2.4.2 自组织要素、机制与作用
城市是具有自组织特征的复杂适应性巨系统，这已被诸多城市研究界人士所认识（段进，1999；陈彦光，2003；张勇强，2003；等）。城市系统遵循信息共享、单元自律、微观决策、短程通讯、并行操作、整体协调和迭代趋优等自组织系统特征。城市系统内部要素间的矛盾是系统自组织演变的根本动力源，矛盾促使系统进行自我否定，从而由一种既有稳定转向不稳定，当这种不稳定达到一定程度时，原有系统产生质变，或者消亡，或者形成一个全新的系统。由于城市系统的开放性（城市系统是一个与区域环境有着频繁物质与能量交换的耗散结构，其内部活力在于外部环境负熵流的注入，负熵为城市系统涨落提供动力），空间子系统内部要素总是处于矛盾冲突之中，矛盾的一方面源于不同空间单元对同一生态位的竞争（如商业与金融业对CBD用地的竞争），另一方面则源于不同空间单元之间的关系对立（如工业区对环境的需求与工业区环境问题之间的对立），因此，城市空间子系统实际上永远维持着亚稳定结构。城市发展不仅体现为系统要素的矛盾与否定，也体现为其间的统一与协同。协同体现内部要素系统及其组合的序参量间的统一，这种统一促进了城市系统因矛盾冲突而产生无序结构的新有序化，在新的亚稳定结构形成后，城市系统完成了一次质变过程（朱东风，2003）。城市系统的矛盾与协同体现为城市空间子系统的自组织功能。“这种自组织通过物质与意识形态作用于城市空间，形成了城市空间的自组织演变规律”（段进，1999）。由于本书选取城市空间最具显性特征且较为简化的拓扑空间作为研究对象，拓扑系统的组织原理参照希列尔的空间社会逻辑原理，因此，这里的系统的自组织结构分析也按照拓扑空间自组织原理加以解译。
在城市形态学（Morphology）的研究中，历来都着力于形态分类与其构成逻辑分析（陈泳，2002）。但传统的城市形态学研究习惯于将形态分类与其内在社会逻辑并行分析（形态特征属于表象研究，社会经济功能属于深层机制分析），因为传统研究一向认为前者是后者的投影，是先因后果的关系。在空间句法分析框架下，虽然其立足点也是基于空间的社会逻辑分析，但与传统城市空间研究不同的是，这一分析并未将城市形态与空间形式的深层机制按先后次序并行研究，而是将空间形式与其社会逻辑（内部功能）进行互动分析。该理论认为空间形态与其功能结构并非简单的因果关系，而是互为因果关系。空间的社会功能促进了空间形态与结构的形成与发展，而空间构形（基于句法模型的拓扑结构）本身也决定了城市空间的功能，空间句法结构不仅受制于社会逻辑也构成社会逻辑。
1）自组织要素
城市拓扑形态的自组织体系包含相互作用、互为因果的形态与功能结构，两者紧密结合在一起。但为了便于解译这一自组织体系，我们仍然对这一自组织体系从功能与形态两方面进行分析。
（1）功能要素
①人流
人是城市空间的主体要素，城市发生的一切活动，以及因此而产生的社会功能都源于主体的内在需要，城市首先是人的城市。因此，在城市空间的功能要素中，人流处于最重要且最具能动性的地位。希列尔的研究认为，人流集聚及其运动导致不同城市空间功能的差异，而城市空间格网（拓扑句法结构）影响着人流集聚与运动方式。
②吸引子（Attractor）
吸引子是指城市空间的社会功能单元。在城市中心区域，市政厅、大型商场、金融大厦、文化娱乐设施都是具有全局空间社会功能的吸引子；在居住区内，零售店、教堂、小学以及休闲广场也都是局域空间内部的吸引子。空间句法学派认为，空间吸引子承载吸引人流的功能，但吸引子所集聚人流的多少并非由其功能决定，而更多取决于吸引子所处的句法区位，西方有研究认为其中70%的车流与60%的人流由街道网络本身的拓扑结构决定（比尔·希列尔，2005）。本书认为规划布局吸引子对吸引人流仍然有一定的集成效应，并对物质空间结构产生影响。事实上，物质空间与其社会功能是相互影响、互为因果的。
③行为
