基于Matlab的QPSK系统设计仿真

建筑与城市，城市规划和建筑设计，在我们可见的未来几十年里，会走向何方呢？有两个命题或许将成为主流：一个是数字化、网络化对城市及建筑的影响。从这个意义上来说，建筑和建筑师都在被迫做减法。因为他们的功能都在逐一溶解，建筑从类型明确的格局走向它的最初——遮蔽与隔断；建筑师则从一技之能的专家返回到人手可及的工匠。建筑设计逐渐成为普通人触手可及的日常生活，真实空间与虚拟空间的构架或许只是一种游戏的两个侧面，结构及功能标准件将与空间组合及私有的过程彻底可分离，普通人对建筑生长的可操作部分将从“表皮”一直延伸到除“骨架”（需要认证建造来确定安全）外的所有领域……这个大势看样子不可阻挡。（=1&recid=78，见tears原文《末代建筑师》、《“高技”VS“高高技”》）第二个是建筑/城市的真正生态化与空间化。虽然建筑师可能不再是一项专家性质的职业，但这并不妨碍建筑作为树木真正走回城市这片森林的本质。告别从地图到平面都是一张纸的时代，在公共的外部世界中划分私有的空间（而不仅是室内）。虽然人人都可以做菜，厨师却以做菜为职业，营养师在研究做菜背后的东西。建筑师或许在将来就将从“厨师”转向“营养师”。那么在这个过程中，哪些东西该是他们关注的“背后”的东西呢？本文为之探讨一二。○从东西方城市差异说起比较东西方城市的差异，是一个历史久远、快被说烦的话题，也是在种种文化差异中，空间尺度最庞大的一类。从空中俯瞰城市平面，最容易发现的两者差别无疑是道路格局：中国城市遵循自《考工记》以来严格的正交棋盘式路网（近代西方城市如曼哈顿也有模仿），西方城市则自由的铺开星型放射状路网。星型放射状路网能够获取两点间的最短连线，但往往造成路口的道路汇集过多。象巴黎这样的大城市，很多路口由6-8条以上的街道交叉而成，最终形成一个围绕环岛的“星型广场”。正交棋盘式路网有着精确的方向性，虽然城市中多数的两点间没有直线可以通达，但每个路口的交通往往能通过一个红绿灯就能解决。在北京、西安这样的中国城市中习惯于正方向的居民，在巴黎或者伦敦会很容易迷失方向，这也算是城市差异在人的潜意识中的一个对应吧。东西方城市的另一类典型差异被认为是建筑与街道的关系。芦原义信在其《外部空间设计》中，曾例举一个日本城市及一个欧洲城市的平面简图。他认为在欧洲的城市，建筑与道路空间之间的区别就是有无屋顶，即使把属于街道的那些空间与属于建筑的空间对调，其平面看起来仍是一个完整的、可使用的城市；而日本的城市则完全不能这么做。事实上，芦原义信的这个论调有失武断，因为即使是西方的城市平面，把它“翻转”过来后，得到的并非一个可使用的城市，而仅仅是其黑白分布的均衡比例及街道的不规则性使人产生了这样的错觉，在翻转的图中，人们仍然是把街道的部分看成街道的——虽然它们已经从黑色变成了白色。然而，他的这个尝试仍不失一步非常有趣的探索，因为超越了道路结构，而径直揭示了城市的图底关系。第三类差异是人人都能一眼看出的，那就是建筑本身的差异。无论是周庄古镇、丽江老街，还是北京四合院，都在那些简单的重复间给人以深深的震撼。因为东方的传统建筑与城市是浑然一体的，而不是千百栋房屋合在一起的西方城市。上面三类从大到小的差异——道路系统、建筑与街道的关系、建筑，从表面上看，并没有任何直接的联系。然而跳出城市研究的传统角度，试着从另一个层次来分析，就可以发现三者实际上是统一于一同种完美的数学模型，那就是分形。○分形及国内发展现状什么是分形？通俗一点说就是研究无限复杂但具有一定意义下的自相似图形和结构的几何学。什么是自相似呢？例如一棵苍天大树与它自身上的树枝及树枝上的枝杈，在形状上没什么大的区别，大树与树枝这种关系在几何形状上称之为自相似关系；我们再拿来一片树叶，仔细观察一下叶脉，它们也具备这种性质；动物也不例外，一头牛身体中的一个细胞中的基因记录着这头牛的全部生长信息；还有高山的表面，您无论怎样放大其局部，它都如此粗糙不平等等。