公路景观设计中的动态特性理论研究

　　0.引言
　　优美、和谐的公路景观对于保障车辆的行驶安全，提高司乘人员的舒适性，实现人与自然的和谐发展具有重要意义。近年来，我国公路建设突飞猛进,2004年，全国公路通车里程达187.07万公里，居世界第四位，其中高速公路3.43万公里，列世界第二位，有力的支撑了国民经济的健康发展，但与此同时，公路建设带来的生态破坏、景观割裂以及由此引发的交通事故等负面影响日益凸现，对我国经济社会的可持续发展构成了严重威胁。因此，对公路沿线进行环境保护和景观设计，成为我国公路建设中的迫切任务。
　　1.国内外公路景观设计现状及存在的问题 
　　西方发达国家的公路景观设计总体上可以分为三个阶段: 第一阶段，仅注重提高道路的通行能力,确保行车安全通畅,主要着眼于道路线形设计、结构设计、力学计算等公路本身的建设，尚未提出系统的公路景观设计理论；第二阶段，开始重视道路以外的附属设施、环境保护、管理等配套设施建设,使道路的功能得以更充分地发挥，但公路景观设计大多作为环境保护的一部分提出，初步的公路景观设计理论开始出现；第三阶段，着眼于道路的多功能利用，不仅使用路面,还利用立体空间(诸如立体交叉及地下空间)，公路景观设计理论出现与其他学科相互融合的态势。现代公路景观设计正在成为一门涵盖土木工程学、生态学、计算机、植物学、美学、心理学等诸多学科的边缘性科学，公路景观成为信息化时代的多信息载体。当前国内外公路景观设计中存在的问题主要有以下方面： 
　　(1)公路景观设计滞后于路基路面及其他附属设施的设计,有的甚至忽视了景观设计,条块分割,人工雕凿痕迹明显。许多已经出版的书籍和已经成文的规定都把公路的景观设计等同于“美化设计”或“绿化设计”。
　　(2)设计中过分注重形式美,对司乘人员实际的景观体验重视不足。设计者常采取传统的园林景观设计手法来设计公路景观，许多公路被“装饰”成富丽堂皇的绿化带；缺乏全局意识,过分注重形式美,忽视了人们在车辆高速运动中的景观体验,造成过往旅客和驾驶人员眼花缭乱,易产生视觉疲劳和不良情绪。
　　2.基于动态特性的公路景观设计的基本思想  
　　公路沿线的周边环境不仅要满足交通功能，而且还应该赋予人们优美、宜人的景观视觉。公路的景观设计, 一方面要强调公路与沿线的自然环境、交通设施、车辆等的协调统一，使公路成为环境的一部分，实现与自然环境的和谐；另一方面也要强调根据车辆高速行驶的动态特点,实时调整景观的表现形式，既满足静态视觉的要求, 同时也满足车辆行驶中人的动态视觉的要求，为司机和乘客提供实时变化的审美效果。
　　动态中人的景观尺度感、动态中人对环境的参与特点和人的心理感受是公路景观设计中至关重要的因素,公路景观设计应充分考虑人的视觉及行为特点，满足动态变化的要求。基于动态特性的公路景观设计方法是指根据司乘人员的动态视觉特性,充分考虑行车速度对景观尺度、人的美感特性、景观组合方式等方面的影响, 从人的动态体验出发,对公路沿线各种景观要素进行组合和优化设计。
　　公路景观设计面对的关键问题是如何处理速度（V）、时间（T）与景观效果的关系问题。这里的V和T不是传统物理学意义上的车速和时间，不能简单的理解为两地之间的位移跟速度和时间的线性关系。动态景观设计理论对V、T的理解，需从景观设计角度进行如下阐释：以车辆为参照物，V可以理解为公路景观以及与公路相关的自然景观（包括大地景观、气象景观、植物季相变化景观等）、人文景观(城市、河堤、名胜古迹等)的不断运动；T 应该理解为上述一系列运动景观的动态组合。也可以这样表述：公路景观设计应该营造出一系列闪现在人视野中犹如电影胶片般的动态、连续的画面。由于公路上的车辆一般都会经历起步、提速、持速运行、减速、再提速、再持速运行……这样一系列不断反复的运动，相应的，这一系列动态画面景观也经历着同样的运动和变化，设计人员进行公路景观设计时应充分考虑这种变化，区分具体情况下人的不同视觉感受，而不能采取一刀切式的设计。
　　3.基于动态特性的公路景观设计基本要素
　　3.1.动态中的景观敏感度
