田達睿+周慶華

內容提要 分形理論作為研究復雜系統(tǒng)自相似規(guī)律的前沿理論，為城鎮(zhèn)空間規(guī)劃研究提供了新的視角和方法。分形理論與城鎮(zhèn)空間規(guī)劃設計的結合目前仍處于發(fā)展與積累階段，理論基礎和技術方法尚不成熟，應用實踐亦較為缺乏。另外，對于陜北黃土高原等復雜地形地貌區(qū)而言，傳統(tǒng)規(guī)劃設計方法難以充分應對自然環(huán)境對城鎮(zhèn)空間發(fā)展的特殊制約，在該地域進行分形規(guī)劃設計實踐比在平原地區(qū)城市更加合適，也更加緊迫。因此，本文圍繞分形思想、分形城市與現(xiàn)有城鎮(zhèn)空間規(guī)劃設計的協(xié)同關系，重點論述了分形城市的哲學內涵、分形規(guī)劃的主導思想以及如何開展分形規(guī)劃設計工作等，這有助于對陜北黃土高原溝壑地區(qū)城鎮(zhèn)空間規(guī)劃的思維與方法進行優(yōu)化與完善。

關鍵詞 分形 城鎮(zhèn)空間 規(guī)劃 陜北黃土高原

〔中圖分類號〕TU984 〔文獻標識碼〕A 〔文章編號〕0447-662X（2017）07-0125-04

作為研究復雜系統(tǒng)非線性特征的重要方法，分形理論始于1967年美國法裔數(shù)學家B.B.Mandelbort關于英國海岸線的研究；隨后在其發(fā)展40多年間，該理論逐漸擴展到了數(shù)學、地理學、經濟學等多個學科的應用中。分形理論認為，分形體是大自然優(yōu)化結構的體現(xiàn)，例如地貌、葉脈、河網(wǎng)、雪花等都具有典型的分形特征。大量模擬和實測研究表明，城鎮(zhèn)形態(tài)與結構大都具有某種分形性質和特征，可以用分維進行刻畫。①但是現(xiàn)實中大部分城鎮(zhèn)的分形狀態(tài)離理想的分形優(yōu)化要求相距甚遠，因此將分形理論引入城鎮(zhèn)空間規(guī)劃設計具有重要的研究價值。

在城鎮(zhèn)化浪潮還未席卷陜北黃土高原溝壑區(qū)之前，數(shù)千年來陜北黃土高原的城鄉(xiāng)空間都沿襲著尊重自然地形而自發(fā)建設的形式，歷經時間洗禮最后形成了人與自然和諧的空間模式，并呈現(xiàn)出人居環(huán)境空間格局與自然地貌形態(tài)上的某種相似性。但近20年來，在陜北快速城鎮(zhèn)化建設過程中，由于過度依賴平原地區(qū)的城鎮(zhèn)化建設經驗，黃土高原上流傳千年的風土人文與自然環(huán)境特色被逐漸湮沒；同時，從該地區(qū)多年的規(guī)劃建設實踐中可以發(fā)現(xiàn)，以系統(tǒng)論為主導的城市規(guī)劃方法缺少足夠的適應性應對復雜的黃土高原地貌區(qū)的城鎮(zhèn)空間建設。因此，在陜北黃土高原地貌區(qū)進行結合分形思想的城鎮(zhèn)空間規(guī)劃，能夠充分考慮空間分布的復雜性和高效性，改善其現(xiàn)有問題，對該地區(qū)的城鎮(zhèn)空間建設具有十分重要的意義。

一、分形城市的哲學內涵

分形理論中充滿著辯證法思想，利用分形理論進行城市規(guī)劃與建設，應剖析分形理論與分形城市的哲學內涵，從而將其有效地應用到城鎮(zhèn)空間規(guī)劃設計中去。

1. 確定與隨機統(tǒng)一：分形自組織性

城市空間的形成過程一直被兩種不同的機制所影響，一種是自組織機制，即城市根據(jù)自身所處環(huán)境和特征自發(fā)衍生形成；另一種為他組織機制，是根據(jù)人們的期望來規(guī)劃設計城市并引導其建設。分形城市規(guī)劃是這兩種影響城市發(fā)展空間因素的結合，其既包含著偶然性，也包含著規(guī)律性。具體而言，分形主要是從事物的內在組織角度出發(fā)，重視自然所形成的規(guī)律，這是從自組織角度進行分析；而城市規(guī)劃建設是通過外力干預進行控制與引導的。因此，基于分形理論的城市建設是將自然規(guī)律與外部干預作用統(tǒng)一起來，通過動態(tài)發(fā)展模式使城市在建設過程中融入很多偶然性的因素，從而保留自然隨機的特色，使城市空間得到更有效的調節(jié)和修正。

