基于自組織理論的城鄉(xiāng)空間與綠地系統(tǒng)研究進(jìn)展*

金云峰　李　濤

同濟大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院景觀學(xué)系　上海　200092

園綠地與開放空間、中外園林與現(xiàn)代景觀、風(fēng)景旅游區(qū)保護(hù)與更新，E-mail:jinyf79@163.com

摘要：文中通過歸納整理自組織理論相關(guān)空間發(fā)展層面的研究現(xiàn)狀，對自組織理論進(jìn)行不同層面(城市群空間、城鄉(xiāng)空間、城市空間)的梳理，綜述城鄉(xiāng)綠地系統(tǒng)與城市綠地系統(tǒng)的自組織研究進(jìn)展，進(jìn)而明晰空間發(fā)展基于深層規(guī)律上的分類引導(dǎo)及體系建構(gòu)。

關(guān)鍵詞：風(fēng)景園林，綠地系統(tǒng)，城鄉(xiāng)空間，自組織

城鎮(zhèn)綠化

基于自組織理論的城鄉(xiāng)空間與綠地系統(tǒng)研究進(jìn)展*

金云峰李濤

同濟大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院景觀學(xué)系上海200092

園綠地與開放空間、中外園林與現(xiàn)代景觀、風(fēng)景旅游區(qū)保護(hù)與更新，E-mail:jinyf79@163.com

摘要：文中通過歸納整理自組織理論相關(guān)空間發(fā)展層面的研究現(xiàn)狀，對自組織理論進(jìn)行不同層面(城市群空間、城鄉(xiāng)空間、城市空間)的梳理，綜述城鄉(xiāng)綠地系統(tǒng)與城市綠地系統(tǒng)的自組織研究進(jìn)展，進(jìn)而明晰空間發(fā)展基于深層規(guī)律上的分類引導(dǎo)及體系建構(gòu)。

關(guān)鍵詞：風(fēng)景園林，綠地系統(tǒng)，城鄉(xiāng)空間，自組織

收稿日期：*基金項目：同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院(集團)有限公司重點項目研發(fā)基金和高密度人居環(huán)境生態(tài)與節(jié)能教育部重點實驗室自主與開發(fā)課題(2015KY06)；上海市規(guī)劃和國土資源管理局資助項目(20142818)

作者簡介：金云峰，同濟大學(xué)景觀學(xué)系副系主任，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向為風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計方法與工程技術(shù)、公

DOI：10.3969/j.issn.1672-4925.2015.05.001

Abstract:Inthe18thand19thcentury,theEast-Westculturalexchangesgavebirthtotheself-organizationtheorywhichflourishedaroundtheworldinthe20thcentury,andcontinuedtoinfluencethedevelopmentofspaceresearchuntilnow.Throughsummarizingtheresearchonspaceresearchrelatedtotheself-organizationtheory,thepaperreviewedthespacesatdifferentlevelsincludingurbanagglomerationspace,urban-ruralspaceandurbanspace,andalsoreviewedtheresearchprogressinself-organizationofurban-ruralgreenspacesystemandurbangreenspacesystem.Basedonthereview,theclassifiedguidanceandsystemconstructionofspacedevelopmentbasedondeepruleweredefined.

ResearchProgressinUrban-ruralSpaceandGreenSpaceSystemBasedonSelf-organizationTheory

JinYunfengLiTao

(CollegeofArchitectureandUrbanPlanning,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

Keywords:landscapearchitecture,greenspacesystem,urban-ruralspace,self-organization

空間發(fā)展遵循其內(nèi)在的動力機制，但因這種自發(fā)性的動力機制所關(guān)聯(lián)的經(jīng)濟社會文化等要素太多，使得目前的某些相關(guān)研究難以深入。一是因為這些要素對空間的影響無法通過實驗來控制條件得出結(jié)果，二是運用更新較快的大數(shù)據(jù)方法研究時往往所選擇問題未能滿足持續(xù)性、整體性的空間研究需求。這就引發(fā)出本文研究的視角，即自組織理論。運用自組織理論可以理清這些演變中的整體、子系統(tǒng)、要素之間的關(guān)聯(lián)，以理論體系群的空間演變模型揭示內(nèi)在發(fā)展規(guī)律，把握其必然的動力機制及偶然的作用發(fā)生，從而引導(dǎo)空間科學(xué)合理化發(fā)展。

1概念演變

自組織現(xiàn)象每天都在發(fā)生，生命個體在空間演變的過程中時時進(jìn)行著自主選擇。變，無處不在?？臻g變，時間變，生命狀態(tài)也在變。時空相交的三維軸，因自組織機制的運作，使得每個系統(tǒng)呈現(xiàn)出特有的動態(tài)平衡，從而達(dá)到如我們所見的正常秩序。

