城市演化的非他律性探索

何 跃，高 策

（山西大学科学技术哲学中心，山西太原 030006）

城市演化的非他律性探索

何 跃，高 策

（山西大学科学技术哲学中心，山西太原 030006）

文章运用耗散结构论、协同学、混沌理论等复杂性系统科学理论对城市系统演化的自组织与非他律性进行了尝试性的探讨，提出并论证了城市作为一类复杂的自组织系统，其演化具有不受外界控制的非他律性规律的观点。在此基础上着重对城市非他律演化的主要特征及其对我国当前城市发展的启示进行了较为系统的分析。

复杂性;城市系统;自组织;非他律性

与朴素、直观、强调整体把握对象的古代整体论（holism）相比，主张“消除复杂性并把复杂性约化为某个隐藏着的世界简单性”的还原论（reductionism）在工业文明时代取得了巨大成功。然而随着对复杂性研究的深入，人们发现长期以来卓有成效的还原论无法解决复杂系统中的众多问题。经过长期的反思和理性思考，人们发现必须“超越还原论”（beyond reductionism），由简单性思维走向复杂性思维，运用复杂性理论才能促使人类由工业文明走向绿色生态文明［1］。对此，美国《科学》杂志于1999年4月以“超越还原论”为题撰文指出:还原论的过度简化不但使我们丧失了对复杂巨系统的整体把握，而且越来越专业化的分支正在为信息流动制造障碍［2］，时代驱使人们用复杂系统论的观念去认识世界。

自贝塔朗菲提出“一般系统论”的概念起，人们拉开了复杂性系统研究的序幕。20世纪40年代相继产生了系统论、控制论、信息论等系统理论，至60年代末又先后出现了以复杂系统自组织演化为主要研究内容的耗散结构论、协同学、突变论等系列成果。20世纪80年代对复杂系统科学的研究形成高潮，以至部分科学家认为“复杂巨系统科学是一门21世纪的科学”［3］。复杂系统理论研究不但开辟了一个科学新领域，而且在社会、经济等各个领域得到了广泛应用。其中，城市作为一个典型的复杂巨系统［4］，是一个在自然系统基础上建立起来的包括自然－社会－经济等为一体的综合体。无论是信息时代下基于因特网基础上的数字城市［5］，还是以人、自然、城市和谐共生为目标的生态城市都无一例外的是开放的复杂巨系统［1］。进而城市发展、城市化进程［6］、城市管理［7］等也被认为是一类复杂的系统，需要运用系统的理论去加以分析和研究。在已有研究成果的基础上，本文拟简要分析城市自组织与非他律性演化关系，较为系统探讨城市系统非他律性演化的主要特征及对我国当前城市发展的启示。

一 城市系统演化的自组织与非他律性

（一）城市系统的自组织演化

作为一种普遍特性，演化主要是指系统的结构、状态、特性、行为、功能等随着时间的推移而发生的变化［8］。任何系统都会处于或快或慢的演化之中，城市系统也不例外。城市从产生起，其城市的性质、功能和形态的变化以及城市的发展过程可以统称为城市演化。城市作为一个自组织系统①协同学的创始人、对自组织城市素有研究的德国著名科学家哈肯（H．Haken）1999年在为以色列学者波图戈里（J．Portugali）的专著《自组织与城市》作序时曾指出:“城市是自组织系统”（Cities are self－organizing systems），并还认为这是一种包含革命概念（revolutionary concept）的新思想。，其演化也是一种自组织过程，东方城市抑或西方城市概莫能外。自组织演化在城市发展的历史长河中随时随地都在发生，原有的城市形态或迟或早会出现相应的变动，变动有快有慢。只是多数情况下的变动不像是大规模的建设和改造那样令人瞩目。城市自组织演化的成效只有在积累到了一定的程度以后才会显示出来。城市演化的内容也不会只局限于单一的局部，而是在一定层次和一定范围之内的综合性、整体性的改变，但演变的同时也保留了原有的大多数的特征，变化后的部分在适应发展的同时也延续了历史。如果没有外界的特定干预，城市在千余年间都会沿着内在的规律自主演化，其自组织演化是不以人的意志为转移的。

