基于模糊數(shù)學(xué)法的城市蔓延區(qū)形態(tài)評(píng)估
——以上海新江灣城片區(qū)為例

■ 程昊淼 Cheng Haomiao 王伯偉 Wang Bowei

基于模糊數(shù)學(xué)法的城市蔓延區(qū)形態(tài)評(píng)估
——以上海新江灣城片區(qū)為例

■ 程昊淼 Cheng Haomiao 王伯偉 Wang Bowei

文章以上海新江灣城片區(qū)為例，基于模糊數(shù)學(xué)分析法，綜合分析城市蔓延對(duì)城市形態(tài)的影響。選取4項(xiàng)城市形態(tài)特征值量化空間形態(tài)，并利用模糊綜合評(píng)價(jià)指數(shù)（FCI）進(jìn)行統(tǒng)籌，綜合對(duì)比評(píng)估各個(gè)街區(qū)空間形態(tài)的優(yōu)劣，揭示城市蔓延現(xiàn)象對(duì)以居住功能為主的新城空間形態(tài)的影響及其特征。結(jié)果表明：新江灣城片區(qū)呈現(xiàn)低密度、用地功能單一、居住與商業(yè)分離、空間分散的形態(tài)特征，片區(qū)內(nèi)各街區(qū)空間形態(tài)差異明顯。研究結(jié)果可為今后的城市規(guī)劃與城市設(shè)計(jì)提供積極的參考意見。

城市形態(tài)；城市蔓延；空間句法；模糊數(shù)學(xué)分析法

1 城市蔓延概述

城市形態(tài)演變是一個(gè)自發(fā)的過程，伴隨著動(dòng)態(tài)的資本積累和社會(huì)再生產(chǎn)[1]。資本循環(huán)積累支配著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)體系，產(chǎn)生城市空間上的貧富差距，進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)城市形態(tài)的改造（如城市蔓延、城市更新和城市紳士化），同時(shí)也改變著城市的社會(huì)形態(tài)和空間形態(tài)。

西方學(xué)者對(duì)于城市蔓延（Urban Sprawl）的定義并不一致，經(jīng)過不斷完善認(rèn)知，城市蔓延的定義逐漸清晰、精確。哈維（Harvey）和克拉克（Clark）首先提出城市蔓延為低密度、散點(diǎn)狀的蛙跳式開發(fā)和剝離式開發(fā)。這種開發(fā)背離城市規(guī)劃的初衷，損耗公共空間和自然資源，限制人行和非機(jī)動(dòng)車行駛，城市逐漸超過現(xiàn)有發(fā)展邊界繼續(xù)向外發(fā)展，最終導(dǎo)致場(chǎng)所感消失殆盡[2]。而后，美國(guó)的環(huán)境組織塞拉俱樂部（Sierra Club）將蔓延定義為低密度的、在服務(wù)和就業(yè)輻射區(qū)域以外的小汽車導(dǎo)向的開發(fā)[3]。尤因（Ewing）則認(rèn)為城市蔓延應(yīng)至少具備以下一種特征：低密度或單一功能開發(fā)、剝離式開發(fā)、散點(diǎn)式開發(fā)及蛙跳式開發(fā)[4]。他認(rèn)為，應(yīng)該用定量化的指標(biāo)來定義城市蔓延更為準(zhǔn)確、客觀；同時(shí)，他還認(rèn)為，并非所有的城市郊區(qū)開發(fā)都屬于城市蔓延現(xiàn)象，主要還應(yīng)取決于它的形式[5]。但是，戈登（Gordon）和里查德森（Richardson）認(rèn)為城市蔓延有時(shí)會(huì)成為城市郊區(qū)化的貶義同義詞[6]?？傊?，城市蔓延通常與下列特征相關(guān)：?jiǎn)我还δ荛_發(fā)、低密度、工作機(jī)會(huì)流失帶來的空間失配、農(nóng)業(yè)用地變?yōu)槌鞘薪ㄔO(shè)用地，以及大面積的住宅區(qū)建設(shè)。因此，城市蔓延必然導(dǎo)致城市社會(huì)結(jié)構(gòu)和空間形態(tài)上的改變。

