探索分形学在城市规划设计方面的应用

探索分形学在城市规划设计方面的应用摘要：分形学的重要研究对象就是看似不规则的图形，区域和城市规划的研究客体则是以人类进行社会活动的空间构成和综合发展，传统的量化工具处理这些纷繁复杂的现象与图形较为困难。而分形学恰好能够很容易的解决此类问题，因而，近些年，分析学在城市规划设计方面得到了广泛应用。本文关键词语：分析几何；城市规划；设计应用随着城市规模的不断扩大，其复杂性特征表现的越来越明显，对城市规划设计工作提出了更高层次的要求，分形学在城市规划设计中广泛运用，为传统惯例的城市规划设计工作解决了许多困难。本文进一步对分形学在城市规划设计领域的应用进行探寻求索。一、分形学的相关概念及性质分形学是分形几何学的简称，其研究的对象都是不规则的几何体，在我们生存的环境中不规则的物体和现象是占大部分，因而，分形学又被称为是表达天然的几何学。分形几何创立之后，在学术界和工业界都引起了广泛的关注，其不仅具有理论价值，更具有很高的实用价值。(一)曼德勃罗对分形的定义有名学者曼德勃罗在几何学中初次提出分形的理念，并将其下了两种定义：1.当一个集合B的Hausdoff维数大于集合B的拓扑维数时，集合B被称之为分形集。通常来讲，集合B的拓扑维数是一个分数，而不是整数。2.对于一个物体或者现象来讲，怎样其部分和整体根据某种形式构成类似，则称之为分形。后来的学者在这里基础上做了深切进入的研究分析工作，并从研究的理论和实际应用中发现，曼德勃罗所定义的分形学概念并不能完全的诠释分形学的含义。(二)分形学的特点分形几何体具有许多其他物体不具备的特点：1.分形几何体是具有任意大小的标准比例的精细构造；2.分形集无法用传统的几何语言进行描绘叙述，不是一些方程的解集，更不是能够用点的轨迹表示出来的；3.分形几何体具有自类似性，任何一个分形几何体的部分与其整体之间都存在着某种形式下的类似性；4.分形几何体的分形维数是严格大于其拓扑维数的。二、分形学在城市规划中的应用分形是大天然通过千百万年天然力作用才产生的优化构造，分形几何体能够充足的利用空间，做到最合理的分配。人们发现分形理论之后，在许多方面进行了实际的理论应用，其中城市规划设计理念中就参加了分形的设计设想。在城市规划设计经过中，会将专享空间与分享空间根据一定的比例进行划分，并在各自的空间内单独进行规划设计。但是，无论是在一个建筑的内部的房间和大厅，还是在该建筑群内的楼房和广场，又或是城市之间的田野和乡村，不管你从任何一种形式来进行观察，都会发现二者之间存在着构造关系上的类似性，这些事物的实质上都存在着城市空间的分型构造。而且，在城市规划的其他方面，分形学都有所应用。比方说城市的交通系统，就会被分为通信系统、商业系统以及各类的独立系统，这些都是用到了分形学的理论思想。空间自己就是一种需要进行管理的主要天然资源。人们在其中进行生活和工作，但是，相互之间的沟通也遭到一定的阻隔。对于一个天然构成的部落，没有专门的人员对其进行规划，这个空间的格局就会出现许多部分差别，部分内各自进行独立的规划设计。逐步的发展成为城市之后，相应的规划部门开始出现，管理者对整体进行优化，但是，遭到管理者管理思维的局限，一般情况下无法实现整体上的完全规划。因而，现有的许多城市，都是重要以部分优化为主体，整体规划设计进行辅助。随着城市的规模不断扩大，城市的整体规划思想越来越主要。部分优化有利于人们寓居环境的和谐发展，然而整体优化愈加有利于整个城市的空间利用率的提升。我们国家的学者早在二十八十年代末九十年代初就已经开始对城市规划中的分形理论进行深切进入细致的科学研究工作。而且，发现了分形学在城市规划设计中的大量应用实例。下面我们就详细的来进行分析。我们国家的国土面积相当庞大，每一个城市的规划设计都有所不同，各自代表着本城市的文化底蕴。有名的学者刘继生先生对东北地区的一些城市进行过深切进入的分析研究工作，他利用Zipf公式对九四年的东北地区城市规模分布进行关于分形几何特征的研究工作，研究发现辽宁省的城市规模分布是明显的双分行构造，而吉林省的城市规模分布则具有单分形构造特征，黑龙江省城市规模分布为部分分形构造，三个省份，固然相互相邻，但是在规划设计上有所不同，但是，其中的共同点就是都采取了分形学的理论思想进行城市规划设计。从东北的整体城市规模分布上来看，呈现出部分分形图式的特征，但是，其中有明显的双分形痕迹。