这些例子在我们的身边到处可见。分形几何揭示了世界的本质，分形几何是真正描述大自然的几何学。分形（Fractal）被称为非线性科学（nonlinearscience）中最重要的三个概念（分形、混沌、孤子）之一。自70年代初诞生以来，分形已经发展成为一个庞大的以几何为基础，涉及自然科学、社会科学、方法论甚至电子艺术的完整体系。分形理论是一门交叉性的横断学科，20多年来，从振动力学到流体力学、天文学和计算机图形学，从分子生物学到生理学、生物形态学，从材料科学到地球科学、地理科学，从经济学到语言学、社会学等等，无不闪现着分形的身影。分形理论已经对方法论和自然观产生强烈影响，从分形的观点看世界，我们发现，这个世界是以分形的方式存在和演化着的世界。创始人B.B.Mandelbrot是这样描述分形的：“为什么几何学常常被说成是‘冷酷无情’和‘枯燥乏味’的？原因之一在于它无力描写云彩、山岭、海岸线或树木的形状。云彩不是球体，山岭不是锥体，海岸线不是圆周，树皮并不光滑，闪电更不是沿着直线传播的。更为一般地，我要指出，自然界的许多图样是如此地不规则和支离破碎，以致与欧几里得几何相比，自然界不只具有较高程度的复杂性，而且拥有完全不同层次上的复杂度。自然界图样的长度，在不同标度下的数目，在所有实际情况下都是无限的……作为对这个挑战的回答，我构思和发展了大自然的一种新的几何学，并在许多不同领域中找到了用途。它描述了我们周围的许多不规则和支离破碎的形状，并通过鉴别出一族我称为分形的形状，创立了相当成熟的理论。”图一：一些典型的分形体人们对于分形最直观的理解，便是“自相似”及“迭代”。的确，不同层次间的部分在形状上相似，并通过一个方式迭代成一个更大的整体，正是分形体（符合分形结构的物体）最本质的特征。事实上，我们身边的万物都可以从分形或者多分形（分形的扩展概念，具体略）的角度来分析和研究，“城市”也不例外。在我国，城市地理、城市人口、城市交通、GIS以至混凝土技术等分支学科已经在初步的应用分形的观点来建立新的理论架构，而在城市规划与设计方面，还少有涉足。以互联网上著名搜索引擎Google，来搜索中文“分形”，可以得到不重复的结果9770个，其中与“艺术”相关的2270个，与“城市”相关的1100个，与“城市规划”相关的仅66个，不过还是集中于人口、经济、材料的研究方面，真正联系上城市规划的仅有曹永卿、汤放华的《混沌与城市规划》一文，但也以介绍混沌、分形的基本理论为主。在ABBS建筑论坛（abbs.com.cn）中搜索中文“分形”，得到结果265个，其中理想城市论坛仅14个，且都是提及分形概念而已。可见分形仍是国内规划界的知识空白，更谈不上相对深入的研究与发展。○城市的分形特征所有的城市与自然界的万物一样，都具备分形的基本特征。而前面提到的各类结构，都不过是对分形的简化，或对某一局部特征的归纳罢了。自我们老祖宗世代传留下来的中国传统城市，正是一个非常标准、非常简洁的四边分形体。以唐长安城为例，以“城、坊、院、屋”分为四个层次，构成完美的自相似结构。（在所有中国的城市中）“墙”是分形迭代的主体。从外围最高大的城墙，到各街坊每晚需要各自关闭的坊墙，再到各家各户自己的院墙，最后是每间屋子的围合墙壁。不同的墙代表了不同等级的所有者权限：最高等级的皇帝拥有天下土地，甚至可以用绵延万里的长城来划定自己的权力范围（长城在名义上的权限标识作用远远大于它的实际防御作用）；而一户人家的家长便统辖自家的院墙之内；未出嫁的小姐则只能拥有一间外人不能入内的“闺房”……围墙作为传统城市的典型特征，至今还在大多数中国城市占据着城市划分的主体地位。城市道路则是在“墙”划分后的结果，是被动形成的交通体系，而这个交通体系同样贯彻了完整的分形结构：从朱雀大街这样的九轨大道，到各坊间的次干道，再到坊内小街小巷（清代称胡同），最后是院内的走道、庭和廊。庭是中国家庭的空间核心，也是与上天交流和沟通的精神核心，即使大如宫廷，也会保持庭的空旷和不容侵犯。