為遏制城市蔓延現(xiàn)象的繼續(xù)擴(kuò)散，美國(guó)發(fā)展出兩種具有代表性的鄰里社區(qū)開發(fā)模式：以公共交通為導(dǎo)向的模式（TOD）和傳統(tǒng)鄰里開發(fā)模式（TND）。TOD模式由步行街區(qū)（Pedestrian Pocket）發(fā)展而來，它是以區(qū)域性公共交通站點(diǎn)為中心，在以適宜步行距離（一般不超過600m）為半徑的范圍內(nèi)，包含中高密度住宅及配套公共用地、就業(yè)、商業(yè)和服務(wù)等內(nèi)容的復(fù)合功能社區(qū)。TND模式則試圖從傳統(tǒng)的城市規(guī)劃設(shè)計(jì)概念中吸取靈感，實(shí)踐中與房地產(chǎn)市場(chǎng)相結(jié)合。 其社區(qū)的基本單元是鄰里，每個(gè)鄰里單元規(guī)模約16～81hm2，半徑不超過400m，從而保證社區(qū)格局遵循“五分鐘步行”原則，社區(qū)服務(wù)半徑在400～600m之間。

在中國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程中，伴隨著資本的積累和土地的再分配，城市面臨著劇烈的社會(huì)和空間重組，城市形態(tài)也發(fā)生了顯著改變。隨著城市化發(fā)展，城市區(qū)域不斷擴(kuò)大蔓延，一些大城市的邊緣地帶出現(xiàn)了功能較為單一的新興居住區(qū)。位于上海楊浦區(qū)東北部的新江灣城就是其中的典型案例。城市蔓延不但對(duì)城市人居環(huán)境、城市交通與建設(shè)和社會(huì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了較大影響[7-11]，同時(shí)，對(duì)城市空間形態(tài)的影響也是顯而易見的。分析評(píng)估以商業(yè)化為主導(dǎo)的城市蔓延對(duì)城市形態(tài)的影響，對(duì)于中國(guó)城市與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有指導(dǎo)作用。

2 量化描述與模糊數(shù)學(xué)法

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于城市形態(tài)學(xué)的研究多側(cè)重于對(duì)宏觀區(qū)域?qū)用婧椭杏^城市層面空間形態(tài)、結(jié)構(gòu)、模式的歸納，對(duì)城市形態(tài)演進(jìn)動(dòng)力、機(jī)制的探討，以及交通、經(jīng)濟(jì)、歷史事件對(duì)城市形態(tài)的影響；大多數(shù)研究集中于街區(qū)景觀和歷史街區(qū)的保護(hù)更新，而對(duì)于城市蔓延所帶來的街區(qū)形態(tài)演變和空間形態(tài)特征的定量分析研究相對(duì)較少。

量化描述城市形態(tài)有多種多樣的方法，最基礎(chǔ)的特征值有容積率、建筑密度等。美國(guó)學(xué)者索斯沃斯（M. Southworth）為了量化美國(guó)城鎮(zhèn)街道形態(tài)而選擇了街區(qū)數(shù)量、交叉路口數(shù)量、街道總長(zhǎng)度、對(duì)外出入口數(shù)量等特征值[12]；宋（Y. Song）和內(nèi)普（G. Knaap）為了量化出現(xiàn)在北美的新城市化主義的城市形態(tài)而選擇內(nèi)部聯(lián)系度、街區(qū)周長(zhǎng)平均值、近端路長(zhǎng)度、外部聯(lián)系度、出入口間距、距離最近公園平均值等特征值[13]；空間地理學(xué)的空間句法理論則應(yīng)用連接值、集成度等量化城市形態(tài)。這些量化方法分析問題的角度不同，亦無明確的界定標(biāo)準(zhǔn)，并不能完整、綜合地評(píng)估城市形態(tài)，因此，需要一種可以統(tǒng)籌所有特征值的量化方法。

在日常生活中，存在大量無法通過精確數(shù)學(xué)來描述的、沒有明確界限的模糊性現(xiàn)象，如 對(duì)于無確定界定標(biāo)準(zhǔn)的多因素、多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)與決策問題等。應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)法可以幫助解決這些問題。查德教授于1965年首先提出了應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)理論（Fuzzy Mathematic Theory）處理模糊性現(xiàn)象[13]，認(rèn)為適當(dāng)?shù)厥┘幽：壿嬁梢缘贸龈_的結(jié)果，其基本前提是要量化，并通過數(shù)學(xué)理論表述模糊性問題。

本文將從城市街區(qū)層面，以空間句法的兩項(xiàng)參數(shù)（連接值和全局集成度）結(jié)合兩項(xiàng)空間基本特征值（容積率和混合土地利用率），并應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)分析法對(duì)特征值進(jìn)行統(tǒng)籌分析，綜合分析評(píng)估街區(qū)形態(tài)特征與優(yōu)劣，揭示城市蔓延現(xiàn)象對(duì)街區(qū)空間形態(tài)的影響及其城市形態(tài)特征，探討模糊數(shù)學(xué)理論用于城市形態(tài)綜合評(píng)估的可行性，為今后可持續(xù)的城市規(guī)劃設(shè)計(jì)和城市形態(tài)評(píng)估提供參考。

