基于協同論的城市綠地系統布局調適
——以上海市為例

李 濤

2019年4月，住房和城鄉建設部發布了關于綠地規劃的首項國家標準《城市綠地規劃標準》(GB/T 51346—2019)(以下簡稱《綠規》)[1]。《綠規》是針對綠地規劃的標準，城市綠地系統規劃作為其中重要的一項內容，其主要特征是以系統性、全域性視角納入城市空間用地規劃。面對耦合“生態-經濟-社會”因素的城市綠地系統演化不協調等問題，亟待城市綠地系統規劃做出耦合性、協同性應對[2]。

“山水林田湖草是生命共同體”的重要論斷不僅彰顯尊重生命的生態價值觀，還蘊含萬化協同的生態審美觀[3]。協同論為研究復雜系統的耦合協同關系提供了理論和技術支撐，引入協同論量化研究城市綠地系統演化進程中的耦合協同作用關系，“從系統工程和全局角度”為優化調適城市綠地系統結構布局提供科學依據，并能為在規劃實踐中推動城市綠地系統與社會經濟發展的可持續共生做出針對性探討。

1 協同論概念與進展

協同論(Synergy Theory)是1971年著名德國物理學家哈肯基于系統論、信息論、耗散結構論等，采用系統動力學綜合思維模式提出的自組織理論概念[4-5]，研究的是多元系統間相互作用及其變化規律的學科[6]。協同度又稱協調度、耦合協同度，描述的是系統或要素彼此協調、和諧一致的大小程度[7]。

國內相關研究通常是在空間規劃領域進行定性探討，而定量研究較少，研究可分為2類。1)綠地空間耦合：集中在綠地空間與城市系統的結構性、骨架性、功能性空間要素耦合[8-9]，區域綠地耦合空間規劃轉型[10]，以及運用耦合理論測度綠地公平績效[11]和植物多樣性[12]等方面。2)綠地空間協同：集中在綠地單功能與系統協同規劃[13-14]、多功能與系統協同規劃[15]，以及綠地系統功能的協同評價[16]等方面。

國外相關研究則主要集中在小尺度的綠地規劃與管理領域，定量研究較為成熟，但缺少宏觀視野，研究可分為2類。1)規劃過程協同：通過“過渡城郊”、農林復合等方式協同整合綠色開放空間[17-18]，通過參數建模測度綠色開放空間的生態服務潛力[19-20]，利于創建小尺度綠地空間類型范式[21]。2)管理調控協同：政府主導、社會自治、公眾參與的協同管理促成綠色開放空間協同發展[22-23]，公共部門、私營部門和公眾談判產生新型混合式綠色開放空間[24]。

2 基于增長協同度的背景分析

2.1 研究方法：增長協同度

中國城市綠地建設處于重要轉型時期，以整體疆域-四大地區①-31個省(市)3級空間為研究樣本，通過計算建成區綠地率、人均公園綠地面積2項指標的增長協同度，探討各省(市)綠地增長的演變規律和區域差異，對統籌城市綠地建設和城鄉一體化發展具有重要意義。

2.1.1 綠地年均遞增速度

借鑒綠地協同度的定量研究成果[25]，計算公式如下：

式中，Si(i＝1，2)為2項指標的年均遞增速度；Xe、Xb分別為研究末期和初期的綠地指標數據；te、tb分別為研究時段的末期和初期。

2.1.2 綠地增長協同度模型

引入地理數據空間研究領域廣泛應用的協同度量化模型[26]，協同度C的計算公式如下：

根據協同度指數高低，以及建成區綠地率和人均公園綠地面積之間的比例關系，將C值劃分為4種類型[25]。

2.1.3 數據來源

為提高數據的覆蓋性、精準性、可信度，選取能查閱到的最長時間跨度的且具有統一統計口徑的數據。通過住房和城鄉建設部官網發布的2002、2006、2010、2014、2018年城鄉建設統計年鑒、城市建設統計年鑒，分別提取“建成區綠地率”“人均公園綠地面積”2項指標數據，判斷2002—2006、2006—2010、2010—2014、2014—2018年4個時期3級空間的綠地增長協同度[式(1)、(2)]，再通過這4個時期的S1均值、S2均值計算2002—2018年的綠地增長協同度均值。

2.2 中國綠地增長協同度演化特征

2.2.1 整體而言不協同

2002—2018年，整體而言我國綠地增長協同度均值為1.286，屬于不協同類型(圖1)。其中：1)S1、S2均逐步放緩，均降為原來的近1/7，說明我國正處于城鎮化快速發展階段，然而綠地發展卻相對滯后；2)S2高于S1，目前二者的差距逐步縮小，隨著新版《城市綠地分類標準》(CJJ/T 85—2017)和《綠規》對區域綠地的重視，可以預見未來這2項指標的差距會逐步加大；3)前3個研究時期協同度持續走低，但在第四個研究時期協同度呈現出優化趨勢。

