基于协同论的城市绿地系统布局调适——以上海市为例

李 涛

2019年4月，住房和城乡建设部发布了关于绿地规划的首项国家标准《城市绿地规划标准》(GB/T 51346—2019)(以下简称《绿规》)[1]。《绿规》是针对绿地规划的标准，城市绿地系统规划作为其中重要的一项内容，其主要特征是以系统性、全域性视角纳入城市空间用地规划。面对耦合“生态-经济-社会”因素的城市绿地系统演化不协调等问题，亟待城市绿地系统规划做出耦合性、协同性应对[2]。

“山水林田湖草是生命共同体”的重要论断不仅彰显尊重生命的生态价值观，还蕴含万化协同的生态审美观[3]。协同论为研究复杂系统的耦合协同关系提供了理论和技术支撑，引入协同论量化研究城市绿地系统演化进程中的耦合协同作用关系，“从系统工程和全局角度”为优化调适城市绿地系统结构布局提供科学依据，并能为在规划实践中推动城市绿地系统与社会经济发展的可持续共生做出针对性探讨。

1 协同论概念与进展

协同论(Synergy Theory)是1971年著名德国物理学家哈肯基于系统论、信息论、耗散结构论等，采用系统动力学综合思维模式提出的自组织理论概念[4-5]，研究的是多元系统间相互作用及其变化规律的学科[6]。协同度又称协调度、耦合协同度，描述的是系统或要素彼此协调、和谐一致的大小程度[7]。

国内相关研究通常是在空间规划领域进行定性探讨，而定量研究较少，研究可分为2类。1)绿地空间耦合：集中在绿地空间与城市系统的结构性、骨架性、功能性空间要素耦合[8-9]，区域绿地耦合空间规划转型[10]，以及运用耦合理论测度绿地公平绩效[11]和植物多样性[12]等方面。2)绿地空间协同：集中在绿地单功能与系统协同规划[13-14]、多功能与系统协同规划[15]，以及绿地系统功能的协同评价[16]等方面。

国外相关研究则主要集中在小尺度的绿地规划与管理领域，定量研究较为成熟，但缺少宏观视野，研究可分为2类。1)规划过程协同：通过“过渡城郊”、农林复合等方式协同整合绿色开放空间[17-18]，通过参数建模测度绿色开放空间的生态服务潜力[19-20]，利于创建小尺度绿地空间类型范式[21]。2)管理调控协同：政府主导、社会自治、公众参与的协同管理促成绿色开放空间协同发展[22-23]，公共部门、私营部门和公众谈判产生新型混合式绿色开放空间[24]。

2 基于增长协同度的背景分析

2.1 研究方法：增长协同度

中国城市绿地建设处于重要转型时期，以整体疆域-四大地区①-31个省(市)3级空间为研究样本，通过计算建成区绿地率、人均公园绿地面积2项指标的增长协同度，探讨各省(市)绿地增长的演变规律和区域差异，对统筹城市绿地建设和城乡一体化发展具有重要意义。

2.1.1 绿地年均递增速度

借鉴绿地协同度的定量研究成果[25]，计算公式如下：

式中，Si(i＝1，2)为2项指标的年均递增速度；Xe、Xb分别为研究末期和初期的绿地指标数据；te、tb分别为研究时段的末期和初期。

2.1.2 绿地增长协同度模型

引入地理数据空间研究领域广泛应用的协同度量化模型[26]，协同度C的计算公式如下：

根据协同度指数高低，以及建成区绿地率和人均公园绿地面积之间的比例关系，将C值划分为4种类型[25]。

2.1.3 数据来源

为提高数据的覆盖性、精准性、可信度，选取能查阅到的最长时间跨度的且具有统一统计口径的数据。通过住房和城乡建设部官网发布的2002、2006、2010、2014、2018年城乡建设统计年鉴、城市建设统计年鉴，分别提取“建成区绿地率”“人均公园绿地面积”2项指标数据，判断2002—2006、2006—2010、2010—2014、2014—2018年4个时期3级空间的绿地增长协同度[式(1)、(2)]，再通过这4个时期的S1均值、S2均值计算2002—2018年的绿地增长协同度均值。

2.2 中国绿地增长协同度演化特征

2.2.1 整体而言不协同

2002—2018年，整体而言我国绿地增长协同度均值为1.286，属于不协同类型(图1)。其中：1)S1、S2均逐步放缓，均降为原来的近1/7，说明我国正处于城镇化快速发展阶段，然而绿地发展却相对滞后；2)S2高于S1，目前二者的差距逐步缩小，随着新版《城市绿地分类标准》(CJJ/T 85—2017)和《绿规》对区域绿地的重视，可以预见未来这2项指标的差距会逐步加大；3)前3个研究时期协同度持续走低，但在第四个研究时期协同度呈现出优化趋势。

