【全网首发】空间基因
【文章编号】1002-1329 (2019)02-0014-08
【中图分类号】TU984
【文献标识码】A
【doi】10.11819/cpr20190204a
【作者简介】
段 进 (1960－)，男，博士，东南大学建筑学院教授。中国城市规划学会常务理事，中国城市规划学会标准化工作委员会主任委员、城市设计学术委员会副主任委员。
邵润青 (1972－)，男，博士，东南大学城市规划设计研究院高级工程师。
兰文龙 (1988－)，男，东南大学建筑学院博士研究生。
刘晋华 (1985－)，男，东南大学与新加坡国立大学联合培养博士研究生。
姜 莹 (1991－)，女，东南大学建筑学院博士研究生。
【收稿日期】2019-01-15
* 国家自然科学基金重点项目(59238151)；国家自然科学基金项目(50378013)；国家自然科学基金青年项目(59308074)。
当代城市发展中的自然环境破坏与历史文化断裂是严重的社会问题，也是当代城市规划设计中的关键性技术难题。
近年来，“环境污染”“特色缺失”“文化传承堪忧”等已引起社会各界的普遍关注①。《人民日报》于2017年9月发文写道，“生态文明建设已成为全面建成小康社会的突出短板。经过30多年快速发展积累下来的环境问题进入高强度频发阶段……一些地方生态环境还在恶化。”[1]古建保护专家阮仪三教授针对城市历史保护问题也感叹道，“在全国近120个国家历史文化名城中，已经有将近20个没有历史文化街区，有将近一半历史文化街区不合格。”②
2015年12月中央城市工作会议中明确，“尊重城市发展规律，城市建设要以自然为美，把好山好水好风光融入城市，延续城市历史文脉，保护好前人留下的文化遗产，留住城市特有的地域环境、文化特色、建筑风格等‘基因’”。2016年《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》再次强调，要“认识、尊重、顺应城市发展规律，保护历史文化风貌，恢复城市自然生态”。2017年10月，习近平总书记在党的十九大报告中提出“绿水青山就是金山银山”“文化自信”等发展理念，其后又持续就此发表讲话把自然环境保护和历史文化传承提升到国家战略的新高度③。
针对如何保护自然环境、传承历史文化，生态学、文化学、社会学等领域多年来已经在各自学科从诸如生态系统进程[2]、历史文化保护[3]、社会文化多样性[4]等方面进行了长期不懈的努力。但是，如何在城市空间上加以综合统筹，什么样的城市空间才能取得城市建设与自然保护、历史传承的共赢，则是城市规划学科必须回答的问题，也是新的国家空间规划体系需要回答的问题。因此，城市空间成为研究的主题。
从历史上来看，对城市空间的研究和探讨贯穿了城市建设史、规划史，中外学者提出了大量的模型、模式、理论或学说。从古代中国《周礼·考工记》的营国制度到19世纪英国霍华德(E Howard)的田园城市，从空想社会主义对理想空间的描绘到新城市主义者富有激情的实践……他们均试图为千差万别的城市建立一种具有普适性的理想空间模式，从而一劳永逸地解决这个难题。
从理论上来说，近百余年来，形态学以空间为核心，综合运用建筑学、城市规划、环境心理学、社会学、地理学和历史学等学科的方法，发现空间形态的规律，从内部统一性与外部差异性来归纳空间形态类型，形成了系统性的空间研究成果。形态类型所蕴含的普遍性法则及其对建筑设计语言、城市空间模式的技术指导价值，使其成为空间研究关注的中心。
2.1 形态类型研究
1950年代开始，城市形式(urban form)研究形成了多个流派，其中有两种最重要的研究线索[5]。其一，以地理学为基础的形态生成研究传统。经康泽恩(M Conzen)发扬光大，形成了城镇平面分析、度量衡学分析和租地权分析等方法。其二，以建筑学为基础的法国和意大利设计类型学。其中，卡尼吉亚(G Caniggia)继承穆拉托尼(S Muratori)的类型概念为所发展起来的建筑类型学奠定了基础，形成了穆拉托尼-卡尼吉亚学派(Muratori-Canniggia)，主要关注建筑和开放空间的类型分类，解释城市形态。继而罗伯特·克里尔(R Krier)、里昂·克里尔(L Krier)、罗西(A Rossi)等建筑师和建筑理论家在此基础上发展，提出了新理性主义方法[6]。
