基于复杂系统理论的城市肌理组织探索，本文主要内容关键词为：肌理论文,理论论文,组织论文,城市论文,系统论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
【文章编号】1002-1329(2008)10-0032-06 【中图分类号】TU984 【文献标识码】A 【修改日期】2008-09-18
二战后，现代主义规划占据主流地位，它促进了城市生活和生产环境的普遍改善。但现代主义规划中对城市肌理的组织，强调用途纯化，习惯把相同的要素。相同的斑块并置在一起[1]。由此产生的居住空间的过度私密性、严格的功能分区、大规模的城市更新或旧城改造、建筑用途的单一性等不合理的城市肌理组织，造成了城市生活的呆板与忙乱并存、破败与过度繁荣并存、过分艺术化与运转低效并存。受现代主义的影响，我国城市建设中也出现了一些相似的城市肌理组织不合理现象。希望通过本文的探索，为我国如火如荼的城市规划与建设提供一些参考。
实际上，所有富有活力的城市的一个基本品质就是高度的组织复杂性[2]。城市肌理是一个复杂系统[3]，其组织也可以用复杂系统理论来分析和理解。首先城市肌理具有复杂多样的组成要素：如公路、步行道、停车场，还有绿色空间、居住空间、商业空间和工业空间等。通过垂直增加或者是横向扩展，每种城市要素都能够提高强度[4]。建筑物可以增加层数（低层→多层→高层）；绿色空间可以从草坪发展到灌木丛和树林；人行道可以从花园小径到步行道，到步行商业街依次增加强度；公路可以从胡同到慢车道，到高速公路依次增加强度。其次，差异性要素通过配对形成城市肌理模块，任何一个模块都是具体时空所界定的。人与人、人与物的相互作用为人类构筑建筑和城市提供了根本动力，流动的人和固定的建筑要素在某一尺度上的结合才能界定一个模块，并且模块可以随时间变化。不同的最小模块可以继续连接组合成更大的模块，并进而形成模块组、模块群。最后但最重要的是，只有城市肌理的不同要素、模块按照一定的组织规则有机联系起来，才能组成一个生机勃勃的城市，创建和谐、高效和富有美感的人文环境。
1 复杂系统的一般组织原则
一般的复杂系统，如生物有机体或大的计算机程序，必须遵循一些组合原则才能使其组成部分相互合作，发挥整体功能。在计算机程序、系统工程和生物系统筹复杂系统研究中，已经发展了一些组织规则。它们和城市肌理的组织原则差别不大。
1.1 连接规则
相同尺度的不同要素连接形成一个模块，相同的要素不连接，在模块内部，不存在没有连接在一起的要素。不同要素的临界多样性是必需的。不同模块经由它们的边界要素进行连接。连接形式是在模块之间，而不是在它们的内部要素之间。在短时期内，强连接会在每个模块中建立内部均衡，而不同模块之间的关系很少发生变化。经过长期作用，模块之间的弱连接将会使它们逐步形成一个大尺度的动态平衡的模块组，同时，单个模块内部的平衡依然保持。经过更长时间，模块组之间的弱连接使不同的模块组达到动态平衡。最终的结果是，一种整体系统的全局平衡状态。
1.2 相互作用力规则
自然地，相互作用力在最小尺度上最强，在最大尺度上最弱。相反的相互作用规则将会产生异常情况。不同尺度作用力的协调作用，可以基于小尺度上的良好结构创造出高效的大尺度模块组群。大尺度模块的并置，不能建立但可以破坏小尺度的连接。
1.3 等级组织规则
系统的要素不断从小到大地组合起来，这个过程产生具有明显不同等级的组合单元。不同尺度上的要素和模块之间的相互依赖是不对称的，大尺度单元需要小尺度单元，反之则不然，即小尺度单元比大尺度单元先形成：它们的组成要素必须在更高级模块形成和相互作用之前，稳定地连接起来。因此，小尺度要素，通过它们的连接为整个结构提供了基础。要获得一个层层嵌套的系统，意味着哪个尺度都不能缺失，否则，整个系统就是不稳定的。