3 案例概況

新江灣片區(qū)原址為江灣軍用機(jī)場(chǎng)（圖1），于20世紀(jì)90年代中期廢棄。隨后，生態(tài)環(huán)境逐步恢復(fù)，形成了以濕地為主的自然生態(tài)環(huán)境。1997年，軍方將機(jī)場(chǎng)交還地方，成為城市發(fā)展用地，但由于多方對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境的呼吁，以及對(duì)最初規(guī)劃方案的質(zhì)疑，直至2006年，該片區(qū)的空間主體框架才初步形成。經(jīng)過修改后的新江灣城規(guī)劃提出“生態(tài)型、知識(shí)型的花園城區(qū)”的發(fā)展目標(biāo)，規(guī)劃綠化總面積近50%，總?cè)丝诩s為6～8萬人，居住人口密度約為1萬人/km2，屬于上海城市居住低密度社區(qū)[15]。規(guī)劃方案（圖2）將土地開發(fā)的目標(biāo)定位為城市副中心和北部示范居住區(qū)，布局有江灣天地、復(fù)旦大學(xué)江灣校區(qū)（圖3）、新江灣城公園、自然花園、都市村莊、知識(shí)商務(wù)中心等六大板塊，以及生態(tài)走廊、文化中心、極限運(yùn)動(dòng)中心等特色生活配套。為了盡量保留機(jī)場(chǎng)關(guān)閉后形成的生態(tài)濕地，規(guī)劃以網(wǎng)絡(luò)狀的生態(tài)水系和綠化為骨架[16]，并且在社區(qū)的東、西兩側(cè)結(jié)合河道布置兩條大型帶狀綠化作為整個(gè)地區(qū)的生態(tài)走廊，形成住區(qū)綠化背景和生態(tài)圍護(hù)。位于本片區(qū)內(nèi)的新江灣城公園即由原濕地核心區(qū)改建，保持了原有自然植物、動(dòng)物等原始生態(tài)風(fēng)貌。規(guī)劃還強(qiáng)調(diào)要結(jié)合住宅布局，通過鄰里綠地將周邊大型綠化空間的綠意融入每個(gè)居住單元，人居空間與生態(tài)水系、綠化相互滲透。在產(chǎn)業(yè)上，新城區(qū)根據(jù)“國(guó)際智慧城”和“知識(shí)楊浦”的定位，規(guī)劃建設(shè)以研究開發(fā)、科技孵化功能為主的科技園區(qū)，占地約1km2的復(fù)旦大學(xué)新校區(qū)也位于本片區(qū)內(nèi)。2003年，新江灣城土地開發(fā)全面啟動(dòng)，在2005～2010年期間，該地區(qū)完成了大量市政與景觀建設(shè)工作。

本文將根據(jù)最佳步行距離和片區(qū)實(shí)際街道體系，以400m×400m網(wǎng)格，綜合考慮城市風(fēng)貌等因素，將該片區(qū)劃分為8個(gè)街區(qū)（圖4），并以淞滬路為南北軸線，將片區(qū)分為東西兩部分。其中，東側(cè)為住宅、商業(yè)用地，西側(cè)則全部為復(fù)旦大學(xué)江灣校區(qū)。在淞滬路東側(cè)區(qū)域內(nèi)，涵蓋有新江灣城主要的配套設(shè)施，包括文化中心、體育中心、濕地公園、生活廣場(chǎng)、教育設(shè)施等。

圖1 江灣機(jī)場(chǎng)舊照

圖2 新江灣城控制性詳細(xì)規(guī)劃土地使用規(guī)劃圖

圖3 復(fù)旦大學(xué)江灣校區(qū)規(guī)劃總平面圖

圖4 新江灣城片區(qū)街區(qū)劃分示意圖

4 研究方法

4.1 四項(xiàng)特征值參數(shù)

根據(jù)林奇（K. Lynch）對(duì)城市形態(tài)標(biāo)準(zhǔn)的闡述[17]，選取容積率（FAR）、混合土地利用率（MI）、基于空間句法理論的連接值（C）和集成度（I）4項(xiàng)特征值來評(píng)估該片區(qū)城市形態(tài)。這4項(xiàng)特征值綜合考慮了城市空間的體量與密度、土地利用、可達(dá)性和孤立程度。

