淺談分形理論在城市規(guī)劃中的研究

殷 韜 朱 榮 (江南大學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)院 江蘇無錫 214122)

分形理論作為一個(gè)全新的理論概念，由于它不同與傳統(tǒng)歐幾里得幾何理論，在20世紀(jì)下半葉開始受到眾多各行業(yè)的科學(xué)家的關(guān)注。并且成為多個(gè)學(xué)科研究的課題，在八十年代后新發(fā)表的關(guān)于分形理論方面應(yīng)用研究的論文占有關(guān)文獻(xiàn)的37.5%?，F(xiàn)代城市發(fā)展理論在基于分形理論的研究方式下，也走向了全新的領(lǐng)域。

一、城市分形理論概念的提出

分形理論的創(chuàng)始人曼德博羅在早期就對(duì)英國的城市形態(tài)進(jìn)行了分形維數(shù)的研究，在這之后巴迪、弗蘭克豪澤、阿林豪斯等人運(yùn)用分形理論分別對(duì)城市形態(tài)、結(jié)構(gòu)、生長(zhǎng)、交通和凈化機(jī)制進(jìn)行了研究。1991年巴迪發(fā)表《作為分形的城市模擬生長(zhǎng)與形態(tài)》一文，標(biāo)志著分形城市概念的萌芽。國內(nèi)關(guān)于分形城市的研究的標(biāo)志是1992年李后強(qiáng)、艾南山發(fā)表的《具有黃金分割特征和分形性質(zhì)的市場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)》。他們通過利用Clark模型和Shewatt模型研究了城市人口空間的分布特征。陳顏光、劉繼生在根據(jù)城市體系分形理論的推理中，研究了城市道路交通網(wǎng)絡(luò)的分析特征。

分形的主要特征可以概括為：①局部與整體的自相似性，②整體上的不規(guī)則性，③無特征尺度和標(biāo)度特性。

自相似性是分形理論的主要屬性，例如山巒的蜿蜒起伏，閃電復(fù)雜的分岔，雪花的形態(tài)，都體現(xiàn)出局部形態(tài)與整體形態(tài)的相似。對(duì)于城市中的分形現(xiàn)象，就如凱葉在其著作《分形漫步》中所說：當(dāng)我們走進(jìn)某個(gè)城市扇形區(qū)時(shí)，可以看到居住用地、工商業(yè)用地、開放空間和空閑地等用地類型。但每一種用地都不是純粹的一類用地，當(dāng)我們走進(jìn)以工商業(yè)用地為主的街區(qū)，大致相當(dāng)于之前的街道的時(shí)候，我們還可以看到住宅用地、工商業(yè)用地、開放空間和空閑地。因此，城市的形態(tài)發(fā)展也體現(xiàn)出在布局功能上的自相似性。城市分形形態(tài)的變化規(guī)則經(jīng)過簡(jiǎn)化，可以明顯的反應(yīng)在城市道路系統(tǒng)的分形變化之中。城市道路網(wǎng)其實(shí)就像一片樹葉，樹葉的葉脈在大尺度上的關(guān)系是按照各自方向孤立伸展，并無聯(lián)系，但是到了更小一級(jí)的細(xì)小樹葉結(jié)構(gòu)葉筋上，發(fā)現(xiàn)各個(gè)臨近的葉脈通過錯(cuò)綜復(fù)雜的葉筋彼此相互聯(lián)系，并且放大的倍數(shù)越高，聯(lián)系的細(xì)節(jié)越多。城市道路中各種主干道、次干道、街巷道路、小徑等在城市分形研究中體現(xiàn)出類似葉子的特征。

二、不同地區(qū)的城市分形特點(diǎn)

城市分析特征在古代城市發(fā)展中體現(xiàn)得尤為突出，歷史城市主要以步行為主，住宅密集并且等級(jí)森嚴(yán)，不同地區(qū)的城市有著各自特點(diǎn)。

1.歐洲古代分形城市特征

歐洲城市可以分為三次迭代構(gòu)成：道路、建筑、廣場(chǎng)。并且建筑多以單體為主，廣場(chǎng)為城市的中心。以小馬路、林蔭大道與大街構(gòu)成道路網(wǎng)，用廣場(chǎng)，寬闊馬路、紀(jì)念碑，教堂作為公共空間，同時(shí)由此產(chǎn)生城市邊緣與街道十字路口。這種街區(qū)層次顯得不確定與矛盾，再加上城市以磚石建筑為主，形成極強(qiáng)的適應(yīng)性，這種多元分化的次序能接受不規(guī)則的城市結(jié)構(gòu)形式，但是整體與局部的相似性主要體現(xiàn)在道路系統(tǒng)的連接功能上。