居住的空间必须位于庭的四周，而且低矮和平均（即使皇宫也一样）。从分形的角度，更清晰的看出了中国（东方）城市在空间结构和功能使用上的鲜明特点，而这决非是通过单纯的四合院、十字街和大屋顶就能概括的外部形象。也使我们能更清晰看到东西方城市隐含在外观形象及街道平面图之外的差异。于是，我们回到最初的那个问题：东西方城市差异的本质究竟是什么？以分形的观点，不难发现两者的深层区别：一，分形的层次。中国城市遵循3-4级的逐级迭代，而西方城市仅有从城市到建筑单体的两层。二，分形的主体。中国城市分形的主体是墙，墙内区域的自相似性决定了墙间道路的自相似（宫墙阻隔道路的贯通是普遍现象），并且垂直相交；西方城市分形的主体是道路，单体建筑只能在道路的划分之下占据空隙（三角形的华盛顿东馆是典型案例）。三，分形的相似度。从城市结构的最末端可以看出二者在分形相似度上的明显差异：中国的家庭院落内部，交通的组织仍然依靠每间屋外侧的走道、走廊和中庭，与整个城市并无二致；而西方的家庭单体建筑，内部交通已经主要依靠房间之间的互通，与城市强有力的道路走向相差很远了。综上所述，中国城市是一个多迭代层次、均质化和整体性的分形体，西方城市则基本可以简化为一个建筑单体的集合。而现代城市正是按照西方的传统城市结构建立起来的，所不同的只是每个建筑单体扩大了规模，增加了面积和高度，是一种简单的垂直拉伸或者说累加。因为是在旧结构的模式上扩展城市（包括大量的建设高层建筑），而城市的道路系统仍然局限在地平面上，使得现代大城市越来越暴露出它的弊端，如交通阻塞、高楼病、热岛效应、能源危机、人际隔离、贫富差距、市中心空壳化等等。为解决这一系列问题中最迫切的一个——交通阻塞，人类创造了立交桥、人行天桥和地铁系统，相当程度上缓解了这一矛盾。但从根本上来讲，这一切其实只是在不断的完善西方城市结构中两个要素（道路、单体建筑）中的一个——道路系统，最终使得道路面积占城市面积的比例越来越大，街道的传统特性越来越降低，而仍然跟不上汽车的飞速增长。加入WTO后的中国，经济逐步起飞，人口面临城市化加速的临界点，也正在私家汽车普及的起步点。在这样的关键时候，认识到西方模式下现代城市的局限性，正确找到适合于自己的城市发展道路，具有非常紧迫的现实意义。○从分形的角度发扬传统城市有没可能通过继承中国传统城市结构的思路来优化和改造现代城市呢？在这条路上，也有许多前辈作出了各样的尝试。然而，他们中的大多数实践停留在了传统的一个局部，比如中国建筑的形象抽象、符号提取，比如自然天成的中式园林，比如用“中庭”作为建筑的空间核心，比如用单元楼围合而成的“现代院落”……这一系列的实践中有成有败，有的因为挖掘到了传统建筑的一个精华点而使整体空间增色（如中庭），有的却因为生硬的放大传统空间而丧失了其本质（如高楼“院落”）。然而所有的实践中却少有从城市的角度来领悟和继承中国传统的精华。中国传统城市的精华本质正在于它完美的分形体特征。我们借鉴这种分形体特征，不等于完全照搬古代严格分层的、平面化的城市格局。要知道那样的平面城市是为以行人、轿子和马车为主的时代设计的，而在用地紧张、人口膨胀、汽车横行的现代城市，单体建筑规模的扩大、城市的立体化是不可避免的。现代城市从分形的角度看，最大的缺失正是在自相似度上的再次降低。每一栋单体建筑成为了立体化的高楼，其内部的垂直交通已经与水平交通同等重要，然而整个城市却依然联系于一个单一的平面（即地平面，某些大城市还包括地铁这样的高成本第二交通平面）。以“山脉”作为比较对象，我们可以发现现代城市在分形上的弱点：一条山脉由无数个山蜂、山坡和山谷组成，而每一座山峰都是可以经由山谷到山坡再攀登上去的，也就是说每个单一的山峰都是整体山脉中不可分割的一部分；而现代城市犹如无数峭壁的集合，峭壁的内部是一个个单独的堡垒（大楼），而只有山谷的平地才是属于整个山区的公共区域，峭壁则属于彼此分开、外表不可进入的非公共区域。其实在古代中国，已经有部分城市走上了立