形式語法作為中國傳統城市格局秩序的描述方法

文／柯國新 上海霍普建筑設計股份有限公司 副總監

1 背景

城市是人類活動的產物和物質載體，反映在政治、社會結構、經濟等多個方面。可以說，人類文明的范圍是在城市中濃縮的。作為一種受不同因素影響的物質形態，城市格局和空間結構趨于多樣和復雜。同時，這些差異使城市得到認可和區分。城市的模式是聚落形式的不同功能和元素在空間上的分布和混合方式[1]。不同的城市可能通過不同的機制組織不同的城市模式來表現不同的物理空間和形象，而其他一些城市則不然。在喜歡生物新陳代謝的城市里，拆除和更新總是輪流進行。城市形態和結構是時間的沉淀。歷史名城有能力在不失去基本結構的情況下吸收連續的變化。本文關注中國傳統城市的街道格局和街道布局。簡·雅各布斯認為街道是城市的命脈，而不僅僅是交通通道；隨后，克里斯托弗·亞歷山大（Christopher Alexander）將街道視為多功能城市“模式”[2]。

2 中國歷史城區現狀

晚清以來，西方規劃理論和思想進入中國，并在城市規劃中得到應用。在過去的幾十年里，中國城市的空間結構和城市結構發生了廣泛的變化，尤其是傳統的城市區域。自1978 年改革開放以來，中國城市經歷了巨大的增長和轉型，被稱為城市化。所創造的東西似乎與中國的傳統城市模式大不相同。城市化雖然為經濟發展和人口增長提供了一個反饋機會，但卻引發了巨大的爭議、城市邊緣無序擴張、歷史城市結構的破壞、難以辨認的街道空間、城市熱島效應等。

如今，城市規劃設計在控制和引導城市形態方面發揮著重要作用。城市規劃設計為城市的順利運行提出了城市規范、功能布局和建筑數量。正如聯合國人居署強調的那樣，良好的城市規劃和設計應該建立最小的公共空間，優化街道連接。然而，現代規劃的城市環境似乎通常比傳統的“計劃外”環境更糟糕。作為對現代主義的回應，可持續發展和新傳統都市主義等運動已經取代了“汽車時代”的修辭；緊湊、密集、混合使用的社區重新流行起來，新一代的傳統風格建筑和街道模式可供選擇。目前，歷史街區的保護與復興已引起越來越多的關注。根據報告，中國歷史名城擁有豐富的文化遺產和非物質文化遺產（聯合國人居署工作文件草案，2011 年1 月）。然而，中國的許多城市地區被批評為單調和缺乏地方性。新城建設與舊城保護處于不平衡狀態，具有不同的內在空間和物理特征。

3 城市相關研究

人類文明的發展始終伴隨著人類住區的演變。城市作為一種高端產品，呈現出一個復雜的系統，與城鎮、村莊相比，自然受到廣泛關注。不同領域的學者從不同的角度和方法對城市形態進行了研究。城市形態由O Schluter 于1899 年提出，通過歷史地理學的方法，強調了城鎮規劃分析，并定義了構成要素和時間演變[3]。與此同時，一些研究人員將重點放在類型學上，總結了建筑類型和開放空間。隨著計算機語言的興起，學者們探索了一些新的描述性和生成性語言，以揭示城市的內在機制。

4 形式語法作為一種方法

自20 世紀70 年代斯蒂尼和吉普斯將形式語法作為一種描述方法以來，它作為一種描述和生成方法在建筑學和城市研究中得到了廣泛的應用。形式語法是應用于形狀的一組正式規則，以生成一種設計語言，使規則的所需形式和功能可視化[4]。形式語法具有通過指定順序或邏輯操作形狀的巨大潛力。

首先，形式語法可以用作現有設計的分析語言。李亞伊分別于2001 年和2003 年試圖通過形式語法分析中國傳統木結構建筑的組織結構，并開發了一種生成著名建筑平面圖的參數形式語法。其次，形式語法也是一種設計語言（圖1），它已被用于視覺領域：繪畫和雕塑、工程和產品設計。如今，西方學者將形式語法作為揭示歐洲城市形態復雜性順序的方法，并將其作為解決城市設計問題的方法。起源于形式語法的城市語法已被用于編碼城市形式的生成。設計生成涉及將典型的城市設計操作編纂成形式語法規則的應用，以符合使用描述語法制定的城市計劃中規定的要求。

圖1 城市生成規則和城市規劃通過遞歸應用規則生成的可能解決方案示例（圖片來源：Jose,Urban Grammars:Towards Flexible Urban Design）

