城市步行空间与自然要素分布的格局模式量化分析

徐宁 成玉宁 Xu Ning Cheng Yuning   2018-06-19 04:00:30

Quantitative Analysis on the Layout Pattern of Urban Pedestrian Space with Natural Landscape—The Case of Zurich, Switzerland

摘要:城市步行空间系统与自然要素系统之间的格局关系,某种程度上决定着城市结构形态的走向,对把握城市物质空间形态构成及其演进规律是一项重要的基础研究。从风景园林学与城市设计学科整合的视角出发,归纳了城市步行空间与自然要素分布的3种制约/依存格局:重叠模式、分离模式和边缘结合模式;引入区位熵法,形成格局模式量化的基本思路;以瑞士苏黎世市为例,定量探讨了该市步行空间系统与自然要素分布的格局及其建构机理;并提出几点思考。

关键词:风景园林;城市设计;城市步行空间;自然要素;空间格局;量化分析

文章编号:1000-6664(2018)04-0012-06

中图分类号:TU 986

文献标志码:A

收稿日期:2017-05-16

修回日期:2017-12-22

基金项目:国家自然科学基金项目(编号51408122、51408120)、中国博士后科学基金面上项目(编号2016M590399)和江苏省博士后科研(编号1601250C)共同资助

  Abstract: The layout relationship between the pedestrian space system and natural system of cities determines the trend of urban spatial forms to an extent, and is an important item of basic research for grasping the formal structure and evolution law of urban material spaces. From the perspective of integration of landscape architecture and urban design discipline, this thesis generalizes three restriction/dependence relations between urban pedestrian space and natural landscape layout: overlapping mode, separation mode and mode of edge combination. Then the framework of quantifying the layout pattern is set up based on the method of location entropy. With the case of Zurich, Switzerland, this thesis quantitatively explores the layout relationship between the pedestrian space and natural landscape of this city and their construction mechanisms. At the end of this thesis, several thoughts are presented.

Key words: landscape architecture; urban design; urban pedestrian space; natural landscape; spatial pattern; quantitative analysis

城市步行空间系统和自然要素系统都是城市中不可或缺的组成部分。城市步行空间是指用于团体或个人步行活动的公众可达之地,包括广场、街道和公园绿地等,不仅关系到城市公共空间形象和公共生活品质,也承载着当地居民的社会生活与文化意象。城市自然要素系统记录了城市空间的环境条件和自然过程,构筑并支撑了城市的整体生态环境。城市步行空间与自然要素系统共同构成与人的感知体验关系最为密切的城市开放场所。现代城市往往面临交通拥堵、环境污染、社会压力等一系列问题,城市步行空间和自然空间被认为是一剂良药,带给城市环境提升、生态健康、社会公正乃至经济发展的契机[1-3]。城市步行空间与自然系统之间的联系似乎应该是紧密的,但有意思的是,它们的总体布局关系很少得到研究。尽管城市与自然的关系,经过风景园林领域从奥姆斯特德到麦克哈格再到西蒙兹、从田园城市到景观都市主义再到生态都市主义的诸多研究和实践,以公认的“设计结合自然”原则为首要依据;中国学界也普遍认为,城市要重视绿色空间的存在[4-5],城市形态和过程应纳入风景园林学科的视野[6],风景园林学要与城市设计学科走向协作及融合[7]。但城市系统与自然系统如何更具体地结合在一起,这种结合如何更科学地落实在总体空间形态上,形成什么样的空间秩序,仍然相对模糊。本文认为,城市步行空间是城市中公共生活的主要发生场所,是最具活力的社会人居环境的支撑因素[8],城市与自然的关系,关键的落脚点就是城市步行公共空间系统与自然系统的关系;设计结合自然,核心就体现在城市公共空间与自然要素的恰当结合。城市步行空间系统这一城市设计的核心领域,与风景园林学科所关注的自然开放空间系统之间的格局关系,某种程度上决定着城市结构形态的走向,对把握城市物质空间形态构成及其演进规律是一项重要的基础研究。

鉴于此,本文从风景园林学与城市设计学科整合的视角出发,引入区位熵法定量探讨城市步行空间与自然要素①的布局关系模式,以及如何提取、组织这2种系统共同构成城市空间形态的可能方式,尝试为城市发展提供新的空间组织结构建议。图1 城市步行空间与自然要素的格局模式表1 城市步行空间与自然要素的3种格局模式比较

