基于復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論的城市色彩系統(tǒng)建構(gòu)和方法探索*
——以北京王府井街區(qū)為例

張夢(mèng)宇 顧重泰 陳易辰 張曉東 ZHANG Mengyu, GU Zhongtai, CHEN Yichen, ZHANG Xiaodong

0 引言

我國古代就有城市色彩的相關(guān)實(shí)踐，而有意識(shí)的現(xiàn)代城市色彩規(guī)劃大約從20世紀(jì)90年代開始。近年我國出臺(tái)一系列政策標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)城市色彩的保存、傳遞、交流和識(shí)別等。

2017年4月，住建部發(fā)布《城市設(shè)計(jì)管理辦法》，提出重點(diǎn)地區(qū)城市設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)塑造城市風(fēng)貌特色，并確定建筑色彩的控制要求。同年10月，《歷史文化名城名鎮(zhèn)名村保護(hù)條例》經(jīng)修訂后正式發(fā)布，規(guī)定歷史文化街區(qū)、名鎮(zhèn)、名村核心保護(hù)范圍內(nèi)的歷史建筑應(yīng)當(dāng)保持原有的高度、體量、外觀形象及色彩等。2020年4月，住建部和發(fā)改委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市與建筑風(fēng)貌管理的通知》，旨在延續(xù)城市文化，加強(qiáng)對(duì)建筑色彩、空間環(huán)境等方面的要求。同時(shí)，自然資源部發(fā)布《國土空間規(guī)劃城市設(shè)計(jì)指南》，要求在總體規(guī)劃中對(duì)中心城區(qū)城市天際線、色彩等要素進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)建，提出導(dǎo)控要求；在詳細(xì)規(guī)劃中，加強(qiáng)對(duì)建筑體量、界面、風(fēng)格、色彩、第五立面等要素的管控。從中可以看出，將城市色彩納入城市設(shè)計(jì)的管控要素，是延續(xù)城市歷史文脈、塑造城市風(fēng)貌特色的重要手段。在新的國土空間規(guī)劃體系下，不僅要關(guān)注建筑色彩和空間環(huán)境，還應(yīng)結(jié)合規(guī)劃層級(jí)進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)城市色彩的整體引導(dǎo)和管控。

1 國內(nèi)外城市色彩相關(guān)研究

1.1 城市色彩相關(guān)理論

國際上，20世紀(jì)上半葉歐洲出現(xiàn)“色彩調(diào)整方法”，意大利、英國、美國、日本等國開展了城市環(huán)境和建筑色彩的規(guī)劃設(shè)計(jì)工作[1]。這些研究受到“色彩地理學(xué)”的影響，從自然色彩、環(huán)境色彩等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)踐。例如，意大利都靈圍繞街道和廣場(chǎng)，建立“色彩數(shù)據(jù)庫”，利用流行色制定城市推薦色彩圖譜[2]。日本將建筑色彩拓展到城市景觀，從“協(xié)調(diào)”與“特色”兩大角度提出城市色彩的管控方法[3]。我國以“城市”為視角的色彩研究起步較晚，早期研究為1999年宋建明教授所著的《色彩設(shè)計(jì)在法國》，之后不同學(xué)者發(fā)展了城市色彩理論。例如，尹思謹(jǐn)[4]提出城市色彩景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)的理論框架，崔唯[5]論述了城市環(huán)境色彩規(guī)劃的構(gòu)成要素，張長江[6]提出預(yù)測(cè)、引導(dǎo)、調(diào)節(jié)的色彩管控方法，王京紅[7]提出用色彩表達(dá)人的體驗(yàn)等。

近年來，隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，大數(shù)據(jù)的方法被廣泛運(yùn)用到城鄉(xiāng)規(guī)劃領(lǐng)域，不同學(xué)者嘗試對(duì)城市空間及環(huán)境品質(zhì)進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)譯。例如，許雪琳[8]提取色彩SHL參數(shù)進(jìn)行由孟塞爾色彩體系向SHL色彩體系的數(shù)字化轉(zhuǎn)譯，提出廈門城市色彩數(shù)字化精準(zhǔn)管控。龍瀛[9]通過街景圖像測(cè)量北京封閉社區(qū)周圍及內(nèi)部公共空間，評(píng)估微公共空間的價(jià)值。這些研究對(duì)城市色彩規(guī)劃的理論框架和技術(shù)方法起到重要的推動(dòng)作用，但是目前基于圖像信息對(duì)城市色彩量化計(jì)算的研究仍然較少，存在數(shù)據(jù)精度和計(jì)算方法的諸多問題，亟待進(jìn)一步研究探索。

1.2 城市色彩相關(guān)實(shí)踐

我國已有多個(gè)城市編制了城市色彩規(guī)劃，在數(shù)據(jù)采集方法和管控措施等方面進(jìn)行實(shí)踐（見表1-表2）。北京從2000年開始通過多項(xiàng)規(guī)劃工作和多部法規(guī)條例，保護(hù)和改善北京色彩風(fēng)貌，這些法規(guī)條例主要涉及歷史文化名城的保護(hù)工作。2017年，《北京城市總體規(guī)劃（2016年—2035年）》獲批，將城市色彩提高到總體規(guī)劃層面，發(fā)布了北京城市基調(diào)與多元化研究成果報(bào)告、白皮書和資料匯編，各分區(qū)也開始制定城市設(shè)計(jì)導(dǎo)則，包含城市色彩專題。這些文件的出臺(tái)對(duì)北京城市色彩管理起到重要的推動(dòng)作用。縱觀我國城市色彩規(guī)劃的編制和實(shí)施，仍然存在以下問題。

