生态熵视角下的城市“智慧园林”构建探析

张 頔，吴 军(天津城建大学 建筑学院，天津 300384)



生态熵视角下的城市“智慧园林”构建探析

张 頔，吴 军
(天津城建大学 建筑学院，天津 300384)

摘要：近些年随着城市化的高速发展，导致城市盲目扩张，环境日益恶化．本文从人与环境一体化角度出发，引入生态熵理论，分析环境系统中生态功能的缺失及人与环境的平衡关系；提出了针对生态熵系统失衡的解决办法、构建智慧园林的设计理念及技术实施方法，用以科学地决策城市园林建设发展方向、方法，完善智慧园林体系建设，从根本上提升环境自身的生态效益，改善城市生态环境质量，使生态熵系统达到可持续协调发展的稳定平衡状态．

关 键 词：生态熵；智慧园林；生态效益；平衡；环境质量

城市化快速发展背景下，导致城市无序扩张，环境日益恶化．人类的恣意破坏与环境自身的无力承载，双向压力已对人类的生存环境及城市生态系统造成严重的危害．环境生态效益的缺失极大地削弱了生态环境的消化与承载能力．提升环境的自我修复能力，降低污染的消极影响，才是保证环境生态系统良好发展与人类健康的根本方法．

1 生态熵系统

1.1 熵

熵(entropy)是指体系混乱程度的一个度量值，它是物理学中一个非常重要的概念．由于科学综合化的发展，熵已远远超出物理学范畴，并不断得到深化和泛化，成为众多学科发展的“关节”和“引线”[1]．

1.2 生态熵系统

生态熵系统，主要阐释人类与环境的一种辩证统一关系的客观存在形式．人类的生存与发展，需要不断从周围环境摄取能量和物质，同时也向周围环境释放能量和物质，这一过程就是人类自身熵调节的过程．生命活动本身就是一个耗散过程，在耗散过程中熵不断增大．高熵意味着混乱，熵达到最大值意味着热平衡态．对于生命来说，热平衡态就是死亡．所以，生命体需要从环境中吸收负熵，以减缓人类活动产生高熵的熵增速度；同时，生态环境能够分解处理人类排出的高熵，再向人类供给所须的负熵，使生态熵系统进入正常循环，达到一种稳定和谐的状态(见图1)．

图1　生态熵能量转化流程[2]

2 生态效益与生态熵系统

良好生态效益的发挥是提高负熵供应能力的有效途径，也是促进生态熵系统均衡稳定发展的基本前提．但是目前，一方面城市化快速发展带来大量的高熵聚集；另一方面由于绿色空间的碎片化及数量品质不达标等问题，导致生态环境自身支离破碎，已无法高效地实现负熵的及时供应．生态熵系统内高熵的持续累积与低熵的无力供给，最终造成系统的失衡发展状态．

2.1 园林绿化空间形态碎片化

碎片化可以定义为：将生态要素割裂为空间上一系列相互孤立片段的过程，这一过程会导致生态要素面积的不断减小及空间的断裂[3]．因此，形态的断裂会极大影响到生态系统整体效益的持续发挥．

通过对天津市中心城区的实地调研，并结合《天津市城市总体规划(2005—2020年)》[4]，绘制出天津市中心城区区域中公共绿地、生产防护绿地、自然水体及湿地等生态要素的分布情况，如图2所示．从图2可以看到：生态空间上出现分布不均，且呈现出严重的破碎化；反映出城市化水平越高、生态碎片化越严重的现象．目前，雾霾等环境质量问题的出现，使本已断裂的空间形态更加影响到生态效益的发挥，降低了释放负熵的能力，生态熵系统已出现危机．

图2　天津市市域及市内六区绿地系统分布

2.2 园林绿化水平不达标

绿化面积一直是衡量绿化水平高低的一个重要标准，同时也关系到生态效益能否得到良好的发挥，从而促进生态熵系统的和谐稳定发展．以住房和城乡建设部计划财务外事司编制的《2012年城市、县城和村镇建设统计年报(分省数据)》[5]为依据可得图3．

图3　2012年华北地区及全国绿化统计情况[5]

由图3分析可知：以天津为例，作为直辖市在华北地区城市园林绿化的总体情况不甚理想，在绿地率、绿化覆盖率及人均绿地面积等指标上均低于全国水平．因绿化面积不足所导致的绿化水平不达标，也会降低对高熵的转化能力，进而阻碍了生态熵系统的稳定发展．

2.3 生态效益缺失与生态熵系统失衡

城市园林绿化是城市生态效益有力的发挥者，城市生态效益的高效发挥也会带来生态熵系统的平衡发展．然而，当前城市园林绿化水平不高、植物种类应用少、园林绿化空间形态断裂等问题，导致城市生态效益严重缺失，造成负熵供应不足；同时，如图4所示，高熵大量释放，环境系统无法吸收并进行转化，出现生态熵系统失衡的状况，最终导致出现温室效应、酸雨、雾霾等城市环境污染问题，危及人们的身体健康，生态熵系统失衡．

