城市设计视角下空间肌理形态控制的方法探索

陈 石 | Chen Shi

袁敬诚 | Yuan Jingcheng

张伶伶 | Zhang Lingling

我国城镇化已迈入高质发展阶段，城市建设重心逐渐由土地规模扩张转变为空间品质提升，城市建设越发关注城镇空间形态的整体秩序与地域特色。审视当前我国城市空间形态的发展现状，普遍存在地域特色淡化、区域特征模糊、要素控制失序等问题。反思快速城镇化阶段城市空间形态管控过程，传统的规划控制缺乏对城市空间肌理形态的系统引导与精细管控，尚未实现与城市设计研究实践的有机融合。因此，如何以更为全面的视角，结合创新设计技术的应用，提高城市空间肌理形态控制的精确性与科学性，将成为各层次城市设计空间形态研究的新任务。本文立足新时期城市空间发展现实需求，探索城市设计过程中空间肌理形态控制的优化方法，提出通过类型控制、参数控制和量效控制过程，以期强化城市设计空间形态控制过程的整体性与有效性。

1 研究背景

1.1 城市设计的时代价值

2020年末，我国城镇数量增至679个，全国城区面积达20.06万km2①，城市空间在建设规模、功能布局、空间组织、运行效率等方面均取得了长足进步。然而，在国际化与全球化思潮的推动下，城市空间普遍出现地域风貌特色模糊与发展过程失序的现实问题。对此，城市设计工作的目标与角色随之发生着时代性转变。首先，在国土空间规划体系的引领下，城市的用地规模与空间格局将逐渐趋于稳定状态，城市设计的重心将侧重于城市开发边界内空间形态的引导与管控；第二，《城市设计管理办法》明确了新时期城市设计的核心任务，强调“通过城市设计，从整体平面和立体空间上统筹城市建筑布局、协调城市风貌，体现地域特征、民族特色和时代风貌。”②；第三，从“尊重城市发展规律”、坚持“以人为本”的角度，城市设计更需关注城市本底空间中群体要素的组合形态与构成关系，以“区域整体性”的视角展开城市空间形态的控制研究，全面提升城市人居环境品质，塑造具有地域特色的人居空间。因此，如何在城市设计全过程对空间肌理形态进行有效控制，将成为城市设计空间形态控制体系优化的重要议题。

1.2 空间肌理的角色界定

空间肌理是“城市空间肌理”一词的简称，是指在一定视野范围内，呈现重复性与秩序性的表面形态特征的城市空间要素群体集合，代表着一定区域范围内各类空间要素构成的基本规律与共性特征。从形态维度上，空间肌理强调物质表面元素呈现规律性的重复与变化，并随着观察视野的改变体现不同特征的构成单元与组织秩序，具有重复性、秩序性与层次性特征；在价值维度上，空间肌理是人类文明发展的重要见证，关注空间设计基本美学原则及人与自然的和谐之美，体现不同地理环境和人文背景下的空间个性，反映城市空间构成的内在机制与共性规律，具有文化性、地域性与科学性价值；在时空维度上，空间肌理是人类城市生活在物质空间上的沉淀与凝练，伴随城市空间发展缓慢形成，在城市空间扩张与更新的冲突中逐渐趋于融合，具有动态性、稳定性和拼贴性属性。

1.3 形态控制的实践基础

在我国目前的法定规划控制体系下，城市空间形态的控制是以规划控制的方式，通过控制性详细规划过程展开的。在当前的规划控制实践中，城市空间形态的控制在强度与精度上均有不足，特别是对于群体空间要素构成的整体形态缺少足够的关注，城市设计工作尚未发挥其在空间形态研究中的优势与特点。在国外的形态控制实践中，普遍强调以城市设计为载体，通过多种途径与形式对空间形态要素进行控制。英国的规划和城市设计是与其审批制度高度融合在一体的，采用的是个案判例式，通过专业的审批专员对空间开发个案进行判断；日本的城市设计方法是依据国情、本土实际来制定城市设计准则，准则内容采用标准参量式，具有可操作性强的特征；美国城市设计控制政策是以设计审查制度为核心，以设计导则为方向与依据，以区划法为依托制定控制政策，一些城市通过制定《形态设计准则》强化空间形态的控制与引导。