1994年，国际城市形态论坛(ISUF)的成立力求缓解不同学派之间复杂交叉的状态④，同时聚焦于整合上述两大研究传统，形成了形态类型学方法(typomorphology)。经莫顿(A Moudon)等人的发展，一个全面的研究框架和术语体系开始浮现。之后，又经历了长足的发展，在系统运用形式语言[7]和计算机技术的条件下，量化工具和平台得到发展。以空间构形、空间分析等开展的形态学研究也已成长为重要的城市形态分析途径[8]。
形态类型学结合了形态学和类型学，以城市形态学的分析性和概念性认知框架来理解形态的结构与特征，配合类型学中演进的观点来审视这些形态形成与变化的逻辑关系[5]。它横跨多个学科领域，将碎片化的形态逻辑拼合起来以便关注城市建设这种真实现象，力求形成以“形态类型单元”为基础的认知图解，进而在时间维度顺叙解释城市空间的历史演变过程。对于城市设计师和建筑师的实践而言，发现形态类型即可将其转化为设计语言，具有一定的实用价值。因此，不少学者均认为形态类型的研究和发现对于城市设计的科学性具有重要的理论意义[9]。
但同时它也面临不少质疑。第一，形态类型学所归纳的形态类型以城市物质形态为单一中心，是一种“空间是文化发展的物质沉淀”的思想。同时，它的研究传统又使它容易被划入物质形态决定论的范畴，从而受到艺术人士和文化人的质疑[6]。因此，它对空间的态度一直在空间决定论和空间映射论之间摇摆不定。第二，形态类型学是描述性、解释性或说明性的。它以认知城市形态为其历史任务，是以建筑为基本要素来探讨层级体系下的物质构成的类型变化[10]，其经验性视角存在的固有缺陷内在规定了其技术价值的上限[6]。映射到技术层面，在面对新的城市开发建设时，他们是“朝着过去迈进”而不是“向前看”的[11]。他们声称真理已被全部阐明，不可能再发现新的真理，于是只去把各种不同的历史形式机械地拼凑在一起[12]。正如罗伯特·克里尔所坚信的——我们所能想象的空间形态都已经被创造出来了[13]，城市空间的发展已经到了历史顶点，已经不需要也无法被创新[14]。这样一来，会使人们误以为城市的发展就是那些既有法则的简单拓展或生长，其价值被固定在历史文化名城保护、历史建筑遗产保护等层面，但面对城市开发时却显示出软弱无力感，面临着“忽视传统社会关系，使城市空间的外在风貌与内在价值产生冲突”等质疑[15]。
不少研究者已经注意到形态类型学的瑕疵，并尝试针对中国现实问题对形态学方法论进行重新审视和改造⑤。近年国际上也有了新的相关的动向，加强了空间与历史人文、空间与自然环境之间的关系研究。例如，哈佛大学、复旦大学等研究团队对CHGIS(中国历史地理信息系统)的建构⑥，力图基于数据库的建立来探索空间形态与人文活动的关系；萨拉特(S Salat)等[16]认识到运用城市形态学的原理进行城市设计可以提高城市运行的效率，降低能耗，增强可持续性，试图寻找空间与自然的协调发展途径。但是，上述结构性的缺憾难以通过这些局部的理论修补得到完善。
形态类型学以物质空间为中心，在纵向上研究建筑的历史传统和地域文化的关系，在横向上研究建筑与基地环境和城市的关系，寻找建筑的原型。它在认知层面存在将空间视为封闭系统的趋向，仅把自然环境和人文活动视为空间系统的外因，摆脱不了空间决定论或空间映射论，对“空间—自然—人文”系统的内生互动过程认识不足。同时，其描述性、解释性的范式在理论层面决定了它难以形成一种发展的观念，所以也难以面对未来城市发展中出现的自然环境和历史人文问题。
2.2 城市空间发展理论
城市空间发展理论通过多学科交叉，研究“空间—自然—人文”系统内生互动过程，并首次把发展观引入空间研究[17]，拓展了新的空间研究领域，经过20余年的发展，已经成为我国当代城乡规划学科的基础理论之一[18]。城市空间发展理论的系列研究⑦不仅支持了学界长久以来的假设——城市空间具有自身的特性和发展规律，而且在此基础上进一步确认了空间能动性的客观存在，形成了空间互动论。
空间互动论是一种从宏观到微观，从社会、经济、生态到空间形态的整体性观点[17]。它认为，空间绝不是意识形态的附庸或是社会和经济活动在地域上的简单投影[19]，而是既作为社会行动与关系的结果，同时又对其他城市系统具有整合效用和制约力。空间本身参与了演化，发挥了作用。这一发现的意义是指出多学科多专业综合参与决策的城市建设必须尊重“空间—自然—人文”系统内生的演进动力[17]。