　　景观敏感度是指景观引起人们注意力难易程度的量度,相对于静态景观而言，车辆行驶过程中，公路景观的动态敏感度在很大程度上将会被弱化，因此，欲使道路景观对行驶中的司乘人员起到与静态相同的视觉效果，就必须通过专门设计，弥补车速对动态景观敏感度的弱化影响。
　　动态中景观敏感度（S）的大小和车速（v）、司乘人员前方视野中能清晰辨认景物的最大距离（Dmax）、清晰辨认景物的最小尺度（Hmin）、路侧能清晰辨认景物的最小距离（Dmin）四大因素密切相关，其关系可用下式表示：
S＝f（v, Dmax, Hmin, Dmin）
　　根据相关研究成果，为了达到最佳动态景观敏感度（Smax），不同车速（v）与Dmax, Hmin, Dmin之间有一定的对应关系，见表1。 
　　表1  车速（v）与Dmax, Hmin, Dmin关系表
(Table.2 relation among speed-v,Dmax,Hmin and Dmin)
　　V(km/h)    20    60    100    140
　　Dmax前方视野最大晰辩距离（m）    150    370    660    840
　　Hmin前方视野晰辩最小物质尺度（m）    0.35    1.10    2.00    3.00
　　Dmin路侧晰辩最小距离（m）    1.71    5.09    8.50    11.9
　　以限速60 km/h为例（当处于特定路段比如起步区、隧道内、急弯区时，需慢速行驶），司机前方的景观或景观单元的最远距离不应大于370m；不应小于5.09 m；它们的高度应大于1.10 m。当景观或景观单元的三维尺度超出这些阈值时，司机的景观敏感度为零，即对这个速度下行驶的司机来说是“视而不见”的。
　　导致动态中景观敏感度变化的因素很多，除了本文列出的v、Dmax、Hmin、Dmin等四大因素外，敏感度的变化还受景物表面相对于视线的坡度、景物在视域内出现的机率、景物的色彩、质感、明度和人的视力、情绪以及天气的变化等很多不确定因素的影响，由于篇幅所限，本文不再详细叙述。
　　3.2.动态中人的景观尺度感
　　静态中人的景观尺度感是在人的生活起居中形成的，包括人的对周围环境形成的空间感、场所感，一般是宜人的小尺度；而在车辆行驶情况下，车辆的运行使人们对公路沿线景观的尺度感发生了变化,进而带来道路与周围环境产生新的比例关系，路边景物一晃而过,只有尺度较大的物体才能看清，这种大体量的景观尺度是人们视觉的需要,符合动态中人的心理感知和生理特点。高速行驶下的汽车只有穿行于大尺度的景观空间，司乘人员才能产生融入自然的感觉而不是被排斥感，所以，动态中人的景观尺度感常是宜车的大尺度。因此，公路景观设计中景观尺度的确定,应充分考虑动态中人的视觉、心理和生理的变化，根据路段的性质、车速等因素来综合确定。
　　3.3.动态中人的视觉特性  
　　（1）公路上司乘人员的视点一直以一定的速度在运动,对景观的视觉感受也在不断地变化，在不同的路段环境中视觉感受是不一样的。在直线路段,沿前进的方向,视线正前方的画面呈单灭点,且视点在该画面上的位置保持不动,两侧景物稍瞬即逝；在曲线段,视线正前方的画面变为双灭点,画面虽在不断地变化,但因视野开阔,视觉停留的时间较长；而在互通式立交的匝道上,视点沿着某一半径的圆弧运动,圆心部位往往是视线的焦点,视觉停留的时间最长。
　　（2）根据人机工程学（Human Engineering）理论,行人在街上行走或在车辆低速行驶时,眼睛视力最强的部分看到物体细节时的视场角为3°,如集中精力观察某物体时人眼的舒适角度为18°,有些情况下人们观察物体时头部不动而需转动眼球,一般眼睛容易转动的角度为30°,其最大界限为60°,如看不清,在身体不动情况下转动头部,视场角范围可扩大40°～120°。公路上的司机和乘客,随着速度逐渐提高,头部转动的可能性也渐渐变小,注意力被吸引在车道上,视域会越来越窄,注视点也会逐渐变远。 

　　（3）驾驶员只有在慢速的情况下才能观察到街道两旁的景物,车速越大,驾观员和乘客对面不容易注意到的范围就越大,当景物相对运动很快时,现象连续而且不清楚,一旦辨认不清就失去了机会。根据相关研究, 至少需要5秒的注视时间人们才能获得景物的清晰印象,也就是从开始注视到看清楚必须有一定时间。5秒注视时间获得景物印象的车速与距离关系如表2。