2 空间肌理形态控制的优化过程

2.1 延续与转变

在新的时代背景与需求的引导下，城市设计过程对空间肌理的形态控制需要在外在形式与内在机制上进行优化与升级。首先，在主体价值观念上，城市建设者应重视“非结构性”空间形态在城市开发建设过程中的价值：城市本底空间肌理形态不仅自身体现区域空间共性特征与规律，同时也可衬托结构性空间的识别性与辨识度，有助于城市整体空间地域形态特征的呈现。其次，在客观管控机制上，建立城市设计空间形态导控体系，针对空间肌理形态进行全域性的精细控制：一是结合法定空间规划体系，在规划编制、审批与管控过程中强化城市设计形态控制的作用；二是在各层次城市设计过程中，完善空间肌理形态控制的内容横向展开与纵向传递。

2.2 拓展与深化

从横向拓展角度，城市设计空间肌理的形态控制，应从传统规划控制中的二维平面控制扩展至空间视野下的三维形态控制；从关注“单元个体”转变为关注“区域群体”。从纵向深化角度，形态的控制应探索多样化的控制形式，加强空间形态的定量控制；利用数字信息技术引导形态控制由主观经验向客观规律的跨越。对此，本文结合团队近年相关研究成果和项目实践经验，提出空间肌理形态控制的三个优化层次（图1），一是结合城市形态与建筑类型学理论，加强空间形态的类型控制；二是从数字化定量研究角度，完善空间形态的参数控制；三是通过动态联动的计算模拟技术应用，实现空间形态的量效控制。

图1 空间形态控制优化的三个层次

3 空间形态的类型控制

为了应对规划过程对空间肌理控制的扁平化问题，城市设计形态控制优化的第一个层面即是通过从定性到定形的类型控制方法，从群体空间三维形态特征出发，强调城市空间形态地域特征的表达。

3.1 形体化：强调三维视角

早在康泽恩学派进行城镇平面格局的研究开始，城市的街道、地块与建筑物即被视作城市形态构成的三种基本要素。从城市设计视角，空间肌理的构成要素包括由“线”到“网”的道路网络要素、由“面”成“片”的街廓地块要素以及由“体”到“阵”的建筑群体要素。在目前的规划控制中，对于道路、地块的平面要素已存在定性与定量的形态控制，而对于建筑体量、开敞空间、街道空间等三维要素则相对缺失。形体化的类型控制强调从二维平面向三维空间转化（图2），针对建筑形体、屋顶形式、群体围合方式、竖向组合形式、高度衔接关系等提出类型控制要求，描述建筑、街道、院落等空间形体特征，传递各类要素在垂直轴向上的形态信息。

图2 城市片区空间形态的形体化特征

3.2 群体化：聚焦空间肌理

群体化形态控制强调对城市空间肌理的整体性把控。如果说建筑单体控制体现城市建设水平的峰值，那么对于空间肌理形态的控制则决定了城市人居品质的基准线，反映城市规划与管理过程对于民众生活环境的重视程度。

从区域建筑学视角，形态控制过程应重新认识空间肌理要素的重要性，通过控制视域的放大，从区域整体视角对空间形态特征进行控制。首先，在城市总体规划及相关专题规划基础上，解析总体城市设计空间形态设计方案，识别结构性与肌理性的形态控制区域；其后，在城市片区尺度下，分析区域空间群体要素构成的形态特征，制定类型化的空间肌理形态设计准则（图3）；最后，将空间肌理控制要点分解转化，向下传递至地块单元控制导则。

图3 空间肌理形态的类型控制

3.3 地域化：挖掘原型特征

以土地开发为核心的规划控制，保证了土地资源开发利用的公平与公正，却无法顾及城市空间形态的地域个性塑造。因此，地域化的类型控制将是缓解城市空间特色淡化与风貌趋同的可行路径之一。

空间肌理的地域类型源于对本地空间要素“原型”的识别与认知。地域“原型”的提取需要汲取本地漫长建设实践中积累的民间智慧，通过“提取—拆解—提炼—重组”的过程，提出兼顾地域特色与时代需求的空间肌理类型（图4）。在现代城市发展背景下，地域原型的挖掘与利用是“批判性”的：一是以“现实”眼光探寻城市地域性的典型肌理类型，适用于旧城空间的有机更新的控制过程；二是以“历史”眼光发现传统空间“原型”新的价值与表达形式，适用于历史风貌区保护与更新的控制过程；三是以“发展”眼光解析原型要素，重构适应时代需求的空间肌理模式，适用于新区增量空间的开发建设过程。