表1 中國城市色彩規(guī)劃現(xiàn)狀Tab.1 Current situation of urban color planning in China

表2 新興數(shù)據(jù)和方法支持的色彩分析與實(shí)踐Tab.2 Color analysis and practice supported by emerging data and methods

（1）色彩基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匱乏，尚未形成系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。目前我國城市色彩數(shù)據(jù)主要通過實(shí)時(shí)影像拍攝和物卡比對(duì)的方式進(jìn)行采集，采集數(shù)據(jù)有限，精度參差不齊。雖然個(gè)別城市已引入大數(shù)據(jù)的方法，但未形成完整的技術(shù)方案，無法支撐數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)建設(shè)。

（2）不同數(shù)據(jù)存在自身的局限性，數(shù)據(jù)之間缺乏有效關(guān)聯(lián)。大數(shù)據(jù)或人工拍照采集的圖像數(shù)據(jù)與真實(shí)環(huán)境色彩相比存在偏色、比例失真等問題，難以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；物卡比色的方式則耗時(shí)耗力。不同方法采用不同的色彩空間導(dǎo)致數(shù)據(jù)之間無法關(guān)聯(lián)。

（3）未形成科學(xué)的管控方法，色彩規(guī)劃實(shí)施困難。目前，城市色彩規(guī)劃主要通過色彩總譜和分區(qū)分譜的方式進(jìn)行管控，這些專家導(dǎo)向型的色譜與實(shí)際建成環(huán)境存在較大差異。因此，構(gòu)建復(fù)雜色彩系統(tǒng)，適應(yīng)真實(shí)環(huán)境，建立自上而下的城市決策與自下而上的城市建造之間的關(guān)系是亟待解決的問題。

2 基于CAS理論的城市色彩系統(tǒng)體系構(gòu)架

2.1 色彩系統(tǒng)的理論認(rèn)知

對(duì)于個(gè)體色彩感知來說，好的城市色彩是種審美體驗(yàn)，是獨(dú)特的、創(chuàng)造性的、不可重復(fù)的，但對(duì)于群體來說，卻存在共同的體驗(yàn)[15]。城市色彩及其演化規(guī)律不能通過其構(gòu)成要素的簡單相加來理解，必須以不可分割的整體觀、相互聯(lián)系的有機(jī)觀、每個(gè)要素的能動(dòng)觀來重現(xiàn)城市的復(fù)雜性[16]。結(jié)合物理學(xué)家韋斯特[17]的規(guī)模法則，復(fù)雜系統(tǒng)可進(jìn)行量化和預(yù)測(cè)，促使了社會(huì)物理學(xué)在城市量化領(lǐng)域的發(fā)展。因此，以經(jīng)典物理學(xué)方法對(duì)城市色彩的構(gòu)成層次和要素進(jìn)行功能性剖析而形成的色彩圖譜往往實(shí)施困難。針對(duì)上述問題，本文引入復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)（CAS）理論，借助復(fù)雜性科學(xué)對(duì)于系統(tǒng)耦合及系統(tǒng)適應(yīng)性的關(guān)注[18]，在剖析色彩層次和要素功能的基礎(chǔ)上，建立不同色彩要素之間和不同規(guī)劃層級(jí)之間的相互聯(lián)系，利用大數(shù)據(jù)的方法更大范圍、更小顆粒識(shí)別色彩要素，自下而上形成色彩系統(tǒng)適應(yīng)規(guī)劃實(shí)施，為色彩數(shù)據(jù)庫的運(yùn)用和推廣奠定理論基礎(chǔ)。

在復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)中，城市色彩基于主體①主體：CAS由大量具有主動(dòng)性的元素組成，這些主體無論在形式上還是性能上都各不相同。不同的CAS過程具有不同的時(shí)間尺度，但適應(yīng)的概念可以應(yīng)用于所有的CAS主體。、介主體②介主體：主體通過聚集可以形成更高一級(jí)的主體——介主體，這些介主體的相互作用通?？梢杂盟鼈兊木奂匦院芎玫孛枋龀鰜?。和適應(yīng)③適應(yīng)：在CAS中，任何特定的適應(yīng)性主體所處環(huán)境的主要部分都由其他適應(yīng)性主體組成，所以，任何主體在適應(yīng)上所做的努力就是要去適應(yīng)別的適應(yīng)性主體。這個(gè)特征是CAS生成的復(fù)雜動(dòng)態(tài)模式的主要根源。，形成4個(gè)特征和3個(gè)機(jī)制④7個(gè)基本點(diǎn)：包括對(duì)所有CAS都通用的4個(gè)特性和3個(gè)機(jī)制，4個(gè)特性為聚集、非線性、流、多樣性，3個(gè)機(jī)制為標(biāo)識(shí)、內(nèi)部模型、積木。[19]，明確主體、介主體和運(yùn)行機(jī)制是構(gòu)建色彩系統(tǒng)的基礎(chǔ)。色彩主體即“色彩基因”，對(duì)于城市來說，“色彩基因”可以分為建筑本體、景觀綠化、路面鋪裝等。對(duì)于單體來說，建筑本體可以分為建筑部位、建筑構(gòu)件等。不同構(gòu)件組成不同建筑，不同建筑組成不同街區(qū)，不同街區(qū)組成城市整體，形成不同層次的介主體。“色彩基因”和介主體的適應(yīng)性體現(xiàn)在與色彩環(huán)境的協(xié)調(diào)度。色彩系統(tǒng)中，標(biāo)識(shí)是指普遍存在的特性，它為色彩集聚提供了邊界，例如一定區(qū)域的主題色，該邊界為模糊邊界；內(nèi)部模型是色彩系統(tǒng)的核心技術(shù)；積木機(jī)制是色彩更新機(jī)制，如自然選擇和動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)。

