金云峰 李 濤 王淳淳 周曉霞

1同濟大學建筑與城市規(guī)劃學院 上海 200092

2 浙江理工大學藝術與設計學院 杭州 3100180

3 上海同濟城市規(guī)劃設計研究院有限公司 上海 200092

生態(tài)文明發(fā)展驅動下,生態(tài)園林建設已成為我國城市建設的重要內容。新一輪上海城市總體規(guī)劃的發(fā)展目標是成為全球城市。崇明島所具有的獨特灘涂濕地資源、豐富的生物多樣性和河口島嶼型生態(tài)環(huán)境等,使其擁有上海市最優(yōu)質的生態(tài)資源本底,是上海這個未來的全球城市最核心的生態(tài)空間以及生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略空間。2016年崇明島“十三五”規(guī)劃和2018年新一輪《崇明區(qū)總體規(guī)劃暨土地利用總體規(guī)劃(2017—2035)》(簡稱新一輪“崇規(guī)”)指出,將崇明島建設成為包括自然生態(tài)和智慧發(fā)展雙維度上的“世界級生態(tài)島”。因此,“崇明案例”在“綠水青山就是金山銀山”理念的踐行路徑將對全國生態(tài)島建設起到重要的示范作用。

混沌論(Chaos Theory)是在1963年美國氣象學家Edward N.Lorenz的著作《Chaos》中被首次提出,Kellert將其定義為“確定性非線性動力系統(tǒng)中不穩(wěn)定非周期行為的定性研究”[1],可簡化描述為:不可預測的秩序(Order without Predictability)[2]。目前尚無嚴格定義,通常將由確定性內因引起的具有隨機性的運動狀態(tài)稱為混沌[3],屬于復雜系統(tǒng)理論的研究范疇之一。與機械性的可以預測的傳統(tǒng)平衡論思維模式不同,混沌論研究看似是矛盾的復雜與簡單、不確定性與確定性、無序與有序等融合共生,目前已滲透到物理學、數學、生態(tài)學等自然科學以及社會學、經濟學等社會科學領域。

1 作為一個混沌體系的綠地系統(tǒng)

混沌存在于所有具有復雜自適應能力的系統(tǒng),并且通過復雜組織能力創(chuàng)造“秩序”。兼具組織創(chuàng)造性和混沌開放性的城市是典型的混沌體系[4],綠地系統(tǒng)作為城市復雜巨系統(tǒng)中的一個子系統(tǒng),同樣是復雜、動態(tài)的混沌體系[5-6],其內部存在多元復雜的“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、虛擬網絡等),并且相互作用、相互制約。

混沌論結合綠地空間的相關研究集中在城市規(guī)劃學和生態(tài)學領域。Manson等[7]認為城市土地利用具有混沌結構和分形模式,Dendrinos等[8]直接指出城市就是混沌吸引子,Schaffer等[9]認為混沌現象普遍存在于生態(tài)系統(tǒng),鄧群等[10]深入點明大多數生態(tài)集聚格局是由存在于自然界中的非線性變換所致。以上研究為未來運用混沌論定性定量研究城市和綠地演化過程及優(yōu)化奠定了基礎。

2 研究范圍與研究方法

2.1 研究案例和數據來源

崇明島(廣義概念上包括崇明島、長興島、橫沙島)位于上海東北部的長江入?？?是世界第一大的河口沖積島,中國第三大島,素有“長江門戶、東海瀛洲”之稱。目前崇明島整體空間績效偏低[11-12]:綠地系統(tǒng)空間格局破碎化、分散化；生態(tài)承載力和生態(tài)環(huán)境本底脆弱化；生態(tài)要素單一、部分水體存在污染；林種多樣性單一,空間格局分布極化。

選取崇明島作為研究案例的原因在于:1)作為上海市最核心的生態(tài)空間,建設“世界級生態(tài)島”具有重要戰(zhàn)略地位。2)現實生態(tài)環(huán)境情況與“世界級生態(tài)島”目標之間存在一定落差,生態(tài)系統(tǒng)和綠地系統(tǒng)空間格局亟待優(yōu)化。3)風景資源豐富的外圍地區(qū)呈現出強勁的發(fā)展?jié)摿?是生態(tài)島建設的重要保障,探討綠地系統(tǒng)的優(yōu)化格局利于空間精細化調控[13-14],利于在有限用地指標下發(fā)揮更大的生態(tài)、游憩、防護等綜合效能。4)目前對于崇明島綠色空間的宏觀研究仍停留在景觀格局演變、生態(tài)承載力[15]、旅游發(fā)展方式和對世界級生態(tài)島建設的實施建議上[16],而從整合生態(tài)和游憩的綠地系統(tǒng)規(guī)劃視角[17]探討世界級生態(tài)島的宏觀構建研究較少。

研究數據參照上海市統(tǒng)計局官網、崇明統(tǒng)計信息網、歷年《崇明年鑒》、2016年崇明島國民經濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報、新一輪“崇規(guī)”現狀用地數據、Google地圖數據和實地調研數據。

