作者：邬峻
出版社：东南大学出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
第三自然——景观化城市设计方法试读：
前言
人类社会这个“第二自然”是地球这个“第一自然”最伟大的创造物，而城市又是人类最伟大的创造物之一。“第一自然”和“第二自然”都以一种简单然而又不断变化的方式表现和推动着文化：“第三自然”，这个人类最丰富多彩的文明。城市设计实际上就是一种永无休止的文明创造运动，建筑与空间是实体，景观是脉络，文化是灵魂。这其后的永动机就是作为“第三自然”的人类文化基因。在我看来，城市无论在过去、现在和未来都是“三个自然”的载体、混合体与表现体。
景观化城市设计理论认为城市设计过程是一个景观设计师作为主体，而设计对象作为客体的复杂的互动认知过程，该过程的目标是融合第一自然（生态）、第二自然（社会）和第三自然（文化）来求解一个创新的系统设计解决方案。这个过程交汇于全球和地域两个层面上，并根植于动态变化的科技、社会与文化实践活动之中，它嫁接了建筑、景观和城市设计的不同研究领域，并以景观设计科学为先导来统领城市设计学。
纵观当今世界城市设计发展趋势和潮流，应对全球景观设计的升温和中国快速城市化，仅仅依靠城市规划学与建筑学自身的发展，已经远远不能适应快速发展的多样化需要和人类面临的主要挑战，更无法容纳我们下一代的梦想。我们需要一种全新的城市设计哲学，这就是“第三自然”的设计方法。我们需要一种全新的城市设计理论，这就是景观化的城市设计方法。我们需要一个根植于全球地域文化与设计历史先例的“第三自然”复合系统来应对复杂的全球挑战，来整合麦克哈格揭示的“第一自然”的生态景观韵律，以及简·雅各布斯披露的城市中社会景观的“第二自然”规律。“景观化城市设计”这种全新视野的城市设计方法，一方面通过理论研究来挖掘现有景观设计科学的深度，另一方面通过跨学科的创新方法来拓展现有景观设计科学的广度，从而开发出一套整合“景观设计知识系统”和多样化创新形态学的实践操作方法。并用这套理论方法来开发全新的城市设计学，它不同于基于城市规划学和建筑学的传统城市设计，是一种全新的基于景观科学自身特点、兼容城市规划与建筑学优点的城市设计学。“景观化城市设计”具有高度景观特色、高度城市可识别性、批判地域性的景观化城市设计新方法，是以景观为有效手段的城市设计方法论。它将是景观、规划、建筑等专业方向理论研究的最新学科整合。《第三自然：景观化城市设计理论与方法》这本理论专著正是讲解了一些基本的景观化城市设计的研究方法，并用我丰富的专业实践案例进行注解，引导学习“景观化城市设计理论与方法”的一些具体方法论，以此为基础提升景观设计科学本身的理论水平和实践能力，以及与城市规划、建筑学等兄弟学科的融合和全面提升风景园林学科升级为国家一级学科后的设计创新能力。
感谢东南大学成玉宁教授百忙中的盛情相邀，使我动了写回国后第一本理论著作的念头。有几个重要的国际知名学者对此著作的产生有直接或间接的贡献。首先感谢清华大学的吴良镛院士，没有他当年的推荐我就没有机会到荷兰追随亚历山大·仲尼斯教授完成近五年的博士研究，恰恰是这些深奥难懂的理论学习构建了这本著作的理论基础。感谢清华大学的李晓东师兄，从他批判性地域主义建筑的讲座中受益匪浅。感谢导师荷兰德尔福特科技大学仲尼斯教授和副导师美国麻省理工学院建筑学院前院长、美国建筑学会前主席威廉姆·波特教授，没有他们长期欧美理论系统的熏陶，无法想象如何构建这么一个庞大复杂的设计知识研究系统。最后，感谢华中科技大学建筑与城市规划学院院长李保峰教授，没有他引进我回国工作，我至今可能还在鹿特丹范内尔（Van Nelle）大楼里为世界各地的景观化城市设计实践项目而忙碌。
本书的撰写工作是在繁重的教学科研与设计实践之余挤出时间艰苦完成，前后持续一年多。在无数次讨论、反复编写、多次修改、不断制图以及参与具体的设计案例过程中，我的很多学生贡献良多。尤其感谢在我“设计创新系统研究中心”长期学习的王卉、刘羽、张久芳、林晓倩、白云、王南南、贾向媛、李攀等研究生，以及参与我设计创新教学改革的景观学、建筑学和规划学2008级、2009级与2010级的诸多本科生，包括封赫婧、杨文琪、张姝、陈凯丽、胡磊、别非伊、蒋博尧、陈昱珊、罗可均、马源、韩云滔、郭汀兰、张彤、马冬洁、黄骋骋、王宇峰、王建阳、何学源、曹凌玥、杨小雨、李中全等同学。在“设计创新系统研究中心”组织的历次中美、中英、中荷、中比、中法等景观化城市设计国际工作营期间，一些外国友人也间接拓展了这本书的思路。篇幅有限，感谢无限！邬峻于华中科技大学建筑与城市规划学院设计创新系统研究中心上篇认知第三自然
通过设计认知科学揭开“第三自然”的神秘面纱
上篇由景观化城市设计的设计与认知、景观化城市设计的历史文化优势和景观化城市的设计研究三部分组成（图1）。图1 上篇结构：认知第三自然
上篇首先从设计认知科学入手来认知设计科学和景观设计学。第1章介绍了设计认知科学的形成过程、设计认知科学的三个基本方法论及人工智能对设计科学的启发。利用设计认知科学的方法分析了景观这门学科在中西方不同语境下的认知历程。结果发现：如果将偏纯粹自然的景观定义为“第一自然”，即最本源的自然；把带有人类理性与社会情愫的自然定义为“第二自然”；那么整合前两者并偏重文化认知的自然则可称之为“第三自然”。
