上海城市綠地系統空間復雜性研究

李濤

隨著全球資源約束趨緊，環境問題日益凸顯，以城市綠地系統為研究對象的生態防護等服務效能將成為風景園林專業的熱點話題[1]。與西方發達國家不同的是，中國的國情決定了城市綠地系統所牽涉的問題更加復雜而多元。直面復雜性并提出引導策略措施是解決復雜問題的首要途徑，認識并適應復雜性已成為城市綠地系統規劃的發展方向之一[2]。

以國標《城市綠地規劃標準》（GB/T 51346—2019）的頒布實施為契機，運用“復雜性”理論研究城市綠地系統的空間復雜性演化階段、表現特征和影響機制，引導空間功能協同耦合及結構布局優化調適，從而科學應對城市發展的復雜性和不確定性，是促進城市綠地系統可持續健康發展的重要途徑。

1 理論概念與進展

“復雜性”理論包括復雜性科學、復雜性研究、復雜性思想、復雜性系統4個方面[3]，以20世紀80年代桑塔菲研究所（Santa Fe Institute,SFI）的復雜科學研究初步成果為代表[4]，其研究的是復雜條件下動態開放系統內部和外部的復雜性特征。并且逐步形成以耗散結構理論、協同學、分形學、復雜適應理論為主要流派的多樣化理論體系。引用錢學森院士觀點：所謂的“復雜性”實際是開放的復雜巨系統學[5]，特點是突出強調組成要素異質性、主體多元性、結構多層次性、環境開放性、相互作用非線性、系統規模巨型性和系統自適應能力等特征[6]。

兼具組織創造性和混沌開放性的城市是典型的復雜系統[7]。城市綠地系統作為具有生態、游憩、防護等綜合功效的城市活態子系統，同樣是動態的復雜系統，具備全部的“復雜性”理論特征。城市綠地系統存在著多樣鮮活的“物”、多元復雜的“流”（物質流、能量流、信息流等）和多維交織的“網”（社會網、文化網、經濟網等），并且相互作用、相互制約。特別是用地矛盾突出的高密度超大城市——上海的綠地系統所關涉的、承載的“物”“流”“網”更加豐富，復雜性特征也更加凸顯，并在逐步展現、演繹、詮釋新型復雜性。

不同于韌性城市、綠色基礎設施、景觀生態學等理論以防災、生態、景觀等方面作為切入點，“復雜性”理論從系統性視角出發，在空間復雜性的物態表象之下更關注于能量、信息的熵流情況，也即定性定量結合的研究脈絡。復合性的研究視角和創新性的研究思路，利于系統“把握過去”的演化路徑和規律，合理“應對未來”的不確定性、不可預測性、突變性等復雜性問題，使空間規劃成果更具科學指導性和實踐操作性。

目前該理論在空間規劃領域主要應用于2個方面。1）“城市規劃”的定性研討：復雜性及人工智能應用于城市規劃的必然趨勢[8]、城市公共健康風險的復雜適應性規劃響應途徑[9-10]、城市規劃與管理的復雜性決策范式[11]、協同高效的生態城市規劃建設模式[12]等。2）“綠地空間”的單向研討：高密度城市綠地空間可達性是最重要的功能[13]、居民更注重綠地空間異質性、住宅的生活質量[14-15]、綠地空間多樣化配置在不同土地利用類型之間顯著不同[16]、綠地空間布局可用城市場景遺傳算法評測[17-18]等。然而基于系統性、跨學科視角針對城市綠地系統空間的復雜性研究仍然處于初步階段[19]。

綜上，極有必要以上海城市綠地系統空間為典型代表，基于“復雜性”理論從更廣泛的演化、表現、機制等方面進行解析，從而對城市綠地系統的復雜性提出整體認知，具有一定的探索意義和借鑒價值。

2 城市綠地系統空間復雜性的演化階段

借鑒整合文獻關于上海綠化建設“緩慢發展—穩定增長—跨越發展—質量躍升”的四大發展階段[20]，根據上海城市綠地系統空間的開放性、非線性、非平衡等復雜性演化特征，及其要素、功能、形態、結構等的復雜性增長和層次性躍遷，概括出“創生維持—空間擴張—有機進化”三大演化階段。