2 复杂系统组织规则在城市肌理中的体现
作为大尺度的复杂整体，城市肌理是由许多不同尺度上相互作用的亚单元组合而成的，这种组合是层级式的，最低层级为物质的自然结构。组织合理的城市肌理的形成也遵循和一般复杂系统相似的连接规则、相互作用力规则、等级组织规则。
2.1 城市肌理的连接
为了实现合理组织，城市肌理必须在最小尺度上强力连接起来，并且在最大尺度上松散地连接起来。相互协调的连接是在所有尺度上产生城市肌理合理组织的基础。
2.1.1 城市肌理要素连接的基本思想
两个城市肌理要素可以通过许多不同方式强有力地连接起来。其连接依赖于要素的形状、位置和功能。如果两个成对的城市肌理要素能够在视觉上、几何上、结构上和功能上互相增强，那么两者就连接起来了，同时也为产生一个更大的整体做出了贡献，移除任何一个组成要素都会破坏这个整体。两个仅仅并列或毗邻，但没有相互作用的城市肌理要素是不连接的。它们各自保持原状，且不能编织城市肌理。两个并列或毗邻，但相互削弱的要素也是不连接的。例如，一段人行道和一面墙如果相互增强，那么就连接起来。孤立的一段人行道和一面墙，比两者连接在一起弱。城市肌理要素互相连接与否，不仅仅表现为功能的增强与减弱，还包括美学效果的好坏。
2.1.2 城市肌理连接的必要条件——要素的多样性与功能的互补性
演化生物学的最近研究表明，要素的多样性是必要的。在早期地球上不同复杂有机分子的混合，产生第一个生命的可能性是随着相互作用的分子种类的增加而增大的。计算机模拟表明，当分子种类达到一个门槛后（临界多样性），相互作用的可能性急剧增加[5]。这种混合是自催化的。相反，在要素种类低于临界值的简单系统中，相互作用的可能性很小。
这个观点对城市肌理组织的启发是，催化要素本不是自我单独存在的。每一个模块或结构单元都可能在两个单元的连接中起到催化作用。限制城市肌理要素的种类和混合不可能形成一个有活力的、组织合理的城市。当城市要素达到一个临界的混合种类和密度时，动态有活力的城市肌理几乎自然地发生，当这些重要的要素被移除、孤立或缩减后，则自然地消失。需要强调的是，我们必须让多样性要素相互作用，因为隔离会阻碍连接过程。
城市肌理的连接，需要把差异的或互补的要素组合成一个模块，因为如果没有差异性或互补性，那么毗邻的要素不会相互增强，也没有连接在一起。互补的例子有：一个停车场有行人天篷，一条街区道路有停车空间，等等。这种连接起不起作用，取决于很多因素。传统的、人文主义的规划方法善于寻找这种连接。需要强调的是，连接单元必须有相似的体量，城市单元间体量的不协调会通过阻碍小尺度的连接而造成环境的衰退。
2.1.3 城市肌理连接的结果——分形界面
分形广泛存在于城市建筑、城市形态和城市体系中[6-8]。成功的城市空间依赖于人与其周围环境的联系。联系最大的界面要么是穿孔的，要么是折叠的，即类似于分形体。城市界面的分形特性可以最大化界面两边城市区域的几何连接，为激发人类的相互作用提供环境，为使用者提供一个美的享受。
城市中最自然的建筑物与街道的界面是随意的、片段化的曲线，看起来像一个有交换孔的可渗透性膜。拱廊、柱廊和成排的房子都有为交叉路保留的间隙，这样的渗透性界面，允许一些物体穿过（如行人），同时对其他事物保持隔离（如汽车）。城市肌理的合理组织严重地依赖于人的尺度。所以，间隙在1～3m之间，符合步行者的体量时是有益的。如果城市肌理缺少人性尺度的间隙，那么它们就消除了分形连接。另一方面，城市界面倾向于折叠。一个不可渗透的建筑物的边缘通过与它周边空间混杂（折叠）在一起而活跃起来。在这里，折叠为人们的活动提供了一个巨大的交往空间。日常商业活动依赖于发生在建筑物边缘的、穿梭人群的交往和交换。分形界面把建筑与公共空间连接起来，为自然城市力量和活动的上演提供了刺激环境。从1m尺度建筑要素的折叠，一直到产生半封闭广场的城市折叠，城市肌理的折叠在所有尺度上都是有用而美妙的连接。
