城市設計視角下空間肌理形態控制的方法探索

陳 石 | Chen Shi

袁敬誠 | Yuan Jingcheng

張伶伶 | Zhang Lingling

我國城鎮化已邁入高質發展階段，城市建設重心逐漸由土地規模擴張轉變為空間品質提升，城市建設越發關注城鎮空間形態的整體秩序與地域特色。審視當前我國城市空間形態的發展現狀，普遍存在地域特色淡化、區域特征模糊、要素控制失序等問題。反思快速城鎮化階段城市空間形態管控過程，傳統的規劃控制缺乏對城市空間肌理形態的系統引導與精細管控，尚未實現與城市設計研究實踐的有機融合。因此，如何以更為全面的視角，結合創新設計技術的應用，提高城市空間肌理形態控制的精確性與科學性，將成為各層次城市設計空間形態研究的新任務。本文立足新時期城市空間發展現實需求，探索城市設計過程中空間肌理形態控制的優化方法，提出通過類型控制、參數控制和量效控制過程，以期強化城市設計空間形態控制過程的整體性與有效性。

1 研究背景

1.1 城市設計的時代價值

2020年末，我國城鎮數量增至679個，全國城區面積達20.06萬km2①，城市空間在建設規模、功能布局、空間組織、運行效率等方面均取得了長足進步。然而，在國際化與全球化思潮的推動下，城市空間普遍出現地域風貌特色模糊與發展過程失序的現實問題。對此，城市設計工作的目標與角色隨之發生著時代性轉變。首先，在國土空間規劃體系的引領下，城市的用地規模與空間格局將逐漸趨于穩定狀態，城市設計的重心將側重于城市開發邊界內空間形態的引導與管控；第二，《城市設計管理辦法》明確了新時期城市設計的核心任務，強調“通過城市設計，從整體平面和立體空間上統籌城市建筑布局、協調城市風貌，體現地域特征、民族特色和時代風貌。”②；第三，從“尊重城市發展規律”、堅持“以人為本”的角度，城市設計更需關注城市本底空間中群體要素的組合形態與構成關系，以“區域整體性”的視角展開城市空間形態的控制研究，全面提升城市人居環境品質，塑造具有地域特色的人居空間。因此，如何在城市設計全過程對空間肌理形態進行有效控制，將成為城市設計空間形態控制體系優化的重要議題。

1.2 空間肌理的角色界定

空間肌理是“城市空間肌理”一詞的簡稱，是指在一定視野范圍內，呈現重復性與秩序性的表面形態特征的城市空間要素群體集合，代表著一定區域范圍內各類空間要素構成的基本規律與共性特征。從形態維度上，空間肌理強調物質表面元素呈現規律性的重復與變化，并隨著觀察視野的改變體現不同特征的構成單元與組織秩序，具有重復性、秩序性與層次性特征；在價值維度上，空間肌理是人類文明發展的重要見證，關注空間設計基本美學原則及人與自然的和諧之美，體現不同地理環境和人文背景下的空間個性，反映城市空間構成的內在機制與共性規律，具有文化性、地域性與科學性價值；在時空維度上，空間肌理是人類城市生活在物質空間上的沉淀與凝練，伴隨城市空間發展緩慢形成，在城市空間擴張與更新的沖突中逐漸趨于融合，具有動態性、穩定性和拼貼性屬性。

1.3 形態控制的實踐基礎

在我國目前的法定規劃控制體系下，城市空間形態的控制是以規劃控制的方式，通過控制性詳細規劃過程展開的。在當前的規劃控制實踐中，城市空間形態的控制在強度與精度上均有不足，特別是對于群體空間要素構成的整體形態缺少足夠的關注，城市設計工作尚未發揮其在空間形態研究中的優勢與特點。在國外的形態控制實踐中，普遍強調以城市設計為載體，通過多種途徑與形式對空間形態要素進行控制。英國的規劃和城市設計是與其審批制度高度融合在一體的，采用的是個案判例式，通過專業的審批專員對空間開發個案進行判斷；日本的城市設計方法是依據國情、本土實際來制定城市設計準則，準則內容采用標準參量式，具有可操作性強的特征；美國城市設計控制政策是以設計審查制度為核心，以設計導則為方向與依據，以區劃法為依托制定控制政策，一些城市通過制定《形態設計準則》強化空間形態的控制與引導。