2.1 創生維持階段

1）租界公園：綠地的創生。上海綠地建設在國內起步較早，綠地資源種類豐富。1843年上海成為租界后，“租界公園”的出現標志著上海市公園的誕生，這類公園屬于公私兼有的多類型園林。上海租界先后建有15座公園，其中公共租界有10座，法租界有5座[21]。人口密度的增加、城市規模的擴張是促成近代上海市綠地系統創生的主要原因，至1930年公共租界人口密度已經高于華界10倍，租界公園數量迅速增多（圖1）。

1 1935年上海租界公園及周邊綠地分布Distribution of concession parks and surrounding green space in Shanghai in 1935

2）“大上海都市計劃”：綠地系統自維持的覺醒。覺醒階段以1949年完成的“大上海都市計劃”為標志。“大上海都市計劃”對中國城市綠地的規劃發展和學科發展具有重要的參考價值[23]。“大上海都市計劃”從城市性質、綠地生態等方面做了前瞻性的部署，提出構建“多心開敞”的城市空間結構，是早期城市綠地系統布局的雛形。

2.2 空間擴張階段

1）20世紀50—80年代的緩慢擴張階段。①中華人民共和國成立初期：城市公園和郊區苗圃的大力興建。先后建成了外灘濱江綠帶、肇嘉浜路林蔭道、人民公園等城市公園。龍華苗圃、共青苗圃、北新涇苗圃等當時作為郊區綠地，如今已成為中心城區大型景觀綠地。②改革開放后：單中心圈層式擴張（圖2）。1983年的《上海市園林綠化系統規劃》指出圍繞中心城區開辟3條環狀綠帶，布置公共綠地等，并形成點、線、面結合的綠化系統，其內容并入1986年的《上海市城市總體規劃》。

2 1989年上海市綠地分布Distribution of green space in Shanghai in 1989

2）20世 紀90年 代 的 快 速 擴 張 階 段。①綠地“星羅棋布”式擴張。《上海市城市綠地系統規劃（1994—2010年）》明確提出“一心兩翼、三環十線、五楔九組、星羅棋布”的綠地系統布局結構[24]，綠地建設格局呈繁星式向郊區擴張。②浦東新區綠地格局激進式發展。首個針對浦東建設的指導綱領性文件《浦東新區總體規劃（1991—2010年）》提出多心開敞式的綠地系統框架[25]，目前浦東的公園主要分布在黃浦江沿岸4 km內和外環線周邊（圖3）。③環城綠帶成效初顯。1994年《上海市外環線規劃方案》提出全長97 km、規模近72 km的外環線綠化隔離帶[26]，目前已初具環狀綠帶規模（圖4）。

3 1991年浦東城市綠地系統規劃和現狀（2018年）比較Comparison of urban green space system planning in 1991 and current situation (2018)of Pudong

4 2018年外環綠帶現狀Current situation of the outer ring green belt in 2018

2.3 有機進化階段

1）2000—2016年，城鄉生態網絡的規劃建設。①三層次綠化規劃的相互協同。2002年《上海市城市綠地系統規劃（2002—2020年）》提出形成“主體—網絡—核心”相互協同的“市域綠化大循環”體系，《上海市中心城公共綠地規劃（2002—2020年）》指出深化外環以內公共綠地空間，《上海城市森林規劃（2003—2020年）》規劃重點為外環以外區域的森林空間，此三層次綠化規劃布局結構均為“環、楔、廊、園、林”。②城鄉生態網絡體系的逐步轉向。通過2010年《上海市基本生態網絡結構規劃》、2012年《上海市基本生態網絡規劃》、2015年《上海市生態保護紅線規劃方案》等多次生態網絡專項規劃，上海市綠地建設重心逐步轉向城鄉生態網絡體系的規劃建設（圖5、6）。

5 2006、2012、2017年提出的上海市域生態空間規劃結構Urban and rural ecological space planning structures in Shanghai in 2006, 2012 and 2017