（二）城市系统自组织与非他律性

“自组织”作为描述复杂系统演化的概念，是指开放系统无需外界特定的干扰就能自行组织、自行创生、自行演化进而自主地获得空间的、时间的或功能的过程。因此，外界无法对自组织演化的系统施加干预和控制，或者施加的控制无法主宰系统的演化。故从演化的意义看，系统的自组织演化就是一种非他律性演化。为此，可从以下几点加以说明:

1．系统的自组织能力越强，组织化和有机化程度就越高，因而其外界适应性和抗干扰能力也就愈强。这就意味着外界对其影响是有限的，无法从整体上掌控系统的演化方向和进程。城市作为自然－社会－经济高度协同的综合系统，其演化能够发展出城市系统原来没有的特性、结构和功能，这就意味着复杂性的增长。而复杂性的增长恰恰是系统自组织能力的体现。因此，城市系统的演化是自组织的，亦即是非他律性的。

2．城市系统的演化兼有自组织和他组织双重特性。其中，自组织性主要表现为城市不受人为控制的影响，是按照城市本身固有的规律进行演化。而他组织性则指城市的各管理职能部门总是试图通过刚性的行政命令、管理、控制等他律手段，通过政府力量的人为介入和强制性干预等来实现城市的有序发展。从大尺度看城市的演化，他组织是城市发展的外部力量，是辅助性的，而自组织才是推动城市发展的内在动力，是城市发展的根本原因。无论外界他律的作用是否存在，城市都会以自我的方式进行非他律性演化。他组织对于城市发展的贡献大小取决于与城市自组织发展方向的一致性程度，从长期效应看，违背城市自组织发展规律的他组织对于一个城市的发展一定是负面的。

3．根据恩格斯社会发展“合力论”的观点，不同性质的作用力按照“平行四边形法则”形成一个合力系统，这一历史合力才是社会发展演变的终极原因。城市演化同样遵循社会发展“合力论”的客观规律。任何的外力干扰和人类对城市的他律性控制只能作为城市自组织演化的影响因子之一，而不是最终的决定力量。人类对城市所进行的各种他律性规划、建设、管理活动，只是城市最终发展走向的作用力之一，并且这个作用力也是在和其他因素的协同作用形成的“合力”才最终决定了城市的演变发展方向。而这种“合力”的形成及其所决定的城市演化当然是超越了他律者的意志，即非他律性的。

总之，从大尺度看，城市系统演化是城市从自身具体需要出发，在各种综合作用力的作用下，经过不断地修正，最终形成特定时空结构的非他律性过程。

二 城市演化的非他律性表征

耗散结构理论、协同学、混沌理论、分形学说等20世纪形成的科学理论从不同的学科视角探讨了自然－社会系统的自组织或非他律性演化的特点、过程、规律，给予我们分析研究自然－社会系统非常深刻的启示，它们共同构成了非平衡态自组织理论学科群。城市作为一个典型的自然－社会复合系统，具有极其复杂多样的自组织系统特征，本文尝试着综合运用多种非平衡态自组织理论来较为系统全面的揭示城市演化的非他律性表征。

（一）城市非他律性演化的前提:开放和非平衡

耗散结构理论指出，只有远离平衡态的开放系统才能通过涨落实现从无序到有序的自组织演化。对城市系统而言，只有在开放的前提下，城市才能从外界引入足够的负熵用来抵偿甚至削减系统内部熵的产生。城市子系统将其产生的熵排到城市外部环境之中也要求城市必须对外开放。同时，城市与外部环境相互作用（开放）还必须达到足够的强度，即城市系统在宏观上处于远离平衡态才为城市有序演化创造了必要条件。平衡态，包括近平衡态不可能产生自组织，更不会有自发演化的活力，只有远离平衡态，才有可能在负熵的作用下自发地变动而形成有序化结构。城市系统要得以演化，就必须处于远离平衡态;而城市系统要处于远离平衡态、保持演化的活力就必须充分开放。只有充分的开放，城市系统与环境的物质、能量、信息交换才能得以实现，远离平衡态也才能成为可能。由此，开放和非平衡是城市系统非他律性演化的前提条件。