4.1.1 容積率與混合土地利用率計(jì)算

（1）容積率（FAR）的計(jì)算公式為：

式中，At—某一街區(qū)內(nèi)建筑面積之和；

Ap—某一街區(qū)的總面積。

（2）混合土地利用率（MI）的計(jì)算公式為[18]：

式中，T—片區(qū)總建筑面積，T=r+c+o；

r—居住用地建筑面積，包括公寓和住宅；

c—商業(yè)用地建筑面積，包括零售、辦公和酒店；

o—其他用地建筑面積，包括工廠、政府機(jī)關(guān)、學(xué)校和醫(yī)院。

一般地，MI介于0和1之間，當(dāng)其值趨近于1時(shí)，表示不同功能用地面積平均分布。

以上兩個(gè)特征值雖然能夠展現(xiàn)該片區(qū)的局部空間形態(tài)特征，但是無法表現(xiàn)街區(qū)與周圍區(qū)域之間聯(lián)系，不能全面反映研究片區(qū)的城市形態(tài)特征。因此，本文引入表示空間拓?fù)潢P(guān)系的空間句法理論，來計(jì)算描述局部街區(qū)空間與整體城市片區(qū)空間關(guān)系的特征值。

4.1.2 空間句法理論

空間句法理論將城市結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為兩種空間：凸空間和軸線，所有城市形態(tài)均由這兩個(gè)基礎(chǔ)元素描述[19]，軸線連接所有凸空間組成連接圖[20]。通過連接圖，可以求得5個(gè)空間拓?fù)鋮?shù)，即連接值、控制值、深度值、集成度和可理解性。

（1）連接值（C）定義為與某一節(jié)點(diǎn)（空間）直接相連的其他節(jié)點(diǎn)（空間）的總數(shù)，可以直接從連接圖中得到。連接值越高，表示該空間與周圍其他空間的連通程度越高，即可達(dá)性越好。

（2）集成度（I）反映了一個(gè)單元空間與系統(tǒng)中所有其它空間的集聚或離散程度，可由深度值的倒數(shù)求得。集成度越大，表示該空間在系統(tǒng)中的便捷程度越大；集成度越低，則該空間的深度值越大，亦曰孤立。人處于孤立空間中時(shí)，與城市結(jié)構(gòu)中其它空間的距離均較為遙遠(yuǎn)，便捷性和可識(shí)別性較差[21]。

4.1.3 連接值與集成度計(jì)算

本文根據(jù)研究需要，選擇了表示局部空間可達(dá)性特征的連接值和表示全局空間孤立程度特征的集成度兩個(gè)特征值作為評(píng)估參數(shù)，其中，連接值的高低反映各個(gè)街區(qū)的可達(dá)性，集成度值則反映各個(gè)街區(qū)在片區(qū)內(nèi)的孤立程度。

（1）某i節(jié)點(diǎn)（空間）的連接值（Ci）可以表述為：

式中，k —與i節(jié)點(diǎn)（空間）直接相連的空間數(shù)，可直接由連接圖得出。

（2）集成度（I）可以由相對(duì)不對(duì)稱值（RA）的倒數(shù)計(jì)算得出。 i空間的不對(duì)稱值（RAi）的計(jì)算公式表示如下：

式中，MDi—平均深度值，其中，dij為 i節(jié)點(diǎn)（空間）到j(luò)節(jié)點(diǎn)（空間）的最短距離，可直接由連接圖得出；

n—連接圖中總節(jié)點(diǎn)（空間）數(shù)[20]。

由此可見，這4項(xiàng)城市形態(tài)特征值分別從街區(qū)局部以及街區(qū)與周圍區(qū)域的關(guān)聯(lián)性角度，反映研究區(qū)域的城市形態(tài)特征，各街區(qū)各特征值指標(biāo)參數(shù)差異較大，亦無統(tǒng)一量化優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)街區(qū)形態(tài)綜合特征的量化對(duì)比分析。因此，需要一種統(tǒng)一的、客觀的、綜合的定量方法來評(píng)估街區(qū)城市形態(tài)優(yōu)劣。

4.2 基于模糊數(shù)學(xué)理論的城市形態(tài)綜合評(píng)估方法

模糊數(shù)學(xué)法已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，并發(fā)展出更加方便的解決復(fù)雜問題的方法。例如，西班牙某條河流的水質(zhì)評(píng)價(jià)就應(yīng)用了模糊數(shù)學(xué)法，該方法綜合水質(zhì)評(píng)價(jià)的幾個(gè)重要指標(biāo)，計(jì)算出模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)參數(shù)。研究結(jié)果表明，模糊數(shù)學(xué)法可作為解決多因素、多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)與決策問題的有效替代方法[22]。我國(guó)學(xué)者應(yīng)用多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)和模糊聚類分析法，對(duì)城市交通系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)估[23]。目前，關(guān)于模糊數(shù)學(xué)理論用于城市形態(tài)評(píng)估的研究尚未見文獻(xiàn)報(bào)道。