2.2 城市作用力的强度和范围
每一个力f产生于一个域U内的差异，U表示一种几何属性或功能。U可以通过集聚和增加强度而变大。力f是U域的潜能的负空间导数，即f=-dU/dr。这个公式表明，潜能的差异越大，力f越强。潜能的差异，表示城市肌理要素在短距离内的属性差异。城市肌理要素属性（如纹理、颜色、界面的曲率）的对比越强烈，则潜能越大，连接力也越大。
城市肌理的组织在不同尺度上有不同类型的作用力。上述公式也对它们的相对强度和作用范围给出了一个抽象的表达。对可比较的潜能而言，每个力都是与它们的空间尺度成反比的，也就是说，一个非常强的力只在非常短的距离起作用，而一个弱的力则在长距离上起作用。这是自然界的一条普遍规律：人体都受地球引力的影响，这个力相对比较弱；同时，人体是由依赖于电磁相互作用的、更强的化学力结合在一起的；最后，最强的力把原子核结合在一起，但对核外的紧邻区域则没有作用。人工复杂系统，如城市肌理，也不可能违背力的作用强度与作用范围之间的反比关系。
2.3 城市肌理的等级组织
2.3.1 熵与城市肌理的空间组织
熵是物理学中度量无序程度的一个概念。随机散落在地上的一盒火柴，是一种视觉上的高熵模式。把火柴排列成一个更规则的外形将使熵变小。在这个例子中，对称性形态，如平移、转动、放射、螺旋都会使视觉熵减小。作用范围小的力在小尺度上建立起连接，但不一定必然产生城市肌理在大尺度上的合理组织和有序性。城市肌理要在整体尺度上减小熵（无序性），大尺度上所有不同模块之间的最优连接就必须建立起来。大尺度连接的建立是通过生成过程产生的，而不是通过过于单纯的视觉模式。因为，人类活动不依赖于规划的视觉对称性，这种超大尺度的几何秩序不能在城市的微观环境中被感知[9]。城市规划中的功能区划方法，把尺度过大的相同要素整齐地排列集聚在一起，这样熵是降低了，但也使最小尺度上的连接因缺少差异而丧失。城市肌理的总体秩序和形态受功能需求、地形和各种“流”的影响。小范围的连接在小尺度上把城市肌理组织起来，这些连接通过中等和大范围的较弱连接得到加强。因此，城市肌理的合理组织必须尊重每一个模块和要素，不能瓦解要素之间的连接或改变模块的内部结构。
2.3.2 城市肌理的尺度依赖方式
在一个组织合理的系统中，每一个要素都通过某种方式影响其他要素。这些要素一起产生一个形态学场所，它与每个个体要素相互作用，当然这种相互作用可以是正面的，也可以是负面的。在一个组织合理的结构中，模块的单体要素会受到由其他要素产生的地方性力量的影响，也间接受模块外其他要素的影响。邻接的要素如果没有被故意的隔离所阻止，就会相互影响。因此，任一特定要素的位置甚至形态会受所有其他要素的整体影响[10]。
组织合理的城市肌理，其要素、模块、模块组、模块组群都以直接或间接的方式相互连接、相互影响。复杂系统生成的次序是从小到大的，合理城市肌理的尺度依赖模式可以总结为“大尺度依赖小尺度”。大尺度城市肌理组织一旦建立很难改变，因为它包含很多的子结构。所有这些子单元必须和大尺度的模块一起移动。相反，小尺度不依赖于大尺度，改变相对容易。一个房间可以重新整理，而不改变房屋的其他房间；房屋可以移动，而不改变道路网格；街区可以重建而不影响城市的其他部分。