陈彦光教授利用城市动力系统的Cobb-Douglas函数与异速生长模型，对河南郑州的土地、人口以及产出三方面之间的非线性关系的形象几何图式进行系统分析，从理论上对城市构造进行动力类似研究，并在实际的郑州城市空间与发展的规划设计方面提供了关于分形学理论指点，而且基于广义Beckmann-Davis模型，得出理论上的城市体系总量的快速系数吸收约等于最大城市的快速增加系数。陈彦光教授还将该研究理论成员用于了广州和郑州的土地构成分析上面，而且发现，在城市化地区中，其所具有的土地形态的分形维数一定会大于其他类型的土地空间分布的分形维数。黎夏借助元胞自动机的原理对城市发展密度进行模仿。而且，在其研究之后，元胞自动机在模仿分形的城市系统方面应用的越来越广泛。黎夏的研究工作就是将密度梯度函数引入到CA模型的转换规则当中，并用“灰度〞来对状况的转换进行表示。该模型的应用，为不同城市规划的发展提供了辅助理论根据。刘小平通过对多智能体系统〔MAS〕的城市土地利用进行动态的变化模仿试验，提出了一种新的创新方法。该方法利用环境层与多智能体层进行组合，用于对城市中居民和房地产商，以及相关部门之间，多智能体和环境之间的相互作用，对城市空间构造的演变进行探寻求索。从一九九五年到二零零四年之间的这段时间内，对广州海珠区进行实地研究，而且，通过和元胞自动机模型进行比照发现，多智能体系统对于复杂的城市模仿要比CA更为的精确，更有利于对城市空间格局的整体规划工作，近些年，这一研究结果在城市规划经过中，应用效果比较理想。三、城市规划中分形学的主要意义当我们读城市规划的实质特征分形构造真正深切进入研究之后发现，分形学对城市规划设计工作具有非常主要的现实意义。分形构造在城市中随处可见，无论是在城市的硬件设备规划中，还是各式各样的城市软设备规划中。城市的管理者在进行规划设计经过中，应该重点理解分形学中条理性与类似性的详细含义。城市规划设计的经过是一个“由上及下〞的经过，在对一个城市的土地进行规划的时候，首先应该利用分析条理理论判定出该土地和其周边的环境之间存在的“大联络〞，之后能力对这块用地采用内部的规划设计工作，而且，在工作的经过中运用到自类似性原则。城市空间构造内在的“形式〞原则能够用分形学中的自类似性进行解释，即在同一个条理空间内的实体之间的关系符合类似的形式。而且，这一形式原则对城市规划建设工作具有主要的启示作用：自类似性来自于多种规模空间之间的条理，所以条理性与自类似性是亲密关联的。分形学中的自类似性能够算作是一种“形式〞，然而，条理性是对城市空间体间在规模方面关系的描绘叙述。因而，类似性就是与条理相对应的“小关系〞。城市规划的管理者，就应该理性的运用城市中的这样自类似性，比方说，城市空间的自类似特征，城市交通的自类似性，以及功能上的自类似性。这些自类似性是在不同条理上提供效劳。城市规划设计工作人员在对城市的空间进行系统规划的经过中，能够根据分形空间在各自的条理上具有的自类似性，在对同一条理以及更高层次条理的空间之间关系的研究分形基础之上，对空间的下一层实体进行规划设计，即一个空间实体内部各空间实体之间的关系与本层或上层空间实体之间的关系是同构的或近似同构的。空间和功能的自类似特征还能够进一步运用在一个地区的城市体系的发展规划中。城市规划设计工作自己就是一个开放性的规划经过，无论是部分的规划设计，还是整体的规划设计都能够。可以以只对城市中的某一个小部分进行规划。但是，这种规划设计经过非常具有可扩展性，由于其具有自类似性，所以在其他的任何一个部分区域都能够进行应用。在过去的城市规划设计工作中个，虽然人们并不了解分形学理论在城市规划设计方面的应用，但是，在实际的规划设计中已经开始自发的将分形学理论运用进来。四、小结随着我们国家经济建设的快速发展，越来越多的城市在其规模上都会发生重大的改变，人数的不断增长，对物质以及文化的需求也不断提升，这些都给城市的规划建设带来宏大的压力，怎样能够更好的进行城市规划设计工作，已经是一个全民关注的热门问题。分形学以其自己所具有的特征优势，将在城市规划设计领域发挥出宏大的作用。因而，我们国家的城市规划设计工作人员要对分形学理论进行深切进入的分析研究工作，力争将其理论精华真髓理解透彻，并将其运用到城市规划设计方案之中，使得我们国家的城市布局愈加的合理化，促进我们国家经济的更快、更好发展，早日实现社会现代化建设目的。以下为参考文献：[1]匡文慧,张树文.长春市百年城市土地利用空间构造演变的信息熵与分形机制研究[J].中国科学院研究生院学报.2007,01[2]闫力,李伟.浅析分形的复杂美学在设计中的意义——以中国汽车技术研究中心新院区规划为例[J].哈尔滨工业大学学报(社会科学版),2009,06[3]王丽萍,李云亮.基于分形的港