隨著計算機語言的興起，學者們探索了一些新的描述性和生成性語言，以揭示城市的內在機制。元胞自動機（CA）是用簡單的規則和程序模擬復雜的自組織結構和進化過程的有效方法。它試圖通過對每個細胞重復應用相同的規則來計算時間和空間中的物理形式。與形式語法一樣，CA 是一種組織某些特定模式的方法。它傾向于使用單一規則遞歸執行，而形式語法通常由一組規則組成。CA 方法的一個主要問題是，從幾乎無限的CA 規則空間中發現特定意圖的自生成規則超出了人類的能力。空間句法是B Hiller 提供的關于建筑、住區和城市的人類生活空間的定量描述。隨著社會活動和空間形態的結合，空間句法已經發展成為描述和研究城市不同空間秩序的模型和方法。整體不同空間要素之間的復雜關系是社會經濟活動的基礎，而不是獨立的空間要素。形式語法似乎接近于空間語法的概念。然而，語法生成器比形狀文法更簡單。此外，它們沒有形狀限制。

5 關于中國傳統城市的論文和理論

根據考古研究和條約，中國的城市規劃實踐始于3000 年前的周朝。在中國歷代王朝時期，城市規劃和建設規范受到文化和政治的獨特統治。中國傳統建筑形式和城市環境從根本上受到中國宇宙觀和社會等級制度的影響，這體現在著名的儒家、道教和風水學中。無論是中國的建筑規范還是規劃都充滿了地域特色。中國古代的城市規劃思想和理論主要有兩套。一個是《周禮·考工記》。它描述了建設首都的基本原則，塑造了中國大多數城市，尤其是首都。雖然中國很少有城市能完全符合《考工記》的要求，但在中國漫長的歷史中，《考工記》的規劃規則或多或少地體現在了很多城市的建造上，比如大都市。它反映了皇權和封建禮節。古代中國人認為地球是方的，天空是圓的。皇城位于市中心，呈九方形網格狀。

《管子》是另一個重要的描述，它倡導一種本土哲學，即城市建設應該依靠和利用自然條件，而不是封建社會的等級制度。它的思想與《考工記》截然不同。風水是規劃者定位城市的一個重要因素。中國南方地區的城市受到山川的影響。這些城市的輪廓通常是不規則的，道路也不正交。《管子》思想雖然不為古人所重視，但卻直接或間接地影響了許多城市，值得借鑒。由于規劃原則、方法和藝術配置規律，傳統建筑和城市得以持續發展。在保持中國建筑體系的獨立性和連續性的同時，它們擺脫了陳腐，帶來了新鮮[5]。無論是在住房體系、街巷體系還是城市結構體系中，我們都可以將城市區分開來，找到彼此相似的東西。

6 基于體系結構的語法描述

6.1 城市樣本

北京和南京都是著名的歷史名城。城市形態和結構或多或少地被遺留在傳統地區。北京是中國北方的典型城市。清代北京舊城采用了在元大都基礎上建立的明代城市模式。北京的傳統街區由宮城、皇城、都城和外城組成。這座皇城位于北京市中心，區塊的大小是按模塊規劃的，這些街區由胡同組成。北京建筑的基本形式是四合院，主要建筑朝南，通道也相應設計。南京是中國南方的典型城市。這座城市的形態深受山川的影響，傳統民居主要集中在南京南部，街道的走向通常與河流有關。南京的基本建筑形式雖是合院，與北京四合院截然不同。

本文從北京和南京選取了兩個樣本。北京的樣本是南鑼鼓巷遺址區（圖2）。南鑼鼓巷是北京最古老的文化遺產區之一。它建于七百年前的元朝，位于北京舊城北部，是北京最重要的居住區之一，有許多名人故居。隨著歷史的變遷，南鑼鼓巷仍保留著胡同街的結構和大量的傳統四合院。在這個示例中，地塊的大小和形狀更接近。地塊的南北向長度大于南北向長度。據《元史》記載，標準地塊面積為80 畝（用于測量土地面積的單位為1 畝≈666 平方米），街道形狀幾乎完好無損。本城市樣本中有三條等級街道，包括主要街道、橫向街道和次要街道。主要街道比橫向街道和次要街道寬得多，超級街區被主要街道包圍，不受交通干擾。橫向街道是平行的，大部分是南北向的。橫向街道的寬度在4 到8 米的范圍內相似。兩條相鄰且平行的橫向街道的中心線之間的距離約為75 米。這一數據對應于一項研究，即兩個相鄰胡同之間的距離為50 步（步也是古代測量土地長度的單位，1 步在元朝約為1.54 米）。次要街道大多是死胡同，與橫向街道正交。樣本的曲線圖似乎不規則，大小也不均勻。南北橫向街道和角落附近的地塊較小且密集。通常，地塊的深度和寬度與四合院的組織有關。北京四合院是一種典型的住宅模式，它的中心是一個四合院，兩側是房屋，通常每個家庭都有多層庭院（進）（圖3）。