相反，大多数现代城市规划中的等级思想是从大到小，自上而下，“大尺度支配小尺度”。这种令人敬畏的城市规划，通过高度的视觉对称性明显表达出来，它通常意味着会牺牲小尺度的结构以首先容纳最大的要素。其实，任何严格的自上而下的秩序都是人为秩序，违反一般复杂系统的等级组织规则。
3 复杂系统理论视角下城市肌理组织的误区
3.1 城市肌理的连接要素缺失
现在一些传统的城市肌理要素，由于不符合现代主义的风格而普遍受到抑制，这导致内外部空间之间连接要素的消失。如希腊拱廊、罗马柱廊、街道天篷、户外市场的帆布遮阳篷等的消失。在现代城市规划与设计中，房后半封闭走廊的设计原则是获得围合感，同时，在房前强调彻底敞开的设计原则，这些排斥连接要素的设计，使户内户外的转换显得很生硬、突兀。另一组现代城市排斥的要素包括步行环境和它与其他交通模式所形成的复杂界面。步行小径、人行道、护柱、矮墙、拱廊、柱廊、封闭式步行街、行人交叉路、封闭的公共汽车站、林荫大道、小公园等等，现在被认为已经过时了，都被拆除了。它们即便仍然存在，也经常是点缀性的，难以融入到城市肌理整体当中。我们当然不是说要回到纯粹的步行城市，但这些连接要素是复杂城市整体所必需的组成部分，对于任何城市的合理组织都不可或缺。
3.2 对城市作用力的瓦解与过度强化
现代主义规划的代表人物柯布西耶试图颠倒城市作用力的强度与范围。他设计了一个主要由处在花园内的摩天大楼组成的梦幻之城，并臆测梦幻之城能够解决19世纪城市在20世纪所面临的问题。梦幻之城就像一个奇妙的机械玩具，其中的摩天大楼以令人目眩的清晰、简洁以及和谐风格，一直以来对规划者、住房计划的赞助者和设计者都产生了不可阻挡的影响。这种思潮使20世纪规划的城市出现了三个病态现象：(1)在区划的地块内部缺少聚合力：在均质区域内，潜能U一样，因此丧失了差异性，这样就没有内聚力（粘合力）来把该区域连接起来。而内部差异，也就是复杂性.是任何城市区域所必需的；(2)垂直集聚过度的功能区的边缘紊乱：在巨型塔楼中垂直聚集一个单一功能U，必将在建筑物边界上产生巨大的功能压力。因为在区域U的陡峭边界上有一个巨大的跳跃（表现为一个宽度很窄的dr），例如我国许多基于公交线路建设的大型居住区，每逢上下班都会造成过度的人流拥挤；(3)功能隔离：在功能分区作用下，零售设施被分裂出居住街区，广阔郊区由孤立的房屋和草坪组成，居住单元与商业中心相分离。这种过度的功能隔离，制造了生活不便，使市中心夜间形成“死城”甚至出现犯罪高发区，并造成了无法解决的交通拥挤。这种对城市作用力的颠倒在物理上是不可能的，只能消融城市单元的结构性相互作用。
3.3 城市肌理的简单并置
方格网并置在现代城市规划中得到广泛应用，主要原因有两个，一个是市场经济力量的作用，另一个是规划师的建筑学思维习惯。市场经济得力量体现在，对于商人而言，城市应该是设计得可以被最迅速地分成可以买卖的基本单位，即不再是邻里或区域，而是一块一块的建筑地块，这种方格网街区扩展为城市的标准单位[11]。受建筑学思维的影响，许多规划师设想整个城市空间可以像建筑那样完全由三维的模块充满，比如建筑物、墙体、道路和广场等；并且相信就像建筑模块可以由刚性框架连接一样，城市肌理并置的要素也被一个无形的刚性框架连接起来。但城市作为一个复杂系统，其组成要素、结构层次和功能作用的复杂性远远超过了一幢建筑的复杂性，以建筑学的思维来规划城市必然使城市僵化、失去活力。规划师建筑学思维习惯的另一个表现就是过度的视觉美学情结。许多城市规划师片面地追求构图和形式美，以抽象的视觉效果来评判一个规划，迷恋于方格网并置所产生的表面秩序（说其表面，是因为这种注重全局图案而忽视局域连接的视觉秩序，没有在必要的尺度上把城市连接起来）。这种对真实生活的漠视和曲解，也许能迎合决策者的英雄主义情结，但却是以城市生活质量的降低为代价的。
