针对历史建筑与历史街区的量化分析框架建构

徐 冰，刘丛红

(天津大学建筑学院，天津300072)

历史建筑与历史街区是城市文化中最具代表性的部分，既是城市特色的源泉，也是城市更新与可持续发展的依据。改革开放以来，我国针对历史建筑与历史街区的研究与保护工作从未间断，以素有“万国建筑博物馆”之称的天津为例，自20世纪60年代起，以卢绳先生的《天津近代城市建筑简史》为开端，先后历经国内外学者联合测绘调研、原始设计图纸集中保护、研究讨论多角度展开等阶段，涌现出大批学术成果。2003年开始，在天津市国土房管局和历史风貌建筑保护委员会办公室的领导下，天津大学、天津城市建设学院、天津建筑设计院等多部门合作开展重新测绘、校对工作，形成《历史风貌建筑保护图则》400余份，并建立了相应的GIS(geographic information system)数字档案库。2005年7月，《天津市历史风貌建筑保护条例》颁布实施，天津行政区域内的建筑遗存保护更新操作进入有法可依的阶段。此后的几年间，天津市政府先后确定历史文化风貌保护区14片、历史风貌建筑746栋，完成重点建筑、街区的修复改造工程若干。

随着可持续发展观念的深入人心，历史建筑与历史街区的适应性再利用受到越来越多的关注。但受制于传统研究方法的局限，对该类历史遗存的讨论多桎梏于美学讨论等主观经验性依据，不仅使相关研究难以深化，所获得的定性的研究成果在设计实践中的指导作用也十分有限。这直接导致了当今历史建筑与历史街区的被动式、静态、局部的保护利用方式，以及建筑遗存周边新建工程中只注重立面形式的模仿和表面化的文脉延续方法。有理由认为，正是由于对空间关系、环境体验、工程构造等更具本质意义的文化载体的忽视，使目前的更新改造措施被流行趋势、新兴概念、主观好恶等不确定性因素所主导，无法充分发挥历史遗产的社会、经济价值。因此，在已取得的“保护修复”成果基础上，拓展对隐性文化载体的科学认知是规避“主观利用”风险，实现“科学利用”目标的必由之路。

一、量化分析技术的日臻成熟

近年来，随着计算机绘图软件和信息处理手段的不断发展，许多城市都依托GIS技术实现了建筑文化遗产的数字化研究，建立起融计算机图形学和数据库管理于一体的信息存储与处理的技术平台，整合各领域相关数据。新的工具与新的视角有力地推进了以下两方面研究的深入发展:一是对既有空间现象认知理论的拓展与分析技术的完善;二是对场所物理环境及建筑热工能耗的数字模拟技术的精确化。前者的典型代表是以空间句法为代表的空间量化分析理论与技术的发展应用。后者则表现为物理环境和能耗热工模拟软件的不断涌现，如建筑环境全面分析软件 ECO-TECT;基于 CFD的气流通风分析软件 FLUENT、PHOENICS、STAR-CD等;采光照明分析软件 RADIANCE、CARASOL、DIALUX等;声学分析软件 ODEON、CHAOS、SOUNDPLAN等;能耗与热工分析软件HTB2等。量化分析技术的推广填补了传统研究方法的不足，为摆脱建筑表象的囚困而挖掘更本质的地域文化资源提供了可靠的技术支持。

二、建筑遗存研究中量化分析技术的应用概况

在当今能源危机、文化危机的国际大背景下，空间句法与数字模拟等量化分析技术已成为国外历史建筑与历史街区研究中的关键方法。伴随世界一体化进程，新技术以译著、论文、合作交流等方式迅速传入我国，基于我国国情的相关研究亦逐渐展开。

1．空间句法技术相关应用概况

空间句法是形成于20世纪末的空间形态分析方法，从整体论与系统论的角度应用量化分析技术研究建筑与城市空间的结构法则，是西方空间研究中充满活力的范式。历史建筑与历史街区作为典型的既有空间现象而成为其研究主体，并取得了开创性的成果，如通过对传统住宅空间模式的量化总结明晰家居空间对家庭生活的支持方式［1］、通过对伦敦老金融城等自组织区域的量化分析提取普遍存在的空间模式规律［2］、通过对伊朗和英国传统城市空间形态的量化对比探索空间文化的差异性表达等［3］。空间句法还多次在西方旧建筑改造和历史街区更新项目中发挥关键性作用，如Tate美术馆改扩建项目、伦敦Kings Cross铁路枢纽站设计、Trafalgar广场改造项目、St Botolph’s Quarter都市更新计划等①。

