淺談分形理論在城市規(guī)劃中的研究

殷 韜 朱 榮 (江南大學設計學院 江蘇無錫 214122)

分形理論作為一個全新的理論概念，由于它不同與傳統(tǒng)歐幾里得幾何理論，在20世紀下半葉開始受到眾多各行業(yè)的科學家的關注。并且成為多個學科研究的課題，在八十年代后新發(fā)表的關于分形理論方面應用研究的論文占有關文獻的37.5%。現(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英國的城市形態(tài)進行了分形維數(shù)的研究，在這之后巴迪、弗蘭克豪澤、阿林豪斯等人運用分形理論分別對城市形態(tài)、結(jié)構、生長、交通和凈化機制進行了研究。1991年巴迪發(fā)表《作為分形的城市模擬生長與形態(tài)》一文，標志著分形城市概念的萌芽。國內(nèi)關于分形城市的研究的標志是1992年李后強、艾南山發(fā)表的《具有黃金分割特征和分形性質(zhì)的市場網(wǎng)絡》。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：當我們走進某個城市扇形區(qū)時，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，當我們走進以工商業(yè)用地為主的街區(qū)，大致相當于之前的街道的時候，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)過簡化，可以明顯的反應在城市道路系統(tǒng)的分形變化之中。城市道路網(wǎng)其實就像一片樹葉，樹葉的葉脈在大尺度上的關系是按照各自方向孤立伸展，并無聯(lián)系，但是到了更小一級的細小樹葉結(jié)構葉筋上，發(fā)現(xiàn)各個臨近的葉脈通過錯綜復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

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，住宅密集并且等級森嚴，不同地區(qū)的城市有著各自特點。

1.歐洲古代分形城市特征

歐洲城市可以分為三次迭代構成：道路、建筑、廣場。并且建筑多以單體為主，廣場為城市的中心。以小馬路、林蔭大道與大街構成道路網(wǎng)，用廣場，寬闊馬路、紀念碑，教堂作為公共空間，同時由此產(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，形成極強的適應性，這種多元分化的次序能接受不規(guī)則的城市結(jié)構形式，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，整個就是一個小的建筑群，建筑由游廊相互連接，并且分割成多個主次庭院空間，庭院空間內(nèi)又有小徑連接相對的建筑。中國古代城市以“里坊制”為標準發(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。每個小方形都是一個類似以墻分隔的四合院圍合空間，整個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的相似性。通過對這些圍合空間的分解，可以得到中國古代分形城市的三個概念：圍護、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)代主義的城市建設以摧毀傳統(tǒng)城市結(jié)構，改以大尺度建筑來代替城市局部形態(tài)的方法。它把人類活動簡單的分為四大功能：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。導致了已建空間的同化。例如勒·柯布西耶在《明日之城市》的前言中強調(diào)：“一個城市，它代表人類能夠掌控自然，它是人類針對自然的活動”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，整個城市缺失層級上的互補。這種柯布西耶利用“幾何基礎”進行城市設計，排除了民眾還有世界上無限多樣的文化特征是城市基礎來源的重要性。在現(xiàn)代主義這種機械的宣揚中，首當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雜的人性化功能特征被簡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單的體現(xiàn)在對人性尺度的尊重與關注與城市道路的連接性上。現(xiàn)代城市由于關注于空洞、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)代城過度關注對幾何學角度，未能像古代城市那樣創(chuàng)建城市不同組件之間的聯(lián)系預計城市與人之間的聯(lián)系。中世紀歐洲與古代中國分形城市主要以人類活動為中心來思考，它們的連接性遠遠豐富與現(xiàn)代城市。

通過對古代分形城市的剖析，可以把城市網(wǎng)絡分化成三個要素：節(jié)點、連接、層級。節(jié)點：是人類活動的場所，例如公園、廣場、教堂、商店等。節(jié)點分布于城市的各個地段。連接：它是節(jié)點之間相互關系的紐帶，連接至發(fā)生在互補的節(jié)點之間，而非相似節(jié)點之間。從而區(qū)分出城市網(wǎng)絡的層次。層級：合理的城市網(wǎng)絡是通過不同規(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識了人與自然的聯(lián)系，現(xiàn)代城市強調(diào)對自然的征服與對機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)——關于可持續(xù)城市化的研究[M].中國建筑工業(yè)出版社.2012.9

[2]黃勇.城市空間形態(tài)的分形研究[D].蘭州大學碩士學位論文.2006.5[3]陳彥光.分形系統(tǒng)的空間復雜性研究[D].北京大學博士學位論文.2004.6作者簡介：