基于自组织理论的城乡空间与绿地系统研究进展*

金云峰　李　涛

同济大学建筑与城市规划学院景观学系　上海　200092

园绿地与开放空间、中外园林与现代景观、风景旅游区保护与更新，E-mail:jinyf79@163.com

摘要：文中通过归纳整理自组织理论相关空间发展层面的研究现状，对自组织理论进行不同层面(城市群空间、城乡空间、城市空间)的梳理，综述城乡绿地系统与城市绿地系统的自组织研究进展，进而明晰空间发展基于深层规律上的分类引导及体系建构。

关键词：风景园林，绿地系统，城乡空间，自组织

城镇绿化

基于自组织理论的城乡空间与绿地系统研究进展*

金云峰李涛

同济大学建筑与城市规划学院景观学系上海200092

园绿地与开放空间、中外园林与现代景观、风景旅游区保护与更新，E-mail:jinyf79@163.com

摘要：文中通过归纳整理自组织理论相关空间发展层面的研究现状，对自组织理论进行不同层面(城市群空间、城乡空间、城市空间)的梳理，综述城乡绿地系统与城市绿地系统的自组织研究进展，进而明晰空间发展基于深层规律上的分类引导及体系建构。

关键词：风景园林，绿地系统，城乡空间，自组织

收稿日期：*基金项目：同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司重点项目研发基金和高密度人居环境生态与节能教育部重点实验室自主与开发课题(2015KY06)；上海市规划和国土资源管理局资助项目(20142818)

作者简介：金云峰，同济大学景观学系副系主任，教授，博士生导师，研究方向为风景园林规划设计方法与工程技术、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

空间发展遵循其内在的动力机制，但因这种自发性的动力机制所关联的经济社会文化等要素太多，使得目前的某些相关研究难以深入。一是因为这些要素对空间的影响无法通过实验来控制条件得出结果，二是运用更新较快的大数据方法研究时往往所选择问题未能满足持续性、整体性的空间研究需求。这就引发出本文研究的视角，即自组织理论。运用自组织理论可以理清这些演变中的整体、子系统、要素之间的关联，以理论体系群的空间演变模型揭示内在发展规律，把握其必然的动力机制及偶然的作用发生，从而引导空间科学合理化发展。

1概念演变

自组织现象每天都在发生，生命个体在空间演变的过程中时时进行着自主选择。变，无处不在。空间变，时间变，生命状态也在变。时空相交的三维轴，因自组织机制的运作，使得每个系统呈现出特有的动态平衡，从而达到如我们所见的正常秩序。

自组织思想远古东方哲学就已经在探索。《易传·系辞上》：“易有太极，是生两仪，两仪生四象，四象生八卦。”由此，河图洛书、阴阳八卦、五行生克、天干地支等，无一不是为了阐释天地变幻之理、解说群生万象之道。言语虽无自组织名词，确是在道出如何掌控自组织。

自组织概念在18世纪被西方哲学家康德首次提出。康德认为：“它的各部分既是由于其他部分的作用而存在，又是为了其他部分及整体而存在，其各部分一起交互作用彼此产生，并由于它们之间的因果联结而产生整体。”一言以蔽之，个体是整体中的个体，整体是个体联结成的整体，其关系不可决然而裂。继而在19世纪，依据此概念，达尔文提出的自然选择揭示了生物界的自组织演变，马克思的社会形态演化理论揭示了社会的自组织演变。由此，自组织概念催生出的两大领域成果都令世人震撼。

2相关研究发展进展

2.1　城市群自组织空间——六合六边之拟

中心地理论为自组织提供了一个经典的描述模型，用六边形图式对城市群等级与规模关系加以概括。天地有六合——东西南北上下，自然有六气——阴阳风雨晦明；人有六情——喜怒哀乐爱恶。因此，六边形模型隐藏着天地自然演变密码。