2 空間肌理形態控制的優化過程

2.1 延續與轉變

在新的時代背景與需求的引導下，城市設計過程對空間肌理的形態控制需要在外在形式與內在機制上進行優化與升級。首先，在主體價值觀念上，城市建設者應重視“非結構性”空間形態在城市開發建設過程中的價值：城市本底空間肌理形態不僅自身體現區域空間共性特征與規律，同時也可襯托結構性空間的識別性與辨識度，有助于城市整體空間地域形態特征的呈現。其次，在客觀管控機制上，建立城市設計空間形態導控體系，針對空間肌理形態進行全域性的精細控制：一是結合法定空間規劃體系，在規劃編制、審批與管控過程中強化城市設計形態控制的作用；二是在各層次城市設計過程中，完善空間肌理形態控制的內容橫向展開與縱向傳遞。

2.2 拓展與深化

從橫向拓展角度，城市設計空間肌理的形態控制，應從傳統規劃控制中的二維平面控制擴展至空間視野下的三維形態控制；從關注“單元個體”轉變為關注“區域群體”。從縱向深化角度，形態的控制應探索多樣化的控制形式，加強空間形態的定量控制；利用數字信息技術引導形態控制由主觀經驗向客觀規律的跨越。對此，本文結合團隊近年相關研究成果和項目實踐經驗，提出空間肌理形態控制的三個優化層次（圖1），一是結合城市形態與建筑類型學理論，加強空間形態的類型控制；二是從數字化定量研究角度，完善空間形態的參數控制；三是通過動態聯動的計算模擬技術應用，實現空間形態的量效控制。

圖1 空間形態控制優化的三個層次

3 空間形態的類型控制

為了應對規劃過程對空間肌理控制的扁平化問題，城市設計形態控制優化的第一個層面即是通過從定性到定形的類型控制方法，從群體空間三維形態特征出發，強調城市空間形態地域特征的表達。

3.1 形體化：強調三維視角

早在康澤恩學派進行城鎮平面格局的研究開始，城市的街道、地塊與建筑物即被視作城市形態構成的三種基本要素。從城市設計視角，空間肌理的構成要素包括由“線”到“網”的道路網絡要素、由“面”成“片”的街廓地塊要素以及由“體”到“陣”的建筑群體要素。在目前的規劃控制中，對于道路、地塊的平面要素已存在定性與定量的形態控制，而對于建筑體量、開敞空間、街道空間等三維要素則相對缺失。形體化的類型控制強調從二維平面向三維空間轉化（圖2），針對建筑形體、屋頂形式、群體圍合方式、豎向組合形式、高度銜接關系等提出類型控制要求，描述建筑、街道、院落等空間形體特征，傳遞各類要素在垂直軸向上的形態信息。

圖2 城市片區空間形態的形體化特征

3.2 群體化：聚焦空間肌理

群體化形態控制強調對城市空間肌理的整體性把控。如果說建筑單體控制體現城市建設水平的峰值，那么對于空間肌理形態的控制則決定了城市人居品質的基準線，反映城市規劃與管理過程對于民眾生活環境的重視程度。

從區域建筑學視角，形態控制過程應重新認識空間肌理要素的重要性，通過控制視域的放大，從區域整體視角對空間形態特征進行控制。首先，在城市總體規劃及相關專題規劃基礎上，解析總體城市設計空間形態設計方案，識別結構性與肌理性的形態控制區域；其后，在城市片區尺度下，分析區域空間群體要素構成的形態特征，制定類型化的空間肌理形態設計準則（圖3）；最后，將空間肌理控制要點分解轉化，向下傳遞至地塊單元控制導則。

圖3 空間肌理形態的類型控制

3.3 地域化：挖掘原型特征

以土地開發為核心的規劃控制，保證了土地資源開發利用的公平與公正，卻無法顧及城市空間形態的地域個性塑造。因此，地域化的類型控制將是緩解城市空間特色淡化與風貌趨同的可行路徑之一。

空間肌理的地域類型源于對本地空間要素“原型”的識別與認知。地域“原型”的提取需要汲取本地漫長建設實踐中積累的民間智慧，通過“提取—拆解—提煉—重組”的過程，提出兼顧地域特色與時代需求的空間肌理類型（圖4）。在現代城市發展背景下，地域原型的挖掘與利用是“批判性”的：一是以“現實”眼光探尋城市地域性的典型肌理類型，適用于舊城空間的有機更新的控制過程；二是以“歷史”眼光發現傳統空間“原型”新的價值與表達形式，適用于歷史風貌區保護與更新的控制過程；三是以“發展”眼光解析原型要素，重構適應時代需求的空間肌理模式，適用于新區增量空間的開發建設過程。

