空间组构与空间认知

韩默，庄惟敏/HAN Mo, ZHUANG Weimin

空间组构这一概念逐渐被人们所关注，是由于比尔·希利尔（Bill Hillier）所开创的空间句法的一系列理论。希利尔在1996年出版的《空间是机器——建筑组构理论》[1]一书中阐明了空间句法不仅仅是一种测量空间的工具，更是研究人与空间之间相互关系的一个理论框架，这个理论的基础便是空间组构。

希利尔认为，无论是在城市空间还是建筑空间中，都存在一个潜在的空间组织系统，这个系统从空间的产生之初便存在，并伴随着人们的社会活动而发生潜移默化的演变。它具有3个特性：整体性、层级性和有机性。（1）整体性表现为宏观视角下空间网络的发展趋势；（2）层级性表现为空间关系中的主与次分级；（3）有机性的含义在于，有人们活动发生的地方所产生的空间异动会产生潜移默化的多米诺效应，最终导致更大范围的空间异动。这个潜在的空间组织系统是驱动城市与建筑运行和发展的主要动因[1]。

空间组构是一种可以将这种抽象的空间组织系统特性传递出来的媒介，空间句法以空间组构作为研究对象，目的是分析人们的行为活动与客观环境之间相互影响的根本原因。希利尔对空间组构的定义是：一系列的空间关系，它们之间相互影响。更改其中任何一组空间关系，整个空间组构将会相应的发生变化[1]。这个定义隐含的3个值得思考的地方是：（1）空间组构描述的不是传统意义上的空间本体，而是抽象的空间关系；（2）空间组构是一个动态、有机的空间现象，而不是用来复制完美空间的定律；（3）空间组构是连接人与客观环境的纽带，大部分的空间变化都是由人们的社会活动造成的。空间本身是客观的，而空间的组构方式是具有人们活动的社会逻辑的。

1 空间组构的发展与演进

在试图进一步深入地讨论空间组构与人们活动的相互关系之前，有必要简短地回溯一下空间组构这一概念及其理论的由来和发展。

1.1 心理学的研究

空间组构这一概念最早由心理学家提出。心理学家发现，空间组构能够影响个人对空间的感知和认知过程。人对空间的感知和认知又构成了空间体验的结果。因此可以推测，影响人们的空间体验的因素来源于空间组构。

空间感知属于人们认知环境的最初过程，它发生在活动过程中，是人对环境作出的直接反应；空间认知属于更高级的反应行为，它是对外界信息的获取，组织和解决问题的过程1）。 心理学家认为空间组构是空间认知的终极阶段，它为空间认知提供了所必需的空间信息[2]。

为了呈现人脑对客观环境的认知反应，心理学家发明了两种实验方法：认知地图（cognitive mapping）和寻路研究（wayfinding）。认知地图揭示了人们感知和认知环境的过程，它是个人发出行为的前提条件；寻路研究与认知地图的研究相似，奥尼尔（O'Neil）做了一个实验，由63个实验者在3个不同的建筑中完成寻路任务并绘出速写地图（sketch maps）[3]。这个实验得出的结论是，空间组构是影响寻路行为的重要因素。在较为复杂的建筑空间中，标识对寻路行为的帮助非常微弱，人们只有对空间组构有了认知才能够完成寻路任务；寻路表现的差异也取决于人们对空间组构的认知程度[3]。

心理学家最先提出空间组构影响人对空间的认知过程，并通过认知地图和寻路研究对这一理论进行了验证。但是这些研究缺乏了对认知结果的研究，以及对其背后原因的分析。因此，空间组构是如何影响空间认知的，以及这种影响所揭示的规律和意义都有待继续探索。

1.2 城市设计角度的研究

凯文·林奇（Kevin Lynch）在他的著作《城市意象》[4]中也对空间组构进行了探索。他认为城市空间的可读性（legibility）是空间组构的一个重要特性。一个城市具有好的可读性，那么人们对这个城市就比较容易理解，对城市系统中的局部环境也比较容易认知。空间组构的另一个特征是可意象性（imagibility），可意向性的建立从城市和建筑的可读性中获取信息，并在人脑中形成一系列连贯的画面。因此，可读性对于可意象性的影响重大。

在对患者进行实际诊疗之前必须要对其伤患部位进行麻醉处理，同时还要将病患的小阴唇进行缝合处理，并观察其尿道外口。将Foley导尿管沿患者尿道外口插入，并沿尿道口以及尿道肉阜边缘环形切开黏膜，向尿道深处由导尿管引导游离约15 mm将患者尿道口处的部分黏膜以及肉阜切除，最后将尿道口黏膜以及尿道断端黏膜用可吸收缝线间断缝合。

