1.2 国内外研究进展及相关理论基础

1.2.1 城市天际线国外研究现状

城市天际线是在近现代城市规划、设计理论和实践深化发展下提出的概念。19世纪末，工业化国家的“摩天大楼”建造活动改变了城市垂直空间形态，天际线概念由此引入，以芝加哥、纽约等城市为代表的天际线成为新景观资源形式。天际线是指能代表城市风格与气质的建筑（群）、山水等自然形体与天空相接的线。国外已有的天际线理论和实践研究主要集中在天际线城市意象识别、天际线组成与结构、天际线高度与形态控制等方面、节能建筑政策与天际线绿化等方面。

1.2.1.1 天际线景观与城市意象识别

Kostof Spiro认为，天际线是城市的象征，是城市个性的浓缩[11][12]。城市天际线是城市环境特征的重要载体。Lynch Kevin于1960年在《城市意象》中指出，“人类居住的环境，不仅要有良好的组织结构，还需要富于意象性的外观[13]”。Lynch于1976年在城市“边界”理论中将城市自然、人工形体都纳入了线性景观（城市线性边界）的内容[14]。天际线展现了城市外部形态的意象，城市意象理论成为天际线研究的基础理论。Christopher Tunnard于1965年提出，不同的文化类型对应不同的天际线意象[15]。Wayne Attoe于1981年对埃及、意大利等国的历史城市进行天际线解析，对主导形成城市天际意象的关键景观进行识别[16]。Bianca于1984年研究开罗、伊斯坦布尔等伊斯兰城市天际线，提出清真寺的塔尖和圆顶是这些城市天际线的主导意象[17]。DEGW设计组织于2002年在《伦敦的天际线、景观与建筑高度》中分析了伦敦天际线的景观功能，以天际线研究作为伦敦城市景观框架规划的重要内容，提出伦敦天际线城市意象建设需要部分新建摩天楼的参与。

1.2.1.2 天际线组成与结构

天际线分为两种形式：一是由特殊的地势、地景形成；二是依据人工建筑对天际线的有意识塑造。Micheal Trieb于1979年对城市形态进行了系统研究，详细阐述了城市天际线的构成要素及组合形式，并着重强调包含天际线等内容为主的城市设计在城市发展中的重要作用[18]，成为现代城市天际线研究的基础理论依据。Walter Bor于1972年提出，20世纪的城市天际线框架主要由城市电气设施、通信广播塔，以及机场、大型场馆等新型公共设施构成[19]。Wayne Attoe于1981年提出，天际线的景观作用取决于自身的形式、周围的环境和观赏者的主观解读三个要素，拓展了天际线认知理论[16]。

1.2.1.3 天际线高度和形态控制

天际线高度和形态控制方面的研究实践多于理论：Christopher Tunnard于1965年研究分析了城市经济要素对天际线高度的影响，提出在现代城市中经济要素是天际线高度变化的首要因素[15]。Camillo Sitte于1979年的《城市形态研究》强调了城市空间形态的重要性[20]; Nahoum Cohen于1999年对全球范围内的部分城市进行天际线实证研究，提出在巴黎、京都、耶路撒冷等城市，为保护历史遗产建筑而进行的建筑物高度控制制约了现代高层建筑的正常秩序，而布宜诺斯艾利斯、特拉维夫、墨西哥城、圣保罗等城市，因缺乏高层建筑管理措施，导致天际线无序发展，城市识别性降低[21]。澳大利亚塔斯马尼亚州2000年为城市规划制订天际线和山体风貌规划实施导则（planning guidelines），分析评估城市的视觉意象、自然和文化价值，提出城市意象保护及其环境保障机制，列出城市天际线和山体风貌高度控制目标清单[22]。Ann Shuk-Han Mak等于2005年运用GIS技术及三维模型，对建筑天际线高度和山体天际线高度控制进行评估、分析并构建天际线设计方案[23]。Samer ABU-GHAZALAH于2006年、2012年运用GIS技术，建立三维模型研究城市天际线变化，预测天际线发展变化并确定高层建筑控制途径[24][25]。