将中心地理论空间模型与城市群的现实功能单元划分之间破碎地块面积与区域总面积的比值作为评价空间自组织演化的指标[1]，比较几大城市群在经济、交通和行政原则下的自组织发展状态，结果发现，尽管经济水平差异大，而自组织作为城市群内在的演变动力使得自组织水平差异并不明显，而这也意味着自组织规律的统一。

将自组织理论与新经济地理学最新成果结合，可得到城市与区域空间格局演变模型，有包括消费者、生产者的静态模型，也有区域对人口或企业吸引力描述的动态模型。将这些模型引入交通层面可以发现，交通条件的改善主要表现在对服务业的影响上，会使土地租金梯度、工资率更为平坦[2]。

2.2　城乡自组织空间——成住坏空之变

城乡空间关系经历了原始共生、对立反差和融合发展3个阶段[3]。对立反差主要出现在近几十年，随着减小城乡差距的政策出台，融合发展将是未来城乡关系发展趋势。在实践中，往往是系统的内力迭加和内外力耦合构成城乡地域系统空间结构演进的两种主要推动力量[4]，而其作用表现是均衡——非均衡——均衡的系统自组织过程，即成—住—坏—空的空间变化过程。由变化产生到变化演灭，如此这般地层级跃迁。

西方发达国家的乡村规划顺应了城乡发展的自组织特征。国内有学者以元胞自动机数学模型为基础，建立西递村的空间结构自组织演化模型，定义村落土地增长转换规则，发现过去的土地发展对现在和未来都会产生影响[5]。由此，乡村在维持农业为基本产业类型的基础上，可以进行对自身独特产业的评估与定位，发展与周边乡镇非均衡的特色产业，从而出现有利涨落，达到负熵流入，运用系统自组织使得自身增值。

绿地作为城乡自组织空间的功能区或说子系统，同样具有自组织特征。有学者利用自组织的分形理论及信息熵构建绿地景观熵模型来分析城市边缘区的绿地结构在空间上的分异[6]。当今绿地空间的分形研究是在“地”这一层次上进行的不同尺度的自相似形状研究。

2.3　城市自组织空间——七元共生之聚

2.3.1自组织城市

“Self-OrganizationandtheCity”作为系统论述自组织城市的专门著作，主要探讨城市的自组织定义和建模、形式和功能如何自组织发展、自组织如何影响规划等问题[7]。它强调，城市发展虽不可预知，但服从自组织的复杂性定义。国内有学者基于国外相关研究提出了城市空间发展的自组织演化律[8]，且具体总结出城市空间发展从混沌到有序、复杂度增长、层次性跃升的自组织表现形式，以及竞争与协同的自组织内在机制[9]。

由图12可以看出,母线电压基本维持在400 V。此时的储能电池SOC变化与算例2的相差不大,如图13所示。

1)类型。自组织城市研究有7个重要领域[10]，各有其研究层面(表1)。耗散城市关注的是与外界交换层面，协同城市关注的是系统内部共同协作层面；混沌城市关注的是宏观确定性混沌层面，分形城市关注的是自相似的“天人合一”层面，细胞城市关注的是由局部规则生成全局模型的层面，沙堆城市关注的是城市某些稳定性规律层面，FACS和IRN城市关注的是子系统与整体的因果关联层面。此七元共生于城市，以各自的模型系列构架出城市的演变机制。

表1　自组织城市理论和模型的理论基础、创建人及研究内容

还有研究将自组织城市相关理论运用到特定城市。深圳市通过初始据点的区位择优、空间发展的交通导向、空间结构的功能互动等进行自组织演变[11]。厦门市地形地貌、植被和城镇空间分布具有自组织特征，并高度统一地组成了厦门市的生态系统[12]。郑州市近代的城市形态以渐进式向四周蔓延，同时城市内部功能结构的不断置换[13]，实现了由无序到有序的自组织转变。吉林市同样经历了自组织主导的城市形成、他组织干预的空间裂变、市场机制下的空间扩展[14]。鞍山市在区域整合发展的外部推力、资源城市转型的内部张力作用下，完成了自组织与他组织复合的战略构想[15]。武汉市通过使用自组织双重空间聚类算法实现了城市扩张动态结构的识别，使得聚类结果既在空间域上连续，又在属性域上相近[16-17]。灾后城市重庆万州的城市设计运用自组织理论为灾后城市空间系统的修复或重建提供了有力的逻辑依据[18]。