图4　生态熵系统失衡关系图

3 生态熵系统失衡的修复治理方法

为缓解由于绿化面积不够而引起的城市环境生态效益不佳的问题，城市管理者正在大力植树造林，以提高绿化覆盖率，填补负熵供应不足的缺口[6]．提高绿化水平的确对于城市生态效益有很大帮助，但这些方法都不是科学的、可持续提高生态效益及修复生态熵系统失衡的有效途径．由于盲目添绿，不但造成城市园林系统持续的无序发展，还会加重生态熵系统的失衡程度．

3.1 “智慧园林”的设计理念与方法

解决生态熵系统失衡的问题，须提高城市环境的生态效益．“智慧园林”作为一种应对城市无序扩张、环境日益恶化问题的治理手段被提出[7]．“智慧园林”一词是由智慧城市引申而来，它的设计理念依托“智慧城市”概念，以推进实体基础设施和信息基础设施相融合、充分运用新一代信息通信技术为主线，通过智能的感知、建模、分析、集成和处理，以更加精细和动态的方式优化城市园林管理、城市园林建设，提升城市园林生态效益，从而使城市园林系统达到前所未有的高度“智慧”状态，为人民创造更美好的生活环境[8]．

综合考虑以上要求，以可持续的理念为主导，运用数字化技术，首先要提高污染严重区域的绿化覆盖面积；其次要将城市园林绿化资源进行高效整合、一体化分析，使建设规模、种类、空间形态及数量等更具系统化；最后完善城市园林管理体系，保障后期养护，使城市园林生态效益得以持续发挥．

3.2 “智慧园林”的系统构建与技术实施

3.2.1 “智慧园林”的系统构建

“智慧园林”的系统架构是对城市园林建设的各个层次、各个方面、各种参与力量等进行统筹考虑，理解和分析影响智慧城市建设的各种关系，从全局的视角出发，对智慧园林进行总体的、全面的设计，确定长期的建设目标，制定实现目标的路径和方法，并建立智慧园林发展的保障体系，提高生态效益的发挥[9]．

“智慧园林”系统架构技术层面分为感知层、网络层、数据层、平台层和应用层五大层次(见图5)[10]．感知层是整个架构的基础，是数据信息获取和传输的主要途径，可通过航测、遥感、GPS 卫星定位及数字地图等技术来采集城市运行中的各种数据；网络层是信息通道，承担着传输采集到的数据的重要任务；数据层和平台层是核心，它能够存储并分析海量的数据，作出智能决策，实现数据高度整合与实时共享；应用层是最终外化的表现形式，是智慧园林建设的最终目标，包括智慧园林文化、智慧园林生态效益、智慧园林教育等．

图5　技术视角下的智慧园林系统架构[10]

3.2.2 “智慧园林”的技术实施

城市园林系统生态效益的有效提升，需要各个环节的通力配合、协调发展．

首先，借助航测、遥感、GPS 卫星定位及数字地图等技术，实现道路、公园、居住绿化数据的动态采集[11]；建立园林和苗木的电子档案；获取植物生长健康情况等数据．利用互联网、电信网等信息传送设备，将海量信息进行汇总，使园林建设规模、种类、空间形态及数量等数字化资源一目了然，为之后的数据分析与科学决策打下坚实基础．

其次，借助GIS技术所提供的地图分析和表现功能，通过对业务数据库及动态数据库实时更新的数据资源，进行高效整合，将城市地形、山形水系、植被苗木等信息矢量化，实现属性分析、数据编辑、索引检索等功能[12]；对各种专题图和统计图进行形象直观的分析，科学决策建设选址、建设类型、植物树种选择等，实现城市景观效益与生态效益协同发展；利用数据库中数据的空间关系进行分析比较，挖掘出数据之间的关联性和发展趋势，从而为实现城市园林系统生态效益更好发挥提供技术分析支持及辅助决策．

最后，利用电子政务、宣传及服务等多元平台，将城市园林绿化信息及时发布，实现实时更新及决策公开化，鼓励公众广泛参与，调动公众参与的积极性，建立互动交流平台，进行实时沟通，完善城市园林管理体系，实现全民管理，广泛听取意见并进行实时反馈；创新智慧园林产品成果展示形式，推广城市园林产业化发展，引入竞争机制，提高城市园林绿化效率，切实做到环境生态效益的有效、高效提升．

4 “智慧园林”构建的生态效益

4.1 生态的设计理念

智慧园林的构建是思想认识的成熟，实现了从自发走向自觉，从局部、零星走向系统，从相对杂乱、参差不齐走向法规和标准化的阶段[13]．科学的事前规划、事中决策及事后监控，加强各个环节的协调发展，保证城市园林建设在方向、方法决策的科学性、有序性、智能化，从而改善园林建设面积不足、质量不高的状况，实现城市园林系统生态效益的高效发挥，提高负熵供应量，缓解生态熵系统的不平衡问题．

