基于分形理论下的东华门遗址区域城市风貌塑造

彭长征，李太行

（1.成都市文物信息中心，四川 成都 610072； 2.北京国文信文物保护有限公司，北京 100176）

1 概述

分形理论源于欧几里得几何，在欧氏几何无法描述的不规则、复杂的几何图形情况下，由Mandelbrot提出分形几何［1］。分形理论成为了地理学的第四代语言［2］，分形城市研究主要集中于指标的构建与分形特征的挖掘。

Salingaros基于几何形体连接方式的角度来介绍分形城市，定义了具有历史的前现代主义城市才具有分形特征［3］。道路交通网络建立传统的城市形态，在现代城市发展中逐步成为了城市肌理。在假想秩序下的分形城市平面，如图1所示。

城市分析在分形理论的基础之上，结合现代软件延伸出了多种模拟方法，如元胞自动机、人工智能、图神经网络技术等方法。针对城市区域的分形分析，区别于城市宏观层次，集中在区域内城市形态的解析，属于中观层次［4］。在传统城市中心空间视角下，相比较现代城区，历史城区具有更强生长性，依赖于历史城区所经历的时间沉淀，让区域内城市形态更加稳定。

中国传统的城市中心区域由宫城、皇城叠加形成，在城墙的围合中保持着高度的封闭性，区域内城市形态发展的流动性随着时间，由开始建城之初极为快速的流动，逐步减缓，并在封闭空间的城市肌理停滞时，即道路交通路网定型，生长性降为最低，此时区域城市脉络具有延续性和较强的韧性。

2 东华门遗址区域的分形分析

2.1 东华门遗址区域演变过程

东华门至天府广场一带是成都市内历史时期考古遗存最丰富的区域之一［5］，以西侧东城根街、北侧羊市街、东侧顺城大街以及南侧西御街为边界，如图2所示。

图2 东华门区域示意图

东华门遗址区域，一直位于成都的城市中心，并且保持着最为核心的城市功能。秦汉建城之后，以大城、小城两城相依的形式进行城市活动，进入唐朝之后，东华门区域成为成都的城市中心，并一直保持至现在。明朝建立蜀王府，清朝在蜀王府的基础之上修建了贡院。在建国之后，20世纪50年代对清贡院进行了拆除，修建了科技馆、天府广场、体育馆等多个大型公共建筑，形成了现在的东华门区域城市风貌。2014年在成都体育中心挖掘并命名东华门遗址，在遗址区域发掘出摩诃池等各个不同朝代的遗存。东华门遗址区域变化过程见图3。

图3 东华门遗址变化过程

东华门遗址区域在拆除贡院之后，已知的明清时期风貌仅存留了一些痕迹，城市肌理大部分趋于现代城市规划，由机关单位、商业中心、机关宿舍和居民楼共同形成了现有的城市风貌，如图4所示。

图4 天府中心历史文化风貌区示意图

2.2 东华门遗址区域分形结构

历经岁月后的东华门遗址区域，城市风貌在于城市中心的历史轴线保存和延续，其现有城市风貌已经产生了巨大的改变，具有一定的分形结构。在城市建设过程，密集的居民楼、大体量的商业中心与公共空间，将区域的分形结构弱化，趋于平面的欧几里得几何，导致整个区域缺失人与街道和谐互动，建筑与自然、社会环境产生不协调。

分形城市由无数个基础空间单元的分形元构成，作为最小尺度的分形元可以影响大尺度的空间形态，小尺度单元按照一定分形秩序逐渐叠加衍生而成的大尺度街区。因此分形元和分形秩序是分形结构的基础，在东华门遗址区域表现为规则集合和并列排布。

2.2.1 规则集合

规则集合，多栋楼房保持相同尺度、相同方向，形成一个规律的建筑集合，即小区、院落，其作为构筑东华门遗址区域的基本单元。同一单元下，建筑保证了平面、立面以及建筑装饰等方面的基本一致，展示出区域内明显的区块分别。

东华门遗址区域的规则集合，以20世纪80年代开始建设的居民小区为基础，在区域范围内东、西两侧存在规则排列的居民小区，其间镶嵌了学校、商业CBD、政府办公区和文物保护单位等建筑群体。在那个时代建设的背景下，一个小区的建筑无论从平面、立面，还是建筑装饰处理上，保证了相同的规则，形成了强烈的整体感。不同功能下的建筑群体又拆分了整体感，使得区域内空间结构更加柔和。综上所述，规则集合，即居民小区作为分形元，在一个小区中，存在合围空间结构，为居民提供了足够的半公共空间。同时，与其他类型的建筑群丰富区域内的开放空间系统，这一形式体现了东华门遗址空间演化的规律性逻辑。

2.2.2 并列排布

在分形元的基础上，结合分形秩序对空间结构进行构建、分析，从而组织、连接不同尺度之间的城市空间。因此，分形秩序是构建分形城市空间结构的内在逻辑，东华门遗址区域的分形秩序为并列排布。并列排布的方式，在以分形单元内部排列的组织状态下，形成了规则的平行组织结构，存在趋于 “扁平” 的问题。