圖4 基于原型重組過程的地域化類型控制

4 空間形態的參數控制

在現代數字信息技術發展背景下，“大數據”與“數字孿生”技術在城市空間研究領域的廣泛應用，為空間形態研究開拓了新的研究視野。空間肌理形態控制優化的第二個層面是將形態類型進行參數轉化，提出定量化的形態特征轉譯方法，探索編碼化的數字交互語言規則，通過值域化的參數設定平衡控規的精度與彈性。

4.1 定量化：描述數字特征

參數控制的基礎是通過定量的形態參數表達定性的形態特征。目前，控規中已包含了對開發規模和平面要素的定量控制內容，如道路的寬度、密度，地塊的面積、容積率，以及建筑的極限高度、建筑密度等，而對空間肌理三維特征的定量描述則是缺乏的。

在項目組對建筑肌理形態的定量控制研究中，分別選取了建筑元素參數（15項）與構成參數（14項），描述建筑肌理形態的整體形態特征（表1）。首先，通過抽象提取建筑肌理中各建筑單體形態與群體組合形式，從平面形態、體型形態、群體形態三個方面對建筑元素形態進行參數轉譯；其后，通過數理統計計算與空間分析獲得建筑肌理的構成參數，包括平均數量、組合形式及類型分布三個類別。

表1 建筑肌理形態控制中的主要形態參數

建筑肌理形態參數的提取與計算，是基于建筑群體空間單元（簇）類型化的研究展開的。為了精確表達不同類型的建筑肌理的形態特征，形態參數的提取數量與結果或有不同。對此，可通過聚類分析和敏感性分析等研究過程，篩選特定空間類型的關鍵形態參數，作為形態控制中核心的參數控制內容。

4.2 編碼化：對接數據交互

以空間形態定量化轉譯為基礎，參數控制制定以形態參數為“文字”的量值表述“語言”規則，實現形態參數數據在不同軟件間的有效傳遞，作為圖形、符號及文字表達形式的重要補充。在空間設計實踐中，空間形態參數通常以“列表”的形式，傳達空間形態控制的核心特征；而在空間形態定量分析研究過程中，可制定“編碼”形式的參數表達規則，以計算機語言介入空間數字模擬與計算分析，提高綜合研究中數據交互的效率，適應空間形態定量研究中對計算化、自動化與智能化的研究需求。

例如，在項目組對寒地城市肌理的形態參數研究中，設定了“結構—要素—參數”分層嵌套的編碼規則：結構層以“樣本編號：/道路要素層//地塊要素層//建筑要素層/”為主干架構；要素層設定“構成參數（主導元素01＜元素參數＞主導元素02＜元素參數＞）”表述規則；參數層以“參數代碼+數值”組成編碼數列。編碼形式以字符串的形式表述圖形信息（圖5），便于計算機編程語言調用和大量數據存儲、對比及計算，為后續城市空間形態數字化研究提供便捷的交互方式。

圖5 基于形態參數的城市空間形態編碼形式表達過程

4.3 值域化：設定彈性調控

參數控制的值域化是空間肌理定量控制的高階形式。定量控制并非“定值”控制，亦可通過對設定參數的“取值范圍”預留彈性控制空間。特別是在若干參數組合的協同控制時，定值控制體現“底線”思維，而值域控制則為“擇優”創造可能性。從規劃管理角度，彈性控制機制通常對重要的空間區域或節點施行相對嚴格的剛性控制，而對于一般區域則采用相對寬松的控制要求。然而，從形態控制角度，這種彈性控制機制束縛了重點區域形態設計的調整優化的空間，同時也放任了一般區域空間形態的隨機分化，間接弱化了區域空間整體形態秩序與特征。

值域化的參數控制為空間肌理施行彈性控制提供了一種新思路。在全域覆蓋的形態控制體系下，對城市設計重點地區與一般地區采用相同參數不同閾值的方式，進行分級彈性控制。對重點地區選取相對廣域的參數值域，參數控制的靈活性較強，為標志性、節點性區域及建筑的深化設計預留調整空間；對一般地區則制定相對窄域的參數值域，以約束性較強的參數控制引導區域整體形態的秩序統一。

5 空間形態的量效控制

城市空間領域中的量效關系研究，是指通過對空間“計量”與“績效”的數據分析，反映空間形態與空間作用效果之間互動關系的研究過程。為了提高空間形態控制的科學性與客觀性，形態控制優化的第三個層次即是在空間分析技術的支持下，加強基于量效關系研究的控制過程，為特定目標下空間肌理的形態控制設定提供依據。

