探索分形學(xué)在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用

探索分形學(xué)在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用摘要：分形學(xué)的重要研究對象就是看似不規(guī)則的圖形，區(qū)域和城市規(guī)劃的研究客體則是以人類進(jìn)行社會(huì)活動(dòng)的空間構(gòu)成和綜合發(fā)展，傳統(tǒng)的量化工具處理這些紛繁復(fù)雜的現(xiàn)象與圖形較為困難。而分形學(xué)恰好能夠很容易的解決此類問題，因而，近些年，分析學(xué)在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)方面得到了廣泛應(yīng)用。本文關(guān)鍵詞語：分析幾何；城市規(guī)劃；設(shè)計(jì)應(yīng)用隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，其復(fù)雜性特征表現(xiàn)的越來越明顯，對城市規(guī)劃設(shè)計(jì)工作提出了更高層次的要求，分形學(xué)在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中廣泛運(yùn)用，為傳統(tǒng)慣例的城市規(guī)劃設(shè)計(jì)工作解決了許多困難。本文進(jìn)一步對分形學(xué)在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行探尋求索。一、分形學(xué)的相關(guān)概念及性質(zhì)分形學(xué)是分形幾何學(xué)的簡稱，其研究的對象都是不規(guī)則的幾何體，在我們生存的環(huán)境中不規(guī)則的物體和現(xiàn)象是占大部分，因而，分形學(xué)又被稱為是表達(dá)天然的幾何學(xué)。分形幾何創(chuàng)立之后，在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界都引起了廣泛的關(guān)注，其不僅具有理論價(jià)值，更具有很高的實(shí)用價(jià)值。(一)曼德勃羅對分形的定義有名學(xué)者曼德勃羅在幾何學(xué)中初次提出分形的理念，并將其下了兩種定義：1.當(dāng)一個(gè)集合B的Hausdoff維數(shù)大于集合B的拓?fù)渚S數(shù)時(shí)，集合B被稱之為分形集。通常來講，集合B的拓?fù)渚S數(shù)是一個(gè)分?jǐn)?shù)，而不是整數(shù)。2.對于一個(gè)物體或者現(xiàn)象來講，怎樣其部分和整體根據(jù)某種形式構(gòu)成類似，則稱之為分形。后來的學(xué)者在這里基礎(chǔ)上做了深切進(jìn)入的研究分析工作，并從研究的理論和實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，曼德勃羅所定義的分形學(xué)概念并不能完全的詮釋分形學(xué)的含義。(二)分形學(xué)的特點(diǎn)分形幾何體具有許多其他物體不具備的特點(diǎn)：1.分形幾何體是具有任意大小的標(biāo)準(zhǔn)比例的精細(xì)構(gòu)造；2.分形集無法用傳統(tǒng)的幾何語言進(jìn)行描繪敘述，不是一些方程的解集，更不是能夠用點(diǎn)的軌跡表示出來的；3.分形幾何體具有自類似性，任何一個(gè)分形幾何體的部分與其整體之間都存在著某種形式下的類似性；4.分形幾何體的分形維數(shù)是嚴(yán)格大于其拓?fù)渚S數(shù)的。二、分形學(xué)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用分形是大天然通過千百萬年天然力作用才產(chǎn)生的優(yōu)化構(gòu)造，分形幾何體能夠充足的利用空間，做到最合理的分配。人們發(fā)現(xiàn)分形理論之后，在許多方面進(jìn)行了實(shí)際的理論應(yīng)用，其中城市規(guī)劃設(shè)計(jì)理念中就參加了分形的設(shè)計(jì)設(shè)想。在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)經(jīng)過中，會(huì)將專享空間與分享空間根據(jù)一定的比例進(jìn)行劃分，并在各自的空間內(nèi)單獨(dú)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。但是，無論是在一個(gè)建筑的內(nèi)部的房間和大廳，還是在該建筑群內(nèi)的樓房和廣場，又或是城市之間的田野和鄉(xiāng)村，不管你從任何一種形式來進(jìn)行觀察，都會(huì)發(fā)現(xiàn)二者之間存在著構(gòu)造關(guān)系上的類似性，這些事物的實(shí)質(zhì)上都存在著城市空間的分型構(gòu)造。而且，在城市規(guī)劃的其他方面，分形學(xué)都有所應(yīng)用。比方說城市的交通系統(tǒng)，就會(huì)被分為通信系統(tǒng)、商業(yè)系統(tǒng)以及各類的獨(dú)立系統(tǒng)，這些都是用到了分形學(xué)的理論思想。