分形学在城市规划设计方面的应用分析

李　娴（合肥工业大学建筑设计研究院，安徽合肥230009）

分形学在城市规划设计方面的应用分析

李娴（合肥工业大学建筑设计研究院，安徽合肥230009）

我国在城市与区域规划的时候，主要是以人们社会活动的综合发展与基本构成为研究客体，在处理城市空间比较复杂并纷杂的图形与现象时，仅仅利用传统量化工具很难真正发挥作用。而分形学就是专门研究不规则图形的学科，在应用的时候可以有效解决城市在规划设计方面存在的问题。本文就主要对城市规划设计方面分形学的应用进行简单的研究。

分形学；城市规划；设计；应用

1　引言

新时期随着经济的进步，我国城市建设规模逐渐扩增，而城市在设计与规划的时候存在较为复杂的表现特征，而分形学的应用则有效提高了城市规划设计的工作水平，也解决了常规传统城市设计与规划中存在的问题与困难。下文就针对城市规划设计中分形学的应用进行研究与探索。

2　分形学的概述分析

所谓分形学，实际上就是分形几何学，分形学在研究领域主要针对不规则的图形与几何体，而在城市空间的建设与规划中有很多不规则的现象与物体，分形学可以有效表达出自然环境中的几何学。常见分形学定义就是这对某一物体与现象来说，例如其整体以及部分可以根据特殊形式形成相似，也就是分形。

分析学在研究应用的时候与其他物体不同，其特点主要有：①分形几何体形成的分形维度会比拓扑维度大；②分形几何体在整体以及局部之间保持着特殊形式的相似性，也就是说分形几何体自身具有一定的相似性；③分形几何体比较复杂，不是通过一些点的轨迹或者方程解集就可以描述与表述出来的；④分形几何体是一个比较精细的结构，可以通过随意大小的比例尺寸表示出来。

3　分形学对城市规划设计的关键作用分析

城市空间格局设计与规划的本质就是分形特征结构，因此城市规划设计工作中应用分形学具有重要的作用价值。众所周知，城市的设计规划实际上就是一个从而到下的分析过程，在规划城市土地的时候，首先要通过分形层次理论来对城市土地以及周边环境存在的联系进行简单的分析与判断。然后再采用内部方法来规划与设计该块城市土地，在城市土地设计与规划中要利用到分形结构的相似理论。

通过分形学中的自相似性可以科学的解释城市空间结构内存在的内部模式原则，也就是在同一个城市层次空间格局内，其物体之间的结构关系都满足相似性原则。此外分形结构相似的模式原则应用到城市建设与规划中可以得到良好的启示与指导效果。多种规模空间内的层次表现出了自相似性，因此自相似性与层次性存在密切的联系。分形学中的自相似性在有种程度上来讲算是某种模式，但是城市空间格局是通过层次性来描述规模方面关系，所以层次对应的关系就是相似性。城市管理者要根据分形学理论以及自相似性原则来合理应用到城市规划、设计与建设中。城市设计与规划人员在系统规划城市空间的过程中，需要根据分形空间在局部层次上存在的自相似性，从而分析同一层次、不同层次以及高级层次之间的空间关系的分形结构，从而在此基础上规划设计下层空间的实体结构。此外城市功能与空间的自相似性特点可以在区域城市体系发展规划中进行应用。本身城市设计与规划就是比较开放的过程，不管是整体城市规划还是局部城市规划，都可以利用分形学理论。

4　城市规划中对分形学的应用分析

在大自然的演变发展过程中，通过自然作用力形成的优化结构就是分形。而分形几何体可以合理分配空间并充分利用空间，当人们认识并研究分形学理论以后，就开始将其应用在实际生活中，其中最常见的就是分形学在城市规划设计过程中的应用研究。

将分形学设计构想加入到城市规划与设计的理念中，可以有效解决城市规划设计方面存在的困难与问题。在我国城市设计与规划的过程中，会将城市共享空间以及专享空间根据特殊比例来进行科学的划分，然后在分形后的各自独立空进内实现自身的设计与规划。然而不管是城市空间内的乡村与田野，建筑群体内的广场与楼房，还是建筑内部的大厅以及房间，人们在观察的时候，无论以何种形式都会发现任何城市物体之间都会有结构上的相似关系，不同物体与事物的本质都联系着城市空间的结构分形。

