作用，提出在生態修復的環境設計上應盡量滿足居民的多感官體驗需求，提升周邊居民的滿意度和幸福感[7]。李爽等在大凌河流域北票段的生態保護與修復中，采用景感營造的理念，通過優化景觀格局、改善人居環境，滿足居民的愿景與社會需要，引導和調動居民的生態保護行為，提升了生態保護與修復的效果[6]。

在城市尺度上，學者們獲取了居民的環境偏好和滿意度，探討通過改善城市生態設施，提升居民愿景的可能性。趙萌等以順義區為例，總結了生態空間景觀格局優化、視覺空間格局優化、生態空間科學規劃及管理、生態系統服務綜合提升4個核心愿景，并以此提出針對性的景感營造策略[31]。廖振珍等以雄安新區啟動區為例，通過問卷調查及互聯網大數據，收集居民對生態基礎設施的景感滿意度和研究區徑流數據，通過控制生態基礎設施的年徑流總量，提升居民的景感滿意度[32]?？ㄒ榴R茲（Kaymaz）等以土耳其安卡拉為例，通過問卷調查的方式，收集安卡拉大學學生對城市公共空間的偏好，評價其文化生態系統服務價值，幫助管理決策[33]。

街區尺度的景感營造則較為關注生態系統服務效益以及人們的需求。劉暢等以城市公園為例，從道路、建筑、植物、水體和小品五個景觀要素出發，結合人的視覺、聽覺、嗅覺、味覺和觸覺等物理感知和心理認知，分別闡述利用景感營造的方法增加和完善城市公園生態系統服務的思路，旨在將人的感知落實到景觀實體中，進而提升生態效益及居民福祉[34]。毛齊正等基于居住區綠地的植被覆蓋、基礎設施、遮蔭率等景感特征以及居民的休閑文化活動感知特征，探討居住區綠地公共活動空間的景感生態學效應對生態系統文化服務和景感營造的影響，并提出營造具有多類型景感特征的公共活動空間、構建多功能綠地景觀是提高居住區綠地文化服務的直接手段[35]。劉江等將景感生態理念融入歷史街區場所營造，構建了基于環境要素和使用者需求數據的歷史街區景感營造框架，為歷史街區空間體驗提升和智能化管理提供了有益的參考[36]

4 景感生態學對人居環境科學的啟示

人居環境科學是一門以人類聚居（包括鄉村、集鎮、城市等）為研究對象，著重探討人與環境之間的相互關系的科學。吳良鏞先生將人居環境科學應用領域劃分為6個基礎板塊[37]，所涉及數據類型已從傳統問卷數據、統計數據逐步向街景影像、興趣點數據等地理信息大數據拓展。而景感生態學景感生態學正是強調在現代科學技術的支撐下，通過環境監測數據、社交媒體等迷碼數據，從生態過程與人類感知的交互視角透視人與環境之間的關系。因此，景感生態學與人居環境科學在基礎數據與關注領域上存在廣泛交集（圖4），尤其在土地利用、區域規劃、社區營建、公園景觀等實踐內容上有望為人居環境科學提供重要理論與技術參考[30]。

圖4 景感生態學與人居環境科學的關系Fig.4 the relationship between landsenses ecology and human settlement science

具體而言，景感生態學對人居環境科學的啟示主要體現在以下三方面。

4.1 生態過程與人類感知的全尺度交互

我國人居環境建設已進入生態優先、以人為本的高質量發展階段。關于人居環境生態、人文專題的獨立研究已經積累了相當豐碩的成果，部分專題也開始涉及對方領域的內容。但切實探討到生態與人文關聯性的研究尚不多見。究其原因，現代科學主客二分的學術路徑將復雜的空間屬性簡單化，導致理論引導與實踐需求、學術成果與現實情境產生了一定的分離[38]。當前，國土空間規劃強調空間層級的傳導性，但以往適用于大尺度空間規劃的景觀生態學，未必適用于中、小尺度的人居環境建設。以往對人類感知的定性研究，依托著穿戴式傳感器等便攜設備，有了跨尺度延展、定量化捕捉的可能性。

景感生態學基于生態學的基本原理，探討自然要素以及人的物理感知、心理認知的關系，是一個將生態過程與人類感知相結合的合理途徑。通過建立物聯網監測平臺，能夠對生態及相關動態過程、人的物理感知與心理認知，開展長期、實時、原位的觀測[39]。并以此為數據基礎，構建趨善化模型，實現基于感知信息的景感營造。此外，已有研究表明感知系統會存在尺度效應[40]。因此，在進行景感規劃和營造時需要注重不同尺度下人類感知的變化，從而更好地實現自然生態系統與人類社會經濟系統的供需平衡，將中國傳統人居環境營建思想置于科學框架之下。