行为是指城市空间单个人或人流的运动选择。行为要素是人流与吸引子中间的连接性要素，人的行为选择决定着自身的区位选择，从而通过对吸引子的寻求产生个体的运动，在若干个体的运动过程中，城市空间的社会功能得以产生。空间句法理论认为，尽管不同主体的行为选择存在差异，但由于主体对空间环境的认知以及主体的社会需求存在共性特征，因此，在空间环境中，群体的行为选择与空间句法结构存在高度的相关性。
（2）形态要素
①街道
街道是城市空间拓扑结构中最具功能特征的形态要素。在传统拓扑结构中，街道与道路一样作为拓扑线状分析要素。在空间句法分析框架中，街道具有自身特定的意义:其不仅是城市社会功能的空间载体，更是主体社会活动行为选择的决定要素，具有空间属性与社会属性双重特性，两重属性叠合在一起，句法结构中的街道既是空间属性形态也是社会属性形态。在空间句法分析模型中，句法模型依据主体视线可及范围内的街道空间建立句法轴线，通过整个空间范围内最少数量的最长轴线构建形成整个句法轴线网络。继而根据句法轴线网络的社会空间属性（句法距离、控制值、集成度等）进行城市拓扑空间的自组织规律分析。因此，街道要素在拓扑分析框架中具有十分重要的意义。
②中心
中心是指城市拓扑空间具有最强形态及社会功能的轴线群体。在传统的城市空间研究中，研究者往往根据其区位、形态、功能、结构的差异，区分出不同类型的城市中心，如地理区位上的地理中心是指城市平面空间上的几何中心，传统拓扑中心是指拓扑结构最内层级的拓扑核，而城市功能中心是指具有商务与商业功能的城市内部中心。句法中心则是根据空间句法原理所确定的具有集聚最密集人流的强集成度的句法轴线群，这一中心是一组具有全局或局部最强集成能力的轴线组合，这些轴线周边代表城市空间拓扑系统的最核心区域（图2.1）。
图2.1 不同类型的城市空间中心演示
③网络
网络是指以轴线为基本构成单元的空间拓扑要素的结构关系组合。网络反映的是拓扑构成结构与空间关系，不同的网络显示了城市不同的空间形态特征。在传统的空间拓扑结构中，网络由节点、弧、干、环、岛等要素组成；在句法结构中，网络由节点、轴线组成。
2）自组织机制
（1）运动经济机制
希列尔的自然运动理论认为空间构形（Configuration）决定了人流运动和吸引子的分布。在自组织格网结构的内在逻辑作用下，产生了人流的自然运动形式，人流的自然运动影响着吸引子的分布，不同类型的吸引子对应分布于不同的格网形态中，因此而产生了互动的乘数效应，于是城市形成了不同的土地利用与空间布局形式（比尔·希列尔，1984，1996）。吸引子为了寻求最大的运动经济而降低至最小的句法距离成本（平均句法深度而不是几何距离的最小化），它们往往集聚于一部分轴线上，从而形成了空间格网的句法中心（全局中心与局部中心），这便产生了希列尔所言的“过程中心化”现象（比尔·希列尔，2000）。但在城市作为客体对象发展的过程中，格网形态受微经济（Micro－economy）与社会文化（Socio－cultural）共同作用，前者维系了格网运动经济的稳定性特征，而后者受导致局部变化，如不同居住区的居民对于居住风格、标准文化的认同差异，从而导致格网产生局部变形［希列尔，2001；阿派雷得·卡莱索克（Apiradee Kasemsook），2003］。
由此，在城市空间演变过程中，城市拓扑系统的自组织是通过格网及其社会逻辑进行系统内在的矛盾与协同作用。在长期自组织演变过程中，空间格网系统存在内在的逻辑循环，促进了运动经济过程中的乘数效应，推进了空间格网发生功能演变与过程中心化现象。在这一内在机制运行过程中，尽管局部格网受到城市客体对象社会文化差异的影响，但整体空间的演变体系依然严格遵循内在的自组织演变规律。
（2）结构关系机制
结构关系是城市空间自组织系统的关键部分。空间拓扑系统的要素之间以及局部结构之间存在复杂的空间联系，通过其间的矛盾与协同作用，进行生态位的竞争与演替。在复杂的结构关系机制作用下，城市空间内部形成紧密的结构联系，维系着城市空间系统自我发展的动态平衡。