此外，为了保护具有象征意义的建筑天际线，国外较早采取公共政策和措施，并进行立法，控制城市人工环境高度：法国巴黎通过建筑高度控制立法保证埃菲尔铁塔至今仍是巴黎最高建筑[26]；英国伦敦市为保护圣保罗教堂等历史建筑景观，于1938年立法进行城市局部建筑高度控制[27];1977年美国威斯康星州麦迪逊市通过立法：“在以州政府大厦为中心的1英里范围内，任何建筑和结构物上的任何一部分都不得超过上述州政府大厦基柱高”；德国斯图加特市于1999年立法规定中心城区建筑高度控制标准等[3]。

1.2.1.4 绿色建筑设计与天际线绿化

天际线的环境效应受制于城市人工环境状况，对城市环境中的建构筑物进行能源效率分析和节能设计有助于改善天际线的环境效应。Chris Koski认为，天际线绿化依赖于在环境设计中执行绿色建筑标准，制定地区建筑管理政策[28]。1990年英国建筑研究院公布“BREEAM体系（绿色建筑环境负荷评估体系）”，提供绿色建筑的评估标准和设计准则，成为全球首个官方绿色建筑评估系统[29][30][31][32]。受英国绿色建筑评估的影响，美国在1996年建立了“LEED体系（建筑能源和环境设计体系）”，从建筑场址可持续性、水资源利用、建筑节能与大气、资源与材料、室内空气质量等方面对建筑进行综合考察、评判其对环境的影响[33][34][35]。

绿色建筑设计标准的建立在一些城市掀起了城市建筑绿化与天际线绿化运动。纽约市为改善城市环境问题，自1999年首座通过“LEED体系”认证建筑落成后，逐步实施城市建筑绿化，推行新建建筑绿色审核地方法规，实施已有建筑的绿色改造计划[35]。芝加哥市是摩天楼建设及城市天际线高度发展之都，曾是城市规划史上里程碑式的“现代城市美化运动”发源地。但高密度的摩天建筑和由此形成的密集连续的天际线影响了城市的环境质量，环境问题制约了城市发展，一度被称为“黑都”。2000年以来，芝加哥市重点推行摩天大楼及天际线的绿色改造，从绿色屋顶、通风系统、照明系统三方面进行城市绿色改造，降低建筑物平均能耗[36][37]。

1.2.2 城市天际线国内研究现状

国内由于近代工业化和城市化起步晚，天际线理论和实践研究较晚，研究集中在通过引进国外天际线理论，进一步探讨城市天际线理论体系，或以城市实证进行天际线规划控制应用研究等方面。

1.2.2.1 天际线规划与设计应用

芮建勋、徐建华等以上海市2000年中心城区航空影像为基础，基于GIS技术分析城市高层建筑与天际线的分布特点及其影响[38]；恽爽通过分析北京市控制性详细规划调整的历程及控规指标调整工作的现状，总结北京建筑控制高度指标的制定及其对天际线的重要作用[39]；许烨探讨了天际线的评估体系，建立了苏州城市天际线评估体系和控制方向[40]；张建华对烟台市滨海天际线进行层次划分与解析，以天际线组织和塑造为目标，探讨烟台市滨海天际线各层次结构与景观效果的协调组织[41]；黄磊从认知理论和美学角度入手，结合土地利用等因素，指出济南市城市天际线形态设计和优化模式[42]；牟惟勇结合天际线控制方法理论，以青岛市滨海天际线规划为例进行实证研究[43]；吕亚霓基于3DCM的城市天际线提取原理及方法，结合地图学中圆柱投影方法和插值法对西安市城市天际线进行曲线拟合，从微观层面和空间角度提出天际线曲线的影响因子，并将基于影响因子的城市天际线评估方法应用到西安市中心区（钟楼周边）天际线研究[44]。