以往城市设计通常由建筑学或城市规划学背景的设计师进行，景观设计师在城市设计中基本是缺席状态，往往在城市设计中的角色只是在最后“添点绿”。2011年景观学重返一级学科后，带给景观设计前所未有的发展机遇，景观在城市设计中扮演着愈来愈重要的作用。该部分探讨并分析了以景观为主导的城市设计具有与建筑学和城市规划为先导的城市设计截然不同的更广含义和特殊优势。进而得出景观学科具有整合建筑学科和城市规划学科的先天优势，即景观学科中包含建筑与规划的设计认知的必然和或然。
尽管景观设计在传统城市设计中长期缺席，但是景观在城市设计中的作用方法与机制的研究并不鲜见。通过文献调查的方法对不同城市主义下的城市设计思潮进行广泛剖析，得出了它们各自的优势和不足。通过归纳总结发现：当前研究多局限于偏重第一自然或第二自然下的景观城市设计，并未开发出如何基于第三自然认知将三者融合的城市设计方法论。正是基于第三自然的设计认知，提出了第三自然景观化城市设计的概念。它论证了第三自然景观化城市设计是一个融合三个自然的系统认知方法论，它囊括了人类的全部需求。最后阐述了第三自然景观化城市设计的认知基本特点和设计基本原则。
第2章探讨了在第一与第二自然基础之上，历史文化所代表的第三自然在景观化城市设计中的独特优势。第三自然景观化城市设计是在前两者作为两个“必要条件”下的一个“充分条件”，它强调历史文化在设计认知中的不可取代作用和整合优势。它对地域历史文化具有强有力的驱动，促使景观设计师在设计前充分研究和尊重历史与文化，让地域文化在景观设计中获得批判的再生。在充分考虑地域文脉的氛围下，必然对地域景观的发展起到强有力的推进作用。作为认知“第三自然”的文化机制的重要工具，该部分还进行了相关“设计先例”研究。
作为一种扩展，第2章还介绍了历史文化在第三自然景观化城市设计中的适应性。第三自然景观化城市设计是以保证城市整体有机感和延续性为前提，根据具体城市问题和特定的人（阶层和社区）为设计服务对象，以激发城市多样性、提高城市活力为目标，以受到控制的多样化的、长期的、小规模的、不同阶段的景观建设活动对城市文化的形成和更新过程起作用。它是一个多学科共同作用的领域，工作范围不仅涉及城市物质环境设计和控制，还提倡公众参与和公私合作，希望将更多的人、资金等多种城市社会经济力量组织引导到景观城市设计的一系列过程中来（包括设计、决策、投资、营建与维护等）。在这个适应性景观城市设计过程中利用控制性因素来规范、调整动态性因素，使城市成为有机整体。同时通过吸引和适应动态性因素来提供城市多样性和适应性，以灵活机动地处理各类景观城市设计问题。
第三自然景观化城市设计的历史坐标反映在“风水”作为第三自然对中国早期城镇聚落设计的影响。在现在看来，它是由自然和人文地理现象组成的地域综合体，客观地反映了当地的地形地貌等自然现状和当地的民俗、语言、宗教等地域文化现象。这是中国先人探索第三自然景观化城市设计的最早雏形和产物。在全球化背景下，面对城市趋同现象，如何进行第三自然景观化城市设计，如何发挥历史文化在第三自然景观化城市设计中的可持续发展文化作用，成为关注的课题。
第3章介绍了通过“设计研究”与“研究设计”来认知第三自然景观化城市设计。首先，探讨了设计与研究的相互关系，强调设计和研究的重要性，研究应该服务于设计，设计反过来可以促进研究的发展。其次，介绍了基于时序性的第三自然景观化城市设计，可分为前期调研分析、中期规划设计、后期管理维护。最后，具体阐述了第三自然景观化城市设计可能的具体研究范畴及研究方法。1基于设计认知的第三自然景观学1.1 设计与认知1.1.1 认知科学的历史背景
因为会认知和思考，人类创造了知识；因为创造了知识，人类成为万物之灵。因为人具有不断思考和跨代学习的能力，经过漫长的积累与再创造，逐步形成了各种专业知识，其中包括认知科学和设计科学。也因为人具有智慧和创造知识的能力，从而推动了人类文明的不断发展。自古以来已有不少学者在不同领域探讨以下认知基本问题：① 知识如何产生？② 知识包含什么？在探讨这些问题的过程中涉及很多学科，哲学、心理学、认知心理学、认知科学、神经心理学等领域都对以上问题进行了探讨。认知科学是对人类智慧研究最为深入的一门科学，是一门关于“解决问题的科学”，是“关于知识的知识”，也是人类智慧中最具含金量的一个部分（图1.1）。而近期认知科学合并了认知心理学和计算机科学，认知被定义为“关于智能获取的知识”。图1.1 认知科学：“解决问题的科学”
现代心理学是一门基于仔细实验、用心观察的科学，于1879年建立，而认知心理学约在1950年晚期到1960年初期成立，成为心理学学科研究的一个新生部分。认知心理学的重点关注于内心心智的历程和认知活动，如注意力、视觉、解答问题、记忆和语言等。认知是个体对感觉信号接收、检测、转换、简约、合成、编码、储存、提取、重建、概念形成、判断和问题解决的信息加工处理过程。在人类成功发明计算机之后，一些专家成功地发展出象征符号以代表知识，而且能转化成计算机程序，其运作构成就可在计算机中仿真出来，让机器有能力执行具有类似人类智慧般的专业课题，于是人工智能也因此成立。配合认知心理学中对高层次心智活动和结构的研究，形成了一门跨领域的新学科——认知科学。认知科学的研究集中在了解心智呈[1]现，分析思考，以及运用计算机模式来仿真人类思考。1.1.2 将认知科学引入到设计科学中的必要性