在传统拓扑结构中，伴随着拓扑的自组织作用，拓扑网络环数不断增加，层级趋于复杂化，拓扑中心逐步从一个分裂为两个或多个。同时，主干日益向外伸展，分支增多，作为飞地的“岛”开始出现。在所有这些变化过程中，环、层级、中心、干、岛与分支的变化存在内在的结构协同关系，彼此相互作用。在空间句法系统框架中，空间系统要素的相互结构关系，局部空间之间以及局部空间与全局空间内在的关系变化存在着严格的协同特征，这些特征可以通过空间句法模型、数据和分析图加以量化表征。
在空间句法的结构关系机制中，最显著的是局部与全局格网结构关系，这一结构关系体现了局部格网与全局格网在变化过程中的结构协同。空间格网的局部结构发生变化，必然带动全局结构产生相应的变化，两者的互动变化的相关数值R（空间智能度值）成为局部格网中心性是否融入全局格网结构的量化表征。并且在局部与全局相关散点分析图中，可以充分显现局部格网与全局格网的协同、孤立与离散关系（图2.2）[8]，从而表明空间格网自组织结构的完善程度。
图2.2 局部格网与全局格网结构关系示意图
（3）形态演进机制
在城市空间自组织体系中，空间形态是人与时空耦合作用的产物。一方面，城市空间及其构成单元之间存在高度的自相似性；另一方面，发展中的城市形态与历史阶段的城市形态存在高度的自相似性（张宇星，1995）。形态依赖理论也认为，城市空间结构的生长也依赖于原有的形态背景（张京祥、崔功豪，2000），继而促使发展中的城市形态对历史形态轨迹产生路径依赖。在城市分形增长理论背景下，城市形态发展的不同阶段客观存在自相似性特征，这正是城市生长过程中自组织形态演进机制的作用。
城市空间的形态演进机制还体现在城市空间本身不同发展阶段所表现出来的形态变化规律。在城市生长初期，城市形态呈点状放射增长，其后是带状延伸，继而指状生长，接着是面状填充，最后是跳跃式生长，于是新一轮增长周期开始。这一形态增长周期性规律在传统拓扑结构形态演进中，对应着拓扑核（初始生长点）的出现，干的延伸，多分支的产生，拓扑回路出现且层级增加，岛的形成与新核产生。在空间句法形态结构演进中，则对应着无核阶段，集成核主轴出现，树状集成核产生，环网状集成核出现和主次多核形态的形成（图2.3）。
（a）空间拓展形态演进
图2.3 城市空间形态演进的周期性规律
3）自组织演变机制对他组织（规划）体系的作用
（1）自组织拓扑形态为城市规划提供形态、结构发展建议
在城市发展过程中，其形态结构变化受系统外的他组织规划的干预和系统内部自组织的双重作用，城市拓扑自相似结构形态就代表城市空间的自组织过程。在规划干预过程中，如果空间结构形态规划方案与空间系统内部自组织规律相一致，则规划实施成本可达到最小化，空间规划方案的科学性大大加强。因此，自组织拓扑空间可以为城市规划就形态与结构发展提供合理化建议。一方面，空间自组织机制可针对城市形态规划的合理性提供建议。根据城市形态演进机制原理，在系统自组织作用下，城市形态发展往往存在路径依赖，任何有意让城市形态发生质的变化的规划都必须支付巨大的实施成本，这对于规划实施而言，往往不能达到资源配置的最优化，以致可能与规划之本意相悖。同时，城市形态规划还必须与其客观的周期性发展规律相一致，在形态演进机制原理中，参照传统的城市空间生长周期性原理，演绎了拓扑自组织结构的演进规律。城市空间形态规划应该遵循空间拓扑形态的阶段性规律，规划应分析城市当前及历史时期的拓扑形态发展特征，客观分析拓扑形态所处的历史阶段，从而为城市空间形态规划提供合理化建议。另一方面，空间自组织机制还可对城市空间结构规划的合理性提供建议。根据结构关系机制原理，在传统拓扑结构关系机制中，主干的发育、分支，岛的分化是城市空间发展过程中的客观现象。但是针对空间结构规划而言，空间结构须有利于主干层级的增加以及分支和岛中回路的形成，以谋求空间的可达性以及拓扑结构内部体系的协同，促使其形成良好的自组织结构。在空间句法结构机制中，相关的结构关系机制可以进一步进行量化与图解分析。通过不同时期局部空间与全局空间集成相关散点分析，可以判断局部空间与全局空间之间的协同、孤立与离散结构关系，从而在历史阶段的这种结构关系变化过程中，分析局部句法结构发展的合理性，为规划提供合理性参考。