近年来，国内城市管理决策中天际线专项规划的实施逐渐得到重视。苏州是国内较早将天际线控制列入城市规划管理的城市之一。2009年，苏州市通过《苏州市城市高度研究》，提出以西部山体及现有河湖水系为基础的城市天际线景观格局，加强城市天际线管理。2013年山东省胶南市通过《胶南市中心城区天际线专项规划》，将胶南市海岸线划分为4类高层建筑管制分区。2009年泉州市发布城市天际线控制专项研究报告，在进行天际线要素、景观功能和效果分析的基础上，提出城市天际线层次控制和分区控制的总体方案[45]。

1.2.2.2 城市天际线理论体系探讨

天际线相关理论构建方面，国内研究以天际线定义、结构和功能分析为主。王笑凯根据受观赏者注意的程度将天际线的空间构成要素分为一级控制点、次级控制点和一般控制点，分析了各空间构成要素的作用[46]；毕文婷分析了城市天际线质量的决定因素：一是城市所处的自然地理特征，如山脉、峡谷、河流等；二是城市的建设规划控制，包括建筑风格、高度和形式以及高层建筑的布局；三是城市的动态作用过程，即城市在平面和垂直方向上的变化过程[47]。黄艾将天际线的构成景观按景观质地划分为硬质景观和软质景观，硬质景观主要是建构筑物，软质景观主要包括山地、水体和绿化[48]。杨果利用公众调查方法进行天际线评估体系及空间规划控制研究[49]；廖维和徐燊归纳了天际线的景观类型，包括天际轮廓线、天际线立面形态、天际线层次景观三种形式[50]。

1.2.3 景观生态规划的国内外研究现状

景观生态规划以景观生态学的理论和方法技术研究区域景观生态格局、变化及其规划组织。国内景观生态学专家肖笃宁认为，景观生态规划是以区域景观生态系统整体优化为目标，在景观生态综合分析和评价的基础上，建立区域景观生态系统优化利用的空间结构和模式。景观生态规划综合地理学、生态学、风景园林学、环境科学、城市与区域规划等学科方法和技术，解决城市和环境规划问题。景观生态规划以构建景观与生态、环境之间的协调发展关系为目标，包含两个层次内容：一是宏观环境规划，对区域土地利用、生态和环境支撑体系进行总体安排与布局；二是各类环境详细规划或场地规划，对各类景观实体进行选址和内部环境设施、开放空间布局、设计[51][52]。

1.2.3.1 国外研究情况

George Perkins Marsh于1864年提出的生态规划、John Wesley Powell于1879年提出的生态规划管理与立法、Ebenezer Howard于1898年提出的田园城市规划以及Patrick Geddes于1915年提出的城市进化等理论和实践奠定了20世纪景观生态规划的基础[53][54][55][56]。Geddes认为规划应建立在对客观环境研究基础上，应充分认识自然环境条件，依据地域自然环境潜力与发展约束因素，被认为是系统生态规划设计研究的开始。芝加哥人类生物学派20世纪20～30年代关于城市景观、功能、绿地系统方面的生态规划，Le Corbusier提出基于有机功能规划的“光明城”, Elie Saarinen于1942年提出的有机疏散理论和Frank Lloyd Wright于1945年提出的“广亩城规划”共同形成了景观生态规划的首次繁荣[57][58][59][60]。

20世纪50年代以后是景观生态规划快速发展时期。20世纪50～60年代是进一步明确景观生态规划概念及学科初步确立时期[51][52]。美国景观生态学家Ian Mc Harg于1969年认为，景观生态规划是在无害或多数无害的情形下，对土地特定用途的规划，并将生态学原理应用到城市规划形成相应的规划方法[61]。20世纪70年代以后是景观生态学和景观规划的融合并系统建立景观生态规划方法体系的时期。20世纪70年代，全球环境危机促成了可持续发展观念的繁荣[62][63][65][65][66]，景观生态规划实践进入发展新阶段，景观规划对生态学需求更加强烈，以景观生态要素间联系及景观结构、功能规划为主的景观生态规划成为一门综合性学科。Haber等于1972年编制了第一项景观生态规划方案[67]；于1974年创刊的美国Landscape Architecture杂志成为景观生态规划的里程碑式事件；环境容纳和生态承载力等概念广泛应用于环境对人类活动限制作用的讨论[68][69][70][71][72]。20世纪80年代起，景观生态规划的空间范畴扩展至自然与社会生态系统交互作用的地域综合体。Richard T. T. Forman于1986年强调景观生态规划的空间格局，提出“斑块-廊道-基质”景观生态结构模式[73][74];Frederick Steiner于1990年构建包含规划目标、方法原则、景观生态分析、规划设计方案制订及实施步骤的景观生态规划框架，并将地理信息系统和全球可持续标准等新技术、方法纳入研究框架[75]。进入21世纪，发展中国家快速城市化背景下，城市生态、环境问题突显，景观生态规划理论迎来更广的阔应用空间。