自組織思想遠(yuǎn)古東方哲學(xué)就已經(jīng)在探索?！兑讉鳌は缔o上》：“易有太極，是生兩儀，兩儀生四象，四象生八卦?！庇纱?，河圖洛書、陰陽八卦、五行生克、天干地支等，無一不是為了闡釋天地變幻之理、解說群生萬象之道。言語雖無自組織名詞，確是在道出如何掌控自組織。

自組織概念在18世紀(jì)被西方哲學(xué)家康德首次提出?？档抡J(rèn)為：“它的各部分既是由于其他部分的作用而存在，又是為了其他部分及整體而存在，其各部分一起交互作用彼此產(chǎn)生，并由于它們之間的因果聯(lián)結(jié)而產(chǎn)生整體?！币谎砸员沃?，個體是整體中的個體，整體是個體聯(lián)結(jié)成的整體，其關(guān)系不可決然而裂。繼而在19世紀(jì)，依據(jù)此概念，達(dá)爾文提出的自然選擇揭示了生物界的自組織演變，馬克思的社會形態(tài)演化理論揭示了社會的自組織演變。由此，自組織概念催生出的兩大領(lǐng)域成果都令世人震撼。

2相關(guān)研究發(fā)展進(jìn)展

2.1　城市群自組織空間——六合六邊之?dāng)M

中心地理論為自組織提供了一個經(jīng)典的描述模型，用六邊形圖式對城市群等級與規(guī)模關(guān)系加以概括。天地有六合——東西南北上下，自然有六氣——陰陽風(fēng)雨晦明；人有六情——喜怒哀樂愛惡。因此，六邊形模型隱藏著天地自然演變密碼。

將中心地理論空間模型與城市群的現(xiàn)實功能單元劃分之間破碎地塊面積與區(qū)域總面積的比值作為評價空間自組織演化的指標(biāo)[1]，比較幾大城市群在經(jīng)濟、交通和行政原則下的自組織發(fā)展?fàn)顟B(tài)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，盡管經(jīng)濟水平差異大，而自組織作為城市群內(nèi)在的演變動力使得自組織水平差異并不明顯，而這也意味著自組織規(guī)律的統(tǒng)一。

將自組織理論與新經(jīng)濟地理學(xué)最新成果結(jié)合，可得到城市與區(qū)域空間格局演變模型，有包括消費者、生產(chǎn)者的靜態(tài)模型，也有區(qū)域?qū)θ丝诨蚱髽I(yè)吸引力描述的動態(tài)模型。將這些模型引入交通層面可以發(fā)現(xiàn)，交通條件的改善主要表現(xiàn)在對服務(wù)業(yè)的影響上，會使土地租金梯度、工資率更為平坦[2]。

2.2　城鄉(xiāng)自組織空間——成住壞空之變

城鄉(xiāng)空間關(guān)系經(jīng)歷了原始共生、對立反差和融合發(fā)展3個階段[3]。對立反差主要出現(xiàn)在近幾十年，隨著減小城鄉(xiāng)差距的政策出臺，融合發(fā)展將是未來城鄉(xiāng)關(guān)系發(fā)展趨勢。在實踐中，往往是系統(tǒng)的內(nèi)力迭加和內(nèi)外力耦合構(gòu)成城鄉(xiāng)地域系統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)演進(jìn)的兩種主要推動力量[4]，而其作用表現(xiàn)是均衡——非均衡——均衡的系統(tǒng)自組織過程，即成—住—壞—空的空間變化過程。由變化產(chǎn)生到變化演滅，如此這般地層級躍遷。

西方發(fā)達(dá)國家的鄉(xiāng)村規(guī)劃順應(yīng)了城鄉(xiāng)發(fā)展的自組織特征。國內(nèi)有學(xué)者以元胞自動機數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，建立西遞村的空間結(jié)構(gòu)自組織演化模型，定義村落土地增長轉(zhuǎn)換規(guī)則，發(fā)現(xiàn)過去的土地發(fā)展對現(xiàn)在和未來都會產(chǎn)生影響[5]。由此，鄉(xiāng)村在維持農(nóng)業(yè)為基本產(chǎn)業(yè)類型的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)行對自身獨特產(chǎn)業(yè)的評估與定位，發(fā)展與周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)非均衡的特色產(chǎn)業(yè)，從而出現(xiàn)有利漲落，達(dá)到負(fù)熵流入，運用系統(tǒng)自組織使得自身增值。