1 城市步行空间与自然要素分布的制约/依存格局

城市步行空间与自然要素的布局之间存在着既相互制约又彼此依存的辩证关系:一方面,城市增长过程受到自然作用的约束,城市形态及其步行空间系统的生成与它所依附的自然地理条件直接相关,大地生态格局的优先建立是城市可持续发展的有力保障;另一方面,自然进程同样依附于并受到城市既有空间格局的制约,城市中自然要素更大作用的发挥,要以其与城市步行公共空间系统的适配为前提。

依据空间逻辑,城市步行空间与自然要素分布的格局关系可抽象为3类:“并集”-重叠模式、“空集”-分离模式以及“交集”-边缘结合模式,各模式中均包含着制约与依存的交互作用。但不同模式表现出不同的主导作用关系,重叠模式以步行空间与自然要素的依存关系为主导,分离模式以制约关系为主导,边缘结合模式则表现为依存与制约关系的相互制衡(图1)。

1.1 重叠模式

重叠模式指的是城市主要步行空间与自然要素在空间分布上重合,以大型城市公园绿地、生活性的林荫大道系统、后工业棕地复兴等为代表。重叠模式中的自然不再只作为城市的环境背景,而是被引入城市内部,自然空间持续发挥水文管理、生态通道等重要作用的同时,还可容纳丰富的城市活动内容,从而将城市肌理融入区域和生物背景中。

重叠模式与我国天人合一、道法自然的传统世界观是一致的,城市、建筑、步行空间与自然要素相互依存。在西方,对该模式的探索可以上溯到18世纪中叶的英国,经过“画意式园林”的发展,在奥姆斯特德的大量实践中臻于成熟。田园牧歌式的传统源流之外,当代设计更加重视基于场地特质的景观实践表述性,强化城市与自然的潜在融合关系[9-10]。

1.2 分离模式

分离模式指的是城市步行空间与自然要素在空间上相对独立布局,步行空间作为承载市民多样活动的容器,自然要素发挥景观和生态廊道职能,兼用于游憩、休闲度假等,各司其职。

分离模式是西方城市-自然二分法固有传统的产物,作为人工构筑物的城市独立于自然,自然要素象征的是与城市对立的乡村景观。现代城市规划的分区思想进一步强化了这种分离,自然要素成为城市功能用地之间的填充带和隔离带,在清晰切分的大片城市地块中,公共空间和公共生活受到挤压[11]。20世纪70年代始,欧洲城市步行空间迎来复兴,同时期生态主义理念广泛传播,城市步行空间与自然要素的关系重回相互制约的轨道。

1.3 边缘结合模式

边缘结合模式中,城市步行空间与自然要素的形态分布关系介于重叠模式的“并集”与分离模式的“空集”之间,体现为步行空间结合自然空间边缘地带布局的“交集”关系。这种模式广泛存在于滨水地区及丘陵山体周边。

“边缘效应”在景观生态学和城市设计学科中都很受重视,2种或多种不同肌理交界的边缘区是物质与能量交换最活跃的区域,既对生物多样性的保护具特定价值[12],又对人的活动有激发作用[13],因而近山滨水地区在自然保护与城市开发之间存在着微妙的制约和依存关系。

缘于空间布局特征的差异,以上3种城市步行空间与自然要素分布的格局模式表现出不同的优势特色,需要应对不同的挑战,并在多个经典的城市案例中得到验证(表1)。在真实的城市环境中,城市步行活动空间与自然要素分布的格局关系错综复杂得多,不同环境条件、社会文化传统和空间秩序的城市中,这些格局模式通常以多种组合方式呈现。2 区位熵法在格局模式量化中的应用

2.1 区位熵法

格局模式理论有助于理解城市步行空间与自然要素的总体布局关系,却无法据此获得关于这种空间关系的精确印象,也就难以从中提取有效的城市内部空间组织的结构性规律。确定结论的得出有赖定量方法。但目前国内外的相关量化研究成果多集中于城市步行公共空间形态量化[17-19]和自然开敞空间的格局及可达性量化[20-22]两大领域,很少涉及对两者间格局关系的探讨。原因在于:步行空间研究主要从属于城市规划设计和城市社会学科,而自然开敞空间研究归属景观生态规划学科,学科的界限造成了研究与实践中两者的割裂。并且,关系研究建立在个体数据清晰的基础上,需要同时获取两方面的一手数据,还要找到适合表达两者关系的量化方法,这也成为一个难点。