凯文·林奇有意识地在城市中寻找能够表达空间组构的符号，即城市五要素。地理学家盖尔林（Garling）依据凯文·林奇的理论，发展出了空间组构模型2）。他的这项研究尝试着进一步地将可读性转化为更组构性的表达方式。他还认为，一个空间是否给人好的方向感，使人很快地找到到达目的地的路线，是可以作为评价环境设计的一个重要标准[5]。

空间组构不但直接地影响人的认知过程，而且间接地影响人的行为活动，这一理论的提出将心理学领域的研究又向前推进了一步。但这些研究的不足之处是，虽然验证了空间组构的影响，但没有对产生影响的原因进行分析，也欠缺对空间组构是如何影响人的认知和行为的研究，以及对它的实际应用潜力的探索。

1.3 空间句法的早期假设

希利尔和汉森（Hanson）教授在早期合作的《空间的社会逻辑》[6]中提出，在建筑设计和城市规划过程中，人们往往过于沉迷于环境的主观能动性。在传统的人与环境关系的研究中，缺乏对环境关系的社会逻辑的探索。人与环境之间不是简单的因果关系，而是通过某种媒介建立起来的复杂关系，这个媒介便是“空间组构”。 空间句法早期提出的假设为：“空间构成具有抽象的社会逻辑，社会关系具有客观的空间属性”。

空间句法试图将空间组构符号化和图示化，便于将人与环境的复杂关系用可视的方法表达出来。希利尔认为，通过句法式的空间组构分析，配合对人们在环境中的行为模式的观察，来理解和解释复杂表面现象下隐藏着的空间发展规律。通过研究这种规律，可以预测空间的使用以及人的活动，并预测新的设计和规划结果。

2 空间组构与空间认知

基于上述对于空间组构概念及其理论的产生和发展过程的回溯，下文将对空间组构与空间认知的关系进行进一步的阐述，试图探讨客观环境与人是如何相互影响和相互改变的。

2.1 空间组构与空间认知的相互依存关系

回溯到最早的心理学领域，空间组构能够影响着人的认知早已得到了验证。希利尔认为“空间认知过程是人的主观心理活动与客观环境之间的互动。”空间组构一方面为空间认知提供必要的空间信息3），另一方面通过人们对它的认知而获得自身的意义。因此，空间组构与空间认知是一对相互依存的概念。

认知属于高级别的大脑活动，它用来组织和加工从空间环境中获取到的原始资料。获取空间信息的途径是通过人的身临其境，对四周的真实环境进行感知，主要指通过眼睛的观察。这个过程是一个动态的过程，当人在空间中行走或移动时，才能获取更多的空间信息，从而在大脑中建立一个更大尺度的空间环境系统，定位自己在这个空间系统中的位置，并做出相应的行为。在这个过程中，人在头脑中构建了一个具体的空间组构形象，它就是认知层面的空间组构4）。

2.2 空间组构的局部与整体关联性

暂且不考虑人脑认知层面的经验因素的影响，空间认知的过程是人通过感知其所在的局部环境，来推测更大尺度空间的组构关系，并在头脑中建立具体的空间形象。那么影响这个空间认知的关键因素是空间组构的局部与整体的关联性如何。在空间句法的研究中，有一个非常重要的概念专门用来描述这种关联性——可理解度（intelligibility）5）。可理解度越高，意味着局部与整体空间的关联性越强，那么环境就越容易被人理解；反之，说明环境比较混乱，容易使人迷惑。因此，这个概念具有很大的应用潜力，即可以通过改变环境的可理解度，来改善环境的使用模式[7]。

为了说明可理解度对于人们空间认知的影响，这里引用一下茹斯·康罗伊（Ruth Conroy）所做的一个实验（图1）。在这个实验中，人们在两个看起来相似的虚拟环境中从边缘走向中心。第一个环境具有较好的空间可理解度，它的中心区具有很高的聚合度6）和连接值7），通向中心的各个方向的街道可达性很好，在视线上很通透；第二个环境则情况相反，具有较低的空间可理解度。区域内所有的街区布置相似，接近中心位置的街区布局混乱。区域中心的聚合度较低，通向中心的街道在视线上存在着较多阻隔。实验结果表明，在第一个环境中，人们的行动轨迹基本上是从边缘直接到达中心，冗余折返的轨迹很少，而且人们选择的路线基本一致；在第二个环境中，人们选择的从边缘到达中心的路线比较分散，选择最短距离到达终点路线的人数比例降低；走错路和绕远路的人数比例升高。这个实验说明，一个区域的空间可理解度影响人们的空间认知过程，并且间接地影响人们的行为模式。