1.2.3.2 国内研究情况

中国人居生态哲学已有两千多年历史，但现代景观生态规划理论建立较欧美国家晚[51][52]。相关研究工作开始于20世纪80年代，主要集中于对国外研究成果的引进与内化。

理论研究方面，国内的研究主要对景观生态规划理论体系进行归纳与探讨，反映了80年代起景观整体规划和人地复合系统规划视觉发展趋势[76][77][78][79]。马世骏等于1984年提出城市复合景观生态系统理论，将城市复合生态系统划分为社会、经济和环境三个相互联系的子系统[80]；王如松于1988年强调生态调控原理在城市规划中的作用[81][82]；陈涛于1991年认为，景观生态规划中应坚持景观整体分析，即从景观整体出发协调人与资源、环境、生态系统之间的关系[83]；王仰麟于1995年提出，景观生态分类包括功能性分类和结构性分类，功能性分类以服务功能类型划分，结构性分类以生态系统固有结构划分[84]；肖笃宁于2001年将景观生态规划定义为运用景观生态学原理，以整体优化区域景观生态系统为基本目标，通过景观生态分析及其综合评价，建立区域景观生态系统优化利用形成的空间结构和模式[85]；郭晋平于2005年认为，景观生态规划应以寻求区域和景观生态系统功能的整体功能优化可持续为基本目标[86]。

国内学者也提出了一些景观生态规划方面的理论创新。王如松于1988年提出了生态位和生态库概念，强调景观生态的“状态-过程”控制作用[81][82]；俞孔坚于1995年在景观生态规划框架中提出了生态安全格局法，将景观过程（物种变迁、城市扩张、灾害过程等）视为通过克服特定空间阻力而实现景观覆盖与控制的过程，而有效实现景观覆盖与控制，需要占领战略性关键空间位置或空间联系[87]；王仰麟于1995年建立了景观生态规划的“四步骤”法[84]；王云才于2007年对生态规划的理论基础、生态调查与景观生态分析、景观生态评价、景观生态规划方法和途径、各主要类型的景观生态规划设计、规划的生态性评价等方面进行创新性的理论框架建设[88]。

国内景观生态规划理论实践主要集中在区域或城市景观生态结构分析、景观生态功能分析和评价等方面，规划空间以特定利用类型土地、城市区域等中小尺度为主。此外，景观规划设计实践还表现为数量分析方法及以3S技术为代表的空间科学技术方法的广泛应用，提高了景观评估和景观生态规划在空间信息采集、分析处理和输出表达方面的效率。王紫雯于1998年运用景观生态规划中的环境承载容量控制方法，探讨城市规划的环境保护量化管理与控制[89]；宗跃光于1999年运用廊道（corridor）效应原理，建立城市廊道模型研究自然廊道与人工廊道作用过程及机制，在城市景观生态规划体系中引入廊道效应分析[90]；车生泉于2002年运用景观生态学原理和方法分析绿地景观与城市环境质量的关系，评价城市绿地景观格局，对上海市绿地景观生态规划进行研究[91]；付瑶等于2008年运用“斑块-廊道-基质”理论研究长春高新技术产业开发区的绿地景观生态规划[92]；卢伟等于2009年基于RS和GIS技术，采集研究区景观生态格局指标数据，运用计量方法分析城市化进程中各生态类型对景观格局的影响作用[93]；尹喆于2012年对哈尔滨市城市生态景观进行研究，分类评价城市生态系统结构、功能和协调度，并依据评价结果提出改进措施[94]。

