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大师讲堂|周俭:空间秩序与城市设计

2024-05-23 10:22 来源:清华同衡规划播报

导 读

2024年4月30日下午,同济大学建筑与城市规划学院周俭教授受邀出席北京清华同衡规划设计研究院“大师讲堂”系列活动,以《空间秩序与城市设计》为题作主题讲座,并与清华同衡专家开展学术交流。

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特邀专家:

周  俭 中国城市规划学会常务理事、同济大学教授、全国工程勘察设计大师

主持人:

恽  爽 清华同衡规划设计研究院副院长、北京城市副中心分院院长、河北雄安分院院长

对话嘉宾:

袁  昕 清华同衡规划设计研究院院长

袁  牧 清华同衡规划设计研究院副院长、总规划师

徐  刚 清华同衡规划设计研究院副总规划师、总工办主任

特邀嘉宾:

郑筱津 清华同衡规划设计研究院副院长、湾区分院院长、西北分院院长

杨  军 清华同衡规划设计研究院院长助理、详细规划与设计分院院长

于润东 清华同衡规划设计研究院院长助理、详细规划与实施分院院长

秩序意味着规律,每一座美丽的城市都有它自己的空间秩序。空间秩序在中观尺度上最重要的是平面的形态和城市的高度两个方面。城市平面形态的秩序可以用分形和同构的原理去理解,城市垂直高度的秩序可以从梯级层次去分析。城市是不同空间特征地段的组合,地段是城市中不同空间秩序的表现。我们可以根据城市空间的形态属性、高度属性,来识别不同地段的空间特征。本次讲座周俭教授就如何理解城市空间形态、高度中的秩序、如何运用空间秩序方法营造不同区位、不同功能的城市地段作了深入阐述。以下为讲座主要内容及观点。

一、如何理解形态中的秩序

1.关于分形原理与自相似性

形态秩序可以通过数学上的分形原理来阐释。“分形”一词是美国数学家芒德勃罗(Benoit Mandelbrot)在1973年创造出来的,它的具体含义是具有以非整数维形式填充空间的形态特征,通常被定义为“一个粗糙或零碎的几何形状,可以分成数个部分,且每一部分都(至少近似地)是整体缩小后的形状”,即具有自相似的性质。分形原理是可以用数学公式来表达的,就像我们在自然界看到的雪花一样,一个六边形每个角都可以分化为新的小的六边形,然后再分化……最终成为了雪花。人的创造性其实是从自然中学习领悟得来的,从而去构筑城市的空间秩序。

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图 1  分形原理示意

自相似性理论的重点在于,不论对于自然界还是社会对象的形态来说,在统计意义上,总体形态的每一部分可以被看作是整体标度(指级别)减少的映射。不论形态如何复杂,它们在统计上的相似性或概率上的相似性是普遍存在的。芒德勃罗(Benoit Mandelbrot)进一步指出,局部形状与整体形状的相似性、以及局部的局部与整体形状的相似性,是普遍存在的现象。城市空间形态秩序的背后就有这样的分形规律,我们可以从分形原理的自相似性特征入手对城市空间形态进行分析。

2.关于城市空间形态的分形与自相似性

经典分形的一个实例,“康托尔三分集”是将一条直线段三分之一、三分之一、三分之一不断细分,每个图形之间都有它们的自相似性。这与纽约的空间秩序类似,每个街坊是一个长方形,多个自相似的长方形街坊形成了一个街区,横向、竖向看都是这样,最终形成了这个城市的形态秩序。

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图 2  康托尔三分集与纽约的城市秩序

经典分形的另一个实例,“谢尔宾斯基三角形”是以一个正三角形为初始图形,每次将正三角形分割成4个边长为原来一半的小三角形,重复这一过程,直到不同尺度的三角形把原始图形填满。这就与巴黎的空间秩序相似,从影像图上可以看到不同大小的三角形形将一个个街区填满,最终形成了这个城市的形态秩序。

