探索分形學在城市規(guī)劃設(shè)計方面的應(yīng)用

探索分形學在城市規(guī)劃設(shè)計方面的應(yīng)用摘要：分形學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行社會活動的空間構(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。而分形學恰好能夠很容易的解決此類問題，因而，近些年，分析學在城市規(guī)劃設(shè)計方面得到了廣泛應(yīng)用。本文關(guān)鍵詞語：分析幾何；城市規(guī)劃；設(shè)計應(yīng)用隨著城市規(guī)模的不斷擴大，其復(fù)雜性特征表現(xiàn)的越來越明顯，對城市規(guī)劃設(shè)計工作提出了更高層次的要求，分形學在城市規(guī)劃設(shè)計中廣泛運用，為傳統(tǒng)慣例的城市規(guī)劃設(shè)計工作解決了許多困難。本文進一步對分形學在城市規(guī)劃設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用進行探尋求索。一、分形學的相關(guān)概念及性質(zhì)分形學是分形幾何學的簡稱，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，分形學又被稱為是表達天然的幾何學。分形幾何創(chuàng)立之后，在學術(shù)界和工業(yè)界都引起了廣泛的關(guān)注，其不僅具有理論價值，更具有很高的實用價值。(一)曼德勃羅對分形的定義有名學者曼德勃羅在幾何學中初次提出分形的理念，并將其下了兩種定義：1.當一個集合B的Hausdoff維數(shù)大于集合B的拓撲維數(shù)時，集合B被稱之為分形集。通常來講，集合B的拓撲維數(shù)是一個分數(shù)，而不是整數(shù)。2.對于一個物體或者現(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。后來的學者在這里基礎(chǔ)上做了深切進入的研究分析工作，并從研究的理論和實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，曼德勃羅所定義的分形學概念并不能完全的詮釋分形學的含義。(二)分形學的特點分形幾何體具有許多其他物體不具備的特點：1.分形幾何體是具有任意大小的標準比例的精細構(gòu)造；2.分形集無法用傳統(tǒng)的幾何語言進行描繪敘述，不是一些方程的解集，更不是能夠用點的軌跡表示出來的；3.分形幾何體具有自類似性，任何一個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)是嚴格大于其拓撲維數(shù)的。二、分形學在城市規(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，在許多方面進行了實際的理論應(yīng)用，其中城市規(guī)劃設(shè)計理念中就參加了分形的設(shè)計設(shè)想。在城市規(guī)劃設(shè)計經(jīng)過中，會將專享空間與分享空間根據(jù)一定的比例進行劃分，并在各自的空間內(nèi)單獨進行規(guī)劃設(shè)計。但是，無論是在一個建筑的內(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行觀察，都會發(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，分形學都有所應(yīng)用。比方說城市的交通系統(tǒng)，就會被分為通信系統(tǒng)、商業(yè)系統(tǒng)以及各類的獨立系統(tǒng)，這些都是用到了分形學的理論思想?？臻g自己就是一種需要進行管理的主要天然資源。人們在其中進行生活和工作，但是，相互之間的溝通也遭到一定的阻隔。對于一個天然構(gòu)成的部落，沒有專門的人員對其進行規(guī)劃，這個空間的格局就會出現(xiàn)許多部分差別，部分內(nèi)各自進行獨立的規(guī)劃設(shè)計。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)計進行輔助。隨著城市的規(guī)模不斷擴大，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)化愈加有利于整個城市的空間利用率的提升。我們國家的學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)劃中的分形理論進行深切進入細致的科學研究工作。而且，發(fā)現(xiàn)了分形學在城市規(guī)劃設(shè)計中的大量應(yīng)用實例。下面我們就詳細的來進行分析。我們國家的國土面積相當龐大，每一個城市的規(guī)劃設(shè)計都有所不同，各自代表著本城市的文化底蘊。有名的學者劉繼生先生對東北地區(qū)的一些城市進行過深切進入的分析研究工作，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，三個省份，固然相互相鄰，但是在規(guī)劃設(shè)計上有所不同，但是，其中的共同點就是都采取了分形學的理論思想進行城市規(guī)劃設(shè)計。