基于模糊數(shù)學(xué)法的城市形態(tài)模糊綜合評(píng)估法將各街區(qū)的各個(gè)形態(tài)特征值指標(biāo)參數(shù)處理為一個(gè)模糊綜合指標(biāo)，并按照最大隸屬度，對(duì)每個(gè)街區(qū)的模糊綜合指標(biāo)進(jìn)行分類對(duì)比。具體步驟如下。

4.2.1 建立街區(qū)形態(tài)特征值指標(biāo)參數(shù)矩陣F

首先，將研究區(qū)域各街區(qū)集合設(shè)為集合B：

式中，i—街區(qū)編號(hào)；

m—街區(qū)數(shù)量。

然后，將評(píng)估集合B的特征值指標(biāo)參數(shù)集合設(shè)為集合A：

式中，j—特征值指標(biāo)參數(shù)編號(hào)；

n—特征值指標(biāo)參數(shù)數(shù)量。

這樣，由A與B中的元素任意搭配，就構(gòu)成關(guān)于研究區(qū)域多目標(biāo)的笛卡爾乘積集。將元素對(duì)（A，B）搭配后的街區(qū)特征值指標(biāo)參數(shù)記為fij，則街區(qū)i的特征值指標(biāo)參數(shù)向量為：

式中，i = 1，2，…，m。

因此，考慮n個(gè)特征值指標(biāo)參數(shù)條件下的m 個(gè)街區(qū)的特征值指標(biāo)參數(shù)矩陣F為：

4.2.2 模糊接近度計(jì)算

對(duì)于某一特征值指標(biāo)參數(shù)，各街區(qū)的特征值與最優(yōu)特征值的接近程度，稱為街區(qū)i在特征值指標(biāo)參數(shù)j時(shí)的模糊接近度，記作δij，其計(jì)算公式如下：

式中，fjmax—在特征值指標(biāo)參數(shù)j條件下各街區(qū)的最大特征值，即fjmax= max（f1j，f2j，…，fmj）；—在特征值指標(biāo)參數(shù)j條件下各街區(qū)的最小特征值，即fjmin= min（f1j，f2j，…，fmj）；—特征值指標(biāo)參數(shù)j的標(biāo)準(zhǔn)值，對(duì)正指標(biāo)是

值越大越優(yōu)，負(fù)指標(biāo)則正好相反。

標(biāo)準(zhǔn)特征值指標(biāo)參數(shù)向量f0則表示相對(duì)最有積極意義的理想最優(yōu)街區(qū)特征值指標(biāo)參數(shù)集合：

4.2.3 模糊關(guān)系矩陣的建立

模糊接近度δij可由矩陣F中各個(gè)特征值指標(biāo)參數(shù)計(jì)算而得，從而形成了模糊關(guān)系矩陣：

4.2.4 模糊綜合評(píng)價(jià)指數(shù)的計(jì)算

若街區(qū)特征值指標(biāo)參數(shù)的權(quán)重向量表述為ω=（ω1，ω2，…，ωn）（各特征值的權(quán)重表示各個(gè)特征值指標(biāo)參數(shù)在評(píng)估體系中的重要性），則街區(qū)i到相對(duì)理想最優(yōu)街區(qū)特征值指標(biāo)參數(shù)的拓?fù)渚嚯xdi即為模糊綜合評(píng)價(jià)指數(shù)（FCI），可以表示為模糊關(guān)系矩陣△與權(quán)重向量ω的轉(zhuǎn)置向量相乘，即：

模糊綜合評(píng)價(jià)指數(shù)FCI的值越小，表示與理想最優(yōu)街區(qū)城市形態(tài)越接近，那么di的最小值dimin=min（d1，d2，…，dm），即為最優(yōu)街區(qū)。

通過分析比較各街區(qū)模糊綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，可以定量綜合評(píng)估各街區(qū)的城市形態(tài)特征及其優(yōu)劣程度。

4.2.5 特征值指標(biāo)參數(shù)權(quán)重賦值

各特征值指標(biāo)參數(shù)的權(quán)重表示各個(gè)特征值指標(biāo)參數(shù)在評(píng)估體系中的重要性，可采用客觀賦權(quán)法或主觀賦權(quán)法決定。其中，主觀法又稱專家評(píng)測(cè)法，是根據(jù)專家給出的各指標(biāo)參數(shù)的重要性評(píng)分來賦值；客觀法則是根據(jù)各特征值指標(biāo)參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系，利用數(shù)學(xué)方法計(jì)算出各指標(biāo)參數(shù)的權(quán)重。由客觀法確定的指標(biāo)參數(shù)權(quán)重可以避免主觀判斷誤差，更具客觀性和可靠性。