同时，城市空间发展理论引入发展观来审视空间理论。通过对增长观的批判，强调空间在地域上的整体性、在功能上的综合性、在动力上的内生性发展[17]。从发展观的视角，一方面需要认识城市空间的规律，另一方面也要重视正确发展观施以空间干预的重要性。城市空间发展理论希望通过对“空间—自然—人文”内生互动过程的研究，探讨空间变化和演进的动态规律，为规划、设计和决策提供空间干预的科学知识。并且，发展作为一种深层次的价值观和方法论，它不满足于对空间现象的历史解释能力，更重视空间理论对城市发展的指导潜力。因此，对空间的抽象数学分析和形式语言分析，需要受到发展观的洗礼和筛选，才能作用于城市系统，产生真正的社会价值。
在城市空间发展理论的互动和发展视角下，对空间的研究目标由封闭的空间形态类型研究转向“空间—自然—人文”的互动影响模式研究，弥补了形态类型研究的理论局限性，并且从结构主义主张的统一性、普适性的抽象城市原型和形态类型研究中走出来，去分析具体的空间，实现了从普适性到在地性的方向性转变。
3.1 空间基因概念
在此分析框架下，研究团队针对中国各地域近百个城市进行了20余年的持续研究，发现了城市空间在互动与发展中存在的“空间基因”现象。空间基因是指城市空间与自然环境、历史文化的互动中，形成的一些独特的、相对稳定的空间组合模式，它既是城市空间与自然环境、历史文化长期互动契合与演化的产物，承载着不同地域特有的信息，形成城市特色的标识，又起着维护三者和谐关系的作用。
“基因”的概念来源于生物学，是指生物体遗传的基本单位。生物基因一方面是生物演化过程中自然选择的结果，同时又储存着生命的孕育、生长、凋亡等过程的全部信息，可以通过复制精确并稳定地实现生物学性状的遗传[20]。而城市空间的某些构成要素，如轴线、滨水空间、街道、院落等，在不同的地域文化区，有着不同的结构、肌理、序列特点。这些特征性的空间组合模式一方面是历史选择的结果，体现了与当地自然环境和睦相处的关系，适应了当地人文活动的特点；另一方面，对于继续维护与保持这些关系和特点起着基础性的作用，类比于生物基因影响生物体的性状，空间基因影响着城市的形态演化和发展(图1)。
Fig.1 Analogy of biological gene and space gene
3.2 空间基因举例
3.2.1 不同文化的中西“轴线基因”
中西方城市空间与自然环境、历史文化的互动中，形成了各具特色的轴线基因，在区位、层次、体系、朝向、虚实、主次、功能等方面都存在差异(图2)。对西方而言，“大多数城市轴线采用的是多向放射延伸、以开放空间作为枢纽并联轴线两旁建筑的组织方式”[21]。受到“辨方正位”“择中立宫”“尊上”等礼制思想的影响，中国城市传统轴线所采用的是一种显著不同于西方传统轴线的空间布置方式。以明清北京为例，它将居于城市中央、正南北向的线型空间与大尺度的紫禁城建筑群结合，北收南放，层层递进。培根(E Bacon)在谈及华盛顿中轴线与北京中轴线的差异时写道，“如果一个人站在华盛顿纪念碑脚下，美国首都两条主要轴线的交叉点上，他只要绕基座移动，只不过几英尺，就能领悟纪念碑式的华盛顿的全部要素。在北京除非通过2英里通道的空间移动，否则就无法领悟它的设计”[22]。这些差异，来自于不同的自然环境、世界观、政治制度和文化思想，同时，其固化的空间组织方式也已经形成了各自文化的重要特征。这样，为了达成一定的城市文化目的，就可以选择采用相应的轴线基因进行相应的空间导控。例如，雄安新区需传承中华文化基因，体现华北平原的城市特点，就需要通过强调正交体系、序列组织等华北平原的轴线基因进行空间形态导控。课题组已将相关的成果应用于已批复的《河北雄安新区规划纲要》中。
Fig.2 Gene of urban axis in Chinese cities and Western cities with different cultures
3.2.2 不同地域环境的“城水关系基因”
再如常见的城水关系，通过田野调查和实证研究发现，不同地域城市在与自然环境的互动中，形成了基于不同空间要素排列秩序的城水关系基因。太湖流域水网密布，水位相对恒定，水乡聚落主要以河、街、宅等元素形成密切的组合序列，水系网络与街道网络相结合，具备生活、公共活动、物流、农业灌溉等多种功能[23]。武陵山区聚落地势起伏、土地资源稀缺，主要以溪、田、宅、山等元素形成组合序列，常通过干栏式建筑的架空来适应坡度变化，水系在其中主要承担灌溉作用，并兼具一些物流功能。华北平原淀区聚落处于大、小水面的共同影响之中，主要以淀、河、坡、台、宅等元素形成组合序列，考虑防洪需求，常通过“蓄、疏、固、垫、架”等手段对地形进行改造利用(图3)。