（2）自组织拓扑结构演变为城市规划提供空间发展方向引导
城市发展方向选择是城市总体规划的重要内容，发展方向的选择既受制于区域主要经济联系方向（周一星，1998），也受制于自然生态与地貌环境。但是，在城市空间的历史发展过程中，通过外部环境的长期影响，城市空间系统内部也不断进行空间结构的自组织作用，空间系统的自组织协同作用将结构演变方向的合理性不断内化。因此，在城市空间系统稳定演变时期（非突变阶段），空间系统发展方向的合理性已内置于系统自身的结构之中，新一轮城市规划发展方向的选择应该遵循其内生性规律。
城市发展方向的内生性规律可以通过对不同时期城市句法结构中分区句法数值（全局集成度、局部集成度、智能度）平均数的变化，可以了解局部空间的全局与局部集成能力、渗透能力的关系，从而剖析新开发地区句法结构在全局结构中的合理性。通过不同时期、不同分区空间句法结构的合理性比较，我们可以得出城市空间发展方向的合理性选择。这一发展方向的合理性可以为新一轮城市规划提供决策性参考。
当然，空间自组织拓扑结构对城市规划发展方向的引导应分类对待。当城市规划的目的在于对空间系统进行结构优化与调整时，这一空间系统内生性方向选择可以直接用于城市规划发展方向确定。当城市规划的目的在于对城市空间结构进行质的重构（如社会发展转型时期）或者城市空间结构演进进入新一轮发展周期时，规划的发展方向可能要寻求对现有空间结构体系的突破（如跨越式发展）。此时，规划发展方向确定要在系统内在发展方向合理性基础上进行规划实施成本分析，超前考虑城市未来合理的发展方向和空间结构系统的合理性。
（3）自组织拓扑中心性变化为城市规划提供中心及其体系发展建议
城市内部中心发展与中心体系构建是城市规划的核心内容之一，因为城市中心在整个城市空间结构中起着支配与控制全局结构的地位。在传统拓扑结构机制中，中心处于多个层级的最高层，中心层级的升高以及分中心的形成与整体系统结构的完善关系紧密。在新一轮规划中，通过分析原有中心发育、中心体系发展完善的需要，可以为新一轮城市规划中的中心体系规划提供借鉴。但是，由于传统拓扑技术定量分析能力的缺失，需借助现代空间句法分析技术加以完善。
在空间句法分析框架中，中心性分析是其最具技术理性的重点内容。根据空间拓扑系统的运动经济机制原理，运动经济的乘数效应导致吸引子向中心区位集结，产生“过程中心化”现象。因此，我们可以通过不同时期的城市空间句法结构，分析城市全局空间与局部空间的中心性变化，探索全局中心与局部中心的区位转移，继而判断下一时期城市中心区位的空间走向，为新的全局中心定位及内部结构变化（如由树状集成核向环网集成核的变化）提供规划依据。句法中心性可对规划定位的空间中心体系（包括主中心与副中心）中不同类型中心培育的潜力做出分析，从而为整个城市空间中心体系规划做出合理性建议。
（4）自组织拓扑功能转换为城市规划提供功能布局参考
空间句法理论原理及大量实证成果表明，城市空间的功能结构与拓扑结构存在高度相关性，因此拓扑空间自组织原理可以借鉴城市功能布局。从原理上讲，一方面，我们可以根据城市集成核定位进行中心功能布局，规划应在全局集成核沿线进行全局吸引子布局（如具有全局服务功能的商贸中心、宾馆饭店、金融与文化设施和旅游商店等），在局部集成核沿线进行局部吸引子布局（如具有局部服务功能的零售网点、餐馆、社区文化娱乐设施等）；另一方面，通过各类用地数据和句法数据，研究分区用地功能结构与拓扑结构的相关性水平，可以解析现状城市分区（尤其是新区）功能用地结构的合理性，从而对分区功能用地布局调整提供对策和建议。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