2.2 色彩系統(tǒng)的體系架構(gòu)

（1）總體原則

在明確主體和機(jī)制的基礎(chǔ)上，城市色彩作為復(fù)雜系統(tǒng)應(yīng)充分適應(yīng)城市發(fā)展機(jī)制，關(guān)注主體施色特征，協(xié)調(diào)與環(huán)境的關(guān)系。因此，系統(tǒng)構(gòu)建需遵循以下原則：①整體性原則：色彩系統(tǒng)應(yīng)將城市作為整體來考慮，感知內(nèi)容包括整體標(biāo)識(shí)、運(yùn)行機(jī)制、主體屬性及其環(huán)境關(guān)系等；②多樣性原則：感知對(duì)象盡可能涵蓋多主體，包括不同建筑本體、景觀綠化、路面鋪裝等；③地域性原則：結(jié)合色彩地理學(xué)，充分考慮地理氣候、經(jīng)濟(jì)社會(huì)、文化風(fēng)俗等因素的影響；④可量化原則：量化色彩感知，選取易獲取數(shù)據(jù)；⑤數(shù)據(jù)兼容性：充分發(fā)揮新數(shù)據(jù)對(duì)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)的補(bǔ)充作用，考慮多源數(shù)據(jù)之間的兼容性和轉(zhuǎn)化關(guān)系；⑥以人為本：充分關(guān)注市民需求與個(gè)人價(jià)值的實(shí)現(xiàn)。

（2）系統(tǒng)架構(gòu)

基于以上理論，構(gòu)建城市色彩系統(tǒng)框架，包括系統(tǒng)要素、系統(tǒng)運(yùn)行、運(yùn)行結(jié)果和對(duì)應(yīng)規(guī)劃層級(jí)。首先，在主體和介主體的基礎(chǔ)上，將色彩系統(tǒng)分為宏觀、中觀、微觀層面，對(duì)應(yīng)規(guī)劃管控層級(jí)。宏觀層面對(duì)應(yīng)城市整體，中觀層面對(duì)應(yīng)城市街區(qū)，微觀層面對(duì)應(yīng)城市建筑。其次，依據(jù)城市設(shè)計(jì)理論，將不同層級(jí)系統(tǒng)細(xì)分為不同要素，構(gòu)建縱向銜接關(guān)系，城市整體和城市街區(qū)細(xì)分為色彩廊道、色彩片區(qū)、色彩節(jié)點(diǎn)、色彩標(biāo)識(shí)等；城市建筑細(xì)分為建筑本體、景觀綠化、路面鋪裝等。結(jié)合復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)機(jī)制，明確色彩系統(tǒng)的運(yùn)行方法和運(yùn)算結(jié)果，其中運(yùn)行方法主要包括色彩感知、色彩校正、協(xié)調(diào)度評(píng)估，不同層級(jí)采用相應(yīng)的運(yùn)算方法識(shí)別色彩要素特征。建筑層面通過色彩感知和色彩校正識(shí)別單體要素的施色特征；街區(qū)層面在建筑層面的基礎(chǔ)上總結(jié)街區(qū)空間特征，通過色彩協(xié)調(diào)度評(píng)估單體與環(huán)境的關(guān)系，提煉街區(qū)主題色和代表性單體顏色，評(píng)估其色彩搭配；城市層面結(jié)合公眾參與，考慮區(qū)域?qū)傩裕缥幕?、氣候、材質(zhì)等，識(shí)別整個(gè)城市的色彩空間秩序。該色彩系統(tǒng)建立了要素與整體的關(guān)系，充分適應(yīng)規(guī)劃層級(jí)，在主體識(shí)別的基礎(chǔ)上，更加關(guān)注環(huán)境的協(xié)調(diào)關(guān)系，是認(rèn)識(shí)論上的轉(zhuǎn)變。在色彩系統(tǒng)框架下，色彩管控有4個(gè)核心工作：①完善感知方法，適應(yīng)城市設(shè)計(jì)體系；②細(xì)化運(yùn)行技術(shù)，強(qiáng)化應(yīng)用路徑；③搭建公眾參與機(jī)制；④實(shí)現(xiàn)年度監(jiān)測(cè)。本文將圍繞色彩管控的4個(gè)核心工作展開進(jìn)一步探討（見圖1）。

