李　嫻（合肥工業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院，安徽合肥230009）

分形學(xué)在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用分析

李嫻（合肥工業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院，安徽合肥230009）

我國(guó)在城市與區(qū)域規(guī)劃的時(shí)候，主要是以人們社會(huì)活動(dòng)的綜合發(fā)展與基本構(gòu)成為研究客體，在處理城市空間比較復(fù)雜并紛雜的圖形與現(xiàn)象時(shí)，僅僅利用傳統(tǒng)量化工具很難真正發(fā)揮作用。而分形學(xué)就是專門研究不規(guī)則圖形的學(xué)科，在應(yīng)用的時(shí)候可以有效解決城市在規(guī)劃設(shè)計(jì)方面存在的問(wèn)題。本文就主要對(duì)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)方面分形學(xué)的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單的研究。

分形學(xué)；城市規(guī)劃；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

1　引言

新時(shí)期隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，我國(guó)城市建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)增，而城市在設(shè)計(jì)與規(guī)劃的時(shí)候存在較為復(fù)雜的表現(xiàn)特征，而分形學(xué)的應(yīng)用則有效提高了城市規(guī)劃設(shè)計(jì)的工作水平，也解決了常規(guī)傳統(tǒng)城市設(shè)計(jì)與規(guī)劃中存在的問(wèn)題與困難。下文就針對(duì)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中分形學(xué)的應(yīng)用進(jìn)行研究與探索。

2　分形學(xué)的概述分析

所謂分形學(xué)，實(shí)際上就是分形幾何學(xué)，分形學(xué)在研究領(lǐng)域主要針對(duì)不規(guī)則的圖形與幾何體，而在城市空間的建設(shè)與規(guī)劃中有很多不規(guī)則的現(xiàn)象與物體，分形學(xué)可以有效表達(dá)出自然環(huán)境中的幾何學(xué)。常見(jiàn)分形學(xué)定義就是這對(duì)某一物體與現(xiàn)象來(lái)說(shuō)，例如其整體以及部分可以根據(jù)特殊形式形成相似，也就是分形。

分析學(xué)在研究應(yīng)用的時(shí)候與其他物體不同，其特點(diǎn)主要有：①分形幾何體形成的分形維度會(huì)比拓?fù)渚S度大；②分形幾何體在整體以及局部之間保持著特殊形式的相似性，也就是說(shuō)分形幾何體自身具有一定的相似性；③分形幾何體比較復(fù)雜，不是通過(guò)一些點(diǎn)的軌跡或者方程解集就可以描述與表述出來(lái)的；④分形幾何體是一個(gè)比較精細(xì)的結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)隨意大小的比例尺寸表示出來(lái)。

3　分形學(xué)對(duì)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)的關(guān)鍵作用分析

城市空間格局設(shè)計(jì)與規(guī)劃的本質(zhì)就是分形特征結(jié)構(gòu)，因此城市規(guī)劃設(shè)計(jì)工作中應(yīng)用分形學(xué)具有重要的作用價(jià)值。眾所周知，城市的設(shè)計(jì)規(guī)劃實(shí)際上就是一個(gè)從而到下的分析過(guò)程，在規(guī)劃城市土地的時(shí)候，首先要通過(guò)分形層次理論來(lái)對(duì)城市土地以及周邊環(huán)境存在的聯(lián)系進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析與判斷。然后再采用內(nèi)部方法來(lái)規(guī)劃與設(shè)計(jì)該塊城市土地，在城市土地設(shè)計(jì)與規(guī)劃中要利用到分形結(jié)構(gòu)的相似理論。