设计认知学认为，设计通常可以看作是一个解决问题的认知过程[2-3]。在此过程中，设计师作为主体，设计对象作为客体，设计问题作为设计主体和客体的认知互动。在一系列制约条件下通过复杂的认知过程做出相关设计判断和设计行动，最终产生主客观相互交织的设计结果（图1.2）。设计结果是过程主体（设计师）与过程客体（设计问题）相互作用的认知产物。这个过程可以视为一个多种或无数种[4]中间解决方案（Sub-solution）无限排列组合优化的过程。图1.2 设计主体与被设计客体之间的复杂认知过程
在此认知过程中，为解决设计问题，需要定义问题目标和解决手段。设计问题的定义有正确定义（Well-defined）和病态定义（Ill-defined）。病态定义可能是目标的病态定义；手段的病态定义；也可[5-6]能是两者的病态定义。而这个认知过程的原始起点首先是对根本性目标概念的定义和理解，不同的认知出发点必然产生不同的认知过程与设计结果。
遗憾的是，在认知科学发现以前的上千年，设计师几乎一直主要靠直觉判断来启动和推进设计过程和形成最后设计结果，设计问题和解决方案是如此频繁地被病态定义以致建筑问题被称作“戏谑的问
[6-7]题”。为了消除建筑设计中的病态定义，设计问题的解决应该依[8]赖于一套知识结构和认知控制策略。
所幸的是，亚历山大·仲尼斯（A.Tzonis）将认知科学以及人工智能科学最早引入到建筑设计理论研究，并由此开创了设计认知的新局面。在耶鲁大学与诺曼·福斯特、理查德·罗格斯、罗伯特·斯特恩等人同班学习的仲尼斯毕业后，在1965—1985年的约20年里，在哈佛大学与麻省理工学院任教，并成为计算机辅助设计的早期开拓者，他开创了当时一系列建筑设计与认知的尖端研究。期间，他曾试图开发一套服务于建筑设计的人工智能程序，用以“镜像”设计大师在寻求设计方案过程中的认知思考路径；再转换成专业设计知识系统；再“教会”计算机为人类“做”设计。远期目标是用计算机“复活”逝去的著名大师按其风格继续设计创作。然而在此研究过程中，仲尼斯发现人类的设计认知过程中不可避免地会出现偏差错误，把大师的错误也续生到新的设计自动化中毫无意义，比程序开发和解读大师认知思维更重要的实际上应该是开发一套知识系统帮助设计师以更清晰和更少谬误来认知并完成更科学、更加创新的设计过程。于是，这一重大发现导致仲尼斯教授在1985—2005年的约20年里，开始致力于开发这样一套基于认知科学的设计知识系统，并在荷兰德尔福特科技大学开创了DKS研究中心（设计知识系统研究中心），汇集世界各国的研究者展开相关研究（图1.3）。在该研究中心先后攻读博士或者从事研究工作的中国学者包括：清华大学吴良镛教授、李晓东教授以及华中科技大学邬峻教授等人。1.1.3 设计科学与认知科学的关联性
设计科学是一种把计划、规划、设想通过视觉的形式传达出来的认知活动过程。在专业上通常需要认知并考虑美学、功能、社会和市场需求等因素。
为了探寻从需求出发的设计本质，有三个认知层次值得我们探讨：① 设计规则；② 设计方法论；③ 设计思考过程。图1.3 在荷兰德尔福特科技大学建筑学院DKS研究中心从事设计认知与设计创新研究的各国学者注：左起第3人为笔者、第5人为中心主任仲尼斯教授。（1）设计规则可视为设计时遵守的必要准则，是被公众认可、可重复使用、开放性的设计准则。例如，空间比例、物体尺度大小、材料颜色、空间组织序列或景观指导规范等都是基本的设计原则。（2）设计方法论是在设计中使用的以理论框架为主导的系统化程序与学说。例如，历史遗产保护及生态修复是以某种理论框架解决保护与修复的程序与学说。（3）设计思考过程，则是一个个设计由作图到完工的整个思考历程，这历程可以说是设计师处理设计方案的个人内在设计认知旅程。
本质上，设计规则和方法都来自于自身学习积累的设计知识，学习是人类认知的一部分，而设计思考过程是执行认知的操作过程。这三个涉及设计本质的层次是在设计中所实现的认知的成果或现象，可称之为“设计认知”。1.1.4 设计认知的构成
从广义上说，设计认知过程既包含设计信息获取的过程和设计信息处理的过程（即设计思维过程），同时也包含作为前两个过程的结果的设计知识状态改变的过程或产生（也叫再生）主观信息的过程。狭义地理解，设计认知就是指上述设计知识状态改变的过程，即主观[9]设计信息产生（或信息再生）的过程（图1.4）。图1.4 认知过程的一般模型
人类的设计认知实际上是由身体的感觉器官去获取设计信息，再由一些认知组构单元去了解、处理、储存、回收，然后利用得出的结果解决现实问题的一系列心理过程。有些认知组构单元主宰了人的设计感觉系统，控制了设计过程，也左右了其他相关活动，这其中涉及的认知心理活动相当复杂，但人类信息处理学作为解释认知运作的方法可以把设计认知过程进行科学定位。
设计心智活动可以划分为一系列认知活动片段，设计信息处理理论这一学科试着去辩证每个时期发生的事情。因此设计信息处理理论的重点是研究在心智中的设计信息是如何被收录、储存和运作的。（1）设计信息的收录：涉及设计注意力、知觉及辨识。设计注意力是指人的设计心理活动指向和集中于某种事物的能力。设计知觉是把感觉接收的刺激转化为有组织的设计心理体验之能力。设计辨识是把获取的信息做区分认证。这些心智活动曾经都做过心理实验，证明它们的存在。（2）设计信息存储：涉及三个存储区，即设计感觉收录器、短期记忆区和长期记忆区。设计信息处理理论也重视探讨知识是以何种形式存放于记忆中。（3）设计信息的运作：是更进一步地进行设计认知，包括设计数据搜寻及设计信息分类。由于信息来自看、听、触、嗅、尝等五种感觉，其来源庞大且交互重叠，所以有必要以系统化的方法来明确说明设计记忆中的数据是如何被储存和搜寻的。