Fig.3 Gene of the relationship between city and river in different regions
每一种不同的城水关系基因都是人们长期空间组织经验的积淀，也成了当地的文化标识之一。如果将某种“理想”模式盲目推广到其他地区，可能就会带来自然生态的破坏、地域文化的混淆和城市安全的隐患。例如，在雄安新区的建设中，就不能采用江南水乡的空间组织方式，形成所谓的华北水城，这样的方式将会导致严重的水资源浪费和洪涝问题。《河北雄安新区规划纲要》中体现出来的“平原低地系统+高台组团”的空间模式则是对当地城水关系基因及其背后空间发展规律的尊重。
空间基因研究的技术应用，可促使规划设计基本流程从2阶段转向3阶段，实现规划设计的“在地性”，避免采用统一模式面对千差万别的城市，导致不尊重历史和自然的设计弊端，提供城市建设与自然保护、文化传承共赢的有效设计路径，有利于推动城市规划设计从空间形式创作到空间基因分析的方向性转变。
4.1 从创作到演绎的方向性转变
一般规划设计方法可以分为两个基本阶段，第一阶段是田野调查和资料分析，第二阶段是设计创意和规划导控。这其中有两个风险，一是模式套用，二是主观臆想。前者，来自于设计师群体对其他城市经验模式的学习、研究和总结，以形态类型、规范和一般原理的形式套用在新的设计对象中，其风险是不顾设计对象的自然人文特点，导致千城一面。例如，在有的山地城市设计方案中，也模仿平原城市的“方格路网、几轴几带”，破坏自然山水，城市文化特色丧失。后者，则反其道而行之，过分强调纯粹来自个人喜好的“创意”，把奇怪当特色，是产生奇奇怪怪建筑、广场、城市风貌的主要原因。
结合空间基因研究，形成空间基因识别提取、解析评价到传承导控的技术体系，加入到传统的规划设计流程中，可以借助空间基因承载地域特有信息，维护城市空间与自然环境、历史文化和谐关系的特点，为设计师的创意提供一个具有在地性的结构性空间框架。在这样的结构性框架下进行创意性的设计演绎，不仅可以“记得住乡愁”，而且使城市空间与自然环境、历史文化形成的和谐关系可持续发展。
4.2 “空间基因”分析导控技术体系
基于“空间基因”分析导控的规划设计技术体系，主要包括空间基因的识别提取、解析评价和传承导控3个方面。
第一，空间基因的识别提取。通过问卷法、文献法、访谈法、对比法等基础性方法，从复杂的城市形态中提炼出独特的、相对稳定的空间组织模式，为空间基因的解析评价和传承导控奠定基础。这其中最重要的是在地代表性原则，并不是所有现存的形态组合模式都是“空间基因”，这种组合模式必须稳定存在、具有地方代表性并形成广泛共识。
例如，苏州古城历史悠久，现状的空间组合模式是多样的，有非常有特点的，也有和其他城市类似的，但其特色性空间组合是相对有限的。结合太湖流域聚落的田野调查[23]、吴良镛等老一辈专家的研究基础和苏州市民的共同意向，经过多重筛选，识别提取出具有共识性的“四角山水”“城中园，园中城”“水陆双棋盘网格”“廊空间”“粉墙黛瓦”等空间基因。这些空间基因缺少哪一个都会损害苏州的城市特色，如果这些基因控制住了，苏州的整体特色就能延续。而其他的方面，不需要面面俱到，可以在此基础上结合当地需求演绎、发展。
第二，空间基因的解析评价。空间基因识别提取出来后，就需要通过一系列宏观微观的空间分析方法，对空间基因的具体空间要素及其组织方式进行客观分析。在这方面，空间研究中积累了众多的分析手段，如元素分析法、结构分析法、网络分析法、空间构型分析法等，近年来也有更多的空间分析方法不断涌现⑧。空间基因解析以此为基础，从各种空间维度来分析空间基因构成的独特性，并且考察信息的承载和外显特征的稳定性。例如，在苏州“水陆双棋盘网格”基因的结构分析中，确定了“序结构”“地形关系”“街道网络和水系”“尺度”“功能序列”等5个特征因子，对其进行空间组织的解析，考察在特色文化表达、城水和谐关系上的控制性作用。这个阶段为空间基因的传承导控提供坚实的科学基础。