圖1 基于CAS理論的城市色彩系統(tǒng)體系架構(gòu)Fig.1 Architecture of urban color system based on CAS theory

3 城市色彩系統(tǒng)適應(yīng)城市設(shè)計(jì)體系

本文引入數(shù)據(jù)增強(qiáng)設(shè)計(jì)理論優(yōu)化色彩系統(tǒng)框架下的色彩管控路徑。數(shù)據(jù)增強(qiáng)設(shè)計(jì)（DAD）強(qiáng)調(diào)以定量城市分析為驅(qū)動(dòng)，為規(guī)劃設(shè)計(jì)的全過程提供調(diào)研、分析、方案設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)、追蹤等支持工具的方法論[20]。本文結(jié)合數(shù)據(jù)增強(qiáng)設(shè)計(jì)方法論，擬定并實(shí)踐城市色彩總體設(shè)計(jì)階段、街區(qū)控規(guī)分區(qū)管控階段、建筑設(shè)計(jì)引導(dǎo)階段和城市色彩實(shí)施評(píng)估階段4個(gè)層面的城市色彩系統(tǒng)應(yīng)用方法（見圖2）。

圖2 城市色彩系統(tǒng)適應(yīng)城市設(shè)計(jì)體系Fig.2 Urban color system adapts to urban design system

3.1 城市色彩總體設(shè)計(jì)階段

在城市色彩總體設(shè)計(jì)階段，傳統(tǒng)工作模式是通過人工對(duì)重點(diǎn)建筑進(jìn)行采樣，提出整體意向和分區(qū)管控原則。數(shù)據(jù)增強(qiáng)框架下的城市色彩設(shè)計(jì)，首先通過大規(guī)模街景色彩感知和分區(qū)域調(diào)研校正的方式批量獲取單位尺度（如以10 m為單元）的城市色彩樣本；其次，基于協(xié)調(diào)度認(rèn)知和指標(biāo)測(cè)算對(duì)問題區(qū)域進(jìn)行初篩；最后，將現(xiàn)行“城市映像式”規(guī)劃原則進(jìn)一步細(xì)化到空間管控單元，使得總體城市設(shè)計(jì)有空間落位的基礎(chǔ)抓手。

3.2 街區(qū)控規(guī)分區(qū)管控階段

控規(guī)分區(qū)管控階段色彩管控的傳統(tǒng)方式是將色彩納入引導(dǎo)性指標(biāo)，在方案實(shí)施階段由專家介入，然而該方式對(duì)于色彩評(píng)價(jià)存在一定主觀性。數(shù)據(jù)增強(qiáng)框架下的城市色彩設(shè)計(jì)，首先是形成穩(wěn)定的色彩管控指標(biāo)，以孟塞爾（Munsell）的色相、明度、彩度等色彩形態(tài)變化指標(biāo)對(duì)其進(jìn)行量化，增加了人眼視覺的可讀性；其次是形成將認(rèn)知映像轉(zhuǎn)化為客觀指標(biāo)的方法。針對(duì)色彩協(xié)調(diào)值評(píng)估，將以往管控中傾向于主觀感受的概念進(jìn)行量化。最后是基于現(xiàn)狀色彩的分級(jí)管控方式，通過色彩聚類方法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聚類方法將大范圍城市色彩進(jìn)行聚類評(píng)估，同時(shí)提供個(gè)性建筑主體色、輔助色、點(diǎn)綴色的彈性設(shè)計(jì)空間。

3.3 建筑設(shè)計(jì)引導(dǎo)階段

在以往的建筑設(shè)計(jì)引導(dǎo)色彩管控中以專家建議的形式開展，色彩引導(dǎo)存在較大的主觀性。數(shù)據(jù)增強(qiáng)框架下的城市色彩設(shè)計(jì)在完成控規(guī)分區(qū)導(dǎo)引的基礎(chǔ)上，具備了空間傳導(dǎo)（百米尺度）和穩(wěn)定指標(biāo)（Musell色彩體系）傳導(dǎo)的技術(shù)基礎(chǔ)。此外，針對(duì)街道的協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)可精細(xì)到10 m單元?；诰W(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫積累的城市街景基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為建筑色彩的歷史回溯提供了有效手段，拓寬了以往城市色彩關(guān)注單一空間或典型案例的分析維度。

3.4 城市色彩實(shí)施評(píng)估階段

城市色彩實(shí)施評(píng)估往往隨著重點(diǎn)項(xiàng)目的開展以典型案例形式“附加式”進(jìn)行。數(shù)據(jù)增強(qiáng)框架下的城市色彩設(shè)計(jì)依托歷年街景數(shù)據(jù)和自主采集數(shù)據(jù)的積累，具備開展持續(xù)性色彩監(jiān)測(cè)評(píng)估的技術(shù)基礎(chǔ)。對(duì)于街道問題區(qū)域的發(fā)現(xiàn)可通過人工智能目標(biāo)識(shí)別的方式，宜在專家評(píng)估專項(xiàng)專題之前進(jìn)行。此外，“基調(diào)色、其他代表色”和“主體色、輔助色、點(diǎn)綴色”組成的便攜式色卡可作為規(guī)劃基層（如責(zé)任規(guī)劃師）實(shí)施監(jiān)督管理的依據(jù)。

