□ 刊发于《华中建筑》
2009年第02期
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城市规划设计中的问题蕴含系统及其表达方式
张一飞 等
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摘 要 城市规划设计问题是一个具有复杂因素的系统，进行详细而具体的分析可以更有效率地编制方案。利用可拓学的问题蕴含系统来对城市规划设计中的问题进行逻辑性的体系分析是实现规划问题具体化的一种手段。运用问题蕴含系统的问题相关树展开论述，致力于实现城市规划问题蕴含系统分析模型的建构，推动城市规划领域计算机辅助设计的人工智能研究进程。
关键词 可拓学 城市规划 问题蕴含系统 问题相关树
Abstract Urban planning is a system which includes lots of complicated factors, and its efficiency can be improved by analyzing problems in details. It’s a way of making problems concrete to apply problems comprising system in Extension to logically analyze the problems in the urban planning. This article starts from the problems-related tree in order to realize the analysis mode construction and improve the research process of artificial intelligence in computer assistant design.
Key Words Extension, Urban planning, Problems comprising system, Problems-related tree
城市规划设计是涉及多种学科知识的复杂过程，需综合考虑市政、交通、经济、景观等因素，进而形成规划设计方案。要有效率地设计出合理规划方案，就必须对所涉及的各种规划问题进行系统分析与具体化。
可拓学是运用逻辑化语言来对事物以及矛盾问题进行描述与分析的学科，致力于寻求解决矛盾问题的一般规律。问题蕴含系统是可拓学中分析矛盾问题的一种方法，通过发散思维、收敛思维、问题相关树等方法将问题具体化并实现解决措施多样化，将其运用在城市规划领域可以弥补城市规划设计思维过程偏重于感性、难于总结规律性的不足，有效地分析与总结以往规划案例设计思维过程的规律，进而指导今后的城市规划项目设计，提高项目设计效率。
1 城市规划的问题蕴含系统
1.1 问题蕴含系统的概念
城市规划设计的初始问题是建立合理的规划方案，属于可拓学中的核问题，可表达为
P0=g0*l0=(Z0,c0s,X0)*(Z0,c0t,c0t(Z0))
其中g0代表问题，l0代表现状条件。为了更好地研讨核问题中的细节，需要根据核问题的目标与条件分别来进行发散思维，运用可拓学中蕴含分析原理来进行剖析与阐释。
蕴含分析原理是根据物、事或关系的蕴含性，以基元为形式化工具而对物、事和关系进行的形式化分析。设B1、B2为两个基元，在条件L下，若B1@，必有B2@，则称在条件L下B1蕴含B2，记作B1 (L) B2，B1与B2之间的关系称为蕴含关系。当B1与B2是物、关系、物元或关系元时，符号@表示存在；当B1与B2是事或事元时，符号@表示实现。其中，B2称为上位元素，B1称为下位元素。
若干元素B1，B2，…，Bn以及它们之间的蕴含关系{ }构成一个蕴含系，记为
通过蕴含系寻找解决问题路径的方法称为蕴含系方法，其基本步骤如下。
第一，列出要分析的基元或变换。
第二，根据已知信息和蕴含性建立蕴含系。
第三，根据在解决问题的过程中出现的新情况，在蕴含系的某层增加或截断蕴含系；若无新情况则进入下一步。
第四，通过实现最下位基元或变换使最上位基元或变换实现，从而找到解决矛盾问题的路径①。
问题蕴含系统是综合运用蕴含系方法对矛盾问题进行分析的系统，由总体目标、条件出发，对其进行与子、或子关系的细化，进而形成由与子关系形成的“与蕴含系”和或子关系形成的“或蕴含系”所构成的树状分支体系。问题蕴含系统同时是一个描述体系中各个元素之间关系的集合体。
1.2 问题蕴含系统元素的相互关系