（二）城市非他律性演化的诱因:涨落和失稳

从系统存在的状态来看，涨落是对系统稳定的宏观状态量的偏离，因此具有破坏性。而从系统演化的过程看，涨落则是系统同一演化过程中的差异，可使系统在失稳后获得新的稳定，此时涨落被赋予建设性意义。从这一意义上看，没有涨落和失稳，就不会有系统的发展演化。对于城市系统，只有在偏离既有状态且其内部的某种涨落在非线性作用下被迅速放大到整体范围并稳定时，城市系统才被诱导得以演化为一个新的有序状态。因此涨落和失稳是城市系统得以非他律性演化的诱因，是城市演化的一种原始动力。以城市的蔓延为例，城市从原始的聚落到现今的都市连绵区，其空间布局形式在一次次的涨落中得以持续的延续着。而其背后的政治、经济、文化、人口迁移、技术等力量皆可能是导致城市空间变革的某种涨落因素。涨落和失稳贯穿于城市系统的整个演化环节，并在功能、结构和形态的不断调试中推动城市的非他律性演化。

（三）城市非他律性演化的动力:竞争和协同

协同学认为，系统之所以能发生性质改变及有序演化，在于开放系统中大量子系统之间因个体差异性的存在引起相互竞争、合作从而产生协同的整体效应。城市系统由于要素或子系统的差异（如对外界环境适应和应变的快慢、获取物质、信息、能量的能力等）引起了城市内部个体间的不平衡，而个体的不平衡则进一步引发了子系统间的竞争。竞争一方面使得城市系统远离平衡态，另一方面使得城市系统失稳，从而为城市要素、结构、形态和功能的更新和更替提供活力。如果只有竞争没有协同，这些新秩序、新结构等将无法稳定，城市也将不复存在，更何谈演化。竞争和协同的相互依赖、相互转化，成为城市系统演化的动力和源泉。对此，哈肯指出，“不管是原子、分子、细胞，还是动物和人，都以其集体行为，一方面通过竞争一方面通过合作，间接地决定自己的命运。”［9］例如，在一定的城市区域范围内，由于资源的有限分布和区位差异必然会引起城市内部竞争的发生。城市系统中的个体为追求各自利益的最大化，往往运用某种差异或优势，遵循沿资源递减方向和相对优势递减方向的距离衰减的区位择优规律，并在周边行为的相应影响下不断地进行区位选择和个体建设。在与现有的城市系统环境经过漫长的往复碰撞和自我调适后，逐渐形成合理布局、职能互补、结构稳定、社会有序的城市形态。

在深入讨论系统竞争与协同的同时，协同学还就支配和主宰系统从无序到有序演化的序参量进行了研究。系统有众多的状态参量，这些变量在平稳时期往往差别不大。但是在系统接近临界点时，有很大一部分“快变量”由于变化太快以至未来得及支配系统就发生转化。只有那些变化缓慢的“慢变量”有机会支配和主宰系统的演化，这部分“慢变量”被叫做序参量。对城市系统而言，在稳定的阶段往往只受某一个序参量的支配，而在稳定与混乱相互交替的阶段时，则可能存在若干序参量的相互竞争。但不管有多少序参量，它只能来自城市系统的内部。从这一意义看，城市系统的演化也只能是非他律性的，而非外界的力量所能主宰和支配。

（四）城市非他律性演化的方式:分叉和选择

图1 系统演化分叉示意图

传统机械论及平衡态热力学认为，在起始条件确定的情况下，系统的结果也就相应确定了，即“上帝是不掷骰子的”。然而对城市等非平衡非线性系统来说，由于相变的存在，系统演化会出现分叉，从而具有多种可能的选择。在分叉点时，系统对涨落将异常敏感，任何微小的扰动都可能使系统从热力学分支进入耗散结构分支。如图1所示，当系统处于分叉点x1时，系统从热力学分支进入耗散结构分支，系统对未来的演化或“前途”就有了做出某种选择的“可能性空间”（a1，a2）。当系统继续处于分叉点x2时，供系统选择的“可能性空间”将增加为（b1，b2，b3，b4）。这不但意味着系统可以做出更多的选择，还意味着系统的自主性进一步增强，而系统自主性的增强在某种程度上就是对外界他律性的否定。此外，推动系统进入分叉点的涨落也是作为随机因素出现的，而分叉也使得系统演化前途充满不确定性。由此可见，自组织系统的演化是不确定的和随机的，人类无法对其进行他律性的支配和掌控。一直以来，人们总是希望按照自己的意愿来组织、构建城市的环境、结构、布局以及主导未来城市的走向。然而人类一切有意识的干预似乎都进行得不那么顺利。城市系统总会以一种自我演化的方式将这种他律性的人类行为置于一旁。