綠地作為城鄉(xiāng)自組織空間的功能區(qū)或說子系統(tǒng)，同樣具有自組織特征。有學(xué)者利用自組織的分形理論及信息熵構(gòu)建綠地景觀熵模型來分析城市邊緣區(qū)的綠地結(jié)構(gòu)在空間上的分異[6]。當(dāng)今綠地空間的分形研究是在“地”這一層次上進(jìn)行的不同尺度的自相似形狀研究。

2.3　城市自組織空間——七元共生之聚

2.3.1自組織城市

“Self-OrganizationandtheCity”作為系統(tǒng)論述自組織城市的專門著作，主要探討城市的自組織定義和建模、形式和功能如何自組織發(fā)展、自組織如何影響規(guī)劃等問題[7]。它強調(diào)，城市發(fā)展雖不可預(yù)知，但服從自組織的復(fù)雜性定義。國內(nèi)有學(xué)者基于國外相關(guān)研究提出了城市空間發(fā)展的自組織演化律[8]，且具體總結(jié)出城市空間發(fā)展從混沌到有序、復(fù)雜度增長、層次性躍升的自組織表現(xiàn)形式，以及競爭與協(xié)同的自組織內(nèi)在機制[9]。

由圖12可以看出,母線電壓基本維持在400 V。此時的儲能電池SOC變化與算例2的相差不大,如圖13所示。

1)類型。自組織城市研究有7個重要領(lǐng)域[10]，各有其研究層面(表1)。耗散城市關(guān)注的是與外界交換層面，協(xié)同城市關(guān)注的是系統(tǒng)內(nèi)部共同協(xié)作層面；混沌城市關(guān)注的是宏觀確定性混沌層面，分形城市關(guān)注的是自相似的“天人合一”層面，細(xì)胞城市關(guān)注的是由局部規(guī)則生成全局模型的層面，沙堆城市關(guān)注的是城市某些穩(wěn)定性規(guī)律層面，F(xiàn)ACS和IRN城市關(guān)注的是子系統(tǒng)與整體的因果關(guān)聯(lián)層面。此七元共生于城市，以各自的模型系列構(gòu)架出城市的演變機制。

表1　自組織城市理論和模型的理論基礎(chǔ)、創(chuàng)建人及研究內(nèi)容

還有研究將自組織城市相關(guān)理論運用到特定城市。深圳市通過初始據(jù)點的區(qū)位擇優(yōu)、空間發(fā)展的交通導(dǎo)向、空間結(jié)構(gòu)的功能互動等進(jìn)行自組織演變[11]。廈門市地形地貌、植被和城鎮(zhèn)空間分布具有自組織特征，并高度統(tǒng)一地組成了廈門市的生態(tài)系統(tǒng)[12]。鄭州市近代的城市形態(tài)以漸進(jìn)式向四周蔓延，同時城市內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)的不斷置換[13]，實現(xiàn)了由無序到有序的自組織轉(zhuǎn)變。吉林市同樣經(jīng)歷了自組織主導(dǎo)的城市形成、他組織干預(yù)的空間裂變、市場機制下的空間擴展[14]。鞍山市在區(qū)域整合發(fā)展的外部推力、資源城市轉(zhuǎn)型的內(nèi)部張力作用下，完成了自組織與他組織復(fù)合的戰(zhàn)略構(gòu)想[15]。武漢市通過使用自組織雙重空間聚類算法實現(xiàn)了城市擴張動態(tài)結(jié)構(gòu)的識別，使得聚類結(jié)果既在空間域上連續(xù)，又在屬性域上相近[16-17]。災(zāi)后城市重慶萬州的城市設(shè)計運用自組織理論為災(zāi)后城市空間系統(tǒng)的修復(fù)或重建提供了有力的邏輯依據(jù)[18]。

2)功能分區(qū)。城市不同的功能分區(qū)自組織情況也不同。對商業(yè)區(qū)而言，克魯格曼的多中心城市結(jié)構(gòu)空間自組織模型以對廠商之間的向心力和離心力及其相互作用的分析為基礎(chǔ)[19]，闡釋了城市商業(yè)分布由“不穩(wěn)定到有序”的內(nèi)在規(guī)律機制。國外有學(xué)者研究了芝加哥馬克斯韋爾街市場中商業(yè)如何在異種族公開市場進(jìn)行自組織的分配問題[20]。對居住區(qū)而言，國內(nèi)有學(xué)者建立了自組織城市居住空間演化系統(tǒng)的多主體系統(tǒng)模型及機制，結(jié)果顯示，不同構(gòu)成的移民會對原有城市居住空間結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同影響[21]。國外有學(xué)者指出，第三世界城市的居住區(qū)是一個不斷塑造和被塑造的自組織過程，這是理解第三世界城市空間格局的關(guān)鍵因素，只有被當(dāng)做自組織過程時才發(fā)現(xiàn)其中的部分可以演繹出整體[22]。