空间句法自1985年以译文形式被介绍入我国以来，所涉及的讨论方向可概括为以下4个方面:一是介绍评述空间句法基本原理、技术方法及实践进展，引发对城市空间问题的关注讨论;二是作为城市交通网络的评测手段，建立可达性与土地利用、污染水平等社会经济因素的关联;三是分析解释城市空间形态的演变过程，探索其结构特征与变化动因;四是量化解读建筑或场所的空间结构属性，揭示空间模式与功能运作的潜在关系。其中，涉及建筑遗存的研究线索如下:1)关于历史建筑的研究，主要集中于空间形态结构与社会权力运作间耦合关系的探析［4］和园林空间中“移步换景”手法的量化表达［5］两个方向;2)关于历史街区的研究，从初期的对既有空间结构的句法图示呈现［6］，逐步深入到对传统街道空间形态与社会组织模式相关性的解读［7］，并出现以空间句法量化分析结果为依据探索历史街区优化改造措施的针对性研究［8-9］;3)关于历史村落的研究，由最初的以单个村落为对象发展为以一组村落为对象，由初级句法参数的计算罗列发展为有规律性的统计抽取，由单纯的空间结构分析发展为空间形态与宗族制度相关性的分析［10-11］。

2．数字模拟技术相关应用概况

自90年代中期开始，数字模拟技术就因其速度快、成本低、测试范围广、数据丰富等优势，而成为许多国外建筑师在方案形成、遴选及优化过程中的必要工具，也被应用于旧建筑改造与历史街区更新项目之中，从气流通风、能耗表现、日照采光、噪声控制等方面对建筑环境进行评估和对未来环境进行预测。

21世纪初，我国紧跟国际研究动态，积极尝试应用物理环境与热工能耗数字模拟技术辅助研究分析与设计实践，并在两方面都取得了一定的成果，但涉及历史建筑与历史街区的研究应用较少，主要围绕既有建筑节能改造项目展开，如上海思南路55号房、上海扬子饭店、天津原大陆银行等历史建筑节能改造项目中均应用数字模拟技术对比评估改造前后的能耗水平［12-14］;上海同济大学旭日楼、文远楼的节能改造研究中也应用室内采光和自然通风模拟技术探索经济有效的被动式环境优化措施［15-16］;特别值得一提的是西安建筑科技大学进行的西部生态民居建筑再生设计研究，根据传统民居室内外温度场、湿度场、风场的动态模拟评测结果研发新型民居方案，并结合云南永仁彝族扶贫搬迁房示范工程进行实践应用，有效地推动了地域性绿色建筑体系的发展［17］。

三、建筑遗存研究中量化分析应用有待系统化

由以上应用概况总结可以看出，我国已初步进入量化分析技术的推广应用阶段，历史建筑与历史街区的课题发展重心也开始由定性研究向定量研究转变。随着技术的普及和研究的深化，量化分析技术于建筑遗存研究领域中的应用有待进一步拓展整合。

1．空间句法技术应用有待深入

空间句法逐渐成为我国建筑遗存研究中的关键技术，但针对历史建筑的研究尚未涉及到更广泛的居住空间结构与传统生活方式相关性的讨论，而针对历史街区的研究则存在一定的片面性。与历史村落不同，历史街区往往都处于复杂的城市背景之中。因此，局限于目标街区本身而忽略其与城市背景的互动关系的研究结论在某种程度上是不完整的。总体而言，目前空间句法的应用虽已深入到“形式·功能”关系的讨论，但由于缺乏对所得句法数据的统计分析过程，无法得到明确的参数值域和模式规律等更具指导意义的成果。

2．数字模拟技术应用有待推广

数字模拟技术虽已成为我国设计研究中的重要辅助手段，但涉及建筑遗存的研究应用还很少，且集中于针对单个建筑节能改造前后性能的对比评测，忽视了对普遍存在于传统营造中的既成经验的整理挖掘，使传统工程构造工艺难以与现代建设方式发生关联。此外，针对历史街区公共场所物理环境的研究空白，也导致了地域性传统社会生活相关研究的滞后，以及景观优化措施的主观化、简单化倾向。

3．量化分析技术应用有待系统化

目前，我国针对历史建筑与历史街区的量化分析研究比较零散，加之设计周期短促的客观原因，使历史遗存更新改造措施脱离实证性研究依据，而被主观经验所主导和以形式模仿为核心。因此，只有进行有针对性的、系统化的深入研究，全面认知建筑遗存中所蕴含的丰富资源，量化性地挖掘空间关系、环境体验、工程构造等更具本质意义的文化载体，并整合形成具有客观操作性的成果储备，才能为设计人员广泛采用，催生更具科学性的保护利用新举措。

四、针对历史建筑与历史街区的量化分析框架

响应我国量化分析技术进一步拓展整合的趋势，以历史建筑与历史街区为研究对象，分别从空间形态结构、外部物理环境、建筑单体性能3个层面构建起具有针对性的多维量化分析框架，作为传统研究方法与定性研究成果的必要补充，基于量化分析技术的历史建筑与历史街区研究框架见图1。

