从分形与生态探索城市

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1、从分形与生态探索城市　　分形是非线性科学中的重要概念。近30年来，它已经发展成为一个庞大的以几何学为基础，涉及自然科学、社会科学、方法论直至电子艺术的完整体系。　　曼德布罗特这样描述它：“……自然界的许多图样是如此的不规则和支离破碎，以致与欧几里得几何相比，自然界不只具有较高程度的复杂性，而且拥有完全不同层次上的复杂度……我构思和发展了大自然的一种新的几何学，并在许多不同领域中找到了用途。它描述了我们周围的许多不规则和支离破碎的形状，并鉴别出一族我称之为分形的形状，创立了相当成熟的理论。”[1]　　“自相似”及“迭代”是对分形最直观的理解。万物都可以从分形的角度来分析和研究。中国传统城

2、市就是一个非常标准、简洁的分形体。以著名的唐长安城为例，分为城、坊、院、屋四个层次，呈完美的自相似结构。在中国城市里，“墙”是分形迭代的主体：从外围最高大的城墙，到各街坊每晚需要各自关闭的坊墙，再到各家各户自己的院墙，最后是每间屋子的围合。不同的“墙”代表了不同等级的所有者权限——顶端的一国之君拥有天下，以绵延万里的长城来划定自己的权力范围；而基层的一家之长便统辖自家的院墙之内……围墙作为中国城市的典型特征，至今还在大多数城市占据着城市划分的主体地位。城市道路在中国则是“墙”划分的结果，是被动形成的交通体系，它同样贯彻了完整的分形结构：从主干道，到坊间次干道，再到坊内小街，最后是院内的

3、庭和廊。庭是家庭的空间核心，居住的空间则位于庭的四周。　　从分形的角度比较东西方城市，我们不难发现几个重要区别：①分形的层次。中国城市遵循3～4级的逐级迭代，而西方城市仅有从城市到单体建筑的2层。②分形的主体。中国城市分形的主体是墙，墙内区域的自相似性决定了墙间道路的自相似；西方城市分形的主体是道路，单体建筑只能在道路的划分之下占据空隙。③分形的相似度。从城市结构的最末端可以看出二者在相似度上的明显差异：中国的家庭院落内部，交通的组织仍然依靠房屋外侧的走道、走廊和中庭，与整个城市并无二致；而西方的家庭单体建筑，内部交通主要依靠房间之间的互通，与城市强有力的道路走向已相差很远了。　　由此

4、看出，中国的城市是一个多层次、均质化和整体性的分形体，西方的城市则可简化为一个建筑单体的集合。现代城市正是按照西方的城市结构建立起来的，只不过每个单体建筑扩大了规模，增加了面积和高度。　　因为是在旧结构的模式上扩展城市、建设高层建筑，而道路系统仍然局限在地平面上，使得现代大城市越来越暴露出它的弊端，如高楼病、人际隔离、热岛效应、中心空壳化等等。立交和地铁系统在一定程度上缓解了交通阻塞，然而仍未触及根本。　　能否通过中国传统城市结构的思路来改造现代城市呢？这其实是许多前辈多年来努力的方向。然而大多数实践仅停留在传统的一个局部，比如传统建筑的符号提取，却少有从城市整体的角度来领悟和继承传统

5、城市的精华——其完美的分形特征。　　现代城市从分形的角度看，最大的缺失正是在自相似度上的再次降低。每一栋单体建筑已成为立体化的高楼，其内部的垂直交通已经与水平交通同等重要，然而整个城市却依然联系于一个单一的平面。　　中国古代就已有城市走上了立体分形的道路。如位于四川山区中的羌寨，因为天旱少雨，所有的房屋都铺设平屋顶，用过街楼、连廊、天桥和楼梯，把整个寨子的屋顶连成一片。整个羌寨如同一条山脉，每个院落都自然地形成其中的一座山峰，山峰间是彼此相连、而且可以漫步的公共区域。　　很显然，现代城市有非常多的区段可以为真正的立体分形城市提供可能。而这里面，屋顶平面是最普遍、最易公共化和最易改造实施

6、的一个。仅仅改造屋顶这一公共平面，就能使城市的公共区域扩大1倍以上。我们设想，未来的城市建筑将变封闭的“楼层”为开放的“空中土地”，城市的支撑结构体系将与城市的使用空间及建筑的表皮完全分离，而建筑的表皮将与道路、广场一样，成为城市的公共空间。对此，我们曾经在一个居住小区的规划中做出一个用天桥连接所有楼顶、电梯，使之集中设置共同使用的低成本方案——“天街”[2].　　近年来，把生态建设、环境保护融入城市的规划、设计、建设和管理中，已是多数人的一个共识。从自然的生态中借鉴一些方法来研究城市生态是一种新方法。下面就试从“雨林顶”这个自然生态的新发现来重新审视我们的城市。　　“雨林顶”是自然生

7、态学领域最近新发现的特定环境，是指在热带雨林树冠之上那些以前未被人类触及的地方。人们熟知的雨林是被高大蔽日的热带乔木及茂密丛生的热带灌木包围下的雨林地面。潮湿、阴暗、毒虫众多是我们对雨林的总体印象。然而，科学家偶然发明的一种探险工具——树冠网——使得人们的视线脱离了地面，来到了离地数10m的雨林之顶。在那里，发现了上千种从未被人类所认识的动植物，也发现了一个同样属于热带雨林、却截然不同的生态环境：阳光普照、雨水充沛，不断生长的树叶在嫩绿的海洋里