3.4 城市肌理边界的生硬与虚假连接
20世纪的建筑基本上失去了它们的内外连接。玻璃幕墙、敞开的走廊通过视觉连接而不是物理和听觉的连接产生了信息的模糊性，容易使身处其中的人产生一种莫名的孤寂情绪。而实体的过渡性要素，在实现建筑内外连接的同时，会使人获得一种真实感。比如以门廊作为道路与室内的过渡，以有顶的走廊作为室内与天井或花园的过渡，以拱廊作为店面与街道或广场的过渡，以封闭的天井作为内部空间与外部暴露空间的过渡等等，将使人产生真实感。
在当代城市实践中，城市肌理的严整排列是沿着一条直线或者一些僵硬的折线。这种排列方式，是抑制等级结构产生的原因。由于端点限制，直线型的城市肌理要素，尺度相对固定单一；而复杂曲线型的城市肌理要素，通过变形能产生很多层级结构，形成丰富的等级。把曲线型城市肌理要素伸直将消除它所有的中间尺度和小尺度几何相互作用的可能性。
上述现象不仅出现在二战后的西方，也出现在今天我国绝大多数城市中。改革开放以来，我国城市在功能结构、空间容量、交通和基础设施方面都发生了巨大的变化。多数城市，尤其是特大城市中的传统城市肌理几乎丧失殆尽[12]。与此同时，新的城市肌理的建设与组织却在机械、单一、封闭观念的指导下大规模地层开。城市规模越来越大，功能越来越复杂，甚至发展成大都市区、大都市圈，然而作为人们日常生活的城市片段却变得越来越浅薄、单调，甚至冷漠。
4 对我国城市肌理组织的启示
创造一个组织合理的城市肌理，需要多样化的城市肌理要素，充分尊重城市的自组织力量，层层嵌套地组织城市肌理，促进“虚拟空间”与实体肌理的融合。
4.1 城市肌理要素的多样化
目前，在中国多数的城市新区建设中，缺少的不是大型购物中心，也不是小区内的食杂店，而是介于两者尺度之间，人们步行或乘坐公交可达的街区或社区商业空间。与美国郊区街区商店缺少充足的居住单元支撑不同，我国街区商店缺乏的主要原因是小区的封闭式设计与管理、小区的规模过大以及公共交通线路的可达性不足。为解决这一问题，可以缩小居住区和街区规模，施行小区开放式管理，增加步行道和地方道路的密度与连通性，这样街区商业空间就可能自然而然地在人流汇聚之地产生。目前我国的城市，缺少的不是拥有大片开放空间和绿地的别墅，也不是高层住宅，而是介于两者之间能满足人们多样性需求的过渡形态。造成这个问题的原因是土地稀缺，解决这一问题的可能方法是降低建筑高度，同时加大建筑密度。
在旧城更新中，许多居住区由于拆迁补偿、地价上升、回迁户安置等原因而建设成昂贵的高级住宅区。这种更新方式一方面导致了原有居民社会网络的部分断裂，另一方面也使原有承租能力较低的便民商业设施难以续存，使居民的生活方便程度下降。解决这个问题的方式也许就应该像简·雅各布斯所主张的那样，不要大规模地拆迁与更新，而是进行局部更新让不同年代和状况的建筑并存，使不同阶层、职业和消费倾向的人生活在共同空间并做出互补和分享。
4.2 尊重城市肌理的自组织力量
规划师希望把他们自己想象的秩序力强加于城市，而无视塑造城市环境的真正力量。他们禁止人们创造羊肠小道，把人们禁锢在不方便的公路上；驱赶街头小摊贩，而对街头场所存在的食物供应需求视而不见。在许多大城市中，流浪者栖息于高架公路交叉口的下面。因为不理解这些现象背后的力量，它们被视作公害。然而，人口压力保障了它们的持续存在。许多城市的规划立志于逆城市力量来维护城市的外形美观，并为此花费了巨大的人力、物力和财力，但这是一个根本无法实现的诉求，因为这是在试图阻碍城市自组织的自然过程。