客觀賦權(quán)法中的變異系數(shù)法認(rèn)為，指標(biāo)參數(shù)值的差異性反映其區(qū)分評(píng)價(jià)對(duì)象的能力大小。如果某項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)的數(shù)值能明確區(qū)分開各個(gè)被評(píng)價(jià)對(duì)象，表明該指標(biāo)信息分辨率較高，應(yīng)給予較大的權(quán)重，反之相反。該方法對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)重要性的判斷具有明確意義，是一種常用的客觀權(quán)重賦值法。各特征值指標(biāo)參數(shù)的變異系數(shù)（Vj）計(jì)算公式如下：

5 新江灣城片區(qū)空間形態(tài)評(píng)估

5.1 4項(xiàng)特征值計(jì)算結(jié)果

根據(jù)2015年該片區(qū)的空間地理測(cè)繪數(shù)據(jù)，采用傳統(tǒng)城市空間形態(tài)特征值計(jì)算方法和空間句法，分別對(duì)該研究案例8個(gè)街區(qū)的容積率、混合土地利用率、連接值和全局集成度等4項(xiàng)代表性城市形態(tài)特征值指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表1。由此可以看出，各街區(qū)各項(xiàng)特征值數(shù)值差異較大，難于通過各項(xiàng)參數(shù)對(duì)比評(píng)估街區(qū)城市形態(tài)的優(yōu)劣。

5.2 模糊數(shù)學(xué)分析計(jì)算結(jié)果

根據(jù)公式（13）（14），得出各項(xiàng)特征值的權(quán)重為：ωj=（0.397，0.538，0.048，0.017），表明反映局部空間形態(tài)特征的混合土地利用率和容積率特征值對(duì)城市形態(tài)的綜合影響比重較大，而表現(xiàn)街區(qū)與周圍區(qū)域之間聯(lián)系的連接值和全局集成度特征值對(duì)城市形態(tài)的綜合影響比重較小。

依據(jù)模糊關(guān)系矩陣△、權(quán)重向量W和公式（12），計(jì)算每個(gè)街區(qū)到相對(duì)理想最優(yōu)街區(qū)特征值指標(biāo)參數(shù)，即標(biāo)準(zhǔn)特征值指標(biāo)參數(shù)向量f0=（0.08，0.29，2.88，0.78）的拓?fù)渚嚯xdi，作為各個(gè)街區(qū)的模糊綜合評(píng)價(jià)指數(shù)FCI =（0.45，0.17，0.54，0.11，0.53，0.52，0.54，0.54）。其中，0.11為最小值，所對(duì)應(yīng)的街區(qū)為首府街區(qū)，表明該街區(qū)城市形態(tài)與該片區(qū)內(nèi)理想最優(yōu)街區(qū)的城市形態(tài)最為接近，可定義為該片區(qū)內(nèi)城市形態(tài)較好街區(qū)；中央公共空間街區(qū)、復(fù)旦北區(qū)和復(fù)旦南區(qū)的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)最高，皆為0.54，表明該街區(qū)城市形態(tài)距離片區(qū)內(nèi)理想最優(yōu)街區(qū)的城市形態(tài)相差最遠(yuǎn)，定義為該片區(qū)城市形態(tài)較差街區(qū)（表2）。

5.3 結(jié)果分析

由表2可知，片區(qū)內(nèi)8個(gè)街區(qū)模糊綜合評(píng)價(jià)指數(shù)在0.11～0.54范圍內(nèi)，存在明顯差異，表明基于模糊數(shù)學(xué)法計(jì)算出來的模糊綜合評(píng)價(jià)指數(shù)能夠區(qū)分不同街區(qū)的城市形態(tài)。

首府街區(qū)城市形態(tài)較其余7個(gè)街區(qū)較好，綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為0.11。其原因有以下兩點(diǎn)：①有較低的容積率（0.73）和良好的公共空間環(huán)境。首府街區(qū)內(nèi)規(guī)劃建設(shè)有一條景觀生態(tài)河流，是新江灣城控制性詳細(xì)規(guī)劃內(nèi)生態(tài)水系骨架的重要組成部分，向東流經(jīng)中央公共空間街區(qū)內(nèi)的濕地，匯入位于復(fù)旦北區(qū)街區(qū)內(nèi)的中央湖泊，向西流入新江灣城西側(cè)河流體系。河流兩側(cè)均為濱河公共休閑空間，植被茂盛、尺度宜人，是整個(gè)片區(qū)內(nèi)不多的公共休閑空間。另外，街區(qū)內(nèi)以河流為界，南北各有一個(gè)低容積率、高綠化率居住小區(qū)，小區(qū)建筑高度較低，建筑密度適中。②有較高的混合土地利用率（0.29），位居片區(qū)之首，且連接值與全局集成度特征值也表現(xiàn)良好。