东华门遗址具有多层级的拓扑结构，且构成了连续的层级递变性。在这一过程中，空间尺寸从1 000 m，500 m，250 m，125 m，62.5 m直至31.25 m依次递减，如图5所示。每一个尺寸的网格都涵盖了建筑（居住、商业、办公等）、庭院、街巷等不同尺度和不同功能的空间场所，从而形成了明显的连续空间层级。

图5 不同尺度下区域分形示意图

针对图4（b），选取1 000 m×1 000 m的正方形区域进行分形分析，分别选取500 m，250 m，125 m，62.5 m和31.25 m进行分形，如图6所示。每一个不同尺度下的网格涵盖了该区域的建筑、街巷等不同功能的不同公共空间，由尺度的不断缩小，进而形成连续的空间层次关联。区域空间形态在不同尺度下拓扑关系保持一致，形成了有序的有机空间关系，具有多层级的空间结构，且构成了连续的层级递变性，展示着区域内城市活力的强弱。

图6 不同尺度下分形单元

2.3 东华门遗址的分形特征

城市结构的分形性质可以用分形维数进行刻画。分形维数是描述分形特征最重要的参数，其测算有多种方法。本文采用盒子覆盖法对图6中不同尺度下区域城市脉络所占比例进行统计。

以图6中1 000 m×1 000 m区域为例，用边长为l的正方形覆盖整个区域的城市脉络，统计出被测图形覆盖的格子数量n，进一步将正方形边长l改变至l/2，统计出区域城市脉络所占的正方形个数，以此类推。统计结果是用不断缩小的正方形去描述城市脉络所覆盖的正方形个数。

分维由负幂律进行定义［6］：

根据式（1）可知小盒计数法的盒子维数：

其中，N（rk）为k次正方形边长下降后，城市肌理覆盖正方形个数；a为一次变化后，前后正方形边长之比；N（r）为一次变化后，前后城市肌理所覆盖的正方形个数之比。

因为本文每次正方形变形采取边长变为原本边长的1/2，所以lna=ln（1/2）。由此可知，每次正方形尺寸下降，引起分形维数变化是城市肌理所占格数的变化。

本文总共进行了5次边长尺寸变化，见表1。根据式（3），对不同情况下得到lnN（rk）进行拟合，在直角坐标系中得到拟合线性方程，线性的斜率即为lnN（r），即对四次变化过程中，分形维数进行了拟合，得到最为贴近现实条件的分形维数数值，减少了统计及计算过程的误差，横坐标采用级别，即（r，lnN（rk）），结果见图7。

图7 区域肌理网格拟合示意图

表1 区域肌理网格数量表

根据式（2），得到区域内的分形维数D：

根据之前的学者研究模拟，针对城市形态的理想分形维数为1.701±0.025［7］，现实城市形态的分形维数平均趋于1.7。天府中心历史文化风貌区在考虑现状拆除了大片空地条件下，分形维数仍保持在1.8以上，区域内城市形态的分形城市形态逐渐消失。针对核心城市区域，往往分形维数处于较高数值，需要针对区域内进行中长期规划，进行区域功能疏散。

当一个城市的分维达到1.8以后，大多会通过郊区化等自组织机制以及规划中的有机疏散策略降低维数。城市区域无法像整体城市做到郊区化等城市规模的手段进行降低维数，但可以对现有区域进行肌理修补和有机疏散策略。

综上所述，天府中心历史文化风貌区所面对的本质问题在于分形维数过高，即区域内建筑形态缺乏活力，在考虑对天府中心历史文化风貌区风貌塑造过程，基于对东华门遗址的再利用，对该区域内进行合理地修补和疏散，使得区域内更加符合分形特征。

3 区域肌理修补与疏散

3.1 肌理修补

肌理修补的重点在于小尺度要素的增加与连接，在城市破碎的肌理嵌入小尺度的分形元。根据区域空间的分型逻辑，天府中心历史文化风貌区中存在城市住宅小区-街道-街区这三层层级单元，针对各层级的建筑进行修补，并逐步完善公共空间，修补区域空间形态，使其协调统一。

天府中心历史文化风貌区最为核心的局部为东华门遗址，本身由东华门遗址和成都体育中心共同构成，在改造东华门遗址过程中，不仅要展示东华门遗址，同时也要保留体育中心部分使用功能。考虑区域内各个文物保护单位自身的特点与价值，并且考虑区域内各个公共空间的交互联系的通畅，促进各个局部产生关联，并形成连续的空间肌理。将改造、修补控制在小区域内，由多个改造区域形成调节，在保证原本区域肌理的基础上，对现有区域肌理进行优化，使得区域得到更新，同时仍保持原本的历史格局。分形元修补概念图见图8。

图8 分形元修补概念图[8]

天府中心历史文化风貌区最为核心的局部为东华门遗址，本身由东华门遗址和成都体育中心共同构成，在改造东华门遗址过程中，不仅要展示东华门遗址，同时也要保留体育中心部分使用功能。考虑区域内各个文物保护单位自身的特点与价值，并且考虑区域内各个公共空间的交互联系的通畅，促进各个局部产生关联，并形成连续的空间肌理（见图9）。