2.中國古代分形城市特征

不同于歐洲城市中國城市的是3～4次的迭代方式，最有代表性的形式就是北京的四合院，整個(gè)就是一個(gè)小的建筑群，建筑由游廊相互連接，并且分割成多個(gè)主次庭院空間，庭院空間內(nèi)又有小徑連接相對(duì)的建筑。中國古代城市以“里坊制”為標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展而來，這種形式在平面圖上可以表現(xiàn)為由眾多小方形組成的分形布局的大正方形。每個(gè)小方形都是一個(gè)類似以墻分隔的四合院圍合空間，整個(gè)城市也是用城墻圍合，小的正方形圍合空間與大的城市空間有著極強(qiáng)的相似性。通過對(duì)這些圍合空間的分解，可以得到中國古代分形城市的三個(gè)概念：圍護(hù)、定向、軸線。

3.現(xiàn)代城市分形特征

相比古代城市類似樹葉形態(tài)的分形特征，以現(xiàn)代主義為基石的現(xiàn)代城市規(guī)劃，分形形態(tài)特征少，現(xiàn)代主義的城市建設(shè)以摧毀傳統(tǒng)城市結(jié)構(gòu)，改以大尺度建筑來代替城市局部形態(tài)的方法。它把人類活動(dòng)簡(jiǎn)單的分為四大功能：居住、工作、游憩、交通，忽視了城市地域特征與民族傳統(tǒng)特點(diǎn)。導(dǎo)致了已建空間的同化。例如勒·柯布西耶在《明日之城市》的前言中強(qiáng)調(diào)：“一個(gè)城市，它代表人類能夠掌控自然，它是人類針對(duì)自然的活動(dòng)”并且宣稱：“我們必須消滅街道”。在柯布西耶的《三百萬人口的現(xiàn)代城市》中，大量建造大尺度的高層建筑，交通網(wǎng)絡(luò)也不遵循任何尺度，并且忽視了人行道與步行街區(qū)的分布，整個(gè)城市缺失層級(jí)上的互補(bǔ)。這種柯布西耶利用“幾何基礎(chǔ)”進(jìn)行城市設(shè)計(jì)，排除了民眾還有世界上無限多樣的文化特征是城市基礎(chǔ)來源的重要性。在現(xiàn)代主義這種機(jī)械的宣揚(yáng)中，首當(dāng)其沖的歐洲城市不可挽回的失去了城市內(nèi)部通過街道產(chǎn)生的高度連接性。歷史城市中包含的復(fù)雜的人性化功能特征被簡(jiǎn)單的幾何特征所限制，傳統(tǒng)熱鬧的街道也隨之消失。

三、分形城市中的要素

分形城市的特征可以簡(jiǎn)單的體現(xiàn)在對(duì)人性尺度的尊重與關(guān)注與城市道路的連接性上?，F(xiàn)代城市由于關(guān)注于空洞、無差別、無語境化的萬能空間，所以城市在形態(tài)上體現(xiàn)出斷裂性、松散性。由于現(xiàn)代城過度關(guān)注對(duì)幾何學(xué)角度，未能像古代城市那樣創(chuàng)建城市不同組件之間的聯(lián)系預(yù)計(jì)城市與人之間的聯(lián)系。中世紀(jì)歐洲與古代中國分形城市主要以人類活動(dòng)為中心來思考，它們的連接性遠(yuǎn)遠(yuǎn)豐富與現(xiàn)代城市。

通過對(duì)古代分形城市的剖析，可以把城市網(wǎng)絡(luò)分化成三個(gè)要素：節(jié)點(diǎn)、連接、層級(jí)。節(jié)點(diǎn)：是人類活動(dòng)的場(chǎng)所，例如公園、廣場(chǎng)、教堂、商店等。節(jié)點(diǎn)分布于城市的各個(gè)地段。連接：它是節(jié)點(diǎn)之間相互關(guān)系的紐帶，連接至發(fā)生在互補(bǔ)的節(jié)點(diǎn)之間，而非相似節(jié)點(diǎn)之間。從而區(qū)分出城市網(wǎng)絡(luò)的層次。層級(jí)：合理的城市網(wǎng)絡(luò)是通過不同規(guī)則的有序的分形連接組織起來，并且是隨著歷史發(fā)展而逐漸建立起來。

四、結(jié)語

古代城市經(jīng)過近千年或者百年的發(fā)展形成分形的特征，城市發(fā)展的形式是人與自然的共同推進(jìn)的結(jié)果，合理的城市形態(tài)有利于人自身的發(fā)展。分形理論在城市理論中的研究是人從新認(rèn)識(shí)了人與自然的聯(lián)系，現(xiàn)代城市強(qiáng)調(diào)對(duì)自然的征服與對(duì)機(jī)械的依賴而不利于城市的可持續(xù)性。分形城市理論通過對(duì)古代城市發(fā)展的研究揭示了現(xiàn)代城市問題產(chǎn)生的根源，有利于未來生態(tài)可持續(xù)城市形態(tài)的發(fā)展。

[1]Serge Salat.城市與形態(tài)——關(guān)于可持續(xù)城市化的研究[M].中國建筑工業(yè)出版社.2012.9

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