4.2 生态的技术支持

智慧园林的构建是科学技术的进步，实现了从只收集、储存信息的阶段走向更高、更广泛、更智能化运用的阶段[14]．借助相关的技术支持，使城市园林建设与管理变得更加智能化，对海量数字化资源进行自动化高效整合与分析，并辅以科学的决策功能．利用网络技术实现信息实时更新，搭建各个主体间连接的桥梁，避免了信息滞后、调控不及时等导致的决策失误．由此可见，科学技术是城市园林科学建设与环境生态效益高效提升的有力支撑，它是负熵供应从理念走向实践的过程，是切实解决生态熵系统失衡的有效手段．

4.3 生态的互动交流

智慧园林的构建是园林发展的活力，实现了从传统园林建设模式走向新型、多元化的发展模式．增添智慧园林衍生出的文化、教育、旅游等功能，建立多维度数字化数据库，普及园林知识，进行园林文化教育，发展旅游产业，通过手机、电脑、iPad 等线上设备及时获取信息，同时组织线下活动，如设置植物名片二维码、园林知识科普计划等活动．将线上与线下协同共建，真正实现“知识O2O”理念的一次落地[15]．如果说，理念是灵魂，技术是骨架，那么互动交流就是鲜活的血肉，它是城市园林建设的活力兴奋剂，是生态效益高效发挥的永久源泉，也是生态熵系统负熵与高熵的重要协调因子．

4.4 生态的功能效益

智慧园林的构建是提升生态效益的最终体现．创新的设计理念、强大的技术支持及丰富的互动渠道都是城市园林系统建设的重要组成部分，更是城市园林提供高效生态功能效益的有力保障条件[16]．因为彼此的相互合作，使得生态效益得以高效发挥，实现负熵的供应充足、自身修复能力的提升及转化高熵能力的提高，最终达到生态熵和谐稳定的状态．

构建智慧园林的最终目的是为了让城市园林建设科学、城市园林管理先进、城市园林景观提升、生活环境质量提高、负熵与高熵供应平衡，生态熵系统和谐发展．

5 结 语

在城市化快速发展下对资源的过度掠夺与对环境的恣意破坏，已经对生态系统造成了严重的危害．引入生态熵理论，将生态系统中人与环境的关系以熵理论进行深入解析，阐释了若要使生态系统持续健康发展下去，就要处理好人类释放高熵与环境供给负熵的中和反应关系．智慧园林的构建正是应对生态熵系统失衡的一种有效治理手段，从先进的设计理念、强大的技术支撑到丰富的互动渠道，多元素多角度相互作用、融合，使城市园林绿化系统更趋向智能化发展，进而从根本上提升环境生态效益，改善生态环境，达到生态熵系统的平衡可持续发展状态．

参考文献：

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［4］ 天津市规划局. 天津市城市总体规划(2005—2020 年)[A]. 北京：中国建筑工业出版社，2006：1-15.

［5］ 戴 旸，田志敏. 2012年全国城市园林绿化情况统计[EB/OL].(2013-08-30)[2014-12-11].http://expo2010.chla.com.cn/hbyl/hbcity/hbcityevn/hbrenju/2013/0830/77 913. html.

［6］ 陈晓红，万鲁河. 城市化与生态环境耦合的脆弱性与协调性作用机制研究[J]. 地理科学，2013(12)：1,450-1,457.

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［16］ 寇有观. 智慧生态城市的探讨[J]. 办公自动化，2013(15)：6-7.

土木工程

The Construction and Analysis of“Wisdom Garden” of City from the Perspective of Ecological Entropy

ZHANG Di，WU Jun
(School of Architecture，TCU，Tianjin 300384，China)

Abstract：In recent years, the rapid development of urbanization resulted in blind expansion of the city and deterioration of the environment. From the perspective of system integration of people and the environment, the article brings ecological entropy to analyze the lack of the ecological functions and the balance of the people and the environment in environmental systems. It proposes a solution of the imbalance of the environmental entropy, builds a design concept and technical implementation of the wisdom garden. It also shows the development direction and the methods of scientific decision-making of urban landscape construction, improving wisdom garden system construction and promoting the ecological benefits and environmental quality of urban ecology. As a result, the ecological entropy system reaches a steady and balanced state of the sustainable development.

Key words：ecological entropy；wisdom garden；ecological benefits；balance；environmental quality

通讯作者：吴 军（1970—），女，副教授，硕士，从事风景园林设计研究．E-mail：wujun5926@163.com

作者简介：张 頔（1989—），女，天津人，天津城建大学硕士生．

收稿日期：2015-01-18；

修订日期：2015-03-31

中图分类号：TU986

文献标志码：A

文章编号：2095-719X(2016)01-0007-05