城市更新系统中的熵增原则研究

图5-1　城市功能与结构的循环演进

系统论观点认为，城市首先是一个社会系统，从城市诞生伊始，其功能就在不断转变，现代意义上的城市已发展成为一个超级的综合社会系统。城市“可持续发展”的核心理念要求人类在城市系统中的一切经济、建设和社会发展活动都不能超越资源和环境的承载能力。

作为城市可持续发展子系统之一的旧城区是一个开放性系统，可用热力学第二定律进行诠释。孤立系统中，热量是由高温物体自动地流向低温物体，直到热量平衡、能量均匀分布为止，即孤立系统中的自发过程总是使得系统的熵增加。而熵(entropy)是描述系统无序性(即混乱度)的物理量，系统吸收的能量除以系统本身的温度被称为熵，有:

式中:T为物体的绝对温度，ΔQ为物体增加的能量，称熵的增加。所以，熵描述系统能量变化，表示系统发展的稳定状态和变动方向:一方面表征系统能量分布的均匀度，当d S增加时，说明能量分布趋向于均匀，当d S减少时，说明能量分布趋向于不均匀;另一方面也表征系统内部的混乱程度。

开放系统的熵可分为两部分:熵产生(d i S)，是系统自发过程中熵增加;熵流(d e S)，是系统与外界交换物质与能量引起的熵变化。设开放系统总熵的变化为d S，则有开放系统总熵的变化为熵产生与熵流之和，即:

(www.xing528.com)

根据熵增定律，d iS≥0，而d e S可以为负数，只要输入开放系统的能量与物质熵低，而输出系统能量熵高，输入与输出的熵差(熵流)就为负数，即负熵流;d e S≤0，只要负熵流(d e S)足够强，开放系统总熵的变化也为负数，即d S=d i S+d e S。因此开放系统保持熵减状态的充分必要条件是:d i S＜d e S。

熵增原则视角下的可持续系统要保持其持续性，就必须保持“耗散结构”。一个远离平衡状态的开放系统，只要通过不断与外界交换物质与能量，在外界条件的变化大到一定阈值时，可以从原有的混乱无序状态自发地转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态;即输入的影响达到一定程度时，相关系统可以从原来的混乱状态自发转化为有序。这就是在远离平衡情况下依靠外界能量耗散维持的结构系统，故称为耗散结构。

对于城市系统，一方面从外界输入负熵流，即输入能量、物质和信息，包括从自然界中吸收的阳光、雨水等自然资源，以及来自其他发展区域的诸如原材料、资金、劳动力和信息等生存发展要素;另一方面，系统自身提高资源(能量、物质、信息、科学技术)的利用效益，也减少系统内的熵增。从经济学观点分析，这里的熵就是表示资源可利用的难易程度。城市系统的熵增原则可用下图中旧城区熵容器形象表示(图5-2)。

旧城区自身具有达到动态平衡的能力，但是由系统熵增定律可知，旧城区熵值一般都已达到较高水平的警戒状态，且呈现不断增加趋势。从城市更新与再开发角度分析，新概念(信息等)的引入、新能量流(建设活动等)的流入不可避免;城市社会生态系统的功能重组，概念多样化、能量途径多样化更有利于城市系统的平衡并趋向稳定成熟的状态。旧城区需要通过有机更新增加新的城市功能与活力，改善已陈旧的环境设施以适应现代化发展需求。从这种意

图5-2　旧城系统的熵增原则示意

义而言，城市更新是城市老城区功能和发展能力的一种自我完善，是一个系统新陈代谢的过程，也是人类对城市使用功能和生活质量不断提升的需求的客观反映。