图1 2002—2018年我国绿地年均增速和协同度演变

2.2.2 四大地区间差异较小

2002—2018年我国四大地区绿地增长协同度为：中部＞西部＞东部＞东北，中部、西部表现为相对不协同，东部、东北表现为不协同。研究发现：1)中部地区S2均值是S1均值的2倍多，协同度排名普遍靠前，唯有湖北不协同且S1偏低；2)东部在协同度后10名中占4个，只有天津、上海2个市是协同类型，但上海是在低增速下协同；3)东北地区S1均值普遍较低且S2均值不高，协同度排名均靠后，建成区绿地率一直低增速发展。

2.2.3 省(市)之间差异明显

通过对31个省(市)4个时期的绿地增长协同度研究发现：1)2002—2018年呈现协同、相对协同、相对不协同、不协同的省(市)个数分别为3、4、11、13，表明我国大部分省(市)指标的协同度有待提升；2)4个时期出现协同度负值的省(市)个数分别为2、2、0、4，表明指标不协同有泛域化的趋势；3)在呈现协同类型的3个省(市)中，上海市2006—2010年指标出现负增速发展，建成区绿地率、人均公园绿地面积分别由35.39%、7.33m2/人降为33.6%、6.97m2/人，特别是人均公园绿地面积始终处于低水平状态(图2)。

图2 2002—2018年我国31个省(市)绿地增长协同度

3 案例选取原因

如上结论局限于建成区绿地、人均公园绿地的增长性数据比较，尚未充分说明绿地系统实际功效的协同性、均衡性服务水平。因此，有必要引入测度系统功效水平的耦合协同度量化模型，以进一步明晰系统内外部功效的耦合协同作用关联，进而有针对性地优化调适城市绿地系统结构布局。选取上海市作为典型案例的原因在于：1)鉴于上海市绿地增速低且某段时期负增速发展的研究背景，极有必要对其城市绿地系统功效进行耦合协同度研究；2)在《绿规》颁布实施背景下，以用地矛盾突出的高密度超大城市上海作为研究对象，探讨其城市绿地系统布局方法具有一定的代表意义和借鉴价值。

4 基于耦合协同度的布局调适

4.1 指标体系：内源驱动力和外源影响力

绿地系统耦合协同度量化模型的指标体系构建从2个维度展开[27]：1)绿地系统内部主导功能的内源驱动力维度，为便于量化测算并统筹于系统视角，参照新版《城市绿地分类标准》(CJJ/T 85—2017)整合为4类绿地[28](表1)，即游憩型绿地、防护型绿地、生态型绿地和生产型绿地；2)绿地系统外部作用的外源影响力维度，分为绿地系统、资源环境系统和社会经济系统3类。

表1 便于量化测算的绿地名称整合

4.2 研究方法：耦合协同度

4.2.1 耦合度量化模型

在参考学者构建美丽乡村绿地多功能耦合[29]、城镇化与土地财政耦合[30]基础上，选取耦合度模型：

式中，C为耦合度；fn(x)为第n个系统的功效函数。

4.2.2 协同度量化模型

引入测度系统间交互耦合协同作用的协同度量化模型，根据相关研究[31-32]选取计算公式：

式中，D为协同度；α、β，…，λ为待定权数，参照文献为权数赋值[27]，并将D值划分为9种类型[33]。

4.3 绿地系统布局的时间分异及协同调适

4.3.1 时间分异

1)“内协”：协同度值波动下降。

结合田野调查数据、GIS地图数据，以及《上海市基本生态网络规划》(2012年)和《上海市城市总体规划(2017—2035年)》(以下简称《总规》)中市域用地现状图中的绿地规模变化，运用AHP法[34]测算出上海市4类绿地子系统的指标权重，参照绿地规模及其服务半径为4类绿地子系统功效赋分，进行数据归一化处理及满意一致性检验，通过耦合度和协同度模型[式(3)、(4)]计算出2006—2015年绿地系统内源驱动力的耦合度和协同度值。

研究发现：绿地子系统功效处于极不协同状态，且在波动中走低(协同度值分别为0.242、0.236、0.240、0.222)。主要原因在于生态型绿地破碎化程度越来越高，其功效分值明显变低，而随着近年来郊野公园的耦合扩增使得游憩型绿地功效分值变高，增加了整个绿地系统功效的不协同、不均衡性。

2)“外协”：协同度值缓步上升。

提取《上海统计年鉴》中2006、2009、2012、2015年资源环境系统、社会经济系统中的各项指标数据，运用熵权法[35]计算出各指标客观权重，结合“内协”已有的绿地系统功效值，通过耦合度和协同度模型[式(3)、(4)]计算2006—2015年绿地系统外源影响力的耦合度和协同度值。