3.5 技術(shù)方法及應(yīng)用路徑

色彩系統(tǒng)的技術(shù)方法及應(yīng)用路徑主要包括以下幾個(gè)步驟。首先，明確識(shí)別不同層次色彩數(shù)據(jù)的獲取路徑。其次，通過色彩感知、色彩校正和色彩評(píng)估進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算：色彩感知結(jié)合大數(shù)據(jù)和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)的特征，限定感知方法和獲取精度，利用計(jì)算機(jī)算法提取色值；色彩校正通過色彩空間轉(zhuǎn)換和修正系數(shù)的方法實(shí)現(xiàn)不同路徑的關(guān)聯(lián)；色彩評(píng)估基于色彩協(xié)調(diào)值，進(jìn)行主體與環(huán)境適應(yīng)性評(píng)價(jià)。最后，依據(jù)城市設(shè)計(jì)理論，結(jié)合第三方評(píng)估和公眾參與，形成色彩管控建議色譜，可運(yùn)用于城市更新或街區(qū)治理。

4 北京王府井街區(qū)色彩感知與管控

本文以“首都功能核心區(qū)—東華門街道—王府井街區(qū)”為例進(jìn)行方法驗(yàn)證。北京老城區(qū)王府井街區(qū)歷史悠久，形成以王府井大街為軸線的棋盤式道路網(wǎng)格局。20世紀(jì)末，街區(qū)堅(jiān)持規(guī)劃先行，開展了三期城市設(shè)計(jì)整治工程，保留傳統(tǒng)商鋪、延續(xù)原有肌理、整治建筑立面與街道空間環(huán)境。當(dāng)前，為進(jìn)一步落實(shí)《北京城市總體規(guī)劃（2016年—2035年）》《首都功能核心區(qū)控制性詳細(xì)規(guī)劃（街區(qū)層面）（2018—2035）》，東城區(qū)政府編制了《王府井商業(yè)區(qū)更新治理規(guī)劃》以推進(jìn)解決街區(qū)更新治理的難點(diǎn)問題。在新一輪更新治理規(guī)劃中，引入城市色彩數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，通過對(duì)街區(qū)尺度、街道尺度及建筑尺度的色彩感知，形成空間管控的設(shè)計(jì)要求，以期對(duì)其他領(lǐng)域大數(shù)據(jù)增強(qiáng)設(shè)計(jì)提供借鑒。

4.1 多尺度的色彩感知和設(shè)計(jì)

基于上述色彩系統(tǒng)，結(jié)合城市設(shè)計(jì)理論，以王府井街區(qū)為研究對(duì)象，識(shí)別色彩形態(tài)和空間結(jié)構(gòu)，形成街區(qū)更新改造方案。將王府井街區(qū)色彩系統(tǒng)細(xì)分為“街區(qū)—街道—建筑”3個(gè)層級(jí)，街區(qū)層面識(shí)別色彩空間秩序形成整體管控要求；街道層面識(shí)別色彩廊道和色彩節(jié)點(diǎn)，提出街道立面管控要求；建筑層面通過色彩校正識(shí)別節(jié)點(diǎn)施色特征，并依據(jù)以上管控要求，細(xì)化節(jié)點(diǎn)建筑整治方案。在此基礎(chǔ)上，借助互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)搭建公眾參與的長效監(jiān)測(cè)機(jī)制，最終形成管控建議色譜和實(shí)施引導(dǎo)措施。

（1）街區(qū)尺度的色彩標(biāo)識(shí)識(shí)別

從街區(qū)尺度識(shí)別色彩系統(tǒng)標(biāo)識(shí)，明確色彩空間的主題色，依據(jù)主題色出現(xiàn)頻率，劃分基調(diào)色和其他代表色，作為街區(qū)色彩空間的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。按照王府井街區(qū)范圍在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中獲取源數(shù)據(jù)集進(jìn)行分析，通過圖片讀取和計(jì)算機(jī)視覺語義分割提取圖像中的建筑空間，采用色彩平衡處理校正不同角度、光照、方向等帶來的影像失真；基于K-means算法提取每段影像一次聚類色，按照街道朝向進(jìn)行二次聚類并提取占比排在前10的聚類色，再將不同朝向的二次聚類色進(jìn)行綜合聚類，最終得到10個(gè)占比較大的色彩，作為街區(qū)主題色。根據(jù)色彩的出現(xiàn)頻率，將頻率較高的5個(gè)色彩定位為基調(diào)色，剩余色彩為其他代表色。此外，考慮設(shè)備的感知偏差，適當(dāng)選取無彩度灰色（N）作為補(bǔ)充（見圖3）。

圖3 街區(qū)層面城市色彩感知及分析路徑Fig.3 Urban color perception and analysis path at block level