1.2.4 天际线国内外研究存在的问题及绿色天际线规划趋势

1.2.4.1 向绿色天际线研究方向延伸

国内外天际线理论和实践研究大多集中在天际线结构、天际线城市意象、天际线形态和高度控制等方面[1]，在实践发展中逐步意识到绿色天际线研究的重要性，将山体、水体等自然要素纳入天际线景观系统，以自然和人工环境相协调为天际线建设的目标，或从可持续绿色建筑设计和控制角度绿化城市天际线。

1.2.4.2 缺乏系统理论和方法支撑，环境目标薄弱

目前关于天际线的研究仅在定义、范畴和目标层次上涉及绿色天际线，景观生态学、环境科学、地球信息科学等相关理论并未系统纳入天际线研究体系，天际线的环境效应未获得充分认识。综合景观生态学、环境科学、地球信息科学等相关学科方法的景观生态规划，已建立较完整的实践研究框架，但在天际线规划领域的应用仍基本处于空白，造成天际线规划实践的环境目标支撑不足，技术方法薄弱，环境目标难以准确量化，规划方案科学性不足。

国内天际线规划设计实践中，天际线规划导则虽在部分城市设计方案中得到体现，有一定的引导作用，但导则中未明确城市环境高度和密度控制指标，环境目标和控制标准不明确，且在制定过程中未充分利用景观生态规划方法，造成规划方案对建设实施、生态和环境保护的控制有限。

1.2.4.3 绿色天际线规划研究条件成熟

天际线规划中，人工建构筑物的高度和密度是影响城市环境的两个重要指标。在中国快速城市化背景下，环境目标缺失或技术支撑不足的天际线规划方案难以协调城市发展与环境保护，若片面追求强化天际线竖向景观，大量规划大体量、高密度人工建构筑物，会加剧环境问题。如20世纪90年代起，上海为建成全球金融中心，塑造城市景观核心，在浦东陆家嘴城市规划中一味强化竖向人工天际线景观，盲目规划建设摩天大楼，造成城市热岛效应恶化、地表沉降加剧等环境问题。

城市环境问题已成为城市管理的重要课题。随着可持续城市环境观的不断深入，绿色天际线研究需求转向城市管理决策实践层面，面向规划设计方案的制订与实施。景观生态规划理论、技术方法的持续发展，将丰富城市绿色天际线规划理论和方法支撑；GIS、CAD、FRAGSTATS、FRACTALYSE等空间分析技术和图形处理工具的引入，为天际线规划的环境目标确定、规划控制指标的建立等实践工作提供技术支撑。天际线规划由理论研究、实证分析向系统规划方案制订与实施方向延伸的可行性提高。

1.2.4.4 绿色天际线规划转向高度和形态双重控制

国内外已有基于各种方法技术的城市建筑高度控制和竖向空间形态规划成果，但多数城市高度形态控制未在天际线整体研究框架内进行，形成的建筑高度控制方案未充分考虑天际线整体形态，难以建立系统天际线规划方案。天际线的高度和形态均是城市生态环境的重要因素，高度和形态规划方案影响城市生态、环境的发展方向，基于景观生态分析的绿色天际线规划将逐步转向对高度和形态双重控制研究，以实现可持续城市环境目标。

1.2.5 相关理论基础

1.2.5.1 景观生态学

景观生态学最早是由德国学者Carl Troll在1939年利用航片研究东非土地问题时提出的。他认为景观生态学是“地理学和生态学的有机结合”，并将景观生态学定义为研究某一景观生物群落之间错综复杂的因果反馈关系的学科，他还特别强调景观生态学是将航空摄影测量学、地理学和植被生态学结合在一起的综合性学科，主要研究各种类型的景观斑块（patch）在空间上的配置。特罗尔的观点开拓了地理学向生态研究方向发展的道路。而后来产生的“景观生态规划”一词是指利用景观生态学的理论进行的规划，其思想是探讨景观生态与规划的关联，结合规划的相关原理，充分地考虑人与自然的相互影响，提出规划结构优化的模式[5][6][7]。目前，景观生态学研究的核心内容仍然在于强调景观空间的格局、生态过程与尺度三者之间相互作用的关系。