2. 簡單與復雜統(tǒng)一：分形迭代秩序

對于城市這一巨系統(tǒng)，認知其中更深層次的簡單和復雜關系，對于城市規(guī)劃設計具有重要作用。 “分形迭代法則”是有效詮釋簡單和復雜這一辯證關系的重要依據(jù)。分形是由遞歸迭代等邏輯關系演變而來的、具有多變性和冗余性的一類特別形體，在自然界當中，任何形態(tài)復雜但形成規(guī)律嚴謹有序的物體，例如樹葉的脈絡、雪花以及晚霞等，都呈現(xiàn)出典型的分形特征。同樣，人居環(huán)境的空間特征也是高度復雜多樣的，但運用分形理論分析，能夠幫助我們了解城鎮(zhèn)復雜化層面下所隱藏的簡單化，同時啟示我們尊重人類構建生活空間的內在規(guī)律與傳統(tǒng)法則。

3. 整體與局部統(tǒng)一：分形自相似性

從系統(tǒng)論上講，整體與局部差別顯著，且局部難以表征整體。但分形理論強調整體與局部、局部與局部的自相似性，對于局部與整體的關系做出了另一種詮釋，就是整體與局部、局部與局部的自相似性。一般來說，系統(tǒng)論依托于整體，通常由宏觀到微觀逐級進行，從而對整體構造進行全面考察，并逐漸深入各系統(tǒng)和具體細節(jié)；而分形自相似性則以局部為起始點，從微觀到宏觀逐級組建系統(tǒng)構造，經過詳細解析局部進而明確整體特點。系統(tǒng)論與分形論完整地反映了整體與部分之間的雙向過程，共同構成了辯證的思維方法。

二、分形城市規(guī)劃的主導思想

依據(jù)上述分形城市的內涵，本文從空間組織、規(guī)劃思路、傳統(tǒng)傳承三個方面提出了借鑒分形理論進行城市規(guī)劃工作的思路，以實現(xiàn)分形思維在城市空間規(guī)劃與設計中的應用。

1. “分形元”與“迭代秩序”相結合

分形形態(tài)的生成就是最小單元 “分形元”按照一定邏輯秩序逐級地累加和演變，整個過程都反映了自相似與自組織的思想。由此可以發(fā)現(xiàn)，分形元與迭代秩序是構成分形的兩大基本元素。因此，對于基于分形思想的城市規(guī)劃而言，這兩大元素也是構成分形城市空間的兩大核心元素。

分形元的建構是分形城市空間組織的首要工作。通過解析本地自然環(huán)境因素與人工環(huán)境因素，尋找具有人性化且與環(huán)境相互協(xié)調的最小尺度的人居單元；在此基礎上，結合當?shù)厝藗儗ΜF(xiàn)代生活方式、習慣的訴求，對從圖紙中抽象出的原始分形元和空間肌理進行重構、優(yōu)化與完善，完成構建分形元的核心工作。只有經過解構和重構過程生成的“分形元”才能夠被應用于分形城市的空間設計當中。

明確分形元之后要解決的另一個核心問題就是其應該依照哪種原則與規(guī)律來組織發(fā)展、存在差別的尺度等級間怎樣銜接等，也就是理清城市空間的迭代秩序。一般來說，根據(jù)分形幾何遞歸的特點可以推導出城市空間的迭代秩序：分形元作為迭代秩序組織的起始點，按照某一遞歸規(guī)律進行擴張生長，例如院落嵌套院落的組織模式。陜北黃土高原地區(qū)的地貌本就具有一定的迭代秩序，因此城鎮(zhèn)建設更應尊重歷史與自然環(huán)境，探究并且總結出區(qū)域地形和現(xiàn)有城鎮(zhèn)的層級迭代特點與復雜特征，通過對現(xiàn)有迭代秩序的更正與完善，引導城鎮(zhèn)空間合理有序發(fā)展。endprint

2. “自上而下建構”與“自下而上衍生”相結合

構建分形城市形態(tài)，首先應從大尺度入手逐級加密填充，其次就是在小尺度通過要素的增加與鏈接，完成對更高層級的構建。自上而下的“添加式”規(guī)劃作為一個全方位的事前計劃，具備整體掌控與戰(zhàn)略指導的必須性；而自下而上逐級生長的有機模式則更具備動態(tài)性、漸進性和操作性?；诜中嗡季S的現(xiàn)代城鎮(zhèn)規(guī)劃設計不僅需要在最大尺度層級對整體分形結構的層級秩序、結構框架和衍生途徑加以明確，奠定分形空間填充的基本范圍與尺度，并展示出宏觀形態(tài)；還要在最小尺度層級確定怎樣連接和關聯(lián)分形元，進而形成較為完整的空間生長路徑。