城市空间在规划与设计的时候需要特殊的管理方法来进行，空间是自然资源的一种，需要科学合理的规划、设计与管理。在人们日常的工作以及生活都需要在空间内进行，但是在交流与沟通的时候会存在相应的阻碍。假若一个部落是由自然形成，其中没有专门进行空间的规划设计，那么这个部落空间的格局就会分成各个小局部，通过不同局部内空间的设计与规划会使整体空间格局呈现较大的差异性。而城市在建设与发展的过程中，逐渐开始发展相应的设计与规划部门，城市管理者要优化城市整体，但是由于在规划与设计中会受到管理规划者思想的局限性影响，导致其很难实现真正意义上的城市规划。所以很多城市在建设与设计中都会将整体分为各个局部，并以局部规划设计为主体，辅助整体规划设计。目前我国城市规模在经济作用下不断扩大，因此城市规划设计的作用也越来越突出。对城市空间进行局部的优化可以促进城市生活环境的健康与和谐发展，对整体城市空间进行优化可以提高城市整体空间的利用率。

我国研究分形学理论城市规划与设计中的应用早在1980年代就开始进行，并将分形理论在实际城市规划与设计中的应用进行实例的研究，比如在各个城市空间内的城市规模分布研究，不同城市的规模分布存在较大的差异性，有的城市表现为单分形几何特征，有的城市规模分布呈现局部分形结构，有的则呈现双分形结构，因此在城市规划与设计的时候都需要利用分型学理论来融入应用。分形学理论比较复杂，在研究的时候需要综合多方面的内容来进行，根据城市异速生长模型以及动力系统函数，陈彦光对郑州的产出、人口以及土地等进行了非线性关系的几何形象图式研究与分析，从分形学理论角度出发研究城市结构的动力相似性，并且在郑州实际发展规划设计与城市空间方面应用了分形学的理论知识，从而得到了城市体系总量在理论上的快速系数一般约等于城市最大快速增长系数。

通过元胞自动机的知识原理，黎夏模拟了城市发展密度，在研究与探索之后，元胞自动机在城市系统的模拟分形方面得到了广泛的应用，在对其研究的过程中，主要的工作就是要在CA模型的转换规则中加入密度梯度函数，将状态的转换通过灰度来表示，这种分形模型的研究应用也为城市空间的规划与设计提供了有力依据。

根据MAS也就是多智能体系统，刘小平对城市土地的利用进行了动态模拟变化的研究试验，并研发了崭新的创新办法，通过对多智能体层与环境层的组合，可以应用在政府相关部门之间以及房地产商与城市居民之间，通过环境与多智能体的相互影响与作用，从而研究并探索城市空间结构的发展与演变。该理论在广州实地的应用研究得到了良好的成效，另外通过实践应用以及与其他理论的对比，我们发现了在对复杂城市的模拟规划时，多智能体系统比CA系统更加精准，也更加方便城市总体格局以及空间的规划设计。近几年我国在分形学理论方面的成果研究得到了良好的效果应用。

5　结束语

总而言之，随着我国科技与经济的进步与发展，我国城市规模也随之扩大，城市人口的扩增导致其对文化与物质的需求逐渐上升，这些问题都加剧了城市规划与设计的困难与压力。新时期在城市规划与设计中利用分形学理论可以有效发挥优势作用，我国还要加大分形学理论在城市规划设计中的应用研究，从而更加合理的规划城市布局，促进城市经济建设的发展。

［1］冯明明.关于分形学在建筑设计应用方面的探索［J］.中关村论坛，2013，06（11）：28～29.

［2］凌贻清.探索分形学在城市规划设计方面的应用［J］.南昌教育学院学报，2012，01（8）：22～23.

［3］陈 龙，阎 琴，刘 辉.城市分形设计对城市本土性的保持与发展研究［J］.建筑与环境，2013，01（5）：18～19.

TU984

A

2095-2066（2016）25-0191-02

2016-8-22