對綠地功能區(qū)而言，有學(xué)者利用自組織的協(xié)同理論進(jìn)行城市綠地系統(tǒng)協(xié)同規(guī)劃，提出了綠地系統(tǒng)協(xié)同規(guī)劃方法的3個步驟，包括綠地基礎(chǔ)構(gòu)架構(gòu)建、內(nèi)部的子系統(tǒng)到整體協(xié)同、外部的社會經(jīng)濟調(diào)控協(xié)同[23]。具體到子系統(tǒng)與整體協(xié)同，筆者以綠地的主導(dǎo)功能為依據(jù)，將綠地分為4個子系統(tǒng)，即體閑游憩子系統(tǒng)、日常防護(hù)子系統(tǒng)、景觀形象子系統(tǒng)、生態(tài)保育子系統(tǒng)[24]，由自身完善的“子系統(tǒng)”組建成更強大的“復(fù)雜巨系統(tǒng)”。再具體到子系統(tǒng)內(nèi)的綠地要素，筆者討論了其主導(dǎo)功能特征和空間特征，并進(jìn)一步明確各類要素的用地載體[25]。在景觀風(fēng)貌層面，有學(xué)者認(rèn)為城市不同尺度的天際線有自組織的分形特征，即自相似性；指出建構(gòu)筑物天際線與山體天際線的協(xié)調(diào)性關(guān)系決定城市天際線的總體景觀質(zhì)量[26]；依據(jù)天際線線形維數(shù)量化評估，確定了山脊線形的景觀控制等目標(biāo)。

3)影響因素。在城市發(fā)展影響因素中政策影響與人類的創(chuàng)造活動影響非常重要。國外有學(xué)者對巴黎200多年(1789—2010)的街道網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)進(jìn)行了實證分析，探討19世紀(jì)“奧斯曼時期”中央計劃對城市的大修改，指出中央計劃最重要的特征是核心地塊的空間重組和用地形狀的修改[27]；從宏觀水平進(jìn)行整體把控，而局部生長過程由此自行生成。人類的創(chuàng)造活動在城市自組織中發(fā)揮著引導(dǎo)作用，決定著城市系統(tǒng)的開放性、城市輸入的選擇性，造成城市系統(tǒng)的非平衡以及漲落[28]。

2.3.2自組織臨界

自組織臨界主要是針對特大型城市而言。特大型城市因?qū)θ丝诘目焖傥{，致使環(huán)境、資源等隨時到達(dá)自組織臨界，繼而可能出現(xiàn)極不穩(wěn)定的“沙崩”狀態(tài)。自組織臨界模型正是研究到達(dá)自組織臨界之后系統(tǒng)崩塌的規(guī)模與頻次的冪律分布。

相空間重構(gòu)法是對自組織臨界模型的一種分析方法，根據(jù)仿真得到的沙崩關(guān)聯(lián)長度這個一維時間序列，用時延技術(shù)得到重構(gòu)相空間的嵌入維數(shù)和關(guān)聯(lián)維數(shù)[29]；借助如下3個自組織臨界指標(biāo)(時間尺度的1/f漲落、空間尺度的分形結(jié)構(gòu)、等級尺度的位序—規(guī)模分布[30])可以對城市是否是自組織城市進(jìn)行判斷，結(jié)論認(rèn)為，中國的城市具有自組織系統(tǒng)的演化特征。

3結(jié)語

自組織空間研究在城鄉(xiāng)、城市層面取得了較多成果，建構(gòu)了諸多城鄉(xiāng)空間與綠地系統(tǒng)形態(tài)結(jié)構(gòu)的演變模型。實際工作中，不僅應(yīng)關(guān)注直接影響模型建構(gòu)的序參量，還應(yīng)關(guān)注在政府決策、社會法律、經(jīng)濟地理之外地域文化對城鄉(xiāng)、城市空間及綠地系統(tǒng)演變的潛在影響或稱決斷。雖說自組織空間在某些層面取得了較大的進(jìn)步，但綜合而言，是否存在一個囊括所有影響因子的模型函數(shù)/方程，能夠直接判定未來特定城鄉(xiāng)空間、綠地系統(tǒng)的演變動態(tài)尚是未知。未來的綠地系統(tǒng)自組織相關(guān)研究將會由“地”這一層面拓展至“天人合一”層面。此“合”，亦非單單形狀相似，還將包括表層的功用相合、深層的規(guī)律相合等。

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