第三，空间基因的传承导控。其要点是将传统的分要素系统控制方法转变为以空间基因为导向的综合导控方法。再以苏州为例，如果将苏州古城分为街道系统的规划设计、水系的规划设计等，那就存在各自根据自己的原理进行控制，整体形不成苏州空间特色的问题。而以空间基因为导向的综合导控，就是把空间基因作为一个约束目标，将要素系统组合进行综合设计导控，以具有靶向性的方式达成空间基因的保护、强化和传承。1998年的《苏州古城控制性详细规划》中，课题组就已经将空间基因的传承导控与控制性详细规划相结合，吴良镛、周干峙、齐康院士等组成的专家委员会评价“是一项带有开拓性的工作，不但在实践上在全国具有示范作用，在学术上也具有重要的理论意义”。经过20年的发展，该方法也已经应用在《雄安新区规划技术指南》、全国《城市设计技术导则》等技术文件的研究编制中。对于正在形成的新的国家空间规划体系，也具有一定的应用价值。
5.1 普适性和在地性的统一
在认识论层面，空间基因的概念提供了一个新的视角——由在地性的空间形态传达普适性的可持续发展原则。从空间基因的角度审视，放之四海而皆准的理想城市空间原型，由于过于抽象，有着割裂城市与本地自然人文联系的风险，事实上将不可避免同时失去普适性和在地性。而遵循空间基因去进行城市发展和建设，则在追求自然人文和谐的原则上是普适性的，寻找当地空间基因的手段上是普适性的，而其实现的具体空间形态则必然是在地性的。在这个意义上，空间基因是普适性与在地性的统一。
5.2 传承和发展的共赢
在方法论层面，空间基因揭示了历史传承和当代发展实现共赢的可能性。从空间基因的视角，在城市建设中应当受到保护的并不是僵化的外在形式细节，而是传递空间与自然人文和谐发展的信息，同时应强调对带有自然和人文信息的空间组织关系的保护和传承。这一过程孕育着发展创新的可能性，其具体的表现形式可与时代需求相协调。例如，在苏州古城空间基因的传承中，贝聿铭先生设计的苏州博物馆就进行了建筑创新，古老的城市显现出时代的活力，正是传承与发展的共赢。
5.3 空间基因库计划
借鉴“生物基因库”的概念，参考近年来蓬勃发展的“人类基因组计划”“材料基因组计划”等重点研究方向，笔者倡议开展“空间基因库计划”。空间基因库的主要目标及发展方向是建立一个具有影响力和公信力的空间基因公益性服务平台，整合城市特色空间样本，数字化储存和管理我国特有的空间基因资源和空间基因解析成果，为我国城市空间研究和城市规划设计提供基础信息服务。基于空间基因库计划，可开展广泛的国际研究和文化交流，最终将促进行业技术进步，维护国家空间文化安全。
注释
① 2016年2月6日《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》指出我国城市规划建设管理中的若干突出问题。
② 2013年2月1日人民网发文《我国历史文化名城保护现状堪忧》，摘录了阮仪三教授关于2011年国家历史文化名城、名镇、名村调查结果的描述。
③ 2018年10月，习近平总书记在广东考察时指出，“城市规划和建设要高度重视历史文化保护，不急功近利，不大拆大建。要突出地方特色，注重人居环境改善，更多采用微改造这种‘绣花’功夫，注重文明传承、文化延续，让城市留下记忆，让人们记住乡愁”。
④ ISUF统一了城市形态学的分析基础：第一，城市形态通过3种基本的物质元素来定义：建筑物及相关的开放空间、地块、街道。其中最小的单元公认为是两种元素的组合：单个地块与它的建筑，或者建筑和开放空间。第二，城市形态能在不同的分辨率水平上理解。一般而言有4种，分别对应建筑/地块、街道/街区、城市、区域。第三，只能用历史的眼光来理解城市形态。
⑤ 陈飞. 一个新的研究框架：城市形态类型学在中国的应用[J]. 建筑学报，2010(4)：85-90。TRISCIUOGLIO M，董亦楠. 可置换的类型：意大利形态类型学研究传统与多元发展[J]. 建筑师，2017(6)。
⑥ https://sites.fas.harvard.edu/~chgis/
⑦ 包括《城市空间发展论》《城镇空间解析-太湖流域古镇空间结构与形态》《世界文化遗产西递村落空间解析》《当代新城空间发展演化规律》等在内的多部空间研究系列专著。
⑧ 例如，Space Syntax、Spacematrix、Morphospace、Spatial Design Network、UNA、Form Syntax等。
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