（五）城市非他律性演化的路径:混沌和秩序

随着混沌理论研究的深入，人们发现混沌是从确定性系统内部出发而形成的一种不确定的、不规则的和非周期的复杂状态，是一种未分化的，既包含有序又包含无序的特殊状态。混沌具有如下特点:一是内在随机性，即混沌现象的根源在于系统的内部而非之外。这也从侧面反映了系统进行混沌演化是一种自发的行为。二是对初始条件的敏感性，即系统在演化的进程中强烈的依赖初始条件。对初始状态的了解无论如何精确，也无法准确预言系统在一个长时期以后的行为。三是混沌是一种奇异吸引子。系统在吸引子外的状态都会向吸引子靠拢，而一旦到达吸引子内，其运动又会相互排斥。城市也是一种典型的混沌系统，采取了一种介于混沌和秩序之间的演化路径。回顾城市的历史，就会发现现代城市中所呈现出的秩序并没有比史前城市有质的改变。交通堵塞、环境污染、城市贫困等“城市病”并未得到根本的解决，相反许多不为人所知的因素在不可预测中将城市的秩序颠覆造成一种混沌的状态，城市就在（平衡）混沌→有序→（非平衡）混沌的建立与颠覆的周而复始过程中进行非他律性的演化。

（六）城市非他律性演化的形态特征:分形与自相似

“一沙一世界，即使是微小的个体也能折射出整个世界。”［10］分形学的研究正是揭示了部分与整体间的相似性。分形所引起的相似与观察者无关，它是系统的内在禀性，因此也被称为“自相似”。分形所揭示的系统部分与整体之间的自相似性在城市系统中也有显著的表现。如我国的城市道路网系统可分为快速路、主干道、次干道、支路四个不同层级的子系统，这些子系统之间就能呈现出自相似分形特征。分形没有尺度（scale－free）或特征规模（characteristic size）的区分。因此，不管是按城市行政级别划分的直辖市、副省级市、地级市、县级市，还是按城市人口规模划分的特大城市、大城市、中等城市以及小城市，这些层级、大小不等的城市也都会呈现出自相似的一面。同样，分形在城市细部也无所不在:大到一个公园——如海德（Hyde）公园，小到家居环境，都具有某种程度的自相似性［11－12］。再以城市用地为例，根据城市土地的使用功能可分为R（居住用地）、C（公共设施用地）、M（工业用地）、W（仓储用地）、U（市政公用设施用地）、S（道路广场用地）、T（对外交通用地）、G（绿地）、D（特殊用地）九大类城市建设用地。虽然城市用地的类型进行了明确的划分和建设，然而任何一种用地都不是纯粹的一类用地。即使走进以高楼林立、公司密集、商务活跃的CBD商务中心，我们还可以看到住宅用地、工商业用地、绿地以及广场、道路用地的存在，看到的依然是上述众多用地类型的组合。不同的用地结构在不同的场所以规模不一、层级不等的方式不停的重现自己，这都是城市系统分形结构的展现。即使是那些经过漫长发展和演化的城市也都能无一例外地体现出形态结构上的分型特征。

三 城市演化的非他律性给予我们的启示

（一）建立自组织的城市观［13］，寻求城市自组织与他组织的结合

城市非他律性演化的研究让我们认识到:自组织系统具有他组织无法比拟的优势，它能够在充分调动子系统积极性的基础上，从多个竞争方案中做出最优选择从而进行非他律性演化。为此，在人类无法进行他律性控制城市演化的情况下，不如放手，转而改变人们对于城市的态度，建立自组织的城市观，认识到“城市并不是人造的，作为城市的一部分，人仅仅是参与了城市的发展。城市的产生和发展是自组织的”［14］。而人们应当“有所为，有所不为”。毕竟“城市本身是有一定的学习功能的系统，具有一定的自适应性和自组织性。许多规划建设中考虑不到而实际生活中必须解决的问题，往往通过这种功能得以暂时解决。”［4］