通過以上方法，得出王府井街區(qū)整體色彩管控要求。王府井街區(qū)基調(diào)色以暖色系為主，包括黃色（5Y、7.5Y）、紅黃色（10YR）。明度主要為中高明度6—7，搭配部分低明度2—3的色彩。彩度以中低彩度1—2為主。其他代表色同樣以暖色系為主，包括黃色（2.5Y、5Y）、紅黃色（2.5YR、7.5YR）、紅色（10R）。明度集中在中高明度4—7。彩度變化值較大，從低彩度1—2至中高彩度8均有分布。

（2）街道尺度的協(xié)調(diào)度評(píng)估

從街道尺度進(jìn)行協(xié)調(diào)度評(píng)估，識(shí)別色彩廊道的空間特征。按照色相、明度、彩度三要素及色彩心理學(xué)相關(guān)理論基礎(chǔ)，提出街道層面的色彩協(xié)調(diào)度評(píng)估方法，分別對(duì)沿街立面色彩協(xié)調(diào)度進(jìn)行分析（式（1）、式（2））。

結(jié)合色彩心理學(xué)相關(guān)理論研究，孟塞爾色彩理論中將面積、明度與彩度的關(guān)系歸納為（A色的明度×彩度）/（B色的明度×彩度）=B面積/A面積，即：

式中：A，B分別表示兩個(gè)顏色；LA、LB分別表示A色、B色的明度；CA、CB分別表示A色、B色的彩度；SA、SB分別表示A色、B色的面積。

簡而言之，高明度、高彩度、小面積的色彩和低明度、低彩度、大面積的色彩對(duì)人眼的沖擊是相似的，基于這一理論基礎(chǔ)出發(fā)，本文將街道的色彩協(xié)調(diào)度歸納為式（2）。

式中：CH代表色彩協(xié)調(diào)值（Color Harmonization Value）；TM表示研究單元內(nèi)的色彩數(shù)；LA為A色的明度；CA為A色的彩度；SA為A色的面積占比。協(xié)調(diào)值為0—100之間的浮點(diǎn)小數(shù)。

以王府井大街為例，采用K-means聚類方法，提取街道立面的色相、明度、彩度，計(jì)算得出色彩協(xié)調(diào)值。依據(jù)協(xié)調(diào)值曲線可知，王府井大街存在7個(gè)主要的波動(dòng)折點(diǎn)，圖4中黃色虛線的5個(gè)區(qū)域?yàn)榻值谰坝^節(jié)點(diǎn)，其協(xié)調(diào)值波動(dòng)符合設(shè)計(jì)要求；而A、B兩個(gè)紅色框線區(qū)域則是由于不協(xié)調(diào)的廣告牌帶來的色彩波動(dòng)，不符合設(shè)計(jì)要求，應(yīng)作為整治對(duì)象。

圖4 街道立面色彩協(xié)調(diào)值曲線Fig.4 Color coordination value curve of street facade

通過以上分析，得出王府井大街立面色彩的評(píng)估結(jié)論及設(shè)計(jì)建議。街道整體色彩空間主要通過色相和明度進(jìn)行統(tǒng)一，變化體現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)建筑的彩度波動(dòng)，波動(dòng)范圍控制在≤5。大街西側(cè)整體協(xié)調(diào)，色相統(tǒng)一，以暖色系紅黃色（7.5YR 、10YR）、黃 色（2.5Y、5Y、7.5Y）為主。明度集中在5—7，搭配部分高明度8和少量中低明度3—4的色彩。彩度以中低彩度為主，相對(duì)變化較大，峰值主要出現(xiàn)在代表性商業(yè)建筑。但有少量高明度、高彩度冷色系出現(xiàn)在商業(yè)建筑外立面廣告牌上，對(duì)街道界面有一定影響，建議調(diào)整。大街東側(cè)相對(duì)協(xié)調(diào)，色相以暖色系為主，主要為紅黃色（10YR）、黃色（2.5Y、5Y、7.5Y），較大街西側(cè)更多使用冷色系的色彩，主要為玻璃幕墻，對(duì)街道界面有一定影響，建議控制使用。明度集中在5—7，搭配部分高明度8和少量中低明度3—4的色彩。彩度主要為低彩度1—3，部分大體量玻璃幕墻建筑出現(xiàn)中彩度4—6（見圖5）。

圖5 王府井步行街色彩協(xié)調(diào)度評(píng)估Fig.5 Evaluation of color coordination degree of Wangfujing pedestrian street

（3）建筑尺度的施色特征識(shí)別

對(duì)節(jié)點(diǎn)建筑和標(biāo)志性建筑進(jìn)行具體分析，總結(jié)景觀節(jié)點(diǎn)的施色特征，并通過街景數(shù)據(jù)、拍攝數(shù)據(jù)和物卡比色數(shù)據(jù)的對(duì)比，得出修正系數(shù)，運(yùn)用于前兩個(gè)層次的聚類分析。選取街區(qū)內(nèi)景觀節(jié)點(diǎn)或代表光環(huán)境類型的重要建筑進(jìn)行分析，以北京飯店為例進(jìn)行色彩校正。校正方法以物卡比色數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，判斷街景數(shù)據(jù)和拍攝數(shù)據(jù)的偏色情況?？梢钥闯?，街景數(shù)據(jù)色相準(zhǔn)確，拍攝數(shù)據(jù)整體偏向黃色；明度普遍偏高1—2個(gè)值；中明度紅黃色（YR）彩度吻合，高明度色彩（Y）基本偏高2。因此，對(duì)街景數(shù)據(jù)進(jìn)行明度和彩度修正，對(duì)補(bǔ)充拍攝數(shù)據(jù)進(jìn)行色相、明度、彩度的修正，修正后的色彩用作聚類分析（見圖6）。經(jīng)過修正后，指導(dǎo)北京飯店的色彩更新設(shè)計(jì)。該建筑歷史悠久，作為王府井大街南端點(diǎn)融合了東西方文化，主體色為紅黃色（7.5YR8/4），搭配紅黃色（10YR6/2）和黃色（2.5Y7/2）的輔助色，形成濃郁而不失活潑的色彩風(fēng)格，在更新設(shè)計(jì)中需重點(diǎn)延續(xù)色彩風(fēng)貌，避免周圍建筑的影響。