2)功能分区。城市不同的功能分区自组织情况也不同。对商业区而言，克鲁格曼的多中心城市结构空间自组织模型以对厂商之间的向心力和离心力及其相互作用的分析为基础[19]，阐释了城市商业分布由“不稳定到有序”的内在规律机制。国外有学者研究了芝加哥马克斯韦尔街市场中商业如何在异种族公开市场进行自组织的分配问题[20]。对居住区而言，国内有学者建立了自组织城市居住空间演化系统的多主体系统模型及机制，结果显示，不同构成的移民会对原有城市居住空间结构产生不同影响[21]。国外有学者指出，第三世界城市的居住区是一个不断塑造和被塑造的自组织过程，这是理解第三世界城市空间格局的关键因素，只有被当做自组织过程时才发现其中的部分可以演绎出整体[22]。

对绿地功能区而言，有学者利用自组织的协同理论进行城市绿地系统协同规划，提出了绿地系统协同规划方法的3个步骤，包括绿地基础构架构建、内部的子系统到整体协同、外部的社会经济调控协同[23]。具体到子系统与整体协同，笔者以绿地的主导功能为依据，将绿地分为4个子系统，即体闲游憩子系统、日常防护子系统、景观形象子系统、生态保育子系统[24]，由自身完善的“子系统”组建成更强大的“复杂巨系统”。再具体到子系统内的绿地要素，笔者讨论了其主导功能特征和空间特征，并进一步明确各类要素的用地载体[25]。在景观风貌层面，有学者认为城市不同尺度的天际线有自组织的分形特征，即自相似性；指出建构筑物天际线与山体天际线的协调性关系决定城市天际线的总体景观质量[26]；依据天际线线形维数量化评估，确定了山脊线形的景观控制等目标。

3)影响因素。在城市发展影响因素中政策影响与人类的创造活动影响非常重要。国外有学者对巴黎200多年(1789—2010)的街道网络演进进行了实证分析，探讨19世纪“奥斯曼时期”中央计划对城市的大修改，指出中央计划最重要的特征是核心地块的空间重组和用地形状的修改[27]；从宏观水平进行整体把控，而局部生长过程由此自行生成。人类的创造活动在城市自组织中发挥着引导作用，决定着城市系统的开放性、城市输入的选择性，造成城市系统的非平衡以及涨落[28]。

2.3.2自组织临界

自组织临界主要是针对特大型城市而言。特大型城市因对人口的快速吸纳，致使环境、资源等随时到达自组织临界，继而可能出现极不稳定的“沙崩”状态。自组织临界模型正是研究到达自组织临界之后系统崩塌的规模与频次的幂律分布。

相空间重构法是对自组织临界模型的一种分析方法，根据仿真得到的沙崩关联长度这个一维时间序列，用时延技术得到重构相空间的嵌入维数和关联维数[29]；借助如下3个自组织临界指标(时间尺度的1/f涨落、空间尺度的分形结构、等级尺度的位序—规模分布[30])可以对城市是否是自组织城市进行判断，结论认为，中国的城市具有自组织系统的演化特征。

3结语

自组织空间研究在城乡、城市层面取得了较多成果，建构了诸多城乡空间与绿地系统形态结构的演变模型。实际工作中，不仅应关注直接影响模型建构的序参量，还应关注在政府决策、社会法律、经济地理之外地域文化对城乡、城市空间及绿地系统演变的潜在影响或称决断。虽说自组织空间在某些层面取得了较大的进步，但综合而言，是否存在一个囊括所有影响因子的模型函数/方程，能够直接判定未来特定城乡空间、绿地系统的演变动态尚是未知。未来的绿地系统自组织相关研究将会由“地”这一层面拓展至“天人合一”层面。此“合”，亦非单单形状相似，还将包括表层的功用相合、深层的规律相合等。

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