本文试引入区域分析和产业结构分析中常用的表达专门化率的指标——“区位熵”对此进行描述。所谓熵,就是比率的比率。区位熵可以用来衡量某一区域要素的空间分布状况与平均水平的比较,从而得到该要素在高层次区域的地位和作用,其值越大则表明该要素在相应区域的聚集程度越高。区位熵的计算公式为[23]: 式中:Q为某区域内i要素相对于高层次区域的区位熵;di为某区域内i要素的有关指标,如城市步行空间或山水自然要素的用地面积指标;Di为高层次区域内i要素的相应指标;n为要素的类别数量。

可知:区位熵为非负值;Q>1,则表明某区域内i要素的地位或作用超过平均水平。

2.2 量化计算思路

量化计算的基本思路:1)选取瑞士苏黎世市为研究对象②[8],通过多种电子、文献和图纸资料的汇总、配准、校正和数据融合,加工形成矢量化数字底图,涵盖城市步行空间③、山水自然要素、行政区划、城市圈层结构等分图层基本空间数据,以标准编码联系图形信息和统计数据信息,建立地理数据库GeoDatabase。2)确定以城市圈层结构为苏黎世格局模式量化的切入点,与多数城市一样,苏黎世的集聚和扩张也呈圈层式发展结构。圈层结构是城市土地利用规律的反映,也体现了社会经济活动的规则性分化。3)依托ArcGIS平台的空间分析技术,集成相关学科方法,以区位熵法和叠置分析法基于城市圈层结构定量探究特定城市步行空间格局与自然要素分布的相关关系,获得对空间关系和空间模式的规律性认识,并结合上文的格局模式理论,对分析结果加以解释和综合。

图2 苏黎世市鸟瞰(引自http://www.pbase.com/bmcmorrow/image/31761496)3 苏黎世市步行空间与自然要素的格局模式

3.1 苏黎世市自然要素分布与步行空间格局概况

苏黎世的城市空间格局体现为山、水、城的有机交融(图2),山体生态廊道与水系生态廊道共同作用,形成城市整体生态联系网络,成为调节生物气候的缓冲空间,地形的制约使城市腹地的指状发展成为必然。城市步行空间系统的走向很大程度上与主要的山水格局一致,整体性和连续性较好,体现出清晰的内在结构逻辑(图3)。苏黎世城市步行空间的复兴始于20世纪80年代,2003年出台的《城市空间2010》,提出要将设施品质、功能、感官和审美四者巧妙结合,尽可能满足市民多样化的需求[24],推动了该市步行公共空间的持续良性发展。图3 苏黎世市步行空间与自然要素分布格局

图4 苏黎世市行政区单元和圈层划分

图5 基于圈层结构的苏黎世市步行空间与自然要素分布格局模式3.2 格局模式的量化

苏黎世市有12个区,每区细分为2~4个单元,共34个行政区单元[25]。根据城市的社会经济活动分布、用地特征和建筑使用性质,市域用地可划分为三大圈层,从市中心向外依次为核心圈层、中心圈层和外围圈层(表2,图4)。应用区位熵法分别统计苏黎世市3个圈层内的步行空间与自然要素用地面积(图5),代入公式(1),得到基于圈层结构的城市步行空间与山水自然要素的数据分布见表3。

3.2.1 重叠关系

城市步行空间与自然要素分布的重叠部分形成公园绿地等绿色步行空间,该指标可用于判断城市步行空间与自然要素的重叠度⑤。统计结果显示,苏黎世市绿色步行空间面积共约1.3km2,占城市建设用地的2.4%,占全市步行空间总面积的28.2%,步行空间与自然要素的重叠度为3.3%。与同口径统计的南京老城相比,南京老城绿色步行空间面积约0.9km2,占老城步行空间总面积的30.2%[26],重叠度为9.5%。对比数据表明,苏黎世步行空间与自然要素重叠关系体现较少,两者间倾向于分化。从区位熵值分析,苏黎世城市步行空间与自然要素的重合部分更多分布在核心圈层,其次是中心圈层,外围圈层最少,与大量山体由外围圈层至核心圈层递减分布恰成反比例关系(图6)。也就是说,在自然山体分布越少的地区,绿色步行空间越多,形成绿色空间的补偿机制。

3.2.2 分离关系

熵数据反映出,苏黎世步行空间与自然山体分布呈明确的分离关系:山体主要位于城市外围圈层,从中心圈层向外围圈层递增;城市步行空间反之,更多分布在城市建设用地内远离自然资源的区域里,这与“结合自然要素布局公共空间”的通则似乎是背道而驰的。

