形式语法作为中国传统城市格局秩序的描述方法

文／柯国新 上海霍普建筑设计股份有限公司 副总监

1 背景

城市是人类活动的产物和物质载体，反映在政治、社会结构、经济等多个方面。可以说，人类文明的范围是在城市中浓缩的。作为一种受不同因素影响的物质形态，城市格局和空间结构趋于多样和复杂。同时，这些差异使城市得到认可和区分。城市的模式是聚落形式的不同功能和元素在空间上的分布和混合方式[1]。不同的城市可能通过不同的机制组织不同的城市模式来表现不同的物理空间和形象，而其他一些城市则不然。在喜欢生物新陈代谢的城市里，拆除和更新总是轮流进行。城市形态和结构是时间的沉淀。历史名城有能力在不失去基本结构的情况下吸收连续的变化。本文关注中国传统城市的街道格局和街道布局。简·雅各布斯认为街道是城市的命脉，而不仅仅是交通通道；随后，克里斯托弗·亚历山大（Christopher Alexander）将街道视为多功能城市“模式”[2]。

2 中国历史城区现状

晚清以来，西方规划理论和思想进入中国，并在城市规划中得到应用。在过去的几十年里，中国城市的空间结构和城市结构发生了广泛的变化，尤其是传统的城市区域。自1978 年改革开放以来，中国城市经历了巨大的增长和转型，被称为城市化。所创造的东西似乎与中国的传统城市模式大不相同。城市化虽然为经济发展和人口增长提供了一个反馈机会，但却引发了巨大的争议、城市边缘无序扩张、历史城市结构的破坏、难以辨认的街道空间、城市热岛效应等。

如今，城市规划设计在控制和引导城市形态方面发挥着重要作用。城市规划设计为城市的顺利运行提出了城市规范、功能布局和建筑数量。正如联合国人居署强调的那样，良好的城市规划和设计应该建立最小的公共空间，优化街道连接。然而，现代规划的城市环境似乎通常比传统的“计划外”环境更糟糕。作为对现代主义的回应，可持续发展和新传统都市主义等运动已经取代了“汽车时代”的修辞；紧凑、密集、混合使用的社区重新流行起来，新一代的传统风格建筑和街道模式可供选择。目前，历史街区的保护与复兴已引起越来越多的关注。根据报告，中国历史名城拥有丰富的文化遗产和非物质文化遗产（联合国人居署工作文件草案，2011 年1 月）。然而，中国的许多城市地区被批评为单调和缺乏地方性。新城建设与旧城保护处于不平衡状态，具有不同的内在空间和物理特征。

3 城市相关研究

人类文明的发展始终伴随着人类住区的演变。城市作为一种高端产品，呈现出一个复杂的系统，与城镇、村庄相比，自然受到广泛关注。不同领域的学者从不同的角度和方法对城市形态进行了研究。城市形态由O Schluter 于1899 年提出，通过历史地理学的方法，强调了城镇规划分析，并定义了构成要素和时间演变[3]。与此同时，一些研究人员将重点放在类型学上，总结了建筑类型和开放空间。随着计算机语言的兴起，学者们探索了一些新的描述性和生成性语言，以揭示城市的内在机制。

4 形式语法作为一种方法

自20 世纪70 年代斯蒂尼和吉普斯将形式语法作为一种描述方法以来，它作为一种描述和生成方法在建筑学和城市研究中得到了广泛的应用。形式语法是应用于形状的一组正式规则，以生成一种设计语言，使规则的所需形式和功能可视化[4]。形式语法具有通过指定顺序或逻辑操作形状的巨大潜力。

首先，形式语法可以用作现有设计的分析语言。李亚伊分别于2001 年和2003 年试图通过形式语法分析中国传统木结构建筑的组织结构，并开发了一种生成著名建筑平面图的参数形式语法。其次，形式语法也是一种设计语言（图1），它已被用于视觉领域：绘画和雕塑、工程和产品设计。如今，西方学者将形式语法作为揭示欧洲城市形态复杂性顺序的方法，并将其作为解决城市设计问题的方法。起源于形式语法的城市语法已被用于编码城市形式的生成。设计生成涉及将典型的城市设计操作编纂成形式语法规则的应用，以符合使用描述语法制定的城市计划中规定的要求。

图1 城市生成规则和城市规划通过递归应用规则生成的可能解决方案示例（图片来源：Jose,Urban Grammars:Towards Flexible Urban Design）