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图 3  谢尔宾斯基三角形

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图 4  巴黎的城市秩序

3.关于同构性原理

秩序里面的第一个客观存在的规律就是分形的现象,其特征是自相似性。但一个城市不可能仅由一种分形构成,这就涉及到了同构性变化。

瑞典数学家埃舍尔(M. C. Escher)的绘画作品《解放》很好地反应了同构性变化,可以看到图上方是自由翱翔的鸟,中间是花哨的过渡区域,下面是死板规则的三角形。下面黑白的三角形和上面的那些鸟,似乎没有什么关联,但其实是有关联的,是从三角形演变成了一群鸟。下面三角形与上面的鸟是同构的,从客观规律和内部逻辑来讲,二者是一个结构,这两个结构是同构的、等价的,它们有相似的属性。

我们在处理城市空间形态的时候,可以用同构性变化的原理去操作。对某个结构成立的命题在另一个结构上也成立,这就使得理解和处理该对象结构时变得容易。我们如果在做方案的时候,或者在分析城市的时候,判断它们是不是有秩序,也可以从同构性的角度去进行思考。

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图 5  埃舍尔(M.C.Escher)的《解放》

以上构成了城市设计的基本原则,即空间形态的有序化。空间形态秩序的规律是有数学规律的,就是分形原理。构建空间形态的层次秩序是靠自相似性,从城市整体到局部,每个局部还有自身的自相似性。空间形态的持续演化,城市随着时代推进的不断扩张,是依赖同构性的变化才会使城市有秩序,但又不是完全相同。

二、如何理解高度中的秩序

高度中的秩序,我们以上海的案例来具体讲解。2035年“上海城市总体规划”中的“总体城市设计”专题,通过全数据覆盖的城市三维空间模拟,对中心城区660km?范围内的城市高度从“秩序”的视角进行了结构性的分析研究。将城市功能中心分成五级,一是全球中心陆家嘴,标识高度超过600米;二是区域综合中心、市级中心,标识高度为400米-500米,比如徐家汇、东外滩、北外滩;三是中心城区市级副中心,标识高度为250米-400米,比如五角场;四是外围市级副中心,尺度适当下调,标识高度为150米-300米,比如张江;五是地区中心,标识高度为100米-250米。

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图 6  上海中心城区标识性建筑高度“梯级”关系示意

虽然城市功能性中心的等级地位并非仅依靠建筑高度一个方面来体现,但建筑高度一定是城市空间定位和城市认知的重要意象要素。因此,在各级功能性中心的建筑高度管控方面,基于主(高)从(低)逻辑的“梯级秩序”是一条重要的一般性原则。

城市高度的“梯级秩序”反映的是一个城市社会的权力体系。中世纪城镇中教堂的绝对高度彰示了宗教在当时社会体系中突出的重要性,而在宗教的重要性下降之后,当今的城市高度“梯级”自然就发生了变化。决定城市高度主从逻辑的影响要素很多,城市不同的发展时期以及不同的政治经济和社会文化背景对其都会产生不同的影响,但是如果一个城市高度的“梯级失序”,其必然结果便是“空间无序”。

以上构成了城市设计的基本原则,即空间高度的有序化。城市高度秩序是人对城市认知的直接体验,不同尺度均需要考虑高度“梯级”的构建。一般来讲城市公共建筑的“梯级”秩序有五级,住宅建筑的“梯级”秩序有三级,而每个地段的公共建筑“梯级”高度应高于住宅建筑的“梯级”。

三、基于秩序的地段营造

一个城市也不仅仅只有一种空间秩序,因为城市在不断的发展变化当中,不同发展时期、不同的功能区的空间秩序是不同的,这就形成了城市不同的空间地段。我们可以根据城市肌理的形态属性、高度属性,来识别不同地段的空间特征(秩序)。

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图 7 维也纳不同的城市空间地段

(一)形态与地段

由于形成时间的不同、功能的不同,导致城市空间地段是城市“客观存在”的空间形态。可以看到巴塞罗那老城和新区的形态是完全不一样的。但老城和新城这两者之间有一定关联性,通过斜线干道产生了关联,通过网络连接了不同的空间地段。上海的老城厢与法租界两者的形态秩序是完全不一样的,老城厢是典型的江南水乡形态,法租界是典型的三角形结构。