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行系統(tǒng)分析，從理論上對城市構(gòu)造進行動力類似研究，并在實際的鄭州城市空間與發(fā)展的規(guī)劃設(shè)計方面提供了關(guān)于分形學理論指點，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)。黎夏借助元胞自動機的原理對城市發(fā)展密度進行模仿。而且，在其研究之后，元胞自動機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)則當中，并用“灰度〞來對狀況的轉(zhuǎn)換進行表示。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〕的城市土地利用進行動態(tài)的變化模仿試驗，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)造的演變進行探尋求索。從一九九五年到二零零四年之間的這段時間內(nèi)，對廣州海珠區(qū)進行實地研究，而且，通過和元胞自動機模型進行比照發(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)劃中分形學的主要意義當我們讀城市規(guī)劃的實質(zhì)特征分形構(gòu)造真正深切進入研究之后發(fā)現(xiàn)，分形學對城市規(guī)劃設(shè)計工作具有非常主要的現(xiàn)實意義。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。城市的管理者在進行規(guī)劃設(shè)計經(jīng)過中，應(yīng)該重點理解分形學中條理性與類似性的詳細含義。城市規(guī)劃設(shè)計的經(jīng)過是一個“由上及下〞的經(jīng)過，在對一個城市的土地進行規(guī)劃的時候，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)計工作，而且，在工作的經(jīng)過中運用到自類似性原則。城市空間構(gòu)造內(nèi)在的“形式〞原則能夠用分形學中的自類似性進行解釋，即在同一個條理空間內(nèi)的實體之間的關(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)?？臻g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)計工作人員在對城市的空間進行系統(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，對空間的下一層實體進行規(guī)劃設(shè)計，即一個空間實體內(nèi)部各空間實體之間的關(guān)系與本層或上層空間實體之間的關(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一步運用在一個地區(qū)的城市體系的發(fā)展規(guī)劃中。城市規(guī)劃設(shè)計工作自己就是一個開放性的規(guī)劃經(jīng)過，無論是部分的規(guī)劃設(shè)計，還是整體的規(guī)劃設(shè)計都能夠?？梢砸灾粚Τ鞘兄械哪骋粋€小部分進行規(guī)劃。但是，這種規(guī)劃設(shè)計經(jīng)過非常具有可擴展性，由于其具有自類似性，所以在其他的任何一個部分區(qū)域都能夠進行應(yīng)用。在過去的城市規(guī)劃設(shè)計工作中個，雖然人們并不了解分形學理論在城市規(guī)劃設(shè)計方面的應(yīng)用，但是，在實際的規(guī)劃設(shè)計中已經(jīng)開始自發(fā)的將分形學理論運用進來。四、小結(jié)隨著我們國家經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展，越來越多的城市在其規(guī)模上都會發(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，怎樣能夠更好的進行城市規(guī)劃設(shè)計工作，已經(jīng)是一個全民關(guān)注的熱門問題。分形學以其自己所具有的特征優(yōu)勢，將在城市規(guī)劃設(shè)計領(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)計工作人員要對分形學理論進行深切進入的分析研究工作，力爭將其理論精華真髓理解透徹，并將其運用到城市規(guī)劃設(shè)計方案之中，使得我們國家的城市布局愈加的合理化，促進我們國家經(jīng)濟的更快、更好發(fā)展，早日實現(xiàn)社會現(xiàn)代化建設(shè)目的。以下為參考文獻：[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制研究[J].中國科學院研究生院學報.2007,01[2]閆力,李偉.淺析分形的復(fù)雜美學在設(shè)計中的意義——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)大學學報(社會科學版),2009,06[3]王麗萍,李云亮.基于分形的港