基本而言，人类经由感受器从环境中接收信息。感受器是设计心智进行运作的单元之一，它将信息接收后，会将信息以收到的感觉原[10-11]形作短期暂时存放。每个人类感觉神经都有其感受器，但视觉[12][13]和听觉两感受器是目前广为研究的。例如，视觉感受器保存信[12]息的储存期是1/4秒，但保留的时间通常会长到信息被辨认后为止（毫秒是微单元，1秒等于1000毫秒）。然后信息就会被移到短期记忆中做处理，处理结果会决定信息是要被删除还是转放到长期记忆中。这些信息处理学科发展出的理论，已被广泛地应用于人工智能、学习及语言中作为仿真人类思考的基本构架。1.1.5 设计认知心理学
设计认知心理学分为知觉和知觉加工两个过程。设计认知心理学家把大量的设计认知过程看作是“知觉的”，知觉过程是接纳感觉输[14-15]入并将之转换为较抽象代码的过程。在设计认知心理学研究中，对知觉的认知过程存在两种对立的观点：第一种观点认为知觉与人的知识经验是分不开的，人的知觉依赖于过去的知识和经验，有关环境的自然知识引导人们的知觉活动；第二种观点主张知觉只具有直接性质，否认已有知识经验的作用，即自然界对人的感官刺激是完整的，可以提供非常丰富的信息，人完全可以利用这些信息，直接产生作用于与感官的刺激相对应的知觉经验，根本不需要依赖过去的经验。不过，从整体上来看，设计认知心理学有理由认为，设计知觉依赖于过去的知识和经验，设计知觉信息是现实刺激的信息和记忆信息相互作用的结果。
设计认知心理学既然已强调过去的知识经验和现实刺激都是产生认知知觉所必需的，因此它认为设计知觉过程包含相互联系的两种设计加工：自下而上加工和自上而下加工。自下而上加工是指设计信息的进行是由吸取、辨认到储存的方向依序推进；自上而下加工则是以相反的方式进行，由记忆抽取，经辨认到应用。将前者称之为数据驱动加工，而称后者为概念驱动加工。如果没有刺激的作用，单靠自上而下加工则只能产生幻想；反过来，单是自下而上加工也难以应付一些刺激所具有的双关性质或不确定性。只有两者结合才能形成统一的知觉过程。设计知觉过程还涉及另一个重要问题，就是整体和局部的知觉问题，即对一个客体，是先知觉其各部分，进而再知觉整体，还是先知觉整体，再由此知觉其他部分。实验表明，总体特征的设计知觉快于局部特征的知觉，而且当人有意识地去注意看总体特征时，设计知觉加工不受局部特征的影响；但当人注意看局部特征时，他不能不先感知总体特征。这说明总体特征是比局部特征更早被知觉的，总体加工是处于局部分析之前的一个必要的知觉阶段。将这种知觉加工的顺序称作为总体特征优先。
综合起来，设计认知心理学强调知觉的主动性和选择性以及过去经验的重要性，并且明确提出了自下而上加工和自上而下加工，给一般设计知觉过程以新的解释。1.1.6 关于设计模式识别
设计认知心理学的设计知觉研究主要涉及模式识别，特别是视觉的设计模式识别。所谓模式是指有若干元素按一定关系形成的某种刺激结构。所谓模式识别是指当一个个体在确认他所感知的某个模式是什么的情况下，将它与其他模式区分开来的过程。人类的设计模式识别依赖于人已有的设计知识和经验，可看作是一个典型的设计知觉过程。现在设计认知心理学已提出了几个人类模式识别的理论模型，如模板匹配模型、原型匹配模型和特征分析模型等。对这些理论模型的深刻理解和进一步研究，对景观化城市设计问题具有重要的理论指导意义。
1）设计模板匹配模型
设计模板匹配模型的核心思想认为在人的长期记忆中，贮存着各式各样在生活中形成的模板，它们与外部的模式有着一一对应的关系；当一个刺激作用于人的感官时，刺激信息得到编码并与已贮存的各种模板进行比较，然后做出决定，看哪一个模板与刺激有最佳的匹配，就把这个刺激确认为与那个模板相同。这样，设计模式就得到识别了。按照模板匹配模型的基本观点，为了识别某个特定的设计模式，必须事先在记忆中贮存与之对应的设计模板。如果该模式在外形、大小或方位等某一方面有所变化，那么每一个变化了的模式都要有与之对应的特定模板，否则就不能得到识别或发生错误的识别。在这种情况下，要得到正确设计识别，就需要在人的记忆中贮存数不清的设计模板，从而极大地增加记忆的负担。这与人在模式识别中所表现出的高度灵活性是不一致的。有学者提出给模板匹配增加一个预处理过程，即在模式识别的初始阶段，在匹配之前，将刺激的外形、大小或方位等加以调整，使之标准化，这样就可大大减少模板数量。但这种做法的困难是，如果事先不知道待识别的设计模式是什么，那么依据什么来调整刺激的外形、大小或方位呢？实际上前面所说的模板匹配模型是一种自下而上的加工模型，而要使预处理的过程顺利进行，就要涉及自上而下的设计加工问题。人的设计知觉过程包含了相互联系的自下而上加工和自上而下加工机制，模板匹配模型中只有融入自上而下加工机制，匹配模型才能比较完整。图1.5就是一个比较完整的模板匹配模型。图1.5 模板匹配模型
设计模板匹配模型虽然可以解释人的某些设计模式识别，但它难以解释人何以迅速识别一个新的、不熟悉的设计模式这类常见的事实。尽管这样，模板还是有作用的，在其他的模式识别模型中，还会出现类似模板匹配的机制。
2）设计原型匹配模型