图4 基于原型重组过程的地域化类型控制

4 空间形态的参数控制

在现代数字信息技术发展背景下，“大数据”与“数字孪生”技术在城市空间研究领域的广泛应用，为空间形态研究开拓了新的研究视野。空间肌理形态控制优化的第二个层面是将形态类型进行参数转化，提出定量化的形态特征转译方法，探索编码化的数字交互语言规则，通过值域化的参数设定平衡控规的精度与弹性。

4.1 定量化：描述数字特征

参数控制的基础是通过定量的形态参数表达定性的形态特征。目前，控规中已包含了对开发规模和平面要素的定量控制内容，如道路的宽度、密度，地块的面积、容积率，以及建筑的极限高度、建筑密度等，而对空间肌理三维特征的定量描述则是缺乏的。

在项目组对建筑肌理形态的定量控制研究中，分别选取了建筑元素参数（15项）与构成参数（14项），描述建筑肌理形态的整体形态特征（表1）。首先，通过抽象提取建筑肌理中各建筑单体形态与群体组合形式，从平面形态、体型形态、群体形态三个方面对建筑元素形态进行参数转译；其后，通过数理统计计算与空间分析获得建筑肌理的构成参数，包括平均数量、组合形式及类型分布三个类别。

表1 建筑肌理形态控制中的主要形态参数

建筑肌理形态参数的提取与计算，是基于建筑群体空间单元（簇）类型化的研究展开的。为了精确表达不同类型的建筑肌理的形态特征，形态参数的提取数量与结果或有不同。对此，可通过聚类分析和敏感性分析等研究过程，筛选特定空间类型的关键形态参数，作为形态控制中核心的参数控制内容。

4.2 编码化：对接数据交互

以空间形态定量化转译为基础，参数控制制定以形态参数为“文字”的量值表述“语言”规则，实现形态参数数据在不同软件间的有效传递，作为图形、符号及文字表达形式的重要补充。在空间设计实践中，空间形态参数通常以“列表”的形式，传达空间形态控制的核心特征；而在空间形态定量分析研究过程中，可制定“编码”形式的参数表达规则，以计算机语言介入空间数字模拟与计算分析，提高综合研究中数据交互的效率，适应空间形态定量研究中对计算化、自动化与智能化的研究需求。

例如，在项目组对寒地城市肌理的形态参数研究中，设定了“结构—要素—参数”分层嵌套的编码规则：结构层以“样本编号：/道路要素层//地块要素层//建筑要素层/”为主干架构；要素层设定“构成参数（主导元素01＜元素参数＞主导元素02＜元素参数＞）”表述规则；参数层以“参数代码+数值”组成编码数列。编码形式以字符串的形式表述图形信息（图5），便于计算机编程语言调用和大量数据存储、对比及计算，为后续城市空间形态数字化研究提供便捷的交互方式。

图5 基于形态参数的城市空间形态编码形式表达过程

4.3 值域化：设定弹性调控

参数控制的值域化是空间肌理定量控制的高阶形式。定量控制并非“定值”控制，亦可通过对设定参数的“取值范围”预留弹性控制空间。特别是在若干参数组合的协同控制时，定值控制体现“底线”思维，而值域控制则为“择优”创造可能性。从规划管理角度，弹性控制机制通常对重要的空间区域或节点施行相对严格的刚性控制，而对于一般区域则采用相对宽松的控制要求。然而，从形态控制角度，这种弹性控制机制束缚了重点区域形态设计的调整优化的空间，同时也放任了一般区域空间形态的随机分化，间接弱化了区域空间整体形态秩序与特征。

值域化的参数控制为空间肌理施行弹性控制提供了一种新思路。在全域覆盖的形态控制体系下，对城市设计重点地区与一般地区采用相同参数不同阈值的方式，进行分级弹性控制。对重点地区选取相对广域的参数值域，参数控制的灵活性较强，为标志性、节点性区域及建筑的深化设计预留调整空间；对一般地区则制定相对窄域的参数值域，以约束性较强的参数控制引导区域整体形态的秩序统一。

5 空间形态的量效控制

城市空间领域中的量效关系研究，是指通过对空间“计量”与“绩效”的数据分析，反映空间形态与空间作用效果之间互动关系的研究过程。为了提高空间形态控制的科学性与客观性，形态控制优化的第三个层次即是在空间分析技术的支持下，加强基于量效关系研究的控制过程，为特定目标下空间肌理的形态控制设定提供依据。