当然，城市的自组织演化也并非就是完美的，不能认为只要自组织而不要他组织。任何城市健康有序的演化都应该是两者的结合。完全放任的自组织发展，也会遇到许多问题。例如，来来往往的人流、车流是一种典型的自组织，然而在某些情况下也会形成交通堵塞，严重的时候甚至会瘫痪整个城市交通系统。这种情况下，通过对人流、车流的他组织疏导可以实现交通的顺畅。自组织作为城市非他律性演化的内在规律，是隐性的、根本的，而他自组织如城市规划等外部控制是显性的、辅助的。城市发展的成效如何从根本上取决于能否寻求城市自组织与他自组织机制的有效结合。为此提倡要转变现行的城市发展思路，实行自组织为主，他组织为辅的城市发展模式。他组织需要站在更高的位置，寻求与自组织的同向复合，进而充分发挥城市系统内部的协调机制。

（二）转变现行城市规划理念，探讨自组织动态规划

城市规划是为实现一定时期内城市的社会、经济、生态发展目标，在合理利用城市土地、协同城市空间布局等的基础上做出的综合部署和全面安排。现实中的城市演化往往是一种自下而上的非他律性自主行为，而传统的城市规划却是一种自上而下的活动，这使得现行的城市规划在解决众多城市病时显得苍白无力。而研究分叉、突变、混沌等现象的复杂系统理论也证明:对初始状态的了解无论怎样精确，也无法预言系统长时间以后的行为。因此“现在即意味着将来”的观念必须转变为“将来是未决的”。这也就意味着对城市进行长期、准确规划预测的可能性越来越小，城市面临的偶然性将十分类似于原子内部的电子运动轨迹。为此要改变现行的规划理念，开展自组织动态规划研究。

所谓自组织动态规划，即在有预见性的远景规划指导下，根据近期的实际发展情况，对城市发展进行不断的预测或不断的修正预测，使之成为一个有机的连续过程，从而提高城市规划的有效性和适应性。城市是一个具有生命特征的活的有机体，它的更新是不断进行的，因此任何规划都不可能是终极目标。从实际情况来看，人们已经否定了把城市规划当作城市“终极状态”理想蓝图的概念。未来的城市规划若想进一步发挥其效用，城市规划师与建筑设计师必须改变思维方式，加快开展自组织动态规划研究。

（三）培育多样性的城市系统，营造多样性的城市生活

自组织理论揭示:系统之所以能在外界他律性干预的情况下得以自主、自发的有序演化，很大程度上在于其组成要素的多样性及其彼此间的非线性作用。因此，要培育城市的自组织性，不但不能摧残和扼杀反而要保护城市的多样性，同时还要不断培育城市要素的多样性。培育城市要素的多样性主要表现在:一是城市建筑及其风格的多样性。城市的建筑及其风格，既要是古代与现代、内陆与沿海、腹地与边疆、国内与国外相结合的体现，同时也是高档住宅与平民住宅的共存，避免陷入建筑贵族化和“千城一面”的形式主义陷阱。二是城市目标定位与发展理念的多样性。城市应该是数字城市、山水城市、园林城市、生态城市等多样性的综合。只有目标及理念的多样性才能把城市建设成一个具有人文关怀的宜居城市。三是城市人口的多样性。人口多样性既要在年龄、学历、职业上体现，也要在思想、信仰、风俗等领域展现。人口的异质性越强，其非线性也越强，由此引起的复杂性增长将意味着城市能够以自组织的方式向高级有序演化的可能。为此，城市在允许合理人口流动的同时要避免“孙志钢事件”的再次发生。四是城市功能的多样性。从性质与功能看，城市可能是金融商贸中心、工业基地、军事要地，也可能是政治或文化中心，还可能是港口通衢要道。从城市的社会功能来看，它又是集生活、工作、休憩和交通于一体的。而从经济运行的过程来看，城市是“生产、分配、交换、消费”的场所。由此可见，城市在功能上具有多样性。新中国成立以来“变消费城市为生产城市”的口号和方针就是只重生产，忽视消费，单一性的城市功能扼杀了城市多样性的产生和发展，不重视城市的自发形成和演化，致使城市化水平停滞、城市数量增长缓慢，教训值得牢记。