通過(guò)分形學(xué)中的自相似性可以科學(xué)的解釋城市空間結(jié)構(gòu)內(nèi)存在的內(nèi)部模式原則，也就是在同一個(gè)城市層次空間格局內(nèi)，其物體之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系都滿足相似性原則。此外分形結(jié)構(gòu)相似的模式原則應(yīng)用到城市建設(shè)與規(guī)劃中可以得到良好的啟示與指導(dǎo)效果。多種規(guī)?？臻g內(nèi)的層次表現(xiàn)出了自相似性，因此自相似性與層次性存在密切的聯(lián)系。分形學(xué)中的自相似性在有種程度上來(lái)講算是某種模式，但是城市空間格局是通過(guò)層次性來(lái)描述規(guī)模方面關(guān)系，所以層次對(duì)應(yīng)的關(guān)系就是相似性。城市管理者要根據(jù)分形學(xué)理論以及自相似性原則來(lái)合理應(yīng)用到城市規(guī)劃、設(shè)計(jì)與建設(shè)中。城市設(shè)計(jì)與規(guī)劃人員在系統(tǒng)規(guī)劃城市空間的過(guò)程中，需要根據(jù)分形空間在局部層次上存在的自相似性，從而分析同一層次、不同層次以及高級(jí)層次之間的空間關(guān)系的分形結(jié)構(gòu)，從而在此基礎(chǔ)上規(guī)劃設(shè)計(jì)下層空間的實(shí)體結(jié)構(gòu)。此外城市功能與空間的自相似性特點(diǎn)可以在區(qū)域城市體系發(fā)展規(guī)劃中進(jìn)行應(yīng)用。本身城市設(shè)計(jì)與規(guī)劃就是比較開(kāi)放的過(guò)程，不管是整體城市規(guī)劃還是局部城市規(guī)劃，都可以利用分形學(xué)理論。

4　城市規(guī)劃中對(duì)分形學(xué)的應(yīng)用分析

在大自然的演變發(fā)展過(guò)程中，通過(guò)自然作用力形成的優(yōu)化結(jié)構(gòu)就是分形。而分形幾何體可以合理分配空間并充分利用空間，當(dāng)人們認(rèn)識(shí)并研究分形學(xué)理論以后，就開(kāi)始將其應(yīng)用在實(shí)際生活中，其中最常見(jiàn)的就是分形學(xué)在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中的應(yīng)用研究。

將分形學(xué)設(shè)計(jì)構(gòu)想加入到城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)的理念中，可以有效解決城市規(guī)劃設(shè)計(jì)方面存在的困難與問(wèn)題。在我國(guó)城市設(shè)計(jì)與規(guī)劃的過(guò)程中，會(huì)將城市共享空間以及專享空間根據(jù)特殊比例來(lái)進(jìn)行科學(xué)的劃分，然后在分形后的各自獨(dú)立空進(jìn)內(nèi)實(shí)現(xiàn)自身的設(shè)計(jì)與規(guī)劃。然而不管是城市空間內(nèi)的鄉(xiāng)村與田野，建筑群體內(nèi)的廣場(chǎng)與樓房，還是建筑內(nèi)部的大廳以及房間，人們?cè)谟^察的時(shí)候，無(wú)論以何種形式都會(huì)發(fā)現(xiàn)任何城市物體之間都會(huì)有結(jié)構(gòu)上的相似關(guān)系，不同物體與事物的本質(zhì)都聯(lián)系著城市空間的結(jié)構(gòu)分形。

城市空間在規(guī)劃與設(shè)計(jì)的時(shí)候需要特殊的管理方法來(lái)進(jìn)行，空間是自然資源的一種，需要科學(xué)合理的規(guī)劃、設(shè)計(jì)與管理。在人們?nèi)粘５墓ぷ饕约吧疃夹枰诳臻g內(nèi)進(jìn)行，但是在交流與溝通的時(shí)候會(huì)存在相應(yīng)的阻礙。假若一個(gè)部落是由自然形成，其中沒(méi)有專門進(jìn)行空間的規(guī)劃設(shè)計(jì)，那么這個(gè)部落空間的格局就會(huì)分成各個(gè)小局部，通過(guò)不同局部?jī)?nèi)空間的設(shè)計(jì)與規(guī)劃會(huì)使整體空間格局呈現(xiàn)較大的差異性。而城市在建設(shè)與發(fā)展的過(guò)程中，逐漸開(kāi)始發(fā)展相應(yīng)的設(shè)計(jì)與規(guī)劃部門，城市管理者要優(yōu)化城市整體，但是由于在規(guī)劃與設(shè)計(jì)中會(huì)受到管理規(guī)劃者思想的局限性影響，導(dǎo)致其很難實(shí)現(xiàn)真正意義上的城市規(guī)劃。所以很多城市在建設(shè)與設(shè)計(jì)中都會(huì)將整體分為各個(gè)局部，并以局部規(guī)劃設(shè)計(jì)為主體，輔助整體規(guī)劃設(shè)計(jì)。目前我國(guó)城市規(guī)模在經(jīng)濟(jì)作用下不斷擴(kuò)大，因此城市規(guī)劃設(shè)計(jì)的作用也越來(lái)越突出。對(duì)城市空間進(jìn)行局部的優(yōu)化可以促進(jìn)城市生活環(huán)境的健康與和諧發(fā)展，對(duì)整體城市空間進(jìn)行優(yōu)化可以提高城市整體空間的利用率。