圖1 2002—2018年我國綠地年均增速和協同度演變

2.2.2 四大地區間差異較小

2002—2018年我國四大地區綠地增長協同度為：中部＞西部＞東部＞東北，中部、西部表現為相對不協同，東部、東北表現為不協同。研究發現：1)中部地區S2均值是S1均值的2倍多，協同度排名普遍靠前，唯有湖北不協同且S1偏低；2)東部在協同度后10名中占4個，只有天津、上海2個市是協同類型，但上海是在低增速下協同；3)東北地區S1均值普遍較低且S2均值不高，協同度排名均靠后，建成區綠地率一直低增速發展。

2.2.3 省(市)之間差異明顯

通過對31個省(市)4個時期的綠地增長協同度研究發現：1)2002—2018年呈現協同、相對協同、相對不協同、不協同的省(市)個數分別為3、4、11、13，表明我國大部分省(市)指標的協同度有待提升；2)4個時期出現協同度負值的省(市)個數分別為2、2、0、4，表明指標不協同有泛域化的趨勢；3)在呈現協同類型的3個省(市)中，上海市2006—2010年指標出現負增速發展，建成區綠地率、人均公園綠地面積分別由35.39%、7.33m2/人降為33.6%、6.97m2/人，特別是人均公園綠地面積始終處于低水平狀態(圖2)。

圖2 2002—2018年我國31個省(市)綠地增長協同度

3 案例選取原因

如上結論局限于建成區綠地、人均公園綠地的增長性數據比較，尚未充分說明綠地系統實際功效的協同性、均衡性服務水平。因此，有必要引入測度系統功效水平的耦合協同度量化模型，以進一步明晰系統內外部功效的耦合協同作用關聯，進而有針對性地優化調適城市綠地系統結構布局。選取上海市作為典型案例的原因在于：1)鑒于上海市綠地增速低且某段時期負增速發展的研究背景，極有必要對其城市綠地系統功效進行耦合協同度研究；2)在《綠規》頒布實施背景下，以用地矛盾突出的高密度超大城市上海作為研究對象，探討其城市綠地系統布局方法具有一定的代表意義和借鑒價值。

4 基于耦合協同度的布局調適

4.1 指標體系：內源驅動力和外源影響力

綠地系統耦合協同度量化模型的指標體系構建從2個維度展開[27]：1)綠地系統內部主導功能的內源驅動力維度，為便于量化測算并統籌于系統視角，參照新版《城市綠地分類標準》(CJJ/T 85—2017)整合為4類綠地[28](表1)，即游憩型綠地、防護型綠地、生態型綠地和生產型綠地；2)綠地系統外部作用的外源影響力維度，分為綠地系統、資源環境系統和社會經濟系統3類。

表1 便于量化測算的綠地名稱整合

4.2 研究方法：耦合協同度

4.2.1 耦合度量化模型

在參考學者構建美麗鄉村綠地多功能耦合[29]、城鎮化與土地財政耦合[30]基礎上，選取耦合度模型：

式中，C為耦合度；fn(x)為第n個系統的功效函數。

4.2.2 協同度量化模型

引入測度系統間交互耦合協同作用的協同度量化模型，根據相關研究[31-32]選取計算公式：

式中，D為協同度；α、β，…，λ為待定權數，參照文獻為權數賦值[27]，并將D值劃分為9種類型[33]。

4.3 綠地系統布局的時間分異及協同調適

4.3.1 時間分異

1)“內協”：協同度值波動下降。

結合田野調查數據、GIS地圖數據，以及《上海市基本生態網絡規劃》(2012年)和《上海市城市總體規劃(2017—2035年)》(以下簡稱《總規》)中市域用地現狀圖中的綠地規模變化，運用AHP法[34]測算出上海市4類綠地子系統的指標權重，參照綠地規模及其服務半徑為4類綠地子系統功效賦分，進行數據歸一化處理及滿意一致性檢驗，通過耦合度和協同度模型[式(3)、(4)]計算出2006—2015年綠地系統內源驅動力的耦合度和協同度值。

研究發現：綠地子系統功效處于極不協同狀態，且在波動中走低(協同度值分別為0.242、0.236、0.240、0.222)。主要原因在于生態型綠地破碎化程度越來越高，其功效分值明顯變低，而隨著近年來郊野公園的耦合擴增使得游憩型綠地功效分值變高，增加了整個綠地系統功效的不協同、不均衡性。

2)“外協”：協同度值緩步上升。

提取《上海統計年鑒》中2006、2009、2012、2015年資源環境系統、社會經濟系統中的各項指標數據，運用熵權法[35]計算出各指標客觀權重，結合“內協”已有的綠地系統功效值，通過耦合度和協同度模型[式(3)、(4)]計算2006—2015年綠地系統外源影響力的耦合度和協同度值。