5.1 集成化：构建数形模型

空间肌理形态的量效关系研究，是以构建集成化的空间肌理分析模型为基础，是参数模型、形态模型与计算模型集合体。首先，根据空间肌理构成的基本逻辑，建立以设计参数为变量的参数化矢量模型；其后，对参数建模生成的形态模型进行形态参数转译，形成“参数—形态—参数”的数形互译；最后，在参数模型基础上加载相关规划控制指标的计算模型，实现形态参数与控制指标的快速计算。

在项目组对空间肌理形态的研究中，选择在Rhino+Grasshopper（GH）平台上搭建参数模型（图6）。研究从空间肌理基本类型特征与构成关系出发，通过逻辑建模过程构建了参数化的空间肌理简化模型，并在模型输出端加载了总建筑面积、容积率、建筑密度、建筑高度等指标的。随着输入设计参数的改变，参数化模型可在保持类型特征的基础上，生成相应的形态模型和完整的形态参数数据，并可直接获取更新后的规划指标控制。

图6 在GH平台下建立的数形互译的参数化联动模型

5.2 联动化：重建多维关联

从区域关联角度，空间形态的构成与各类城市要素存在广泛的潜在联系，既包括有形的物质要素，也包括无形的行为、观念、文化等非物质要素。量效控制的关键在于将空间肌理形态与多维度属性要素进行关联，通过联动数据计算与分析模拟过程，反向推导肌理形态控制的原则与要点。

多维度的联动分析是对数形模型的拓展与应用。一是将输出参数从多个方向向外延伸，在接入属性数据后，数据联动的范围可拓展至人口结构、经济活力、环境容量、用地兼容、交通效率等多个维度的绩效指标；二是对生成的形态模型进行计算模拟分析，推演空间形态对环境和人的影响。例如项目组在北京冬奥会运动员村项目研究中，建立了院落式空间肌理的参数模型，进行了外部空间声、光、热及风环境影响的联动分析（图7）。通过形态参数与空间物理环境效果数据的量效关系分析，对比了单目标与多目标下关键形态参数的变化规律，反演出地域适宜性的数形控制要求。

图7 量效联动的控制过程

5.3 情境化：嵌入选项模块

量效控制过程可在城市空间发展的不同情境中发挥价值，根据空间区域的不同属性与目标提出定制化的控制内容，组成选项式的控制模块，嵌入控规形态导控体系之中。如在城市空间保护、更新与开发的不同发展情境下，规划控制可各有侧重地制定附加的形态控制模块。

对于历史风貌街区，形态控制以传统空间特征保护为导向，通过对传统空间地域原型特征的提取与转译，制定核心区与缓冲区的控制要求，组成地域性的形态控制模块；对于旧城更新片区，形态控制以疏解空间矛盾为导向，通过现状空间数据的采集测算，评估空间形态有机更新的潜力与目标，提出分期分级的形态控制要求，形成可比对的过程式控制模块；对于新城增量空间，形态控制以发展需求为导向，通过多目标耦合的量效分析过程，提出最优化的形态控制要求，作为增量空间开发控制的前置模块。

结语

在新思维、新技术与多学科、多主体的交流碰撞下，城市设计空间形态控制体系正处于优化升级的关键窗口期。本文以提出从类型控制、参数控制及量效控制三个层次，补充与完善城市空间肌理形态的控制内容、形式与机制，以期通过城市设计过程提升城市空间形态整体秩序与地域特色，施行全面、科学、系统的管控。同时，我国城市空间形态控制研究是年轻且富有生机的，对空间肌理要素的控制仍会不断地尝试突破与创新。在地域类型的提取、形态参数的挖掘与比选，量效联动规律的总结上，将不断出现新的角度与形式。本文对空间肌理形态控制方法的探索，可为全过程的城市设计形态研究与实践提供借鉴，作为法定城市空间管控体系的有力补充。

资料来源：

图3：天作建筑，辽东湾新区规划设计；

图4：天作建筑，融创漫山小镇项目；

图7：北京冬奥会运动员村项目研究；

文中其余图表均为作者自绘。

注释

①住房和城乡建设部，2019年城乡建设统计年鉴。2020。

② 住房城乡建设部，《城市设计管理办法》，2017年3月14日。