设计原型匹配模型是针对设计模板匹配模型的不足而提出来的。设计原型匹配模型的突出特点是，它认为在人脑的设计记忆中贮存的不是与外部模式有一一对应关系的模板，而是设计原型反映了一类客体所具有的基本特征。把复杂对象的结构拆分为简单的部件形状，通过对部件原型进行匹配，以达到对象识别的目的，故此方法有时又被称为设计部件匹配。按照设计原型匹配模型的观点，在设计模式识别过程中，外部刺激只需与原型进行比较，而且由于原型是一种概括表征，这种比较不要求严格的准确匹配，而只需近似的匹配即可。即使某一范畴的客体之间存在着外形、大小等方面的差异，所有这些客体都可因与原型相匹配而得到识别。这就意味着，只要存在相应的设计原型，新的、不熟悉的模式也是可以识别的，从而使人的设计模式识别更加灵活，更能适应环境的变化。图1.6给出了一种原型匹配模型。图1.6 原型匹配模型
对于设计原型匹配模型来说，关键之处在于是否存在这种设计原型的零起点状态的设计原型。目前这仍是一个有争议的课题。另外，设计原型匹配模型只含有自下而上加工，而没有自上而下加工，这显然是一个缺陷。与模板匹配模型相比，自上而下加工对原型匹配似乎更加重要。
3）设计特征匹配模型
设计模式是由若干元素或按一定关系构成，这些元素和它们的关系可称为特征。设计特征匹配模型认为所有复杂的刺激都是由一些可以区分的、相互分离的特征组成的。通过计算特征是否出现，并把计算数与相联系特征的列表进行比较来完成模式识别。设计特征匹配模型强调的是特征和特征分析，特征匹配的成功与否依赖于刺激的可分解性。特征在这里的地位和作用类似于模板匹配模型中的模板，即特征可以被看作是一种微型模板或是一种局部模板。但特征匹配毕竟不同于模板匹配，它具有自身的优点。首先，依据刺激的特征和关系进行识别，就可以不管刺激的大小、方位等其他细节，使识别有更强的适应性。其次，同样的特征可以出现在许多不同的模式中，可极大地减轻记忆的负担。最后，由于需要获得刺激的组成成分信息，即抽取必要的特征和关系，再加以综合，才能进行识别。不过，当不同的模式具有一些共同的特征时，就会使识别发生困难，甚至出现错误。与其他的模式识别模型相比较，特征匹配模型具有更加灵活的特点。但它也只是自下而上的加工模型，缺少自上而下加工。按照目前认知心理学对知觉过程的一般理解，给特征匹配模型附加自上而下加工的程序在理论上是完全可能的。对有同样问题的原型匹配模型也是如此。特征匹配模型是一个典型的从局部到整体的加工模型。这与人类知觉过程中整体特征加工优先的观点是相矛盾的。与特征匹配模型相反，还有一种称为设计拓扑匹配模型，它强调模式识别要首先提取刺激的总体特征或拓扑特征。拓扑匹配模型是对特征匹配模型的最大挑战，两者的对立构成了当前模式识别理论争议的一个焦点，这同时也是关于一般知觉过程争论的核心问题。1.1.7 设计中的知识运作
设计的过程是一系列复杂的心智运作，人类一方面是通过知觉了解信息、撷取情报；另一方面是由意识去分析情报、整理数据。这整个过程随时间而生，变化万千，也因变化而让过程更加错综复杂。但整个过程如果能分出阶段做条理分析，脉络也就分明了。不同设计，思考的重点也不同，但多数设计的基本认知操作是相似的，一些运作方式也是共通的。如果能把设计思考的过程透明化，则设计大师的思路可以公开作为参考，也能提供给学生学习的机会，而且透明的设计过程也作为提供设计修改和评估的依据。下文将对认知在设计中所牵涉的程序、机能运作、主要的认知组构在过程中的重要性，以及对目前最主要而且普遍应用的先进研究方法做详细的解说。
1）设计问题解决理论
设计认知科学领域中最重要的学说是“解题模式理论”。实际上，在日常生活中，解题能力也是和心智相关的重要行为之一。解决问题是一种认知活动，而设计活动也是一种认知活动，称为“设计的认知”或“设计认知”。但什么是问题？问题是当人面对自身想要得到的一些东西，但并不能立刻知道要采取什么样的设计行动去达到设计目的的一个境况。其实解决设计问题就是一种思考的模式，牵涉高层次的设计认知过程。
做一个简单的历史回顾，解决问题的研究最先是从1930年完型[2]心理学家做的早期实验开始，之后纽韦尔、邵和司马系统、提纲挈领地描绘出人在碰到不熟悉的事件时会如何应对。早期研究是在实验室里进行的，试验一些在很短时间内就可解出的小问题，而且收集大量资料，寻求解答的过程。在1950年和1960年间所研究的问题大多数是针对固定结构的问题，比如如何把传教士和食人族以一条船摆渡过河、西洋棋的下法、河内塔和证明欧式几何定理的问题，等等。这些问题同时也用计算机程序做了模拟，仔细研究了问题的解题策略。
1960—1970年，研究开始转向寻找解决与大量语意象征有关的资料，比方医学诊断等。这期间的研究已由解决小问题转向探讨更复杂的问题，以便深入到足够解决实际问题。这方面的研究工作，可以纽韦尔和司马的成果作为范例。但这些研究，依然是有良好“架构”，有清楚“目的”和“限制”，并依赖“特定知识”领域的问题。但也因为对人类解决问题的技巧有了充分的了解，一个新的研究领域——结合计算机科学和人工智能开始浮现，这就是“专家系统”。大部分的专家系统是计算机程序，具备着专家解决某些问题的智慧和所需信息。
到20世纪八九十年代，研究才转移到有“复杂目的”，没有特定“目标”，而且在解题过程中有其本质会变动的问题。设计就是其中之一。这时，一个新的名词“非明确界定问题”出现，用来区分“明确[16]界定问题”。明确界定问题出自于自然科学领域，可依赖固定的条理去逐步解决问题。这些条理都有方程式或公式对应解决。但因为解决这类问题的认知步骤有限，所以设计答案也有限。而非明确界定问[17-18]题，则属于人文社会科学领域内的问题。这类问题有广阔的问题空间，该类问题可分解成许多子问题，并且没有特定的“过程程序”和“目标方向”，任何程序都可获得某种满意的但非最理想的解答。因此，不明确界定问题就有极强的创造力，在设计学科里，已逐渐开始有研究探讨解决设计问题的现象和方法。