5.1 集成化：構建數形模型

空間肌理形態的量效關系研究，是以構建集成化的空間肌理分析模型為基礎，是參數模型、形態模型與計算模型集合體。首先，根據空間肌理構成的基本邏輯，建立以設計參數為變量的參數化矢量模型；其后，對參數建模生成的形態模型進行形態參數轉譯，形成“參數—形態—參數”的數形互譯；最后，在參數模型基礎上加載相關規劃控制指標的計算模型，實現形態參數與控制指標的快速計算。

在項目組對空間肌理形態的研究中，選擇在Rhino+Grasshopper（GH）平臺上搭建參數模型（圖6）。研究從空間肌理基本類型特征與構成關系出發，通過邏輯建模過程構建了參數化的空間肌理簡化模型，并在模型輸出端加載了總建筑面積、容積率、建筑密度、建筑高度等指標的。隨著輸入設計參數的改變，參數化模型可在保持類型特征的基礎上，生成相應的形態模型和完整的形態參數數據，并可直接獲取更新后的規劃指標控制。

圖6 在GH平臺下建立的數形互譯的參數化聯動模型

5.2 聯動化：重建多維關聯

從區域關聯角度，空間形態的構成與各類城市要素存在廣泛的潛在聯系，既包括有形的物質要素，也包括無形的行為、觀念、文化等非物質要素。量效控制的關鍵在于將空間肌理形態與多維度屬性要素進行關聯，通過聯動數據計算與分析模擬過程，反向推導肌理形態控制的原則與要點。

多維度的聯動分析是對數形模型的拓展與應用。一是將輸出參數從多個方向向外延伸，在接入屬性數據后，數據聯動的范圍可拓展至人口結構、經濟活力、環境容量、用地兼容、交通效率等多個維度的績效指標；二是對生成的形態模型進行計算模擬分析，推演空間形態對環境和人的影響。例如項目組在北京冬奧會運動員村項目研究中，建立了院落式空間肌理的參數模型，進行了外部空間聲、光、熱及風環境影響的聯動分析（圖7）。通過形態參數與空間物理環境效果數據的量效關系分析，對比了單目標與多目標下關鍵形態參數的變化規律，反演出地域適宜性的數形控制要求。

圖7 量效聯動的控制過程

5.3 情境化：嵌入選項模塊

量效控制過程可在城市空間發展的不同情境中發揮價值，根據空間區域的不同屬性與目標提出定制化的控制內容，組成選項式的控制模塊，嵌入控規形態導控體系之中。如在城市空間保護、更新與開發的不同發展情境下，規劃控制可各有側重地制定附加的形態控制模塊。

對于歷史風貌街區，形態控制以傳統空間特征保護為導向，通過對傳統空間地域原型特征的提取與轉譯，制定核心區與緩沖區的控制要求，組成地域性的形態控制模塊；對于舊城更新片區，形態控制以疏解空間矛盾為導向，通過現狀空間數據的采集測算，評估空間形態有機更新的潛力與目標，提出分期分級的形態控制要求，形成可比對的過程式控制模塊；對于新城增量空間，形態控制以發展需求為導向，通過多目標耦合的量效分析過程，提出最優化的形態控制要求，作為增量空間開發控制的前置模塊。

結語

在新思維、新技術與多學科、多主體的交流碰撞下，城市設計空間形態控制體系正處于優化升級的關鍵窗口期。本文以提出從類型控制、參數控制及量效控制三個層次，補充與完善城市空間肌理形態的控制內容、形式與機制，以期通過城市設計過程提升城市空間形態整體秩序與地域特色，施行全面、科學、系統的管控。同時，我國城市空間形態控制研究是年輕且富有生機的，對空間肌理要素的控制仍會不斷地嘗試突破與創新。在地域類型的提取、形態參數的挖掘與比選，量效聯動規律的總結上，將不斷出現新的角度與形式。本文對空間肌理形態控制方法的探索，可為全過程的城市設計形態研究與實踐提供借鑒，作為法定城市空間管控體系的有力補充。

資料來源：

圖3：天作建筑，遼東灣新區規劃設計；

圖4：天作建筑，融創漫山小鎮項目；

圖7：北京冬奧會運動員村項目研究；

文中其余圖表均為作者自繪。

注釋

①住房和城鄉建設部，2019年城鄉建設統計年鑒。2020。

② 住房城鄉建設部，《城市設計管理辦法》，2017年3月14日。