2.2 研究方法：情景規(guī)劃

混沌動力學和非平衡物理學衍生出的不確定性思想認為,混沌系統(tǒng)通常表現為局部或整體的短期可預見性和長期不可預見性。綠地系統(tǒng)演化過程中種種不確定性(綠地功能需求的此消彼長等)和非確定因素(天氣變化、政治導向、人為災害等)客觀存在,加之系統(tǒng)演化規(guī)律難以把握、數據時間序列短、參數不能被控制、指標體系不完善、操作難以避免誤差等不確定性因素,均表明綠地系統(tǒng)定量描述和預測方面的局限性,也就難以準確預測系統(tǒng)長期的演化結果。

由于未來政策和經濟走勢引導下的綠地空間格局具有不確定性,因此應完善多情景規(guī)劃策略以應對不確定性的可能情況(圖1),由單因素分析轉向多因素綜合,由單方案預測轉向多情景描述。

圖1 認識世界的劃分和多情景規(guī)劃對不確定性的預測

情景規(guī)劃(或稱多情景規(guī)劃)是處理復雜系統(tǒng)不確定性問題的有效工具,學術界普遍認為情景規(guī)劃是基于對歷史經驗外推、未來終端狀態(tài)鑒別和預測事件的綜合考慮得到的關于未來的場景[18]。

情景規(guī)劃在應對解決系統(tǒng)未來演化的不確定性問題和發(fā)揮主觀能動性方面具有傳統(tǒng)規(guī)劃無法比擬的優(yōu)越性(表1)。情景規(guī)劃方法流程是“問題辨析—情景界定—情景評估—決策選擇”[20]:通過歷史經驗、未來狀態(tài)和不同條件下的變化情況,結合不同利益主體的不同訴求,確定其重要性和不確定性排序,進而選擇情景邏輯主線編制情景規(guī)劃,并評估不同方案的情景意義,從而制定最終決策和行動計劃。其目的不是準確預測未來,而是應對未來演變。

表1 傳統(tǒng)規(guī)劃與情景規(guī)劃的特征比較[19]

3 綠地系統(tǒng)布局多情景優(yōu)化模擬

3.1 驅動力識別和不確定性排序

3.1.1 影響綠地空間格局的驅動力識別

影響綠地空間格局的驅動力主要有生態(tài)驅動、社會驅動、經濟驅動和政策驅動。1)生態(tài)驅動:由于崇明島東、西和北部邊灘處于淤漲狀態(tài),而南部邊灘處于被侵蝕狀態(tài),因此島嶼不同的沖淤態(tài)勢導致綠地景觀資源的空間差異和不同預期。2)社會驅動:近年來崇明島常住人口基本持穩(wěn),但旅游人數逐年增加,隨著生態(tài)島的完善建設可以預見旅游人數增幅將會加大。3)經濟驅動:經濟的發(fā)展是生態(tài)島綠地空間建設最主要的制約因子,是提升生態(tài)島綠地建設水平、補足生態(tài)島綠地建設短板的最緊迫任務[21]。4)政策驅動[22]:政策引導和激勵機制對崇明島綠地空間格局的影響不亞于其他驅動因子[23]。新一輪“崇規(guī)”提出的“生態(tài)+”行動、鄉(xiāng)村建設、交通提升、設施提升等實踐措施,是對“世界級生態(tài)島”最直接的建設路徑指引。

3.1.2重要性和不確定性排序

通過實地考察和文獻資料綜合判斷,確定崇明島綠地空間格局的驅動因子的重要性和不確定性排序,計算結果顯示:生態(tài)驅動為高重要性、中不確定性,屬于Ⅰ級別；政策驅動為中重要性、高不確定性,屬于Ⅱ級別；經濟驅動為高重要性、低不確定性,屬于Ⅲ級別；社會驅動為低重要性、低不確定性,屬于Ⅳ級別。

對影響綠地空間格局的各驅動因素進行整合,可構成多種組合情景。選取綜合排序靠前的生態(tài)驅動和政策驅動,通過實際背景情況分析確定可能性最大的3類情景:1)“世界級生態(tài)島”驅動下的生態(tài)導向；2)政策著力推動多層級公園體系、構建多旅融合的“大旅游”格局的游憩導向；3)耦合生態(tài)和游憩的空間引導協調式導向。

3.2 不同目標導向下的多情景優(yōu)化模擬

3.2.1 生態(tài)導向下的情景優(yōu)化模擬

1)從被動保育到主動框定生態(tài)本底。轉變生態(tài)保育的被動姿態(tài),明確框定生態(tài)保育底線；最大限度地劃定現有的4處自然保護區(qū)和水源保護區(qū)的生態(tài)紅線(圖2),對生態(tài)敏感地區(qū)進行自然或人工整治修復,提升生物多樣性和復雜性[24]；連通河流廊道和道路防護綠地,構建藍綠生態(tài)空間網絡。