2）设计问题解决理论的概念
设计问题解决理论最早的观念是源自著名的“完形心理学”，来[19]说明解决问题有固定的阶段秩序，这些秩序包括以下四个阶段：（1）准备期：在准备阶段，已经确定要解决的问题。解题者尝试了解问题，收集相关资料，而且试着解决问题。（2）孕育期：当解决问题的初步尝试失败时，问题即被搁置于一边，但还是不经意地思考并处理问题。（3）启发期：经过孕育期之后，问题的答案可能随着思考逐步浮出水面，当解题者灵光一闪，答案会突然爆发显现出来。（4）验证核实期：有时突然显现的答案不一定会是真正的答案，因此需进一步确认得到的答案是可施行并且是有效的。
这四个阶段可用来解释有创意的解决问题的心智活动。在这一重要观念中，任何问题都包含着解题者的开始状况，称为“起始状态”，以及一个“目标状态”，都是问题已被解决的结束点。由起始状态到目标状态的整个过程可被看成是一系列的转换，产生连续的状态，并可将这一过程模式化，这种状态可被称为“知识状态”。1.1.8 认知理论进入设计科学
一般认为，设计与人处理问题过程的心智活动有关。1960年开始的研究“设计”，起始于发展出一些观念性构图或模式来解释设计过程。逐渐地，研究开始转向研究思考过程。但经过结合许多实验室完成的研究结果，设计中的认知终于被认证为是一个特殊的思考范围[20]，所包含的心智活动与其他专业学科，如物理、化学不同，例如，一些建筑师会在设计最早期发展“设计情节草案”附有一些心像[21]构成一个“解答的情景”。因此设计过程的研究专注于探讨设计中的认知现象，以充分了解设计认知，改进设计质量。
由解决问题的角度来研究设计认知一般可从两个方向进行。一是观察设计行为，由观察中抽象设计过程，然后把设计过程分割出一些有限的片段过程，确认每一片段过程中的变量并且找出适合每一过程的运算法，再发展出一些运行这些有限片段过程的控制策略，最后化成计算机程序，完成一个类似人类思考的系统，并测试这系统。这个探讨方法是人工智能法。二是发展假说，做实验，让受测者做一些设计课题，监看观察受测者的设计行为，或在设计工作完成后采访设计师收集原案数据，之后分析数据证据来测试假说，接着通过分析图表和口语数据做出结论，最后做出认知模式来验证发现。这一系列研究方法被称为认知科学法。自1970年之后这两种研究法得出不少成果。1990年起，使用认知科学研究设计已变成一个广受欢迎的研究吸引点。
一方面，从对设计认知的研究开始，通过实验学习已获得不少对设计思考的研究成果，同时也引发了多方面的讨论。例如，问题是如何被界定的，注意力是如何影响设计过程等。这些问题仍需要未来更多的研究去发掘答案。另一方面，当计算机变成设计的必需品时，做数字模型的能力和绘草图，以及做实体模型一样被看成是必需的基本设计技巧之一。于是出现了问题，即有创造力的设计师如何用计算机工具提高设计能力做出一些特殊设计？如果改变设计的外在表征是否会改变心智过程？在上下文中，外在表征呈现是指设计师用来将设计观念外显的媒体。相对的，内在表征则指的是记忆中的知识和心像的储存表征。
设计思考涉及许多不同专业中不同情况的心智活动。尤其是，一套由设计师个人使用的知识体系更是特殊。这套知识体系得于一系列的专业教育熏陶，以及专业训练培育而成。因为这一特殊的知识体系，[21]设计师能有特别的思考惯例透出个人的设计风格，或有特别对环境的观点而对环境有特殊的反应。这所有的观念都根源于一基本的假设，即人心是一情报进行器，自动接收环境中的信息，利用记忆中存有的特殊专业知识，而后产生出对环境的特殊回应。当然，不言而喻，分析研究设计者如何思考以便改进设计风格，以及了解设计者如何在认知上对应环境以便加强对环境的健康互动是多么重要了。1.2 将认知科学引入到设计科学中的三个基本方法论
设计认知研究内容涉及包括通过类比法收集与再设计先例的机制，以及一个设计知识库的发展、组织与再利用，反映其结构和使用认知以及传统上的约束设计经验的系统。这一系统研究方法实际上是一个十分复杂的巨系统，最核心的设计认知理论体系可以简单归纳为设计思维中的设计认知结构、设计先例认知与设计原型认知这三个基本方法论。在认知结构中，通过两个理论结构模型来表现，即NFD结构与后来的MOP结构。NFD认知结构是一个简单的“认知反应链”:Norm-Fact-Directive，形成设计认知终端设计指令（Directive）的是起端的准则（Norm）和事实（Fact）。而这两者的认知基础是基[22]本概念（Concept）的认知。
设计指令或说设计指令的有效性，是由大量被称之为“规则性的表达”所生成的。规则性的表达形成了一个项目的设计过程的程序。
一个设计的程序可以从两个方面表现：一是“自上而下”的，即设计师根据一套程序，从中生成方案；二是“自下而上”的，即设计师根据这一套程序，将其反向使用可对方案进行评价。两种过程都被称为“设计论证”。可以打个比喻来说，一套程序与一个方案之间的关系就如同是一个问题相对于其解决方案或者是一个前提相对于其结论。然而这个分析不应将人误导，给人以为设计论证是一个逻辑或是解决问题的过程的错误印象。它是一个方法，以程序形式表现为一个“结构”的设计的方法。