3. “地域傳統(tǒng)基因”與“現(xiàn)代形式”相結合

現(xiàn)代城鎮(zhèn)與傳統(tǒng)城鎮(zhèn)展現(xiàn)出了兩種截然不同的城鎮(zhèn)空間組織原則，各自特征區(qū)別顯著，但各有優(yōu)劣。傳統(tǒng)城鎮(zhèn)強調與自然的融合，而現(xiàn)代城鎮(zhèn)規(guī)劃制約的特征更加顯著。分形城市規(guī)劃希望將傳統(tǒng)人居環(huán)境基因與現(xiàn)代城市功能性空間進行融合統(tǒng)一，并將城鎮(zhèn)現(xiàn)代布局與傳統(tǒng)因素完美結合。

因此，立足于分形理論，城鎮(zhèn)規(guī)劃工作對于傳統(tǒng)肌理與現(xiàn)代空間的解析與重構，應防止兩個極端模式：一是過度崇拜和復制空間原型，不僅不能滿足現(xiàn)代城市的發(fā)展需要，而且很難掌握傳統(tǒng)城鎮(zhèn)的精髓；二是完全無視原型，忽視了人居環(huán)境的地域特點以及空間要素的適應程度，從而產生了很多城市問題。分形城市規(guī)劃能夠綜合地域傳統(tǒng)基因與現(xiàn)代形式的各自優(yōu)點，引導空間融入當代城市發(fā)展的格局中。

三、分形城市規(guī)劃的方法

在明確了分形城市規(guī)劃的基本思路之后，如何進一步探討分形城市規(guī)劃設計的程序與內容，實現(xiàn)分形思想對于規(guī)劃設計方法的指導成為當務之急。分形城市規(guī)劃設計將拓展當前城市規(guī)劃設計的內容，改進傳統(tǒng)的思維方式與技術方法，其步驟既被整合于現(xiàn)有規(guī)劃設計程序中，又有其特殊性。

1. 當前城市空間規(guī)劃設計的主線

現(xiàn)階段城市空間的規(guī)劃設計和操作路徑可歸納為以下三個階段：首先是前期分析，在規(guī)劃城市空間發(fā)展方案之前，要對目標對象的基本特點和基礎資料進行定性與定量分析，這是開展城市規(guī)劃設計工作的前提。其次就是規(guī)劃設計方案的生成?；诂F(xiàn)狀調查與分析研究工作，梳理關鍵問題、揭示影響城鎮(zhèn)空間生成與發(fā)展的重要因素，并以此為切入點進行規(guī)劃設計。在此過程中，構建合理的城市空間結構是重點。最后則是方案比選、后續(xù)評估及反饋。城市規(guī)劃方案的評價結果能夠揭示方案的優(yōu)點和不足，便于不同方案之間的對比與擇取，有利于最終形成綜合完善的優(yōu)化方案。

基于當前以“前期分析、中期方案、后期評價”為主線的城市規(guī)劃設計程序，結合分形理論的核心思想與測度方法，搭建“前期分析解構分形秩序、中期規(guī)劃重構分形形態(tài)、后期評估優(yōu)化分形方案”的分形規(guī)劃設計程序與方法，從而將分形思維導向下的城市空間設計融入現(xiàn)有的城市規(guī)劃設計方法體系中，如圖1所示。

2. 規(guī)劃前期：現(xiàn)狀研究中加入“分析解構分形秩序”

在現(xiàn)有的城鎮(zhèn)空間現(xiàn)狀調研與分析工作中增加“自然環(huán)境與城鎮(zhèn)空間的分形特征分析”的環(huán)節(jié)，對于復雜地形區(qū)的城市規(guī)劃工作有著十分積極的作用。通過這一環(huán)節(jié)的工作，完成對地形地貌、城鎮(zhèn)歷史信息以及現(xiàn)狀空間要素和系統(tǒng)的分形分析，尋找地域原生態(tài)基因的分形元和迭代秩序，使規(guī)劃師對當?shù)氐牡赜蚧卣髁私飧忧逦?，為后續(xù)設計中地域傳統(tǒng)基因與現(xiàn)代形式的結合奠定良好的基礎。

（1）區(qū)域自然景觀的分形解構：城鎮(zhèn)用地擴展的基礎

陜北黃土高原千溝萬壑的地形地貌奠定了該地區(qū)城鎮(zhèn)空間呈現(xiàn)分枝狀的特征，這一獨特性是陜北黃土高原人居環(huán)境發(fā)展的重要脈絡。因此，在現(xiàn)狀分析中，除了對高程、坡向等分析外，還要充分了解對象區(qū)域溝壑地貌、水系網(wǎng)絡等自然要素的分形特征，并應擴展到城市外部更大空間內的地域自然特征，這些內容將成為探討城鎮(zhèn)未來發(fā)展路徑的重要依據(jù)和影響因素。