我國(guó)研究分形學(xué)理論城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)中的應(yīng)用早在1980年代就開(kāi)始進(jìn)行，并將分形理論在實(shí)際城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行實(shí)例的研究，比如在各個(gè)城市空間內(nèi)的城市規(guī)模分布研究，不同城市的規(guī)模分布存在較大的差異性，有的城市表現(xiàn)為單分形幾何特征，有的城市規(guī)模分布呈現(xiàn)局部分形結(jié)構(gòu)，有的則呈現(xiàn)雙分形結(jié)構(gòu)，因此在城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)的時(shí)候都需要利用分型學(xué)理論來(lái)融入應(yīng)用。分形學(xué)理論比較復(fù)雜，在研究的時(shí)候需要綜合多方面的內(nèi)容來(lái)進(jìn)行，根據(jù)城市異速生長(zhǎng)模型以及動(dòng)力系統(tǒng)函數(shù)，陳彥光對(duì)鄭州的產(chǎn)出、人口以及土地等進(jìn)行了非線性關(guān)系的幾何形象圖式研究與分析，從分形學(xué)理論角度出發(fā)研究城市結(jié)構(gòu)的動(dòng)力相似性，并且在鄭州實(shí)際發(fā)展規(guī)劃設(shè)計(jì)與城市空間方面應(yīng)用了分形學(xué)的理論知識(shí)，從而得到了城市體系總量在理論上的快速系數(shù)一般約等于城市最大快速增長(zhǎng)系數(shù)。

通過(guò)元胞自動(dòng)機(jī)的知識(shí)原理，黎夏模擬了城市發(fā)展密度，在研究與探索之后，元胞自動(dòng)機(jī)在城市系統(tǒng)的模擬分形方面得到了廣泛的應(yīng)用，在對(duì)其研究的過(guò)程中，主要的工作就是要在CA模型的轉(zhuǎn)換規(guī)則中加入密度梯度函數(shù)，將狀態(tài)的轉(zhuǎn)換通過(guò)灰度來(lái)表示，這種分形模型的研究應(yīng)用也為城市空間的規(guī)劃與設(shè)計(jì)提供了有力依據(jù)。

根據(jù)MAS也就是多智能體系統(tǒng)，劉小平對(duì)城市土地的利用進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬變化的研究試驗(yàn)，并研發(fā)了嶄新的創(chuàng)新辦法，通過(guò)對(duì)多智能體層與環(huán)境層的組合，可以應(yīng)用在政府相關(guān)部門之間以及房地產(chǎn)商與城市居民之間，通過(guò)環(huán)境與多智能體的相互影響與作用，從而研究并探索城市空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展與演變。該理論在廣州實(shí)地的應(yīng)用研究得到了良好的成效，另外通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用以及與其他理論的對(duì)比，我們發(fā)現(xiàn)了在對(duì)復(fù)雜城市的模擬規(guī)劃時(shí)，多智能體系統(tǒng)比CA系統(tǒng)更加精準(zhǔn)，也更加方便城市總體格局以及空間的規(guī)劃設(shè)計(jì)。近幾年我國(guó)在分形學(xué)理論方面的成果研究得到了良好的效果應(yīng)用。

5　結(jié)束語(yǔ)

總而言之，隨著我國(guó)科技與經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步與發(fā)展，我國(guó)城市規(guī)模也隨之?dāng)U大，城市人口的擴(kuò)增導(dǎo)致其對(duì)文化與物質(zhì)的需求逐漸上升，這些問(wèn)題都加劇了城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)的困難與壓力。新時(shí)期在城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)中利用分形學(xué)理論可以有效發(fā)揮優(yōu)勢(shì)作用，我國(guó)還要加大分形學(xué)理論在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究，從而更加合理的規(guī)劃城市布局，促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展。

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2095-2066（2016）25-0191-02

2016-8-22