以下即为设计论证的基本核心内容的表达。可以从此核心的示意图（图1.7）中看到，它的结构形式是由两个“末端”与一个“中间部分”构成。图1.7 NFD结构关系（1）“上部的末端”Norm（N）——准则，在设计工具中即为设计的准则，属于“描述性的表述”其本身。所谓描述性表述即对于设计状态的属性的描述。（2）“下部的末端”Directive（D）——指令，即指导设计将要如何进行的命令，属于被生成的或是（在结构导致过来使用时）被评价的描述性的表述。（3）“中间部分”Fact（F）——连接准则与指令，是一个将准则中包含的设计状态与指令中包含的设计状态相结合的描述性的表述，其中以“事实”来支持论证。
这里所描绘出的设计论证的核心的结构，即逻辑学家所谓的异构命令推理，它是从一个包含着混合有规则性与描述性的前提中推断出的一个指令或命令。将NFD结构与设计形态学挂钩，就可以推演出MOP设计认知模型。1.2.1 MOP设计形态学认知
形态学（Morphology）通常用来指建筑或城市领域的形态特征，[23][24,22]它可以定义为建成环境的形式与结构。形式通常用来指某一实体的形状、外观、形象；结构通常用来指某一实体要素的集合以及要素间的相互关系。建成环境的形态学是指一个建筑，或一个城市区域的整体或局部的物质结构和形态。描述建成环境的形态学可以通过描述它的组成部分的结构和形态来完成。操作性（Operation）是建成环境的动态方面。它是关于一个建筑，或一个城市区域如何工作，或[22]者什么样的事件将发生在其中。表现性（Performance）用来描述建成环境的定性方面。建成环境的表现性可定义为：根据某些准则，[22]当建成环境中发生某些行为时建成环境的定性描述。建成环境的表现性也可以通过两个部分来表述：准则（Norm）和定性指引[25]（Qualitative Conduct）。
MOP是将NFD的认知结构引入到设计形态学的研究中发展而来。M是设计的形态方面，O指设计的过程中该形态所起到的作用，P代表这一形态以及其起到的作用能够在未来对设计对象带来什么样的条件。MOP结构在设计过程中的运用可对某一特定形态推理得出此形态能够实行的“操作”，从而得到在设计中若采用此形态能够得到的表现效果。不同的形式提供了不同的功能，以“遮蔽”为例，这个功能会以某种形式来表现其所带来的条件或益处，比如能够遮阳挡雨。因此每一个形式都是包含了一种操作与表现的形式或者形态学的特性。形态引起操作，操作引起性能表现。此MOP结构在对事实的支撑中表示如图1.8所示（一个简单的例子——以遮阳百叶为例）。图1.8 MOP结构示意图
形态指的是“遮阳的装置”，那么这个装置会操作“提供阴凉”，这样便导致了一定的性能表现，即“减少热量达到热舒适度”。
MOP的框架结构用来作为事实的支撑，事实上可以用人工智能中的产生式知识表示方法“如果……那么……”的句型来表达事实。例如根据以上MOP结构的推理，可以得出“如果一个房间使用遮阳百叶这样的形式，而百叶窗阻挡了太阳辐射，那么房间内就可以得到热舒适度”。由原因导向结果。这一结构的引用是为了能够有效避免在设计思维上容易出现的偏差。
仲尼斯最早利用MOP认知结构模型来分析勒·柯布西耶（Le [22]Corbusier）的马赛公寓设计思维过程（图1.9）。将马赛公寓的建筑结构分为顶部、中部和底部三个部分，运用MOP认知结构模型对三部分分别进行分析，可以得到：顶部的形态学（Morphology）是轮船甲板，操作性（Operation）是可以俯瞰，得到的表现性（Performance）是使得顶部具有很好的视野；中部的形态学（Morphology）是啤酒架，操作性（Operation）是结构独立，得到的表现性（Performance）是结构具有足够的灵活性。在现代设计当中荷兰MVRDV建筑设计事务所设计的WoZoCo老年公寓也同样运用到这一MOP认知结构模型（图1.10）。底部的形态学（Morphology）是棚屋，操作性（Operation）是底层架空，得到的表现性（Performance）是使得空间充足且空气流通，环境更生态。图1.9 柯布西耶设计马赛公寓认知过程“镜像”分析图1.10 MVRDV设计的W0Z0C0老年公寓
形态学、操作性和表现性之间是相互制约、相互关联的。仲尼斯[22]将它们之间的互动关系描述为：“……建筑的表现性来自建筑的操作性；建筑的操作性来自建筑的形态性……”它们之间的相互制约、相互关联是由一些规则来控制的。MOP的框架结构用来作为事实的支撑，事实上可以用人工智能中的产生式知识表示方法，利用前面所述的“如果……那么……”（If…then…）的机制来阐明事实就是：如果形态学M，那么就导致操作性O；如果操作性O，那么就导致表现性P。邬峻早年在德尔福特科技大学的设计研究中将MOP进一步扩展成[4]POM以及两者相互多次交叠的复杂设计认知网络。在简·雅各布斯《美国大城市的死与生》一书中，虽然论述的主要是第二自然范畴的东西，但是MOP也存在于第二自然的设计认知中。例如，雅各布斯认为比较短和多交汇的街道会带来更多的城市安全感、愉悦感和多样化的视觉体验。这种MOP认知模型可以用图1.11表述。图1.11 基于第二自然的雅各布斯MOP城市设计认知模式
如上所述，MOP认知模型以及NFD人工智能框架提供了揭示人类设计推理的神秘过程。如果能够将人工智能的一些基本原理运用到设计科学的发展中必将产生深远的影响和广泛的借鉴作用。1.2.2 设计先例认知
1）产生设计先例（Design Precedent）的原因：设计问题不能仅仅靠计算机分析方法来解决