圖2 生態(tài)導向下的崇明島綠地系統(tǒng)布局的情景優(yōu)化模擬

2)從城鎮(zhèn)增量走向生態(tài)全域統(tǒng)籌。以城鎮(zhèn)增量為主規(guī)劃,在人口持穩(wěn)的發(fā)展背景下,基本沒有培育強大新城的空間[25]。因此應轉變這種規(guī)劃思路,在“世界級生態(tài)島”時代要求下,轉而培植廣大鄉(xiāng)村地區(qū)的生態(tài)多樣性有機更新[26],結合地方文化、資源等打造特色莊園或特色休閑農業(yè)地區(qū),激發(fā)鄉(xiāng)村的產業(yè)轉型。

圖3 游憩導向下的崇明島綠地系統(tǒng)布局的情景優(yōu)化模擬

3.2.2 游憩導向下的情景優(yōu)化模擬

1)形成中心集聚—兩極發(fā)展的風景游憩公園體系?！爸行募邸笔且猿菢驗橛雾哟行?以東平森林公園、港西郊野公園、東平莊園、前進莊園為重點,形成以森林、度假村、生態(tài)園林、農家樂為吸引子的生態(tài)游憩聚集區(qū)[27]；“兩極發(fā)展”是依托東部東灘國家公園、陳家鎮(zhèn)郊野公園、濱江郊野公園、前哨莊園等形成崇明東部游憩發(fā)展極,依托西部明珠湖郊野公園、躍淞莊園、躍進莊園及其休閑配套設施等形成崇明西部游憩發(fā)展極(圖3)。

2)構建環(huán)島—郊野—濱河—城鎮(zhèn)4類游憩綠道。環(huán)島綠道為崇明島綠環(huán)、長興島綠環(huán)和橫沙島綠環(huán),設置大型綠環(huán)以便應對多樣化的生態(tài)友好型活動賽事,方便國際級生態(tài)學術交流和生態(tài)教育；郊野綠道主要為連通崇明島內郊野公園的“三橫”綠道；濱河綠道為12條縱向河流水系的沿河綠帶。城鎮(zhèn)綠道為城鎮(zhèn)內部和周邊的城鎮(zhèn)鄉(xiāng)野特色交融綠帶。

3.2.3 協調導向下的情景優(yōu)化模擬

協調發(fā)展情境下,綠地系統(tǒng)布局優(yōu)化將同時考慮生態(tài)安全約束和游憩建設適宜性。這種空間增長方式一方面保留了綠地增長過程的功能性需求,另一方面也兼顧了綠地生態(tài)格局對城鎮(zhèn)發(fā)展的制約。從協調導向下的布局優(yōu)化圖(圖4)可以看出,在錨固生態(tài)本底的前提下,優(yōu)化中心集聚—兩級發(fā)展的風景游憩綠地空間,特別是東灘國家公園既要滿足國家公園的規(guī)模要求、游憩定位、資源代表性等設置條件,同時又應實現自然資源的科學保護。這種兼顧生態(tài)和游憩的綠地空間格局與“世界級生態(tài)島”建設和“大旅游”格局建設的發(fā)展要求基本一致,既保障了區(qū)域生態(tài)安全,增強了崇明對于上海大都市區(qū)的戰(zhàn)略生態(tài)能力,同時也最大限度滿足了崇明游憩業(yè)發(fā)展和大都市區(qū)生態(tài)之城建設的示范地。

圖4 協調導向下的崇明島綠地系統(tǒng)布局情景優(yōu)化模擬

3.3 多情景優(yōu)化模擬方案評價

在不同目標導向下,本研究分別模擬了不同發(fā)展情景模式的綠地系統(tǒng)空間布局優(yōu)化思路。借鑒相關文獻基于城市生態(tài)二元脅迫CA模型,依托不同空間狀態(tài)演化規(guī)則模擬,探討城市空間邊緣性增長、生態(tài)性增長和協調性增長的方案擇優(yōu)研究[28],對如上3個情景模擬優(yōu)化方案的游憩建設適宜性、生態(tài)安全性和斑塊緊湊性(考察空間形態(tài)的聚集度、規(guī)整度)3項指標進行定量化賦值對比。結果發(fā)現,盡管協調導向性布局在單個屬性上均未達到最優(yōu),但復雜系統(tǒng)發(fā)展通常是對多元目標導向綜合衡量的結果,從而更加優(yōu)化整體空間耦合效能。因此,崇明島綠地系統(tǒng)的協調導向性布局是綜合效能最大化的方案,這也是“自然生態(tài)”和“生態(tài)發(fā)展”雙維度“世界級”的生態(tài)島空間建設要求所在。

4 結語

目前混沌論正逐步耦合大數據、人工智能、云計算等技術[29],持續(xù)向各個科學領域滲透發(fā)展、蓬勃開創(chuàng)?；煦缯摬淮_定性衍生的情景規(guī)劃方法,通過“問題辨析—情景界定—情景評估—決策選擇”研究路徑,選擇不同情景邏輯主線主導規(guī)劃方案,并評估不同方案的情景意義,從而制定最終的決策和行動計劃。不同于傳統(tǒng)規(guī)劃的單方案預測,情景規(guī)劃是多情景方案的模擬,因此在應對系統(tǒng)未來演化的不確定性問題方面具有傳統(tǒng)規(guī)劃無法比擬的優(yōu)越性,為城市綠地系統(tǒng)的演化及優(yōu)化提供了新的思維視角。