圖6 單體建筑層面的色彩數(shù)據(jù)標(biāo)定及校準(zhǔn)參數(shù)確定Fig.6 Calibration of color data and determination of calibration parameters at the level of single

在節(jié)點(diǎn)建筑施色特征識(shí)別的基礎(chǔ)上，依據(jù)街區(qū)尺度和街道尺度的管控要求，提出節(jié)點(diǎn)建筑的整治方案，并對(duì)整治后的環(huán)境協(xié)調(diào)度進(jìn)行評(píng)估。以好友世界為例，該建筑為非代表性建筑，通過拆除高明度高彩度廣告牌，改用低彩度中明度暖色系為主體色，使其協(xié)調(diào)值由34降至均值20，與周圍環(huán)境達(dá)到協(xié)調(diào)。通過王府井大街東西側(cè)建筑整治前后的色彩協(xié)調(diào)度曲線可以看出，節(jié)點(diǎn)建筑在整治改造后色彩整體趨向穩(wěn)定，好友世界、工美大廈改造后的正向影響顯著（見圖7）。

圖7 王府井東西兩側(cè)建筑整治前后色彩協(xié)調(diào)值比對(duì)Fig.7 Comparison of color coordination values of buildings on the east and west sides of Wangfujing before and after renovation

4.2 色彩管控公眾參與機(jī)制搭建

在構(gòu)建多尺度城市色彩感知與設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，搭建基于基層規(guī)劃師與公眾的色彩監(jiān)測(cè)和運(yùn)營反饋制度，以保障色彩規(guī)劃能夠有效落實(shí)到基層街道治理，形成重要的色彩管控機(jī)制保障。

一是依托大范圍色彩感知編制以街道為單元的責(zé)任規(guī)劃師色彩引導(dǎo)冊(cè)，以色譜、代表色、基調(diào)色、點(diǎn)綴色協(xié)同引導(dǎo)的方式為街道責(zé)任規(guī)劃師提供可操作的地方性色彩指引標(biāo)準(zhǔn)，方便基層開展城市管理工作。具體而言，主要是通過大范圍、精細(xì)尺度的城市色彩感知和K-means聚類得到更貼合每一個(gè)街道基礎(chǔ)建筑色調(diào)和高協(xié)調(diào)指標(biāo)的色彩引導(dǎo)冊(cè)，將引導(dǎo)冊(cè)與現(xiàn)行責(zé)任規(guī)劃師制度結(jié)合，使得基層規(guī)劃建設(shè)有規(guī)則可依、貼近當(dāng)?shù)噩F(xiàn)實(shí)、可落實(shí)到具體指標(biāo)管理上，保障自上而下色彩規(guī)劃的傳導(dǎo)暢通。

二是制作以重要?dú)v史文化建筑、特色建筑、網(wǎng)紅建筑等為故事線的城市色彩普及宣傳冊(cè)，使得民眾可以從身邊的建筑理解城市色彩設(shè)計(jì)的內(nèi)容，同時(shí)針對(duì)名片建筑提出保護(hù)更新和引導(dǎo)的建議。具體而言，在各區(qū)域民眾對(duì)當(dāng)?shù)亟ㄖ休^深刻認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，通過對(duì)重要節(jié)點(diǎn)建筑的量化分析，將城市色彩專業(yè)理論與民眾的普遍認(rèn)識(shí)相結(jié)合，使其了解規(guī)劃的色彩管控如何落實(shí)到日常生活中；民眾認(rèn)為有不合理之處也可及時(shí)提出，形成自下而上的色彩反饋鏈。

三是通過第三方社交網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行分析，形成互聯(lián)網(wǎng)第三方視角的大眾點(diǎn)評(píng)冊(cè)。站在第三方的視角反映游客心目中各個(gè)景區(qū)、歷史街區(qū)、網(wǎng)紅景點(diǎn)的建筑色彩具有什么特點(diǎn)，同時(shí)大眾評(píng)分情況在一定程度上反映了民眾對(duì)該地區(qū)建筑風(fēng)貌的認(rèn)可度（見圖8）。

圖8 社交網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)重點(diǎn)關(guān)注建筑及其色彩分析Fig.8 The social networking platform focusing on architecture and its color analysis