图9 东华门遗址局部区域修补示意图

如图9所示，该区域内存在居民住宅、公共空间（文物保护单位）、临街商业等多种功能建筑汇集，针对现有搭建的临时建筑进行完全的拆除，在临街区域对房屋立面进行整治，部分建筑的空间布局进行整改。在保护文物的前提下，对文物保护单位周边采取空间疏通的手段，使得文物空间与外部产生关联，并逐渐影响到周边空间环境，形成连贯的文貌环境。针对已有的高层商务楼，已缺失商业活力的商务楼逐步进行腾退、拆除，这类建筑在景观视线和区域风貌造成了不协调，同时也是导致区域分形维数较高的主要因素。

考虑天府中心历史文化风貌区，区域内多种功能混合，以大量的住宅区域为基础，其中镶嵌了商业办公、公共空间以及城市绿地等不同使用功能下的区域结构，在每一层级中保持混合功能。在建筑色彩立面，在保障遗址展示、利用的基本要求下，逐步打开文物保护单位的空间，使得其与其余功能空间产生互动，进一步构筑合理的区域空间脉络。在这一过程中，历史空间不应封闭在历史之中，而是能够形成自我调节并逐步适应外部变化，并且具有逐步去影响外部空间的机能。

3.2 有机疏散

在已经拆除部门区域情况下，城市分形维数仍然保持较高，因自身分形元层级结构偏于扁平化，在对分形元进行局部修补的同时，要进行对多个分形元区域的建筑功能、街道路网、建筑形制以及城市文化风貌等方面采取疏散措施，通过疏散各方面的孤立性，增强分形元之间的连通性，起到区域有机疏散的作用。

有机疏散的具体内容因城市规模不同略有差异。对于大城市而言，有机疏散主要包括旧城改造、中心区功能分流、建立新城和卫星城等内容。因此，首先从区域空间结构出发，建立有机疏散发展模式，保证城市空间的综合高效利用和立体化发展，即 “平面疏散” 和 “立体疏散”［9］。城市中心区域由于人口相对聚集，对土地的需求量巨大，导致城市中心区的土地开发密度过大，城市中心区域分形结构出现扁平化，即区域空间分形特征消失的现象。

天府中心历史文化风貌区属于城市中心的局部，不能完全以城市的角度，即宏观层次去进行调整疏散，应在城市宏观层次的基本框架下，处于中观层次进行疏散方法的研究。

1）平面疏散。

天府中心历史文化风貌区的城市公共交通系统较为完善，现有公共交通路线均在天府中心区域外围，区域北侧存在骡马市站，未来将成为四条地铁线路通过的交通枢纽，现有公共交通路线已充分满足区域内居民与游客的出行需求，丰富了居民的出行路线。因为局部道路狭窄，居民区众多，并不适合公共交通系统的改造疏散，应该考虑在步行引导方面进行进一步改善。在风貌塑造过程，基于同一水平层面的线性道路景观视线，分析线性视线上产生的障碍，考虑街道路网、轴线特征、标志物以及绿化等方面。

2）立体疏散。

在肌理修补的基础之上，分形元之间缓冲区域进行立体疏散，在保留原本小区居民楼排列分布条件下，改变传统街道商铺形式，通过增强街道商铺的商业活动的连贯性来连接各个分形元。在城市风貌塑造过程，基于立体层面的区域风貌，分析各个分形元之间孤立性，通过增强建筑色彩、建筑高度以及建筑功能等方面的连贯性，达到风貌的立体疏散作用。

针对现有已拆除区域，在保证开发利用的基础上，保持与周边分形元统一的形式，建立区域分形结构，完善区域内建筑布局。在现场调研阶段，发现天府中心属于旧城区域，建设时并未考虑到居民居住、政府办公、游客游览等活动需求的公共停车空间，在新建区域应保证地下空间结构满足自身日常需求，并进一步改善区域内综合承载能力。

4 结语

东华门遗址区域在快速城市建设中，区域肌理产生了滞后，导致整个区域城市活力降低。作为历史空间应该考虑的是城市肌理如何再构建，通过对城市肌理的改善，进一步增强区域内的城市活力。通过分形理论，以分形元与分形秩序为基础，探索了区域内的分形特征，在分析的过程中提炼出较好的元素，与东华门遗址的符号相结合，进一步衍生出特定的区域空间元素。

1）分形结构作为城市复杂体系中重要的表述形式，在分形分析下，分形结构存在更加密切的城市肌理交互与更加丰富的城市元素重叠。分形结构提升了城市中心区域的稳定性，对区域分形进行优化，将进一步激发区域内的城市活力。

2）分形的修补与疏散的核心在于小尺度上的改善，并不会对城市肌理产生巨大改变。在现有条件下，小尺度的肌理修补更具有可操作性，并且充分提炼出东华门遗址所具有的文化要素，将其融入修补过程，使得区域内更具区域特色。