　　表2    五秒注视时间获得景物印象的车速与距离关系
　　(Table.1 relation between speed and distance about five minute’s image)
　　车速/km.h-1    20    40    60    80    100
　　距离/m    8.55    16.95    25.45    33.95    42.5
　　若公路干道车速为80～100 km/ h ,从表1 可以看出辨认距离为33.95～42.5 m。而单向道路一般为三车道,宽度为9～11 m,顺行车辆是无法看清路边景物的,因此只有加大景观的尺度才能满足要求。而公路服务区内道路是生活性的, 公路出入口空间是集散性的，均以低速交通方式为主,景观设计时要优先考虑人的静态视觉特性。
　　4.基于动态特性的公路景观设计基本原则 
　　公路上所有的人造景观（包括人造自然景观，公路配套设施、公路上的桥梁及各类人工构造物）,均应遵守统一与变化、节奏和韵律、均衡、尺度与比例等形式美的普遍原则，同时也要注意到动态中人的审美感受的特殊性。
　　（1）透视性原则
　　景观的布置不应影响公路的行车透视性要求,线路上的各组成部分的空间要充裕,保证有足够的视野和视距,使人们始终感到线路流畅,前方永远是大道康庄,视野开阔,景观协调,安全而舒适。
　　（2）诱导性原则
　　景观的布置,应能使司机在视觉上可以预知路线前方的路况和方向的变化,并且在空间上留有余地,使司机可以及时地采取有效的操纵措施,保证行车的安全,并使车辆的运动状态的改变不至于太突然而导致司乘人员的不适。
　　（3）景观兼容性原则
　　景观的布置要以环境中的自然景观为主、人工景观为辅,并且二者应相互兼容。公路周边的自然景观包括地形、地貌、山林水石、甚至云影天光,均是十分宝贵的景观元素,具有重要的景观价值，因而在设计中,应该尽一切可能,保留这些景观要素,并使之成为公路景观的一部分。图2列出了七种景观兼容性高低示意图。 
　　（4）景观统一性原则
　　公路的基本功能是满足车辆的运行,是运用一切可能的物质技术手段,去实现车辆运行的速度。与速度这一概念相协调,公路的整体景观在形象上应该是简洁而大气、流畅而轻盈,在色调上则应该是和谐而明快。在公路景观设计中, 除把中央分隔带、路堤路堑边坡、两侧绿化带、互通立交、服务区和收费站、桥梁作为一个整体通盘考虑使得景观有统一风格外, 还要根据各自功能和服务对象设计不同的景观, 在统一中求变化、变化中达统一。以绿化为例:主线绿化应采用远乔木、中灌木、近花草的布置手法, 同时进行大分段设计不同形式且逐步过渡、连续不断、动中有变的“绿色长廊”。
　　（5）景观协调性原则
　　在确定公路的线型和路域内的景观时,要考虑其与环境景观要素在视觉感受上的协调,使路域内外的景观浑然一体,共同构成符合形体美学、均衡完美而又变化多姿的景观,使人们在使用公路系统的过程中获得舒适和愉悦（图3）。对于环境中景观不良的区域,可在线路选择时避让或远离从而弱化其影响。当无法避让时,也可通过设置隔离屏障或集密的绿化,将路域外的不良景观隔离开来，即要遵循“佳则收之,俗则屏之”的原则。 

　　5.基于动态特性的公路景观设计方法
　　5.1.景观要素的布置
　　针对动态中人的视觉特性，在公路景观要素的布置时,要考虑不同路段上视觉停留时间的长短所带来的影响。对灭点位置变化较小的长直线路段,可以考虑布置对景；对视线停留时间较长的部位（如曲线路段、互通立交、匝道等）,景观要素宜作强化处理,以加深景观的视觉印象；而对视觉停留时间短的部位,景观要素的处理可以适当淡化。
　　此外，还要考虑不同车速时司机视域和注视点变化所带来的影响。在速度逐渐提高的路段,由于司机的视域会越来越窄, 注视点也会逐渐变远，设计具有警示和导向作用的路标、绿化等景观时就应首先根据动态中人的注意力集中和视域变化的规律来确定其有效尺寸和距离。
　　5.2. 景观尺度的确定