1.2.5.2 生态适应论

生物学家Charles Robert Darwin在19世纪中叶创立了生物进化论，以生态适应论分析自然界发展变化一般规律，系统地对整个生物界的发生、发展作出唯物阐述。在进化论中，“适应”指有机生命体与自然之间的相互关系是协调的。生物体对自然产生的适应既有生理的适应，也有行为的适应。进化论中的生态适应观认为，生物的进化是适应的结果，是自然选择的结果。在进化过程中，生物的基因变异是随机的，而进化的方向却是自然环境赋予的，生物在对环境的适应中建立生物与环境的协调关系，进而实现进化。

20世纪初，Lawren Henderson进一步发展了生态适应论。他在《环境的适应》前言部分中提道：“达尔文所说的适应，也就是指有机体和自然之间相互关系是协调的。这一点说明环境在进化过程中的适应，同有机体对环境产生的适应，是同样重要的。在适应一些基本的类型中，实际的环境是最能适应生物居住生存的。”这一理论拓展了生态适应的理论范畴，在进化过程中不仅是成功的有机体适应自然，环境也适应有机体，肯定了生物对环境的改变作用及环境在进化过程中也具有其适应性。此后，生态适应观被广泛应用于人地关系科学研究，成为各自然、社会学科分支融入人地关系研究的切入点。

（1）地理适应论，又称协调论。1930年，英国地理学家P.M. Roxby创立的地理学适应论，是人地关系论的一种重要学说。与罗士培同时代的美国地理学家H. H. Barrows，同样主张地理学应当致力于研究人类对自然环境的反应，从自然环境适应的角度分析人类的活动中的各种空间分布特征。适应论受法国地理学家P. Vidalela Blache、J. Brunhes等为代表的“可能论派”的理论影响而产生，认为人类活动与自然环境之间存在互相作用的关系，特别是人类活动对周围环境具有适应性的选择，即意味着自然环境对人类活动的限制。地理学研究应当以人类对自然环境的适应为核心的观点。

（2）人类生态学。Rachel Carson的《寂静的春天》唤起了对人类生态学的集中讨论。人类生态学研究围绕生态学为核心，是多学科交叉的综合研究领域。研究焦点是人与自然的关系、人与自然协调发展的规律。人类生态学研究人类活动与自然环境的关系，研究与自然生态系统既相互联系又密切关联的人类生态系统。

在人类生态系统中，人口、组织、环境、技术四个变量子系统交织联系，变量间的相互作用决定了人类生态系统的发展方向。人类生态学强调人类活动对环境的生态适应及人类种群与自然环境之间的动态平衡，人类所创造的物质和文化环境只是人类生态系统中的组成部分，人类生态系统的平衡发展才是人类发展的根本依托。

人类生态学以人类生态系统的运行规律作为研究对象，研究任务是寻找人口、组织、环境与技术变量在系统平衡中的动态关系，如变量间相互关系下产生的人口、粮食、土地、水资源和空气、矿产资源和能源等问题（见图1-4）。

作为城市环境中的主体，人类的活动与生态、环境的适应关系决定城市环境的变化方向，也影响人类自身的生存与发展。用生态观点来分析，城市人类活动适应环境并朝着人地协调发展的方向运行就是城市生态进化。违背了城市生态、环境的适应往往造成环境污染和生态破坏。城市中的人类及人工环境与自然生态、环境的适应的动态过程，即是城市人地生态系统的进化。在城市环境的发展趋势中，城市规划、设计研究和目标，已不仅停留在城市的空间形态和景观效应优化，更应以人与环境的适应关系研究为核心，探索建设人地协调的城市人居环境。城市规划和设计迫切需要从对生态、环境适应的视角开展研究。