亚历山大把城市系统比作有机体。他认为：一段时间，人们认为城市必须由规划师做出规划或蓝图。据说，如果城市的秩序不是这样产生，城市将不会有秩序。于是，人们竟不顾所有传统社会建造的美丽的城市和村庄都没有规划总图的明显事实而恪守这一信条，人们已经让自己放弃自由。然而像生物学一样，现在清楚了，一个城市的结构可以由共同语言中个别建造行为的相互作用构成，它比蓝图或总图更深、更复杂[13]。
当然，在生物体内部，深奥的结构和功能复杂性是由基因图谱和基于反馈与平衡的精妙调节机制支配的。实际上，这些支配基因和机制的崩溃会导致疾病，如癌症或者外部病原体入侵后生命系统的无法修复。因此，我们不是提倡城市规划的无政府主义，而是反对精英式规划、蓝图式规划和自上而下的规划，提倡参与式规划、动态规划和自下而上的规划。
4.3 层层嵌套地组织城市肌理
今天我国的许多城市唐突地把两三个均质的、具有不同功能的高密度、大尺度斑块并置在一起：巨型办公建筑挨着高速公路，一个商业集聚区挨着一个大型停车场，一条繁忙的道路挨着私人住宅，一幢高层公寓挨着巨大的草坪。这种城市肌理组织的方式违反了复杂系统的等级组织规则[14]。
我们应该以层层嵌套的思想组织城市肌理，首先需要把城市肌理要素，如商店、办公楼、公寓、街道、步行道、人行道等装配成一个模块。如果这个模块要成为一个运转的单元，它必须与尺度大体相同的其他模块连接，以形成一个模块组。其他模块可能是一个市政建筑、一个商业中心、一个体育中心、一个大型旅馆或者一个小型的无污染工业企业。即使那样，我们也不应该重复这个新的模块，而应当继续组合其他要素再组成更大的模块组群。总之，不能单调地重复任何单元，而是在所有尺度上建立有机连接。在一个大的整体中，重复亚单元并没错，但重复本身不能创造连接，共同拥有边界要素才能实现连接。
层层嵌套的城市肌理需要层层嵌套的城市路网作为支撑。我国城市的大多数道路网络有两大特点：一是道路宽大；二是路网稀疏。在某一段道路上一旦发生一起或大或小的交通事故，城市的一大片交通就会陷于瘫痪，因为缺少其他道路可供选择。尤其是新建城区，似乎是只为汽车设计的，只有汽车使用的道路，没有专供行人通过的小路。在现有城区增加路网密度比较困难，但城市中有大量的小路和街道被封闭在单位大院的围墙内，有大量的路网资源被浪费[15]。因此，对于老城区的小区和单位围墙应视其对交通和环境的影响及具体情况做相应处理，可行的话应予拆除。在新区建设中，应该消灭或减少围墙，同时要有更多的道路，更密的路网，要安排足够的人行道路。
需要说明的是，层层嵌套地组织城市肌理，注重的是对分形思想的借鉴，并不是要严格按完美的分形几何图形来规划城市，因为城市肌理的分形形态是无数微观力量的自组织结果，而不是自上而下的规划结果。
4.4 促进“虚拟空间”与实体肌理的融合
进入信息时代后，人们试图通过电信系统把分隔的城市肌理连接起来，居民可足不出户完成社交、学习、工作、购物等活动，但信息永远只是信息，它永远无法替代物质空间的连接作用。现代化的城市具有整体的电信连接，但只有世界上某些地理区域才表现出高层次的创造性活动。这说明“树型”分布的城市，虽然可以通过电信连接满足居民日常的生活需要，但无法替代连接性高（包括有形连接和无形连接）的节点区域在创新和高级商业活动中的作用。因为对创新和高级商业活动非常重要的不可编码信息，只能通过面对面的交流才能获得。通达的城市中心区域有高度发达的、健全的合理组织与网络，其连接优势可以培育和支持高级商业活动。由研究教育机构和文化与交流中心恰当连接组成的创新集群，有利于面对面的交流，为创造性知识活动提供了理想母体。因此，促进“虚拟空间”与实体肌理的有机融合，才能创造出富有活力的城市肌理。
注释：
①http://necsi,org/projects/yaneer/CompiexSystems.pdf.