实际上,这种分离格局有其内在成因。保护自然环境和景观环境位列瑞士国家空间规划方面的四大策略之一[27],作为城市重要疗养空间的自然山体在苏黎世市拥有极高的优先权,因而山体周围基本被“保护区”(Freihaltezone)环绕,这些保护区一般用作牧场、公墓、家庭花园、运动场地、草地等非城市建设用地,成为山体与城市建设用地之间的缓冲地带。城市步行空间与山体自然要素的总体分离,形成公共活动优势资源互补的空间布局,符合公共资源的补偿性分配原则。可见,结合自然要素布局公共空间的设计准则并非无条件成立,特定的城市空间格局与区位差异因素需要优先考虑。

3.2.3 边缘结合关系

苏黎世近山步行空间较少,边缘结合关系主要体现在步行空间与水体的结合。全市滨水步行空间面积约0.6km2,占步行空间总面积的13.0%,滨水空间的绝对比例并不高。但苏黎世的水体穿越城市中心,滨水空间与城市命运相交织的凝聚力超越了“量”的制约,成为反复上演日常生活和节日庆典的魅力场所。

分析苏黎世滨水步行空间与水域的熵值关系,核心与中心圈层的滨水空间聚集程度显著高于水体本身,外围圈层反之,表明城市滨水空间布局的决定性因素不是水体本身,而是城市地区内在的公共性属性分异。

3.3 建构机理分析

3.3.1 自然因素

自然条件是苏黎世市存在与发展的物质基础,城市水运条件和生态格局孕育了苏黎世城市的初始空间形态,也在后续城市空间扩展中持续发挥关键作用。尤其是1979年瑞士颁布实施《联邦空间规划法》,1985年《联邦环境保护法》引入环境承载力评估审查制度,自然山水资源的优先权受到法律保护。

3.3.2 文化因素

文化因素是苏黎世市步行空间与自然要素布局呈现分离关系为主导的重要成因之一。传统欧洲城市中,城市与自然的区分,如同公共与私人领域的区分一样清晰和根深蒂固,是城市形成的主要特征要素。自然代表着未被驯化的乡村或城郊地区,城市与自然保持着中立的两极关系。没有植物遮蔽的城市步行空间,成为苏黎世人的生活场所和生活方式。在年复一年日常生活的实践中,城市与绿色的分离秩序得以确立和强化。

3.3.3 经济因素

经济腾飞是苏黎世市步行空间与自然要素分布形成良好布局关系的主要驱动力。始于20世纪80年代的苏黎世城市步行空间的第三次大繁荣,很大程度上得益于该市从被动形成的金融中心走向开放且充满生机的区域性中心城市的历史过程[28]。这个阶段形成以文化和经济为主导的空间利用,公共场所的绿地不再禁止入内,成为市民的休闲胜地和儿童的嬉戏场所;各类大型集会、嘉年华等庆祝活动此起彼伏;城市公共场所的意义不断得到提升。

3.3.4 政策因素

多项城市建设方针政策的出台是苏黎世步行空间与自然要素互动关系发展的助推器。2003年发布的《城市空间2010》[24],通过将不同特征、内容、形态的步行空间统合在清晰的控制层级之下,成功将苏黎世的步行公共空间系统纳入跨地区和国家的文脉。2006年出版的《苏黎世市绿皮书》[29],针对该市绿色开放空间的可持续发展制订了整体战略、实施纲领和行动计划等,并据以实施,收效显著。

3.3.5 综合作用

苏黎世市步行空间与自然要素分布的布局模式,是在自下而上的自发发展与自上而下的规划设计2股力量的博弈之中逐渐叠加形成的,是城市自我更新的理性结果。这种格局关系并不是机械的、绝对的,而是具有清晰的结构逻辑:以自然山水为依托,形成城市轮廓、山水环境与城市步行空间的有机融合;以圈层结构为核心,形成具有向心性和梯度分异双重特征的步行空间与自然要素分布的分化关系;以大量尺度亲切的步行活动空间为基质,形成丰富多样的系统,与苏黎世人反宏大叙事的民主文化一脉相承。

图6 苏黎世市步行空间与自然要素的圈层分布规律

4 结语

城市步行空间与自然要素的布局关系由城市初始自然系统和发展过程所决定,苏黎世模式证明在城市生态环境维系、步行空间培育、场所舒适度与经济可行性之间能够取得平衡。本文对城市步行空间与自然要素分布的格局模式及其引导机制思考如下。