　　由于动态中人的景观尺度感是宜车的大尺度，因此，随着车速的提高，人的尺度感不断加大，景观体量也要相应得加大。比如对于在公路景观中起重要作用的绿化植物,其风格可以是小巧精致和玲珑剔透的,也可以是一挥而就而气势磅礴的，但公路大范围绿化种植,一般情况下,“大手笔”绿化种植与现代化公路在内涵上更为协调，更符合人的动态视觉感受。
　　5.3.公路动态景观设计的表现手法 
　　公路在视觉效应上应该是一条动态景观的廊道。由于此廊道具有长度大，并且视点又以一定速度运动的特点, 因此，在公路景观设计中，应重视人的视感的变化及由此实现的美感特性中序列、节奏、韵律等法则的应用，这些法则的应用是实现富于动感、协调、优美的景观效果的重要手段。视点运动着的人们,希望看到优美、和谐、变化和有序的景观,并存在坚持追逐这些景观，且不到终点就不停止的愿望。因此，遵循形式美的普遍原则并充分考虑动态中人的美感特性是公路景观设计成败的关键。
　　（1）韵律节奏
　　自然界中许多现象，常是有规律的重复出现，有节奏的重复变化。韵律节奏是指某些组成因素作有规律的重复，在重复中又有规律的进行组织变化。重复是获得韵律的必要条件，但只有简单的重复则易感单调，故在韵律中应体现组织节奏上的变化。韵律节奏也是公路景观艺术构图的重要手法之一。公路景观构图的韵律节奏方式有很多，常见的有：（a）简单韵律，即由同一组成因素反复等距出现的连续构图，如等高、等宽的爬山型声屏障，等距离种植的行道树等；（b）交替韵律，即由二种以上的组成因素交替等距出现的连续构图，如公路选线时直路与弯道的交替布置，两种行道树的间种，两种不同的花坛交替布置和等距排列等；（c）起伏曲折韵律，即由一种或一种以上的组成因素在形象上出现较有规律的起伏曲折的变化。如连续布置的桥梁、边坡挡土墙、花坛、林带、建筑物等，为了防止呆板，宜遵循一定的节奏规律，体现起伏曲折的变化。
　　（2）景观序列
　　对于公路这样一个景观廊道,除了可以通过节奏和韵律的设计,沿着道路主线一层一层地展现景观的魅力外,还可以通过景观序列的安排,在节奏和韵律的基础上,营造一些景观的高潮,使人们在公路运行的过程中,获得层次更高的、更为完美的精神享受。
　　景观序列是景观元素为了达到某种目的而做的有意义的组织,是一种高度条理化的次序安排，一个景观序列单元要有开始和结尾,并且至少有一个高潮。公路中的一座桥梁、一处立交、一个收费站、一处具有景观特征的自然风景或人工构造物,都可以成为景观中的高潮而通过序列去引导、去预示、去渲染和去展现。从序列的开始到序列的结束，通过这些引导、预示和渲染,人们就会体验到完美的视觉感受。因此，公路景观设计中应充分合理的利用景观特色带和景观过渡带，形成有张有弛的景观序列，避免视野过于复杂或过于单调。同时，应立足于沿线原有的景观特色，通过视线的引导，创造视觉的兴奋点。
　　6.结语
　　公路景观设计应遵循人性化的设计理念,结合公路空间的美学特点和司乘人员的视觉特性,充分考虑到速度因素对景观形式、景观尺度、景观组合方式等方面的影响, 从人们的实际体验出发, 运用各种手段,科学、合理、经济的设计各种景观要素, 使公路不仅成为一条方便、快捷的运输通道,同时还可以成为一道靓丽的人造风景线。
                      
　　参考文献：
[1] 夏本安.高速公路景观绿化设计研究,[J],《中外公路》 
[2]林万明，高速公路的空间环境与景观设计, [J],《中国园林》，2003 
[3]《公路环境保护手册》,[M],人民交通出版社,2004年  
[4] 希百.驾驶员的视觉特性, [J],《汽车实用技术》
[5] Jane F.garvey：Flexibility in Highway Design,[M],1998
[6] Herausgeber：Der Niedersaechsische Sozialminister, [M],1988；
[7] Verfasser：Peter Hubotter und Prof.Gunter Nagel；[M],1999

　　作者简介： 张金伟, 男，安阳工学院建筑工程系，工程师，建筑学硕士，