随着计算机语言的兴起，学者们探索了一些新的描述性和生成性语言，以揭示城市的内在机制。元胞自动机（CA）是用简单的规则和程序模拟复杂的自组织结构和进化过程的有效方法。它试图通过对每个细胞重复应用相同的规则来计算时间和空间中的物理形式。与形式语法一样，CA 是一种组织某些特定模式的方法。它倾向于使用单一规则递归执行，而形式语法通常由一组规则组成。CA 方法的一个主要问题是，从几乎无限的CA 规则空间中发现特定意图的自生成规则超出了人类的能力。空间句法是B Hiller 提供的关于建筑、住区和城市的人类生活空间的定量描述。随着社会活动和空间形态的结合，空间句法已经发展成为描述和研究城市不同空间秩序的模型和方法。整体不同空间要素之间的复杂关系是社会经济活动的基础，而不是独立的空间要素。形式语法似乎接近于空间语法的概念。然而，语法生成器比形状文法更简单。此外，它们没有形状限制。

5 关于中国传统城市的论文和理论

根据考古研究和条约，中国的城市规划实践始于3000 年前的周朝。在中国历代王朝时期，城市规划和建设规范受到文化和政治的独特统治。中国传统建筑形式和城市环境从根本上受到中国宇宙观和社会等级制度的影响，这体现在著名的儒家、道教和风水学中。无论是中国的建筑规范还是规划都充满了地域特色。中国古代的城市规划思想和理论主要有两套。一个是《周礼·考工记》。它描述了建设首都的基本原则，塑造了中国大多数城市，尤其是首都。虽然中国很少有城市能完全符合《考工记》的要求，但在中国漫长的历史中，《考工记》的规划规则或多或少地体现在了很多城市的建造上，比如大都市。它反映了皇权和封建礼节。古代中国人认为地球是方的，天空是圆的。皇城位于市中心，呈九方形网格状。

《管子》是另一个重要的描述，它倡导一种本土哲学，即城市建设应该依靠和利用自然条件，而不是封建社会的等级制度。它的思想与《考工记》截然不同。风水是规划者定位城市的一个重要因素。中国南方地区的城市受到山川的影响。这些城市的轮廓通常是不规则的，道路也不正交。《管子》思想虽然不为古人所重视，但却直接或间接地影响了许多城市，值得借鉴。由于规划原则、方法和艺术配置规律，传统建筑和城市得以持续发展。在保持中国建筑体系的独立性和连续性的同时，它们摆脱了陈腐，带来了新鲜[5]。无论是在住房体系、街巷体系还是城市结构体系中，我们都可以将城市区分开来，找到彼此相似的东西。

6 基于体系结构的语法描述

6.1 城市样本

北京和南京都是著名的历史名城。城市形态和结构或多或少地被遗留在传统地区。北京是中国北方的典型城市。清代北京旧城采用了在元大都基础上建立的明代城市模式。北京的传统街区由宫城、皇城、都城和外城组成。这座皇城位于北京市中心，区块的大小是按模块规划的，这些街区由胡同组成。北京建筑的基本形式是四合院，主要建筑朝南，通道也相应设计。南京是中国南方的典型城市。这座城市的形态深受山川的影响，传统民居主要集中在南京南部，街道的走向通常与河流有关。南京的基本建筑形式虽是合院，与北京四合院截然不同。

本文从北京和南京选取了两个样本。北京的样本是南锣鼓巷遗址区（图2）。南锣鼓巷是北京最古老的文化遗产区之一。它建于七百年前的元朝，位于北京旧城北部，是北京最重要的居住区之一，有许多名人故居。随着历史的变迁，南锣鼓巷仍保留着胡同街的结构和大量的传统四合院。在这个示例中，地块的大小和形状更接近。地块的南北向长度大于南北向长度。据《元史》记载，标准地块面积为80 亩（用于测量土地面积的单位为1 亩≈666 平方米），街道形状几乎完好无损。本城市样本中有三条等级街道，包括主要街道、横向街道和次要街道。主要街道比横向街道和次要街道宽得多，超级街区被主要街道包围，不受交通干扰。横向街道是平行的，大部分是南北向的。横向街道的宽度在4 到8 米的范围内相似。两条相邻且平行的横向街道的中心线之间的距离约为75 米。这一数据对应于一项研究，即两个相邻胡同之间的距离为50 步（步也是古代测量土地长度的单位，1 步在元朝约为1.54 米）。次要街道大多是死胡同，与横向街道正交。样本的曲线图似乎不规则，大小也不均匀。南北横向街道和角落附近的地块较小且密集。通常，地块的深度和宽度与四合院的组织有关。北京四合院是一种典型的住宅模式，它的中心是一个四合院，两侧是房屋，通常每个家庭都有多层庭院（进）（图3）。