空間自己就是一種需要進(jìn)行管理的主要天然資源。人們在其中進(jìn)行生活和工作，但是，相互之間的溝通也遭到一定的阻隔。對于一個(gè)天然構(gòu)成的部落，沒有專門的人員對其進(jìn)行規(guī)劃，這個(gè)空間的格局就會(huì)出現(xiàn)許多部分差別，部分內(nèi)各自進(jìn)行獨(dú)立的規(guī)劃設(shè)計(jì)。逐步的發(fā)展成為城市之后，相應(yīng)的規(guī)劃部門開始出現(xiàn)，管理者對整體進(jìn)行優(yōu)化，但是，遭到管理者管理思維的局限，一般情況下無法實(shí)現(xiàn)整體上的完全規(guī)劃。因而，現(xiàn)有的許多城市，都是重要以部分優(yōu)化為主體，整體規(guī)劃設(shè)計(jì)進(jìn)行輔助。隨著城市的規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市的整體規(guī)劃思想越來越主要。部分優(yōu)化有利于人們寓居環(huán)境的和諧發(fā)展，然而整體優(yōu)化愈加有利于整個(gè)城市的空間利用率的提升。我們國家的學(xué)者早在二十八十年代末九十年代初就已經(jīng)開始對城市規(guī)劃中的分形理論進(jìn)行深切進(jìn)入細(xì)致的科學(xué)研究工作。而且，發(fā)現(xiàn)了分形學(xué)在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中的大量應(yīng)用實(shí)例。下面我們就詳細(xì)的來進(jìn)行分析。我們國家的國土面積相當(dāng)龐大，每一個(gè)城市的規(guī)劃設(shè)計(jì)都有所不同，各自代表著本城市的文化底蘊(yùn)。有名的學(xué)者劉繼生先生對東北地區(qū)的一些城市進(jìn)行過深切進(jìn)入的分析研究工作，他利用Zipf公式對九四年的東北地區(qū)城市規(guī)模分布進(jìn)行關(guān)于分形幾何特征的研究工作，研究發(fā)現(xiàn)遼寧省的城市規(guī)模分布是明顯的雙分行構(gòu)造，而吉林省的城市規(guī)模分布則具有單分形構(gòu)造特征，黑龍江省城市規(guī)模分布為部分分形構(gòu)造，三個(gè)省份，固然相互相鄰，但是在規(guī)劃設(shè)計(jì)上有所不同，但是，其中的共同點(diǎn)就是都采取了分形學(xué)的理論思想進(jìn)行城市規(guī)劃設(shè)計(jì)。從東北的整體城市規(guī)模分布上來看，呈現(xiàn)出部分分形圖式的特征，但是，其中有明顯的雙分形痕跡。陳彥光教授利用城市動(dòng)力系統(tǒng)的Cobb-Douglas函數(shù)與異速生長模型，對河南鄭州的土地、人口以及產(chǎn)出三方面之間的非線性關(guān)系的形象幾何圖式進(jìn)行系統(tǒng)分析，從理論上對城市構(gòu)造進(jìn)行動(dòng)力類似研究，并在實(shí)際的鄭州城市空間與發(fā)展的規(guī)劃設(shè)計(jì)方面提供了關(guān)于分形學(xué)理論指點(diǎn)，而且基于廣義Beckmann-Davis模型，得出理論上的城市體系總量的快速系數(shù)吸收約等于最大城市的快速增加系數(shù)。陳彥光教授還將該研究理論成員用于了廣州和鄭州的土地構(gòu)成分析上面，而且發(fā)現(xiàn)，在城市化地區(qū)中，其所具有的土地形態(tài)的分形維數(shù)一定會(huì)大于其他類型的土地空間分布的分形維數(shù)。黎夏借助元胞自動(dòng)機(jī)的原理對城市發(fā)展密度進(jìn)行模仿。而且，在其研究之后，元胞自動(dòng)機(jī)在模仿分形的城市系統(tǒng)方面應(yīng)用的越來越廣泛。黎夏的研究工作就是將密度梯度函數(shù)引入到CA模型的轉(zhuǎn)換規(guī)則當(dāng)中，并用“灰度〞來對狀況的轉(zhuǎn)換進(jìn)行表示。該模型的應(yīng)用，為不同城市規(guī)劃的發(fā)展提供了輔助理論根據(jù)。劉小平通過對多智能體系統(tǒng)〔MAS〕的城市土地利用進(jìn)行動(dòng)態(tài)的變化模仿試驗(yàn)，提出了一種新的創(chuàng)新方法。該方法利用環(huán)境層與多智能體層進(jìn)行組合，用于對城市中居民和房地產(chǎn)商，以及相關(guān)部門之間，多智能體和環(huán)境之間的相互作用，對城市空間構(gòu)造的演變進(jìn)行探尋求索。從一九九五年到二零零四年之間的這段時(shí)間內(nèi)，對廣州海珠區(qū)進(jìn)行實(shí)地研究，而且，通過和元胞自動(dòng)機(jī)模型進(jìn)行比照發(fā)現(xiàn)，多智能體系統(tǒng)對于復(fù)雜的城市模仿要比CA更為的精確，更有利于對城市空間格局的整體規(guī)劃工作，近些年，這一研究結(jié)果在城市規(guī)劃經(jīng)過中，應(yīng)用效果比較理想。三、城市規(guī)劃中分形學(xué)的主要意義當(dāng)我們讀城市規(guī)劃的實(shí)質(zhì)特征分形構(gòu)造真正深切進(jìn)入研究之后發(fā)現(xiàn)，分形學(xué)對城市規(guī)劃設(shè)計(jì)工作具有非常主要的現(xiàn)實(shí)意義。