4.2 從分散到融合的多源數據信息優化

人居環境問題復雜且牽涉面廣，多學科交叉是該領域發展的必然趨勢，而景感系統的構建可以整合人居環境建設過程中涉及的不同內容，進而實現多元數據的信息融合。其中，基礎信息主要包括自然環境信息（如日照、降雨、風速等）以及人口數量、人口結構、活動特征，區域的土地利用、文化經濟條件等信息；感知信息主要包括視覺、嗅覺、聽覺、味覺和觸覺等物理感知和宗教、文化、愿景、安全和福利等心理感知數據，這些信息的利用將使設計者更充分的了解使用者的真實感受和想法，從而使景感營造的過程更加符合使用者的需求。數據獲取途徑主要包括物聯網、互聯網、大數據以及相關學科的研究方法，分析的結果通過趨善化模型的處理會產生相應的過程數據，指導項目的優化。另外，設計師利用多種渠道的信息數據進行景感的構建，能夠引導使用者保持、改善和增加生態系統服務的行為規范和意識，促進人居環境建設與可持續發展。

位于成都武侯區西二環的萊蒙都會在2014年開門納客，萊蒙都會地理位置優越，緊靠二環路，處于紅牌樓商圈核心位置，坐擁30萬常住人流，可謂得天獨厚。萊蒙都會定位為于社區型的購物中心，2015年6月，作為萊蒙都會最大主力的天虹百貨，由于受各方面沖擊，長期業績不佳而被迫撤出，由此，萊蒙都會廣場開始了長達2年的陣痛轉型期。此后引入成都首家O2O進口跨境商品超市優洋上品，2015年12月25日，調整后的萊蒙都會社區購物中心重新亮相，而萊蒙都會的大規模招商調整，處于“大換血”，一直沒有找到脫離于百貨業態的更好的商業形態進入。

4.3 從景觀到景感的空間營造思維轉變

在人居環境建設領域，社交媒介、網絡交互、城市圖像等數據因其渠道廣、端口多、條件完善的優勢，已成為信息管理和應用的重要信息來源。以景觀規劃設計為例，一個完整的項目周期主要包括項目立項—設計—施工—運營維護。然而，通過傳統的技術途徑所獲取的數據大都是靜態的、歷史的數據，往往忽略了可以反映項目運行狀態的過程數據。因此，景觀設計亟需從靜態的數據挖掘走向動態的數據采集[41]。

1969年，伊恩·麥克哈格（Ian Lennox McHarg）在其著作《設計結合自然》中，提出在區域環境綜合評價的基礎上，進行城市與區域的開發[42]。自然環境信息成為景觀規劃設計的基礎數據，但規劃設計過程仍然高度依賴規劃師的素質與經驗，因此不可避免的具有較強的主觀性、隨機性與不確定性。隨著空間實踐的精細化發展以及科學技術的進步，社會各界已注意到漸進式設計、循證設計的必要性。景感生態學對這一發展動向做出了明確回應并提供了方法路徑，即景感營造。

景感營造強調對自然要素、本底生態環境基礎信息的充分理解和把握，將全部環境視為整體的景感體系，綜合分析使用者及其感知特征，以及與自然要素的聯系和相互影響，充分體現以“人”為核心的人居思想；提倡運用物聯網實現項目運行中的實時監測、實現過程數據的捕捉，進行實時的分析并反饋于項目的過程優化中；允許通過構建趨善化模型，實現目標與約束條件的同步交叉、相互協同與調控。顯然，景感系統的初始狀態可能并不具有十分完善的外部表現形式，但過程中充分融入源自人的感知數據和項目運行產生的數據，指導系統不斷的進行內部優化，帶動外部提升。

5 總結與展望

2019年，我國正式實施國土空間規劃體系。管控與約束資源環境不僅是規劃重要的前置要素，更是落實生態文明建設的重要舉措，人居環境建設領域對生態信息的需求也到達前所未有的高度。景感生態學在引導、優化多尺度生態格局與過程的基礎上，融入了東方傳統人居環境建設的智慧與經驗，強調人的物理感知與心理認知，整合了建筑學、城鄉規劃學、風景園林學、景觀生態學、環境認知學等相關學科的基礎理論知識，提出了基于趨善化模型的景感生態規劃、基于環境物聯網的多元數據獲取以及基于感知信息的景感營造方法三方面的核心技術方法體系。

在理論高度上，景感生態學的學科融合特征及其對中國傳統人居營建思想的繼承，使其有望成為多學科交流的理論基礎與跨學科溝通的有效媒介，為建立中國本土的學術話語體系做出了有益探索。在技術方法上，景感生態學提倡利用以物聯網為代表的信息技術實現對各種生態要素的專業分析、模擬、預測和管理，通過趨善化模型強調目標與約束條件的同步交叉、相互協同與調控，為我國空間實踐的規范化、精細化發展指明方向。

當然，景感生態學作為一個新興學科，其理論和方法體系尚不完善，如何建立適應人居環境建設需求的景感生態指標、操作過程和相關標準，使景感生態學與人居環境學科形成良好鏈接，尚需要更多的推敲與驗證。隨著社會、環境的變化，人居環境問題日趨復雜，面臨的挑戰也愈發嚴峻。越來越需要拓展新的學科參與到解決人居環境的問題中來，將已經成熟、達成共識的學科知識進一步融入人居環境科學的知識體系，追求合乎本時、本土的范式，以應對人居環境新的挑戰[43]。

圖片來源：

圖1、3-4: 作者繪制

圖2: 改繪自劉江,蔣思雨,張兵華.基于景感生態理念的歷史街區場所營造智能化路徑1.風景園林,2023,30(07):43-50.