图2 样本位置左：北京，右：南京（图片来源：作者自绘）

图3 左：北京，右：南京（图片来源：作者自绘）

南京的样本是南京旧城南部的南京老城南（图2）。自明代以来，南京老城南作为住宅区、家庭经济区和手工业作坊区，有着悠久的历史。秦淮河流经这里，南京传统街区的结构由道路网和水系组成。地块的形状和大小是多样的。南京的街道分为四个等级，包括主要街道、横向街道、次要街道和里巷，它比北京多了一条等级街，街道也不是东西或南北正交的。样本地块的长宽比大于北京。南京的传统民居多为多层院落，高墙、豪宅。除了一层的建筑，还有多层的楼房，天井的形状接近正方形，但具体布局灵活合理（图3）。

6.2 北京和南京样本的比较

根据之前的现状，总结了北京和南京的抽象街道格局图（图4）。根据北京的样本，街道的等级是明确的。街道以直角相交，主要道路和次要道路之间几乎没有十字路口。而在南京，街道根据自然因素向不同的方向发展，不同等级的街道通过T 或X 交叉口连接在一起。

图4 北京和南京街道形态的抽象图（图片来源：作者自绘）

从样本中可以看出，北京和南京的街区边界与不同等级街道之间的关系不同（图5）。北京的街区由主要街道和横向街道定义，而南京的街区由次要街道定义，主要街道和横向街道除外。

图5 配置不同级别的街道图，以及地块、通道和街道样本的空间关系图（图片来源：作者自绘）

根据具体的土地用途，地块被细分为地块。地块和街道之间的关系对于弥合城市形态不同维度之间的差距非常重要。地块入口是反映地块与街道关系的重要标志。因此，根据Soso 地图，绘制了北京地块的入口。南京样本的地块访问基于他人的院落类型研究和1936 年的南京地籍。

在样本访问映射的基础上，本文使用软点表示一个图，用填充点表示该图的访问。将软点和相关的填充点连接起来，我们可以发现不同等级街道的地块的入口之间的关系不超过两种。北京的街道有三个等级，而南京的街道有四个等级。人们由不同的路径穿过主街进入地块。根据三个层级和四个层级街道形态图，通过排列组合，北京模式可以模拟出10 种道路，南京模式可以模拟出28 种道路。然而，就北京和南京的样本而言，实际上存在的关系类型是有限的。根据样本的空间关系图，北京的地块通常无法同时与主要街道和里巷连接，一个地块通常不会同时连接两条里巷车道（图6）。

图6 配置不同级别的街道图，以及地块、通道和街道样本的空间关系图（图片来源：作者自绘）

庭院是中国城市结构中开放空间不可或缺的元素。同时，它在内部交通和连接内部与外部方面发挥着重要作用。关于庭院和街道之间的联系，有两个案例。一种情况是，庭院面向街道，没有任何房屋；另一种情况是，人们需要穿过房子才能进入庭院和其他房屋。同一地块内庭院与庭院之间的连接也是如此。本文试图以北京和南京为样本，绘制开放空间的渗透性图。三角形表示街道和院子或院子和院子之间没有直接的联系。正方形表示两个开放空间元素之间的直接连接（图7）。

图7 北京和南京样本的开放空间渗透率图（图片来源：作者自绘）

结语

在总结城市格局和空间结构的基础上，用不同的范围和顺序来描述城市要素。不同的规则适用范围反映了内在机制下的差异。形式语法作为一种描述中国传统城市不同形态的方法是可行的。通过对条约和史料样本的分析，在不同的尺度和层次上呈现了两个样本之间的差异。作为一个有机整体的城市，它是按照自然规律和人类意志建造的。本文从街区、街道、地块和建筑/庭院四个因素对样本进行了分析。这四个因素反映了不同的城市特征，它们之间有着密切的联系。通过对北京和南京地图在这四个因素上的比较，指出了它们之间的异同。城市形态特征有其规律，从样本地图可以看出，街区的布局与街道格局的组织有很大关系，北京和南京的街道等级不同，街道节点也不同。因此，呈现的块的形状和大小各不相同。北京的街区相似，而南京则不同。根据特定的街道模式和街区的几何特征，定义了特定的语法。地块入口是反映地块与街道关系的重要标志，它可以反映人们穿过街道进入地块的不同路径，以及两个独立开放空间之间的空间关系。访问用于定义打印模式，但它在规模和偶然性方面也有局限性。总结出的规律仍需进一步研究，有些可能会被更改，也可能会添加更精细的规则。