分形構(gòu)造在城市中隨處可見，無論是在城市的硬件設(shè)備規(guī)劃中，還是各式各樣的城市軟設(shè)備規(guī)劃中。城市的管理者在進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)經(jīng)過中，應(yīng)該重點(diǎn)理解分形學(xué)中條理性與類似性的詳細(xì)含義。城市規(guī)劃設(shè)計(jì)的經(jīng)過是一個(gè)“由上及下〞的經(jīng)過，在對一個(gè)城市的土地進(jìn)行規(guī)劃的時(shí)候，首先應(yīng)該利用分析條理理論判定出該土地和其周邊的環(huán)境之間存在的“大聯(lián)絡(luò)〞，之后能力對這塊用地采用內(nèi)部的規(guī)劃設(shè)計(jì)工作，而且，在工作的經(jīng)過中運(yùn)用到自類似性原則。城市空間構(gòu)造內(nèi)在的“形式〞原則能夠用分形學(xué)中的自類似性進(jìn)行解釋，即在同一個(gè)條理空間內(nèi)的實(shí)體之間的關(guān)系符合類似的形式。而且，這一形式原則對城市規(guī)劃建設(shè)工作具有主要的啟示作用：自類似性來自于多種規(guī)模空間之間的條理，所以條理性與自類似性是親密關(guān)聯(lián)的。分形學(xué)中的自類似性能夠算作是一種“形式〞，然而，條理性是對城市空間體間在規(guī)模方面關(guān)系的描繪敘述。因而，類似性就是與條理相對應(yīng)的“小關(guān)系〞。城市規(guī)劃的管理者，就應(yīng)該理性的運(yùn)用城市中的這樣自類似性，比方說，城市空間的自類似特征，城市交通的自類似性，以及功能上的自類似性。這些自類似性是在不同條理上提供效勞。城市規(guī)劃設(shè)計(jì)工作人員在對城市的空間進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃的經(jīng)過中，能夠根據(jù)分形空間在各自的條理上具有的自類似性，在對同一條理以及更高層次條理的空間之間關(guān)系的研究分形基礎(chǔ)之上，對空間的下一層實(shí)體進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，即一個(gè)空間實(shí)體內(nèi)部各空間實(shí)體之間的關(guān)系與本層或上層空間實(shí)體之間的關(guān)系是同構(gòu)的或近似同構(gòu)的?？臻g和功能的自類似特征還能夠進(jìn)一步運(yùn)用在一個(gè)地區(qū)的城市體系的發(fā)展規(guī)劃中。城市規(guī)劃設(shè)計(jì)工作自己就是一個(gè)開放性的規(guī)劃經(jīng)過，無論是部分的規(guī)劃設(shè)計(jì)，還是整體的規(guī)劃設(shè)計(jì)都能夠。可以以只對城市中的某一個(gè)小部分進(jìn)行規(guī)劃。但是，這種規(guī)劃設(shè)計(jì)經(jīng)過非常具有可擴(kuò)展性，由于其具有自類似性，所以在其他的任何一個(gè)部分區(qū)域都能夠進(jìn)行應(yīng)用。在過去的城市規(guī)劃設(shè)計(jì)工作中個(gè)，雖然人們并不了解分形學(xué)理論在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用，但是，在實(shí)際的規(guī)劃設(shè)計(jì)中已經(jīng)開始自發(fā)的將分形學(xué)理論運(yùn)用進(jìn)來。四、小結(jié)隨著我們國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，越來越多的城市在其規(guī)模上都會(huì)發(fā)生重大的改變，人數(shù)的不斷增長，對物質(zhì)以及文化的需求也不斷提升，這些都給城市的規(guī)劃建設(shè)帶來宏大的壓力，怎樣能夠更好的進(jìn)行城市規(guī)劃設(shè)計(jì)工作，已經(jīng)是一個(gè)全民關(guān)注的熱門問題。分形學(xué)以其自己所具有的特征優(yōu)勢，將在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)揮出宏大的作用。因而，我們國家的城市規(guī)劃設(shè)計(jì)工作人員要對分形學(xué)理論進(jìn)行深切進(jìn)入的分析研究工作，力爭將其理論精華真髓理解透徹，并將其運(yùn)用到城市規(guī)劃設(shè)計(jì)方案之中，使得我們國家的城市布局愈加的合理化，促進(jìn)我們國家經(jīng)濟(jì)的更快、更好發(fā)展，早日實(shí)現(xiàn)社會(huì)現(xiàn)代化建設(shè)目的。以下為參考文獻(xiàn)：[1]匡文慧,張樹文.長春市百年城市土地利用空間構(gòu)造演變的信息熵與分形機(jī)制研究[J].中國科學(xué)院研究生院學(xué)報(bào).2007,01[2]閆力,李偉.淺析分形的復(fù)雜美學(xué)在設(shè)計(jì)中的意義——以中國汽車技術(shù)研究中心新院區(qū)規(guī)劃為例[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2009,06[3]王麗萍,李云亮.基于分形的港