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图 8  巴塞罗那城市形态

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图 9  上海老城厢与法租界城市形态

(二)高度与地段

2015年我们做过这样一个研究,通过矢量地形图对上海中心城区660km?范围的建筑高度按100m×100m尺度的平面网格单元进行三维空间建模模拟。从100m×100m网格单元进行建筑高度计算得到的平面“马赛克”图来看,虽然其与真实的状况的吻合度很高,但无法识别上海中心城区三维空间的规律,原因在于三维空间模拟地图上的100m×100m网格单元对于上海中心城区660km?的尺度而言显得过于小了。于是我们对上述结果进行了聚合分析,形成的聚合结果较明显地显示出了上海中心城区三维空间的格局特征。

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图 10  上海中心城区100mX100m网格建筑高度计算平面图

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图 11  上海中心城区建筑高度聚合分析图

我们对上海的建筑高度聚合结果进行分析,识别出三类重要的上海中心城区高度分区:一是历史城区,基准高度不超过12米,标识高度1不超过100米,标识高度2超过150米,值得一提的是,根据高度判断出的历史城区范围,以及根据历史文化要素和城市空间发展历程综合分析确定的历史城区范围,这两者是很接近的;二是主要公共中心,基准高度1不超过68米,基准高度2不超过100米,标识高度超过150米,是上海高层最密集的重要功能中心,为大量高层与超高层的组合,但其用地规模不大,功能主要是商务办公;三是次要公共中心,基准高度不超过100米,标识高度不超过150米。

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图 12  通过高度集合识别的上海中心城区历史城区、主要公共中心、次要公共中心

以上构成了城市设计的基本原则,即基于空间秩序的空间营造地段。任何一个城市都有不同的空间地段,这个地段可以是大尺度,也可以是小尺度,表现为形态秩序和高度秩序的差异,同时也是不同时期和不同功能区的具体表现。也就是说每个空间地段都有自己的空间秩序,如果没有秩序就没有空间地段的认知和识别。

四、秩序之下的空间突变

空间秩序建立的过程中还有一点非常值得一提,那就是空间突变。突变跟秩序形成强烈的反差。空间突变在城市空间的演变过程中必然存在,在城市发展进程中,由于政治、经济、环境等条件的突变而在城市某些点或地段发生空间上的突变。这些突变一般来说是非同构现象,不管是标志物、还是形态、还是高度,某一方面或全部都存在有突变的现象。

从标志物的突变来说,城市里有很多标志物跟原有的形态秩序、高度秩序没关系,比如悉尼歌剧院、巴黎城拉德芳斯大拱门等;从形态的突变来说,比如威尼斯圣马可广场就是在原来的城市整体秩序上的突变;从高度的突变来说,比如巴黎埃菲尔铁塔、佛罗伦萨主教堂、上海东方明珠等,都是高度的突变。

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图 13  标志物的突变(左:悉尼歌剧院,右:巴黎城拉德芳斯大拱门)

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图 14  形态的突变(威尼斯圣马可广场)

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图 15  高度的突变(上:埃菲尔铁塔,左下:佛罗伦萨主教堂,右下:东方明珠。)

以上构成了城市设计的基本原则,即秩序之下的空间突变。城市空间的突变应该发生在有序的空间本底之上。如果只有有序的空间本底而没有变化,那就是单调;如果在没有空间秩序的本底上突变,那就是零乱。就像苏格兰哲学之父霍奇森(F. Hutcheson)在1725年出版的《美、秩序、和谐和图案的探究》中写道:在对象的统一性和同一性表现为千篇一律的地方,美作为多样性而存在;而在多样性表现为杂乱无章的地方,美作为统一性存在。

五、结语

在讲座的结尾,周俭老师分享了在雄安新区的实践经验。在容东片区的城市设计中,他充分运用了以上四条城市设计原则。在空间形态上传承中国传统城市街坊建筑沿街围合布局的类型,在城市和社区的公共活动街区形成围合型街坊肌理;在空间高度上高低错落,形成6级高度分区,住宅建筑最低7层,最高13层,在各个等级的片区中心,公共建筑高于住宅建筑;在地段营造中,充分利用了平面形态、建筑高度和空间突变的组合策略。整个设计充分考虑了空间秩序的构建,并运用空间秩序方法营造了不同区位、不同功能、具有识别性的空间地段,形成了既有和谐秩序又富有可控突变的空间格局。


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