街區(qū)形態(tài)相對(duì)較差的3個(gè)街區(qū)分別是中央公共空間、復(fù)旦北區(qū)和復(fù)旦南區(qū)，綜合評(píng)價(jià)指數(shù)均為0.54，其主要原因是由于3個(gè)街區(qū)的混合土地利用率為零。在空間句法評(píng)估中，中央公共空間因其較高的連接值和集成度，可理解性最優(yōu)；而在模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)中，由于客觀賦權(quán)法（差異系數(shù)法）確定的混合土地利用率的權(quán)重最大，該街區(qū)因僅有文化體育類功能的公共休閑空間，用地功能單一，導(dǎo)致其形態(tài)相對(duì)較差。復(fù)旦北區(qū)和南區(qū)的評(píng)估結(jié)果亦是如此，因土地利用功能單一，且空間較為孤立，綜合評(píng)價(jià)指數(shù)較高，街區(qū)形態(tài)相對(duì)較差。

表1 新江灣城片區(qū)各街區(qū)形態(tài)特征值統(tǒng)計(jì)表

表2 各街區(qū)模糊綜合評(píng)價(jià)指數(shù)（FCI）統(tǒng)計(jì)表

嘉譽(yù)街區(qū)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)僅次于上述3個(gè)較差街區(qū)，綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為0.53，街區(qū)形態(tài)也不甚理想。該街區(qū)容積率高達(dá)2.61，位居8個(gè)街區(qū)之首；雖然街區(qū)規(guī)劃建設(shè)了商務(wù)商業(yè)綜合體，但仍以居住功能為主，街區(qū)的混合土地利用率并不高，僅為0.1，低于其他混合街區(qū)，如華潤(rùn)街區(qū)和首府街區(qū)。另外，該街區(qū)的連接值較低，但全局集成度良好，說明該街區(qū)內(nèi)部街巷體系單薄，但與城市公共空間聯(lián)系較為緊密。這是因?yàn)樵摻謪^(qū)由3個(gè)地塊組成，其中，2個(gè)為居住小區(qū)地塊，1個(gè)為商務(wù)商業(yè)綜合體地塊，各個(gè)地塊之間互不連通，且居住小區(qū)內(nèi)道路體系層級(jí)較少（主路多、支路少、環(huán)路多），出入口單一，表現(xiàn)為街區(qū)連接值較低；但是該街區(qū)的商業(yè)綜合體地塊集成了軌道交通站點(diǎn)和片區(qū)公共交通站點(diǎn)，與周邊城市區(qū)域的空間聯(lián)系較為緊密。

由此可見，城市形態(tài)模糊綜合評(píng)價(jià)法可以統(tǒng)籌反映城市形態(tài)不同方面的特征值，能夠客觀地比較、研究區(qū)域城市形態(tài)的優(yōu)劣，評(píng)價(jià)結(jié)果基本能夠綜合反映街區(qū)局部形態(tài)和空間整體性特征。

6 結(jié)語

總體而言，新江灣城片區(qū)呈現(xiàn)低密度、宜人尺度、居住與商業(yè)分離、空間分散的形態(tài)特征。具體表現(xiàn)在片區(qū)內(nèi)所有街區(qū)，無論為居住街區(qū)，還是混合功能街區(qū)，街區(qū)容積率雖然不高，但是混合利用率較低，甚至出現(xiàn)單一功能街區(qū)。此外，在諸多居住功能街區(qū)中，地塊內(nèi)部道路體系單薄，主路多、支路少、環(huán)狀路多，與城市公共空間聯(lián)通的出入口單一，街區(qū)或地塊的封閉性較高，致使連接值和全局集成度較低，可達(dá)性差，孤立于整體城市空間。上述研究成果可為將來的城市規(guī)劃和設(shè)計(jì)方案提供積極的參考意見。

因此，基于模糊數(shù)學(xué)理論計(jì)算出來的模糊綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，可以綜合反映街區(qū)局部形態(tài)和空間整體性特征，能夠客觀地比較、研究區(qū)域城市形態(tài)的優(yōu)劣。它為城市形態(tài)特征的綜合定量分析提供了一種有效途徑。

[1][美]大衛(wèi)·哈維著.資本的空間[M].國(guó)立編譯館主譯.臺(tái)北:群學(xué)出版有限公司, 2010.

[2]Robert O. Harvey, W. A. V. Clark. The nature and economics of urban sprawl[J]. Land Economics, 1965, 41(1): 1-9.

[3]The Dark Side of the American Dream: The Costs and Consequences of Suburban Sprawl[R]. Sierra Club, 1998.

[4]Chin, Nancy. Unearthing the Roots of Urban Sprawl: A Critical Analysis of Form, Function and Methodology[C]. University College London Centre for Advanced Spatial Analysis Working, 2002, Papers Series. 47.