在培育多样性城市系统的同时，还要积极营造多样性的城市生活。城市中移动的元素，尤其是人类及其活动，与静止的物质元素是同等重要的。在场景中我们不仅仅是简单的观察者，与其他的参与者一起，也成为场景的组成部分［15］。一个城市呈现在我们面前的，不仅仅是那些浸透着历史气息的建筑和大大小小的街道，更应该是多样性的城市生活。调查表明，同建筑、街道本身相比，人们对生活于其中的日常活动有更大的兴趣。正是各种各样的人在城市中的不同活动，才会让城市变得如此的丰富多彩和激动人心。为此要在培育城市多样性的基础上，积极营造多样性的居民日常生活，充分尊重人类的创造性，只有这样的城市才显得富有活力。

［1］彭 攀，王兴为．复杂性视野中的生态城市系统建设［J］．系统科学学报，2007（3）:33－36．

［2］Richard Gallagher，Tim Appenzeller．Beyond Reductionism［J］．Science，1999，284（5411）:79．

［3］戴汝为．复杂巨系统科学——一门21世纪的科学［J］．自然杂志，1997（4）:187－192．

［4］周干峙．城市及其区域——一个典型的开放的复杂巨系统［J］．城市规划，2002（2）:7 －8，18．

［5］戴汝为．数字城市——一类开放的复杂巨系统［J］．中国工程科学，2005（8）:18－21．

［6］陈彦光．中国城市发展的自组织特征与判据——为什么说所有城市都是自组织的?［J］．城市规划，2006（8）:24－30．

［7］宋 刚，唐 蔷．现代城市及其管理——一类开放的复杂巨系统［J］．城市发展研究，2007（2）:66－70．

［8］许国志．系统科学［M］．上海:上海科技教育出版社，2000:29．

［9］［德］哈 肯．协同学——自然成功的奥秘［M］．戴鸣钟，译．上海:上海科学普及出版社，1988:9．

［10］［日］原广司．世界聚落的教示［M］．于天祎，等译．北京:中国建筑工业出版社，2003:16．

［11］Crompton A．The Fractal Nature of the Everyday Environment［J］．Environment and Planning B:Planning and Design，2001（28）:243－254．

［12］Crompton A．Fractals and Picturesque Composition［J］．Environment and Planning B:Planning and Design，2002（29）:451－459．

［13］鲁欣华．自组织的城市观［J］．现代城市研究，2004（7）:41－43．

［14］张勇强．城市空间发展自组织与城市规划［M］．南京:东南大学出版社，2006:29．

［15］［美］凯文·林奇．城市意象［M］．方益萍，何晓军，译．北京:华夏出版社，2001:1．

The Preliminary Research on the Non－heteronomy of Urban Evolution

HE Yue，GAO Ce
（Research Center for Philosophy of Science and Technology，Shanxi University，Taiyuan 030006，China）

By using dissipative structure theory，synergetics and chaos theory，this paper makes a tentative discussion on the non－heteronomy of urban system evolution and draws a conclusion:As a kind of complex self－organizing system，urban evolution has gone beyondl the control of evolution of the outside world．Namely，urban evolution is non － heteronomy．On this basis，the paper analyzes the main characteristics of non － heteronomy of urban system evolution and its enlightenment to our current urban development．

complexity;urban system;self－organization;non－heteronomy

（责任编辑 李雪枫）

N949

A

1000－5935（2011）02－0007－06

2010－11－10

何 跃（1960－），男，重庆人，山西大学科学技术哲学研究中心博士生，重庆大学贸易与行政学院教授，主要从事科学技术与社会研究;

高 策（1958－），男，山西乡宁人，山西大学科学技术哲学中心教授，博士生导师，主要从事科学技术与社会研究。

·古代文学研究·