研究發現：協同度在低度失調狀態中緩步提升(協同度值分別為0.455、0.492、0.525、0.516)，表明研究時期內綠地系統功效與社會經濟功效、資源環境功效之間雖難以達到高度協同，但同步性正在提高，綠地生態的綜合功效正逐步追趕社會經濟的發展步幅。

4.3.2 協同調適方法

根據協同度時間分異研究結論，提出上海城市綠地系統協同優化策略和布局調適方法(表2)，并在協同復合型綠地分類、分級框架下進行協同復合型布局調適，調適過程具有2個層次的協同：1)結合《總規》中的干線道路系統規劃、生態空間規劃等多協同因子，以城市建設用地外的游憩型綠地和生態型綠地為重心協同構建綠地系統空間結構布局；2)采用《總規》中1個主城區-5個新城-2個新市鎮的城鎮劃分方式，通過對協同復合型綠地要素全面分類分級細化，進行主城區尺度、市域尺度、城市尺度的綠地系統協同優化與布局調適。

表2 上海城市綠地系統協同優化策略及布局調適方法

1)主城區綠地系統布局調適。

根據《綠規》[1]4.3.1條文要求，城區綠地系統規劃逐步由“增量綠地”轉向城區內部的“存量綠地”，依托現有城市空間優化綠地系統結構布局(圖3)：(1)完善城市公園-地區公園-社區公園3級公園體系；(2)構建景觀型步道、文化型步道、休閑步道、生態步道等游憩綠道網絡；(3)錨固外環綠帶、近郊綠環防護格局。

圖3 主城區綠地系統結構優化與布局調適

2)市域綠地系統布局調適。

根據《綠規》[1]4.2.1條文要求，市域綠地系統規劃的工作范疇是構建兼有生態保育、風景游憩和安全防護功能的綠地生態網絡，優化提升“多層次、成網絡、功能復合的生態空間體系”(圖4)：(1)完善游憩節點、綠廊、綠區構成的風景游憩綠地體系；(2)通過濱海岸線和骨干河道的生態廊道構建區域游憩綠道網絡；(3)建構貫通江河湖海的區域性生態走廊。

圖4 市域綠地系統結構優化與布局調適

3)城市綠地系統整合布局調適。

統籌主城區綠地系統和市域綠地系統結構優化與布局調適方案，建構城市綠地系統“三環九廊”的綠色生態空間格局(圖5)。(1)完善三環城鄉公園體系：第一道綠隔城市公園環，通過外環綠道串聯完善周邊大型城市公園；第二道綠隔區域公園環，通過近郊綠環楔形綠地串聯周邊公園；第三道綠隔郊野公園環，建設30處以上大型郊野公園體系。(2)打通9條生態廊道：通過對接區域綠地，形成主城區連通東海、長江、淀山湖、太湖的9條大型生態廊道。

圖5 城市綠地系統整合結構優化與布局調適

4.3.3 方案協同度評價

運用AHP法測度2015—2020年上海市綠地系統內源驅動力的協同度，發現其均值增長至0.332，表明優化調適策略及方案一定程度上改良了綠地系統綜合功效的耦合影響及協同性能。雖未達到城市綠地系統的高度協同有序發展，但綠地功能與游憩功能耦合，防護型、生態型綠地內部連通的調適路徑，能緩步增加游憩型綠地、降低綠地破碎化程度，從而逐步提升城市綠地系統內源驅動力之間的協同性能。

5 結語

開展城市綠地系統的協同研究是深入探討綠地增長時空差異、綠地系統功效時空分異的重要方法，也是指導城市綠地系統規劃發展的重要措施。本文從“生命共同體”的生命觀、系統觀、協同觀視角，基于協同論的增長協同度量化模型和耦合協同度量化模型，分別研究我國綠地增長協同度演化特征和上海城市綠地系統布局調適方法，得到結論如下。1)綠地增長協同度：整體而言不協同，四大地區間差異較小，省(市)之間差異明顯，上海市綠地增速低。2)綠地系統耦合協同度：內源驅動力協同度值波動下降，外源影響力協同度值緩步上升。并在《綠規》指引下從主城區尺度、市域尺度、城市尺度進行了綠地系統的功能、結構、布局調適，以促進綠地系統與資源環境、社會經濟耦合協同的可持續發展。

綠色生態協同發展問題作為當今時代急需破解的新課題，在城市綠地系統協同度研究時，如何補充完善缺失的部分綠地數據，優選綠地系統功效衡量指標，盡量精準化指標權重，深入剖析綠地系統功效服務水平與耦合協同發展度關系，探討新形勢下城市綠地系統演化耦合協同作用機制等問題，有待進一步研究。

注：文中圖片均由作者繪制。

注釋：

① 四大地區的劃分參照《中國城市建設統計年鑒2018》城市統計分組的分類方式，將全國劃為東部、中部、西部、東北四大地區。