研究发现：协同度在低度失调状态中缓步提升(协同度值分别为0.455、0.492、0.525、0.516)，表明研究时期内绿地系统功效与社会经济功效、资源环境功效之间虽难以达到高度协同，但同步性正在提高，绿地生态的综合功效正逐步追赶社会经济的发展步幅。

4.3.2 协同调适方法

根据协同度时间分异研究结论，提出上海城市绿地系统协同优化策略和布局调适方法(表2)，并在协同复合型绿地分类、分级框架下进行协同复合型布局调适，调适过程具有2个层次的协同：1)结合《总规》中的干线道路系统规划、生态空间规划等多协同因子，以城市建设用地外的游憩型绿地和生态型绿地为重心协同构建绿地系统空间结构布局；2)采用《总规》中1个主城区-5个新城-2个新市镇的城镇划分方式，通过对协同复合型绿地要素全面分类分级细化，进行主城区尺度、市域尺度、城市尺度的绿地系统协同优化与布局调适。

表2 上海城市绿地系统协同优化策略及布局调适方法

1)主城区绿地系统布局调适。

根据《绿规》[1]4.3.1条文要求，城区绿地系统规划逐步由“增量绿地”转向城区内部的“存量绿地”，依托现有城市空间优化绿地系统结构布局(图3)：(1)完善城市公园-地区公园-社区公园3级公园体系；(2)构建景观型步道、文化型步道、休闲步道、生态步道等游憩绿道网络；(3)锚固外环绿带、近郊绿环防护格局。

图3 主城区绿地系统结构优化与布局调适

2)市域绿地系统布局调适。

根据《绿规》[1]4.2.1条文要求，市域绿地系统规划的工作范畴是构建兼有生态保育、风景游憩和安全防护功能的绿地生态网络，优化提升“多层次、成网络、功能复合的生态空间体系”(图4)：(1)完善游憩节点、绿廊、绿区构成的风景游憩绿地体系；(2)通过滨海岸线和骨干河道的生态廊道构建区域游憩绿道网络；(3)建构贯通江河湖海的区域性生态走廊。

图4 市域绿地系统结构优化与布局调适

3)城市绿地系统整合布局调适。

统筹主城区绿地系统和市域绿地系统结构优化与布局调适方案，建构城市绿地系统“三环九廊”的绿色生态空间格局(图5)。(1)完善三环城乡公园体系：第一道绿隔城市公园环，通过外环绿道串联完善周边大型城市公园；第二道绿隔区域公园环，通过近郊绿环楔形绿地串联周边公园；第三道绿隔郊野公园环，建设30处以上大型郊野公园体系。(2)打通9条生态廊道：通过对接区域绿地，形成主城区连通东海、长江、淀山湖、太湖的9条大型生态廊道。

图5 城市绿地系统整合结构优化与布局调适

4.3.3 方案协同度评价

运用AHP法测度2015—2020年上海市绿地系统内源驱动力的协同度，发现其均值增长至0.332，表明优化调适策略及方案一定程度上改良了绿地系统综合功效的耦合影响及协同性能。虽未达到城市绿地系统的高度协同有序发展，但绿地功能与游憩功能耦合，防护型、生态型绿地内部连通的调适路径，能缓步增加游憩型绿地、降低绿地破碎化程度，从而逐步提升城市绿地系统内源驱动力之间的协同性能。

5 结语

开展城市绿地系统的协同研究是深入探讨绿地增长时空差异、绿地系统功效时空分异的重要方法，也是指导城市绿地系统规划发展的重要措施。本文从“生命共同体”的生命观、系统观、协同观视角，基于协同论的增长协同度量化模型和耦合协同度量化模型，分别研究我国绿地增长协同度演化特征和上海城市绿地系统布局调适方法，得到结论如下。1)绿地增长协同度：整体而言不协同，四大地区间差异较小，省(市)之间差异明显，上海市绿地增速低。2)绿地系统耦合协同度：内源驱动力协同度值波动下降，外源影响力协同度值缓步上升。并在《绿规》指引下从主城区尺度、市域尺度、城市尺度进行了绿地系统的功能、结构、布局调适，以促进绿地系统与资源环境、社会经济耦合协同的可持续发展。

绿色生态协同发展问题作为当今时代急需破解的新课题，在城市绿地系统协同度研究时，如何补充完善缺失的部分绿地数据，优选绿地系统功效衡量指标，尽量精准化指标权重，深入剖析绿地系统功效服务水平与耦合协同发展度关系，探讨新形势下城市绿地系统演化耦合协同作用机制等问题，有待进一步研究。

注：文中图片均由作者绘制。

注释：

① 四大地区的划分参照《中国城市建设统计年鉴2018》城市统计分组的分类方式，将全国划为东部、中部、西部、东北四大地区。