6 2006、2012、2017年提出的上海城鄉生態空間規劃布局Urban and rural ecological space planning layouts in Shanghai in 2006, 2012 and 2017

2）2017年至今，長三角生態安全格局的區域協同。“長三角一體化”是新時代國家統籌區域協調發展的大戰略。目前外環綠帶形態基本穩定，通過綠地建設和生態環境修復等措施，基本完善并形成9條生態廊道，為區域協同發展奠定了生態基礎（圖7）。

7 2018年上海城鄉生態網絡體系Urban and rural ecological network system in Shanghai in 2018

3 城市綠地系統空間復雜性的表現特征

3.1 組成復雜性

1）綠地要素的復雜性。綠地景觀變遷方式、土地所有權權屬、土地流轉路徑等均具有復雜性差異[27]。上海綠地構成要素的復雜性主要體現在多元綠地類型中，包括公園綠地、廣場用地、防護綠地、生態綠地、生產綠地及其他綠地形式，且要素之間具有功效耦合的復雜關聯。

2）綠地管理機構的復雜性。城市建設用地內的綠地屬國家所有，管理機構涉及規劃、園林等建設部門。城市建設用地外的綠地屬集體所有，管理機構涉及林業、水利、環境等多個主管部門。上海綠地又有管理機構、商業體等多元化的投資渠道，以及原住民、旅游者、資源所有者等多元實施主體。

3.2 結構復雜性

1）多重疊置關系。上海城市綠地系統由不同尺度綠地類型組成，不同類型又具有管理機構、居民點和動植物資源等不同要素構成，對綠地游憩、生態、生產等功效的需求具有多重疊置關系[28]，因此綠地多類功效耦合作用是復雜性演化的必然。

2）生態安全格局的復雜性。上海城鄉生態安全格局所涉及的內容多樣且具有復雜性等級[29]，體現在生態敏感性和生態保護重要性兩方面。①選取郊野公園、文物古跡、河流湖泊、地質災害、土地生態安全5項因子分析生態敏感性[30-31]，具有高度敏感、中度敏感、低度敏感和不敏感4個復雜性等級（圖8）。②選取野生動物棲息地保護、水源保護、生態保護3項因子分析生態保護重要性[32]，具有極重要、中等重要、一般重要3個復雜性等級（圖9）。

8 生態敏感性的復雜性Complexity of ecological sensitivity

9 生態保護重要性的復雜性Complexity of the importarnce of ecological protection

4 城市綠地系統空間復雜性的影響機制

根據上海城市綠地系統“創生維持—空間擴張—有機進化”三大演化階段，以及組成復雜性和結構復雜性的2項表現特征，超越空間本身，基于社會、經濟、政策、資源等宏觀視角，剖析上海城市綠地系統演化的復雜影響機制，發現其包括啟動機制和作用機制2個方面（表1）。

表1 上海城市綠地系統的復雜影響機制Tab. 1 Complex impact mechanism of urban green space system in Shanghai

1）啟動機制：外推力和內驅力。①外推力：外界持續不斷的熵流輸入（物質、能量、信息）是綠地系統復雜性發展的助推力[33]。②內驅力：“生態–生產–生活”三生空間的供需關系，是城市綠地系統空間布局、功能組合模式之間動態權衡的關鍵[34]。

2）基礎動力：經濟促動和競爭協同。①外部：經濟促動。經濟高速發展、產業結構調整、基礎設施建設等，為綠地系統內部要素更新提供了直接的物質基礎。②內部：競爭協同。不同的綠地資源具有不同的生態位競爭優勢，多樣化的綠地資源協同發揮生態–經濟–社會綜合功效。

3）支配因素：公共政策和功效需求。①外部：公共政策。上海城市綠地建設從“點—線—面結合”轉向“多層次、成網絡、功能復合的生態空間體系”，相關公共政策導向是綠地系統復雜性發展的直接支配因素和決策保障。②內部：功效需求。風景游憩綠地的供需平衡、生態保育綠地的良好功效發揮等是綠地復雜性發展的重要評判標準。