圖2 樣本位置左：北京，右：南京（圖片來源：作者自繪）

圖3 左：北京，右：南京（圖片來源：作者自繪）

南京的樣本是南京舊城南部的南京老城南（圖2）。自明代以來，南京老城南作為住宅區、家庭經濟區和手工業作坊區，有著悠久的歷史。秦淮河流經這里，南京傳統街區的結構由道路網和水系組成。地塊的形狀和大小是多樣的。南京的街道分為四個等級，包括主要街道、橫向街道、次要街道和里巷，它比北京多了一條等級街，街道也不是東西或南北正交的。樣本地塊的長寬比大于北京。南京的傳統民居多為多層院落，高墻、豪宅。除了一層的建筑，還有多層的樓房，天井的形狀接近正方形，但具體布局靈活合理（圖3）。

6.2 北京和南京樣本的比較

根據之前的現狀，總結了北京和南京的抽象街道格局圖（圖4）。根據北京的樣本，街道的等級是明確的。街道以直角相交，主要道路和次要道路之間幾乎沒有十字路口。而在南京，街道根據自然因素向不同的方向發展，不同等級的街道通過T 或X 交叉口連接在一起。

圖4 北京和南京街道形態的抽象圖（圖片來源：作者自繪）

從樣本中可以看出，北京和南京的街區邊界與不同等級街道之間的關系不同（圖5）。北京的街區由主要街道和橫向街道定義，而南京的街區由次要街道定義，主要街道和橫向街道除外。

圖5 配置不同級別的街道圖，以及地塊、通道和街道樣本的空間關系圖（圖片來源：作者自繪）

根據具體的土地用途，地塊被細分為地塊。地塊和街道之間的關系對于彌合城市形態不同維度之間的差距非常重要。地塊入口是反映地塊與街道關系的重要標志。因此，根據Soso 地圖，繪制了北京地塊的入口。南京樣本的地塊訪問基于他人的院落類型研究和1936 年的南京地籍。

在樣本訪問映射的基礎上，本文使用軟點表示一個圖，用填充點表示該圖的訪問。將軟點和相關的填充點連接起來，我們可以發現不同等級街道的地塊的入口之間的關系不超過兩種。北京的街道有三個等級，而南京的街道有四個等級。人們由不同的路徑穿過主街進入地塊。根據三個層級和四個層級街道形態圖，通過排列組合，北京模式可以模擬出10 種道路，南京模式可以模擬出28 種道路。然而，就北京和南京的樣本而言，實際上存在的關系類型是有限的。根據樣本的空間關系圖，北京的地塊通常無法同時與主要街道和里巷連接，一個地塊通常不會同時連接兩條里巷車道（圖6）。

圖6 配置不同級別的街道圖，以及地塊、通道和街道樣本的空間關系圖（圖片來源：作者自繪）

庭院是中國城市結構中開放空間不可或缺的元素。同時，它在內部交通和連接內部與外部方面發揮著重要作用。關于庭院和街道之間的聯系，有兩個案例。一種情況是，庭院面向街道，沒有任何房屋；另一種情況是，人們需要穿過房子才能進入庭院和其他房屋。同一地塊內庭院與庭院之間的連接也是如此。本文試圖以北京和南京為樣本，繪制開放空間的滲透性圖。三角形表示街道和院子或院子和院子之間沒有直接的聯系。正方形表示兩個開放空間元素之間的直接連接（圖7）。

圖7 北京和南京樣本的開放空間滲透率圖（圖片來源：作者自繪）

結語

在總結城市格局和空間結構的基礎上，用不同的范圍和順序來描述城市要素。不同的規則適用范圍反映了內在機制下的差異。形式語法作為一種描述中國傳統城市不同形態的方法是可行的。通過對條約和史料樣本的分析，在不同的尺度和層次上呈現了兩個樣本之間的差異。作為一個有機整體的城市，它是按照自然規律和人類意志建造的。本文從街區、街道、地塊和建筑/庭院四個因素對樣本進行了分析。這四個因素反映了不同的城市特征，它們之間有著密切的聯系。通過對北京和南京地圖在這四個因素上的比較，指出了它們之間的異同。城市形態特征有其規律，從樣本地圖可以看出，街區的布局與街道格局的組織有很大關系，北京和南京的街道等級不同，街道節點也不同。因此，呈現的塊的形狀和大小各不相同。北京的街區相似，而南京則不同。根據特定的街道模式和街區的幾何特征，定義了特定的語法。地塊入口是反映地塊與街道關系的重要標志，它可以反映人們穿過街道進入地塊的不同路徑，以及兩個獨立開放空間之間的空間關系。訪問用于定義打印模式，但它在規模和偶然性方面也有局限性。總結出的規律仍需進一步研究，有些可能會被更改，也可能會添加更精細的規則。