1)城市步行空间与自然要素的布局关系对城市总体空间结构影响较大,可采用“双骨架+多模块”的方法予以引导。“双骨架”由2套相互嵌套融合的系统构成:城市自然要素系统,发挥雨洪管理及生物多样性保护等生态功能;城市步行空间系统,承载市民公共生活和社会整合职能,以结构化的自然与社会2套公共系统的集合形成全局性发展框架,主导城市空间格局。“多模块”指在总体结构框架落实到空间和场所的多种可能性中,综合权衡区位、资源、用地、空间格局等现有条件,有意识地运用步行空间与自然要素的重叠、分离和边缘结合等多重分布关系,进行模块化组合,提升城市空间格局的效能。以生态可持续城市为目标,以城市设计为手段,在对自然系统和步行空间“双骨架”系统进行抽象与搭建的过程中,充分考虑生态和景观学意义上的连通,综合考量人的行为因素对于空间的需求和影响,指导城市交通、用地、建筑及其他系统与之形成新的洽接关系,将为实现城市与景观的高度协同提供契机。

2)不同城市区位、地形地貌、形态布局的自然要素适应的步行空间格局不同,应根据具体条件引导适宜开发模式。一般说来,针对位于城市内圈层、原有自然水土植被条件不佳、规模较小、城市密度大的绿色资源,优先选用重叠模式及边缘结合模式,并结合景观视廊的控制,实现城市的集中紧凑发展。反之,城市外围生态敏感度高、中大规模、城市密度限制小、步行空间总量相对充裕的地区宜优先考虑分离模式的空间格局,减少对自然资源的人工化改造,丰富开放空间类型。城市中建筑、铺装等灰色基质的比例需要严控,保障风景园林的绿化面积比例和多样性,减少绿色空间建设土木工程化的倾向,营造生态可持续的城市人居环境。同时,城市的山水生态安全格局,要通过制订城市设计框架予以严格保护,将景观的时空过程引入设计,构建区域尺度的风景园林体系。

3)当代景观被认为是城市得以良好存在的框架和构建公共领域的重要手段,尤其在理解和介入复杂自然环境等方面持续发挥作用[30]。自然系统能够为人类提供各种支持、供给、调节和文化服务,生物生境和生物多样性是自然系统服务的基础,而人类福祉是其服务的目标[31]。城市步行空间是市民社会交往的场所,是社会的具体化呈现,彰显着以批判和开放为特征的公共性品质。城市步行空间与自然系统之间呈现的格局张力对提升城市环境品质、维系城市活力、培育市民认同感具有关键作用。当风景园林学与城市设计思维走向融合,当自然系统与城市步行空间、与人的活动、与城市的公共活动中心建立恰当的联系,而不是各自为政的时候,新的复合系统将有机会同时释放出巨大的生态效益和社会效益。

注:文中图片除注明外,均由作者绘制。

致谢:本文是在王建国院士指导的徐宁的博士学位论文相关内容基础上,经博士后期间继续深化研究修改而成,谨致谢意。

注释:

①广义的自然要素包括地形地貌、气候、动植物等,本文侧重于城市空间结构形态层面的讨论,因此将研究范畴限定在城市中出现频率较高、视觉上占有一定实体空间的自然要素,即城市中的山体和水体要素,以及公园绿地等人工化的自然景观。山水自然要素作为个体和群体的形态因子介入城市空间。

②苏黎世是欧洲城市紧凑发展的典例之一,2000年以来屡居世界最佳宜居城市之首,其享誉世界的生活品质很大程度上源于这座城市优越的绿色环境与体系化的步行公共空间系统形成合力,塑造出具有市民认同感和归属感的公共活动网络。苏黎世经验对我国城市建设具有积极的参考价值。

③苏黎世市步行空间范围的界定,依据苏黎世城市空间战略“Stadträume 2010”中确定的公共空间现状,去除交通节点、高速公路、主要道路、隧道、噪声墙、停车场所等与步行交通无关的空间得到。本文中的苏黎世数据经2011年3—8月笔者反复现场调研论证,矢量化加工得到。

④变异系数又称“标准差率”,是一个没有单位的相对值。计算公式为:变异系数=标准差/均值。变异系数能够消除不同水平的变量数列之间数值高低的影响,从而比较不同数列的变异程度。变异系数越大,反映数据离散程度越高。

⑤本文定义:重叠度=城市步行空间与自然要素面积的交集/城市步行空间与自然要素面积的并集。

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作者简介:

徐 宁

1980年生/女/江苏徐州人/东南大学与苏黎世联邦理工学院联合培养博士/东南大学建筑学院景观学系讲师/研究方向为风景园林规划理论与方法、现代城市设计理论与方法(南京 210096)

成玉宁

1962年生/男/江苏南京人/东南大学景观学系系主任,风景园林学科带头人,教授,博士生导师/研究方向为风景园林规划设计、景观建筑设计、景观历史与理论/本刊编委(南京 210096)

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