可拓学中矛盾问题被划分为三类：主观与客观相矛盾的问题称为不相容问题，主观与主观相矛盾的问题称为对立问题，客观与客观相矛盾的问题称为客观矛盾问题；其中前两类问题是可拓学的研究范畴。城市规划设计中的问题同样被划分为前两类问题，由于对立问题涉及更多的是规划管理、部门协调、人际关系等复杂因素，因此本文重点论述对规划设计中不相容问题进行分析的方法。
在可拓学的研究范围内，问题蕴含系统致力于解决不相容问题与对立问题，对于这两种类型的问题分别运用了不同的解决方法——运用问题相关树方法来解决不相容问题，运用转换桥方法来解决对立问题。由于本文研究对象是不相容问题，因此下面着重论述问题相关树的分析方法。
2 规划问题的方向性
在可拓学对与子关系、或子关系进行研究的基础上，本文新引入了一种研究角度，赋予与子关系、或子关系正、负两种方向性，新增加的负向关系可以描述多种因素逆向推理与概括的情况，这样可以更全面地对问题蕴含系统进行描述（图1~2）。
问题相关树同样也被新赋予了正、负方向性的特征。正、负两种方向构成了单向问题相关树的两种基本类型，适用于不同的规划类型（表1）。
而在复杂情况中，通常单向问题相关树不能完全描述问题的复杂性和发散性，因此就需要引入正、负向同时作用的双向问题相关树。城市规划不同类型所采用的双向问题相关树中正、负向推导程度也不同（图3）。
图3中横轴为负向反馈程度，纵轴为正向推导程度，函数图形描述不同规划类型在双向问题相关树推导过程中正负向参与程度。可以看出A到B之间的总体规划区间上任意一点g1在P轴上投影g1p 值较大，而在N轴上投影g1n值较小，这表示总体规划双向问题相关树运用正向推导较多，运用负向反馈较少。同理，其他规划类型在图中也相应体现出不同的正负向参与程度。
2.1 规划问题的正向问题相关树
根据总体规划的构成特性，建立总体规划设计问题的问题相关树如下（图4）。
总体规划是对城市做出整体调控并且具有复杂体系的规划类型，体现了从专业角度来对问题进行从抽象到具体的分析过程，采用正向问题相关树的分析模型可以由宏观角度来对城市进行整体安排与指导，能够更大限度地发挥城市潜力，有利于城市的长远发展，这是正向问题相关树分析模型的优点；而其缺点是问题与条件分支过于庞杂，很多时候正向思维所产生成果对于直接指导规划设计来说效率比较低下，因此正向问题相关树分析模型适用于规模较大的宏观规划类型，而对于小规模的规划设计项目则不是很合适。
2.2 规划问题的负向问题相关树
相对于总体规划而言，修建性详细规划则是与委托方、设计者密切相关的小规模规划类型，涉及因素更容易受到周边因素和具体条件的影响，因此适合于从具体条件和问题来进行反向推理的分析过程（图5）。
负向问题相关树从已知条件与既定问题入手，逆向推导所要达到的最终问题以及相应所要达到的条件，其优点是相对于正向问题相关树来说更具有针对性，可以更有效率地寻求解决问题的方案；其缺点是只适合于较小规模规划方案，大型规划方案如果采用这种逆向推导方式很容易产生疏忽与遗漏的因素而造成方案的设计主观性与片面性。
2.3 双向问题相关树与案例分析
大庆绿岛雅苑居住区规划设计是哈尔滨工业大学城市景观与设计研究所受大庆市某地产开发商委托而进行的一次住宅区概念策划设计。规划设计地段位于大庆市郊区，西临黎明河，东临滨州湖，南临黎明湖；黎明河宽为20m，仅可作为污水与雨水的排放渠，周边环境质量差，并不能形成真正意义上的水景。该设计的思维过程可以运用双向问题相关树的方法来进行分析（图6）。
图6的分析过程反映了在规划设计过程中的诸多因素以及应对策略。在改善黎明河环境品质的目的驱使下对地段进行改造，把地段西侧的黎明河东岸扩宽20m，形成宽40m居民可以利用的水体；内部开挖三条水体，并将黎明河与滨州湖连通，形成三个相互独立的岛屿与一个半岛；所挖土方则回填到地段东侧的滨州湖畔，向东填20m（图7）。
实质上地形重塑相当于整个地块向东漂移20m，最终使地段四面环水，真正实现了“岛”的概念(图8)。
根据相关法规，地形重塑前地段西侧、东侧建筑需退后红线25m。地形重塑后地段西侧建筑退后红线5m即可满足要求，地段东侧建筑在退后25m的前提下，建设基地仍在填土范围之外，与重塑之前建设条件相同。地形重塑虽然需要黎明河扩宽及内部新开水系的投资，但重塑后不仅土地价值得到提升，而且创造了五湖地区内独一无二的高档住区环境，地形重塑的价值是多赢的。
在此规划设计方案的思维过程中，设计者无意中运用了双向问题相关树方法，以负向反馈为主，正向推导为辅，运用发散思维与逆向思维得到了规划理念与设计思路，产生了令委托方十分满意的设计创意。将此设计思维过程逻辑化，用可拓学的公式化语言进行表述，可以总结此设计的思维规律，改善今后规划设计由于黑箱思维所造成效率低下的状况。
全文请见原书 |
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