[5]Reid Ewing. Is Los Angeles-Style Sprawl Desirable?[J]. Journal of the American Planning Association, 1997, 63 (1): 107-126.

[6]Peter Gordon, Harry Richardson. Are Compact Cities a Desirable Planning Goal?[J]. Journal of the American Planning Association, 1997, 63 (1): 95-106.

[7]Michael L. McKinney. Urbanization, Biodiversity, and Conservation[J]. BioScience, 2002, 52 (10): 883-890.

[8]Koen De Ridder. Part II Development and evaluation of an urban growth scenario // Simulating the impact of urban sprawl on air quality and population exposure in the German Ruhr area[J]. Atmospheric Environment, 2008, 42(30): 7070-7077.

[9]Howard Frumkin. Urban Sprawl and Public Health[J]. Public Health Report, 2002, 117: 201-217.

[10]Ken Snyder, Lori Bird. Paying the Costs of Sprawl: Using Fair-Share Costing to Control Sprawl [R]. Washington: U.S. Department of Energy's Center of Excellence for Sustainable Development, 1998. http://www.impactfees.com/ publications%20pdf/sprawl.pdf.

[11]Barbara McCann. Driven to spend: the impact of sprawl on household transportation expenses[M]. Washington, DC: Surface Transportation Policy Partnership, 2000.

[12][美]邁克爾·索斯沃斯,伊萬·本-約瑟夫編著.街道與城鎮(zhèn)的形成[M].李凌虹譯. 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2006.

[13]Song, Y.&G. Knaap. Measuring Urban Form-Is Portland Winning the War on Sprawl? [J]. Journal of the American Planning Association, 2004, (02): 210-225.

[14]Zimmermann, H. J. Fuzzy set theory [J]. Wiley Interdisciplinary Reviews: Computational Statistics, 2010, 2(3): 317-332.

[15]俞衛(wèi)中.一座承載上海新夢(mèng)想的城區(qū)——“新江灣城”的規(guī)劃設(shè)計(jì)[J].上海住宅, 2006 (12):42-49.

[16]趙敏華.綠色生態(tài)的水系綜合規(guī)劃——以上海新江灣城為例[J].上海城市規(guī)劃,2012 (6):45-49.

[17][美]凱文·林奇著,城市形態(tài)[M].林慶怡等譯.北京:華夏出版社,2001.

[18]Bhat, C. R. and R. Gossen. Mixed Multinomial Logit Model Analysis of Weekend Recreational Episode Type Choice[J]. Transportation Research Part B: Methodological, 2004, 38(9): 767-787.

[19]Hillier,B.Space is the Machine: A Configurational Theory of Architecture[M]. Cambridge: Cambridge University Press, 1996. [20]Jiang, B.,C. Claramunt and B. Klarqvist. An integration of space syntax into GIS for modelling urban spaces[J].International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 2000, 2: 161-171.

[21]Haq, S. "Space Syntax" in Complex Architectural Settings: An Investigation of Spatial and Cognitive Variables Through Wayfinding Behavior[D]. Atlanta: Georgia Tech, 2001: 61-78.

[22]Ocampo-Duque, W., N. Ferre-Huguet, J.L. Domingo and M. Schuhmacher. Assessing water quality in rivers with fuzzy inference systems: A case study [J]. Environment International，2006, 32:733-742.

[23]Yang, T.and X. Yang. Fuzzy comprehensive assessment, fuzzy clustering analysis and its application for urban traffic environment quality evaluation [J]. Transportation Research Part D: Transport and Environment, 1998, 3(1): 51-57.

Morphological Evaluation of Urban Spreading Area Based on Fuzzy Mathematics --Case Study of Shanghai Xinjiangwan City Area

Based on fuzzy mathematics analysis method, this paper analyzes the inf l uence of urban spreading over urban form by taking Shanghai Xinjiangwan City Area as example. This paper selects four kinds of urban morphological feature values to quantify spatial pattern, and utilize Fuzzy Comprehensive Evaluation Index (FCI) for overall planning, it comprehensively compares and evaluates the advantages and disadvantages of urban block's spatial form, and reveals city spreading phenomenon's inf l uence over new city's spatial pattern and feature, which takes residence as its major spatial function. The results show that the spatial pattern of blocks in Xinjiangwan area is featured by low density, single function, separation of residential area and commercial area and dispersed space, the spatial differences of blocks in the area are obvious. Research results provide a positive reference suggest for future city's planning and design.

Urban pattern, urban spreading, spatial syntax, fuzzy mathematical analysis

2017-02-10）

程昊淼，同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院博士研究生；王伯偉，同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師。