4）空間干預：有4種情況。①無干預，系統的不確定性及復雜性隨時間增加，如物種多樣性的自然進化；②空間微擾，如對生態敏感區的封育治理以提高物種豐富度；③空間巨擾，如建設用地對綠地的侵蝕；④漸進式干預，如生態保育區保護制度、集約用地制度。

5 結語

國標《城市綠地規劃標準》頒布實施背景下，可持續的城市綠地系統規劃必然需要精確的歷史性梳理及精準的前瞻性預測，而非僅關注于現狀空間。“復雜性”理論依托其龐大的理論體系及綜合的定性定量研究視角，以開放、動態、協同的姿態將城市看作一個生命體，為城市規劃提供嶄新的研究思路。

“智慧+”時代背景下，網絡化、信息化、智能化的新型城市系統逐漸滲透取代傳統城市系統，復雜性網絡形式已然成為系統之間關聯的“新常態”[35]。“復雜性”理論中的混沌論、協同論等已逐步滲透在城市規劃領域，如由混沌論衍生的多情景規劃、空間彈性化等方法，由協同論衍生的協同耦合規劃、功能疊合化等方法。未來依托“復雜性”理論的系統性觀點，將在如下4方面為城市綠地系統規劃提供更多策略助益。

1）完善多情景規劃策略。

由單因素分析轉向多因素綜合。引入復雜的預測模型，圍繞多驅動力因素展開多項情景優化模擬。如通過分析綠地吸引力的多項潛在影響要素，如文化力、景觀性、可達性、市民意愿、生態環境、經濟增長、社會需求等綜合構成復雜模型來預測未來的綠地吸引情景。

由單方案預測轉向多情景描述。多情景描述可為決策者提供足夠的信息依據和決策支撐[36]。城市綠地系統規劃至少有3種情景方案模擬：以風景游憩為導向的全域旅游綠地布局模擬、以生態保育為導向的生態安全綠地布局模擬、以防護隔離為導向的防護安全綠地布局模擬。

2）創新功能布局彈性化。

為應對未來城市人口變化、重大項目或重大事件的不確定性，應建立綠地空間留白機制和綠地功能布局彈性機制。協同耦合交通用地、野生動物棲息地、遺址用地、市政設施用地、公共服務用地等影響因子，形成多情景綜合考量的綠地功能布局“彈性”模式。

3）構建動態調整機制。

“自下而上”和“自上而下”相結合，建立公眾參與動態機制。動態、漸進、彈性的城市綠地系統規劃優化策略是將“自下而上”公眾參與的動態反饋機制和“自上而下”規劃戰略的宏觀藍圖相結合，通過設定短期有限的目標，針對實際問題提供解決路徑和可行方案。

運用大數據共享平臺，建立數據協作動態機制。數字經濟時代，大數據共享平臺不僅可分析研究綠地的時空演化態勢，還可分析歷年來市民游憩偏好、生態環境意愿，也可進行綠地規模與人口增長、經濟增長等交叉關聯研究。

4）不確定性智能輔助。

21世紀，人工智能的新發展之一是不確定性人工智能技術[37]。通過CA模型等人工智能技術的輔助結合，針對復雜性問題，結合復雜性算法，可培育出模型分析、感知認識、理性學習、模擬實驗、管理決策等新技術，復雜智能的提升將惠及城市系統和城市綠地系統領域的規劃、建設、管理等各個層面[38]。

圖表來源(Sources of Figures and Table)：

圖1改繪自民國時期英文版上海地圖；圖2改繪自20世紀80年代美國中情局區域和世界地圖數據庫（CIA Maps）上海地圖；圖3改繪自《浦東新區總體規劃（1991—2020年）》和百度衛星地圖；圖4改繪自百度衛星地圖；圖5、6從左到右依次源自《上海市土地利用總體規劃（2006—2020年）》、2012年《上海市基本生態網絡規劃》、上海總規2035官網；圖7～9改繪自百度衛星地圖（地圖截取時間為2018年）；其中圖1、2、7中的綠地名稱引自參考文獻[38]；表1由作者繪制。