4.3 色彩持續(xù)監(jiān)測(cè)管控方法應(yīng)用

在開源街景數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上及自主采集技術(shù)逐步完善的當(dāng)前，對(duì)于城市色彩的管控在技術(shù)層面已經(jīng)具備了進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)，可構(gòu)建普適的、可逐年追蹤的持續(xù)監(jiān)測(cè)機(jī)制。

一是建立逐年更新的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。本文涉及首都功能核心區(qū)年度更新開源數(shù)據(jù)15萬張，自主采集結(jié)合規(guī)跡⑤北京市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院開發(fā)的街景照片自主采集移動(dòng)端APP。街景采集APP眾籌獲得，可保證各街區(qū)尺度色彩的穩(wěn)定獲??；二是構(gòu)建穩(wěn)定的色彩指標(biāo)評(píng)估方法。本文結(jié)合PSPNet模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及孟塞爾色彩指標(biāo)構(gòu)建的色彩評(píng)估方法，可對(duì)各街區(qū)色彩值的明度、彩度、色相、協(xié)調(diào)度進(jìn)行大規(guī)模計(jì)算；三是形成穩(wěn)定的街區(qū)評(píng)估單元。本研究以首都功能核心區(qū)作為對(duì)象，以250 m為街區(qū)感知固定單元，初步繪制了北京老城色彩地圖⑥色彩感知網(wǎng)格采用適應(yīng)單個(gè)道路圍合街區(qū)大小的250 m×250 m網(wǎng)格，便于與實(shí)際街區(qū)大小對(duì)應(yīng)。（見圖9），對(duì)區(qū)域主題色進(jìn)行監(jiān)測(cè)，重點(diǎn)提取區(qū)域內(nèi)明度、彩度均較高的顏色，在固定街區(qū)評(píng)估單元的基礎(chǔ)上可對(duì)各單元的色彩進(jìn)行持續(xù)追蹤監(jiān)測(cè)和對(duì)比分析。

圖9 首都功能核心區(qū)老城立面色彩映像地圖Fig.9 Color image map of the facade of the old city in the capital functional core area

色彩數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)建實(shí)現(xiàn)了城市色彩的量化處理，為建立長效監(jiān)測(cè)評(píng)估機(jī)制提供了基礎(chǔ)條件。監(jiān)測(cè)評(píng)估的對(duì)象主要包括區(qū)域或線性空間的基調(diào)色、其他代表色等，通過數(shù)據(jù)庫運(yùn)算，監(jiān)測(cè)色彩空間的標(biāo)識(shí)性和協(xié)調(diào)性，并結(jié)合空間結(jié)構(gòu)、文化價(jià)值、專家問卷、公眾參與等綜合評(píng)判色彩空間秩序。

5 結(jié)論

本文結(jié)合復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)和城市設(shè)計(jì)理論，論述“城市色彩總體設(shè)計(jì)階段、街區(qū)控規(guī)分區(qū)管控階段、建筑設(shè)計(jì)引導(dǎo)階段、城市色彩實(shí)施評(píng)估階段”的城市色彩規(guī)劃的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法。著重提出了針對(duì)中觀層面城市色彩的監(jiān)測(cè)與管控體系：一方面，基于孟塞爾標(biāo)準(zhǔn)色系，結(jié)合計(jì)算機(jī)圖形學(xué)將《北京城市色彩城市設(shè)計(jì)導(dǎo)則》提出的總體基調(diào)原則落實(shí)到以街區(qū)、街道為基礎(chǔ)的“空間主體”上；另一方面，通過色彩協(xié)調(diào)度評(píng)價(jià)提出了可量化街區(qū)色彩管理的閾值，為建筑單體或建筑群融入街道色彩管控提供實(shí)操手段，在保證街道整體色彩協(xié)調(diào)性的同時(shí)兼顧重點(diǎn)建筑色彩的個(gè)性和文化符號(hào)。

在色彩系統(tǒng)框架下，針對(duì)4個(gè)核心工作，開展城市色彩設(shè)計(jì)實(shí)踐。以王府井街道更新為案例，在現(xiàn)狀色彩協(xié)調(diào)度評(píng)估、單體建筑色彩引導(dǎo)、設(shè)計(jì)方案比選、管控策略生成等方面驗(yàn)證了方法的實(shí)效性。同時(shí)著重提出色彩協(xié)調(diào)度的量化方法，探討色彩管控公眾參與機(jī)制的搭建，為城市色彩持續(xù)監(jiān)測(cè)提供數(shù)據(jù)來源、評(píng)估方法和空間單元上的統(tǒng)一機(jī)制，為城市色彩的持續(xù)量化提供一種系統(tǒng)思路。

研究仍存在后續(xù)開展的必要，包括多源數(shù)據(jù)校正系數(shù)的地區(qū)性差異，宏觀層面色彩聚類的方法，微觀層面不同建筑環(huán)境、材質(zhì)、時(shí)段帶來的協(xié)調(diào)值變化等。此外，本文提出的色彩協(xié)調(diào)值等指標(biāo)具有一定的探索性，針對(duì)其普適性及應(yīng)用維度仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。當(dāng)前相關(guān)研究已在北京市開展系列實(shí)踐，技術(shù)方法已具備向其他城市推廣的條件，具體參數(shù)可結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際進(jìn)行調(diào)整。