图1 基于量化分析技术的历史建筑与历史街区研究框架

1．历史街区空间结构层面的空间句法技术量化分析研究

针对作为局部城市空间的历史街区本身，运算各种句法变量，量化历史街区自身的空间模式演变历程，提取局部空间结构模式规律、建立历史街区空间属性数据库;针对作为整体的更大范围的城市空间，运算局部与整体间句法变量的线性相关度，量化作为局部的历史街区与作为整体的城市背景间的互动关系，提取城市空间系统中“局部·整体”关系的动态变化规律。实现现代量化分析技术与传统研究方法的耦合，展开城市空间特征的数据化积累与研究，从“形式·功能”关系角度促进更加科学理性的历史街区更新改造策略的出现，并为更大范围的城市建设提供依据(见图2)。

2．重点场所物理环境层面的数字模拟技术量化分析研究

以历史街区重点公共活动场所的物理环境性能为分析对象，建立起各重点公共活动场所的数字模型，针对全年各季节气候条件下的日照采光、气流通风、噪声辐射等指标进行系统测算，形成体现地理环境、气候条件、公众生活等特征的地域性物理环境指标体系。实现数字模拟技术与物理观测技术的有机结合，展开地域生活特征的数据化积累与研究，从物理环境角度促进更具人文关怀的历史街区更新改造策略的出现，使其更好地融入现代城市生活(见图3)。

图2 天津历史风貌保护区及城市空间结构

图3 天津市中心公园地区及全年照度分析

3．历史建筑空间与构造层面的多技术量化分析研究

以历史建筑的空间布局和构造做法为分析对象，建立历史建筑空间布局的句法模型，运算各种句法变量，量化历史建筑的空间使用模式，提取居住模式规律、形成空间属性数据库;建立历史建筑构造做法的数字模型，运用采光、通风等物理属性与热工能耗指标，量化历史建筑中传统工艺的物理性能，形成建筑构造做法与传统工艺数据库。从而实现多种量化分析技术的耦合，展开居住生活特征与传统工艺做法的数据化积累与研究，从居住模式与工程构造角度促进更加准确细化的历史建筑保护更新策略的出现，使其真正服务于当今的城市建设(见图4)。

五、结 语

通过针对历史建筑与历史街区量化分析框架的建构，拓展传统研究的维度与范畴，实现建筑遗存的全面化、深入化认知，展开包括城市空间、地域生活、传统居住与工程构造等方面的城市特征数据库的建设与研究，作为更新改造项目的必要依据和发展城市特色的必要积累，从而有效地弥合缺环，形成“保护修复—量化分析—科学利用”的科学化链条，催生主动式、动态、全面的保护利用方式，摒弃单纯追求形似和模仿的初级做法，推动城市文化的健康发展。

就如沈苇先生所指出的“作为文化资源的地域性，只有一小部分是直观的、显现的，而大部分则是隐秘的、缄默的，就像自然的奥秘总是隐藏在风景背后一样”。量化分析技术的推广应用将帮助我们透过表象的物质形式，解读内在的文化深意。

图4 天津东方汇理银行及首层整合度分析

注释:

① http://www．spacesyntax．com/en/projects-and-clients．html。

［1］Hillier B．场所艺术与空间科学［J］．世界建筑，2005(11):24-34．

［2］Hillier B．Space is the Machine［M］．Cambridge:Cambridge University Pr，1996．

［3］Karimi K．The spatial logic of organic cities in Iran and the United Kingdom［C］//Major M，Amorim L．Proceedings of the 1st International Space Syntax Symposium．London:University College London，1997:1-17．

［4］ZHU Jianfei．A celestial battlefield［J］．AA Files，1994(28):48-60．

［5］张 愚．空间的可见性分析［J］．室内设计与装修，2005(1):14-17．

［6］刘 宾，潘丽珍，孙丽萍．青岛市老城区街道空间体系“类型”化研究［J］．规划师，2006(22):52-54．

［7］王静文，毛其智，党安荣．居住区公共空间社会维度的句法释义［J］．华中建筑，2007(11):166-169．

［8］刘丛红，刘定伟，夏 青．历史街区的有机更新与持续发展［J］．建筑学报，2006(12):34-36．

［9］陈仲光，徐建刚，蒋海兵．基于空间句法的历史街区多尺度空间分析研究［J］．城市规划，2009(8):92-96．

［10］王浩锋．徽州传统村落的空间规划［J］．建筑学报，2008(4):81-84．

［11］王静文．传统聚落环境句法视域的人文透析［J］．建筑学报，2010(S1):58-61．

［12］曹毅然，李德荣，刘明明，等．既有风貌建筑节能改造技术研究［J］．上海节能，2008(5):17-20．

［13］杜晓辉．玻璃在传统历史建筑保护和更新中的利用［J］．建筑学报，2009(6):37-39．

［14］赵为民，杨 靖，古小英．历史建筑节能技术在上海大厦保护修缮中的探究［J］．建筑节能，2011(6):78-80．

［15］顾 勇，寿青云，陈汝东．旭日楼建筑节能改造的分析研究［J］．制冷与空调，2008(1):62-64．

［16］钱 锋，杨 丽．风环境设计对建筑节能影响的分析与研究［J］．建筑学报，2009(S1):6-8．

［17］刘加平，谭良斌，闫增峰，等．西部生土民居建筑的再生设计研究［J］．建筑与文化，2007(6):42-44．