关于先例的研究其实最早起源于古希腊的医学之神希波克拉底（约公元前460年—前377年）。医学知识的产生源于案例的积累和先例的搜集。当一种成功疗法（先例）反复地在众多病例（案例）中成功地发挥医疗作用时，这种疗法便被鉴别为有效疗法（成功设计案例）。其实，设计科学与医疗科学极其相似，两者都是在无先例可循的情况下，先通过大量失败或者成功的案例来收集行之有效的设计或者治疗方案；然后通过历代知识的积累形成系统的设计或者治疗传统；再进行相关科学研究探究成功“效果”（实际为MOP设计认知中的“Performance”）背后隐藏的“原因”（实际为MOP设计认知中的“Morphology”）；最后根据这个“效果”和“原因”总结和改进有效的治疗或者设计“手段”（实际为MOP设计认知中的“Operation”）。
先例也广泛地存在于其他人类认知体系之中，包括法律、艺术、历史等。数千年前的《察今》曰：“上胡不法先王之法，非不贤也，为其不可得而法。先王之法，经乎上世而来者也，人或益之，人或损之，胡可得而法？”先王之法，就是法律的先例也。马克·吐温也说过这句名言：“历史不可能重演，但会惊人的相似。”这种相似性其实就是历史认知先例。
关于设计的先例，早在20世纪60年代，建筑设计师们试图为建筑设计制定一个普适性的设计解决方案，以简化建筑设计。对于在设计中常出现的普遍问题的解决方案，塞尔·谢苗耶夫（Serge Chermayeff）与克里斯托弗·亚历山大（Christopher Alexander）有着他们的解答。在《社区和隐私》一书中，他们发表的论文写道：“设计者所能找到的最有力的启发就是将现有问题以清晰地表述，这样一来此问题的清晰表述自身便成为问题解决的一个方案。”即对于问题的彻底分析解决了问题本身。然而，设计问题不能没有先例知识而仅由分析的手段解决。
仲尼斯与怀特（White）批判谢苗耶夫与亚历山大的设计方法论“过于相信依靠电脑”就能够清晰详尽地分析设计问题，继而得出一个完美解决方案，因而取代了传统以及古老的人类进程中的不断尝试与设计经验的累积过程。事实上，如今的设计问题正发展得日益复杂，人们的确开始发现在分析多条件关系时，依靠电脑的分析能力能够获得比人脑更好更精确的分析，进而逐渐开始相信仅通过电脑清晰地分析便能够帮助人类自动制造出解决方案。
然而这是极其不充分和充满风险的。因为这种完全依赖电脑的分析自身并不能制造出解决方案；且除此之外，对于应对建筑设计中的数量庞大的“组合爆炸”，电脑自身也存在着认知的局限性。
如果一个人在他找到一个复杂问题的解决方案之前开始在脑海里想象出所有的选择，那么他定会在其想出所有的解决方案之前耗费太长时间或损耗太多脑力。这就是为什么人类需使用多种而不是一种启发式的手段来寻找解决方案，用以缩短这一搜寻过程并阻止所谓的组合爆炸——先例即其中启发式认知（Heuristic）手段之一。
2）计算机无法取代的利器：在实践中先例对于解决设计难题的必要性
以先例的使用解决现存问题的方法被运用于多种领域，而本书关注于其使用于建筑与城市设计的方面。从历史上来看，大多数建筑设计的判断与决策均来自于先例的引用，且先例知识是在建筑设计实践中获得的重要的元素。在本书的研究中引用建筑与城市先例知识作为知识在规则与原理上的体现，以及在处于推理建立知识以及运用先例推理的这二者之间重叠之处的已建成建筑或环境的案例上的体现。
在有关先例的运用方面，彼得·柯林斯（Peter Collins）在法律专业与建筑专业间找到了一道平行线。可以通过法律中先例范例对于处理案件的重要性，推测出建筑师运用先例的必要性。因为对于建筑师与律师来说，他们同样都会研究过去的范例或案件，并同样是以借此来帮助他们所处理的新案件中的论证的合理以及评价的充分为理由。仲尼斯与怀特观察到建筑与城市中从前的秩序，就如同在法律中一样，是尤其重要的，并且“建筑与城市的设计推理比工程学中的其他学科都更接近于法律的推理，相对于其他工程学科，建筑与城市的设计推理更少地被简化为数学与计算机形式化：因为它的问题常常是‘结构不清晰’，并同那些法律中的一样，它是与广泛的人类思维以及人类的兴趣所在戚戚相关的”。
一个案例可“抓住它的整体性能”而被整体地运用，或可被部分地借鉴使用。施密特（Schmitt）解释说：“随着电脑程序使用于基于案例的设计方法，信息不完整的新的设计问题可以通过调整来适应、修改或结合现有建筑案例来解决。”在一个信息不完整的新问题中，很难看到或陈述所有的多样条件、特定设计元素的需要以及陈述即将被创造的最终目标。然而，如果将一个先例案例运用于其中，那么要追踪和思考设计思路中大部分与多方面的结构和关系就容易得多了。
在许多情况下，为每一个设计方案重新寻找解决思路并无意义，因为有了设计先例中的解决方案，它能够被快速地借用、修改以及运用到多个符合或相类似的新的设计问题中满足各个部分的要求，并能够重新适应于新的创造。这将能克服设计问题中海量的困难，避免思考中的组合爆炸，因此而节省时间与脑力，将设计者的精力更多地用来应对实践里实际操作的过程中遇到的种种问题，当然也包括使设计者留有更多的注意来关注于设计的创新与创造力的表现。
3）推进设计创新的认知手段：设计先例作为设计创新的手段
先例知识往往体现在建筑与非建筑之中。先例知识能够通过类比
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]