（2）傳統(tǒng)街區(qū)建筑基因的分形解構：城鎮(zhèn)肌理設計的“分形元”

此外，利用自上而下的城市空間設計方式所形成的居住單元因缺乏實用性、歸屬性和地域性而往往難以滿足當?shù)鼐用竦男枨?，尤其在陜北黃土高原地區(qū)，特殊的地理單元形成的具有半公共半私密性的街坊居住形式很容易被一般的現(xiàn)代住宅模式所取代。因此，通過對歷史和現(xiàn)狀街區(qū)單元和建筑要素的解析，提煉人居環(huán)境空間的地域特點與組織模式，以這些基因精華作為重要前提和依據(jù)進行街區(qū)空間的自組織設計。

總之，規(guī)劃前期對自然環(huán)境、城鎮(zhèn)歷史空間等要素的“分形解構”并非簡單地模仿某一具體空間形態(tài)，而是在進行城鎮(zhèn)空間規(guī)劃設計之前充分挖掘和分析城鎮(zhèn)市空間組織的內在邏輯與歷史脈絡、自然環(huán)境的獨特肌理與構成，以此作為指導后續(xù)城鎮(zhèn)空間布局與設計的關鍵因素，從而使制定的方案符合當?shù)鼐用裨V求、滿足城市發(fā)展要求，使工程設計彰顯人文內涵。

3. 規(guī)劃中期：方案設計中加入“重構再生分形結構”

分形城市規(guī)劃設計希望發(fā)揮分形自組織與規(guī)劃他組織的各自優(yōu)勢，構建主動營造城市秩序的積極導控方法，而非消極被動地自我調控。分形理論主張通過自下而上的形式實現(xiàn)城市的自我調整并尊重自身發(fā)展規(guī)律，但這種形式并不是一味地放任城市無序擴張或盲目建設，而是構建一套合理的城市空間發(fā)展路徑、結構與模式，并在此引導下展開空間“生長”。因此，應把“自上而下的整體結構框架與自下而上的局部空間填充”共同納入規(guī)劃方法與過程中。其中所說的結構框架是指在城市特定基礎上形成的包括城市規(guī)模等級、用地形態(tài)和空間體系秩序在內的整體框架，能保證城市建設朝著準確的方向進行，例如陜北黃土高原地區(qū)的城鎮(zhèn)建設中，應適應當?shù)靥厥獾牡匦蔚孛箔h(huán)境，以分形優(yōu)化的生態(tài)基底系統(tǒng)作為城市總體空間格局設計的前提。

4. 規(guī)劃后期：方案比選與優(yōu)化中加入“分形指標評估”

該評估工作是在城市規(guī)劃設計的中、后期，以分形理論及分形指標體系為依據(jù)對城鎮(zhèn)空間方案的合理性和效果進行綜合研判。在多個設計方案比較中，根據(jù)分形理論中的指標數(shù)據(jù)可提取出不同方案的優(yōu)缺點，并反饋到設計方案中進行調整，從而提煉出最適宜的規(guī)劃策略并由此得到最完善的方案設計?；诜中我暯堑姆桨冈u估改變了單向、線性的規(guī)劃設計流程，形成了漸進式、螺旋上升的動態(tài)工作進程。總之，分形評價指標體系的建立將推動城市規(guī)劃設計的定量化、科學化與數(shù)字化的進程。

四、結語

分形規(guī)劃設計是將分形理論引入城鎮(zhèn)空間規(guī)劃后的產物，強調人工環(huán)境與自然生態(tài)環(huán)境相融合。以陜北黃土高原地區(qū)為例，其自然空間與人居空間都具有特殊性，如果該地區(qū)的規(guī)劃建設局限于歐式幾何學的思維與方法中，很可能造成城鎮(zhèn)空間分形性質的衰退、人與自然的矛盾對立加劇。因此，將分形思維與方法引入陜北黃土高原地區(qū)的城市規(guī)劃設計更為必要且更具優(yōu)勢性。陜北黃土高原地區(qū)的城市分形規(guī)劃設計有利于該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境和歷史脈絡的保護、恢復，也有利于凸顯其自身的地域特點，實現(xiàn)現(xiàn)代城鎮(zhèn)與自然生態(tài)環(huán)境、歷史人文環(huán)境相互融合。

作者單位：田達睿，西安建筑科技大學建筑學院；周慶華，西安建筑科技大學城市規(guī)劃設計研究院endprint