这个实验直观地呈现了空间组构对于空间认知的影响，具体地说明了一个好的空间环境是由于局部空间与整体空间之间具有良好的组构关系，因此使人的认知过程变得清晰明了，从而引导正确的行为活动。

2.3 社会性经验对空间认知的影响

空间认知的过程除了通过空间感知之外，还受到成长过程中所积累的经验性信息的影响。在一个陌生的环境中，哪些空间是公共的，哪些空间是私密的；哪些空间是自由使用的，哪些空间是有所禁忌的，这些问题往往不会写在指示牌上，需要人们通过自身的社会经验进行判断。空间句法在早期的研究中提出了“空间具有社会逻辑”[6]。那么我们可以假设空间组构除了能够描述空间关系以外，还能够表达社会属性，这种社会属性与人脑中的社会经验相一致的时候，便会有效地引导人们的空间认知。

1 茹斯·康罗伊对可理解度影响空间认知的实验（图片来源：Ruth Conroy. Spatial navigation in immersive virtual environments. ）

这里举个简单的例子，假设图2展示的是一个办公空间。将它简化为右边的二维空间组构模型，来分析使用各个房间的人在工作环境中的社会地位。从空间组构中可以看出，A与B是对称，这说明了A和B在这个工作环境中的等级相同；A与S不对称，并且进入A必须经过S，说明S的社会等级要低于A；无论进入A、B还是S，都必须经过U，那么U的社会等级最低。从空间的私密性角度分析，私密性最高的空间是A和B，它们的空间深度8）最深（空间深度为3），这与使用者的社会等级相符，即地位最高；S的私密性略低于A和B，但S对A和B具有一定程度的控制力；U的私密性最低，公共性最强，空间深度最浅（空间深度为1），相应的，U的自由度最大。第二个空间，在A和B的另一侧增加了一个过道V，组构层面上没有发生太大的变化，A、B、S和U的社会等级关系也没有发生变化。空间的私密程度和人的自由度得到了提高，即A和B的私密性更强；相应的，S和U的私密性也得到了提高。

上述例子说明，空间组构是可以表达空间的社会属性和社会职责的，并且通过空间深度来表达空间的私密性与公共性。从这个角度出发，具象的空间环境与抽象的社会关系通过空间组构模型连接了起来。空间组构所传达的信息也与人头脑中的社会经验相沟通，从而帮助了人们对空间的认知，并且引导着人们在环境中的特定行为模式（图3）。

3 研究空间组构与空间认知的意义和目的

3.1 研究空间组构与空间认知的意义

无论是城市空间还是建筑空间，在发展和演变的过程中，能够影响人们生活和行为的主要因素是空间组构层面上的改变。因此，研究空间组构的最根本意义在于理解和归纳城市与建筑空间自身的发展规律。

其次，空间组构为空间认知提供必要的空间信息，同时空间组构又需要人们的感受和认知从而获得自身的意义。空间组构与空间认知是一对相互依存的概念，缺乏认知的理解，空间组构只能作为一种简单的现象而存在。因此，对空间认知的研究是促使空间组构发挥潜力的前提条件。只有先了解人们对于空间的认知过程，才能有效地调整空间组构。

空间的可理解度是将空间组构与空间认知连接在一起的桥梁，它借助人们通过感知局部空间来推测整体空间的认知原理，将局部环境与整体环境的相关性定量地描述出来。因此，借助空间的可理解度可以用来评价一个空间组构的合理性，进而对它进行调整，使之适应人们的使用。

空间组构除了描述客观空间关系，还可以输出空间关系的社会属性信息。社会等级关系和空间的私密程度通过组构模型中的对称性和空间深度表达出来。人们对陌生环境的认知需要借助头脑中积累的经验信息的指导，空间组构所传达的社会信息与人脑中积累的社会经验相沟通，从而指引人们空间认知的过程，进而引导人在环境中的行为模式。

3.2 研究空间组构与空间认知的目的

2 社会关系与空间特征在组构中的体现

首先，借助空间组构可以影响空间认知的原理，可以预测一个建筑空间或一个城市空间区域的运转和使用情况，具体来说，可以预测人们的活动模式、人车流量和土地使用等现象。在新的设计和规划方案的选择上，也可以运用这一原理来预测方案实现后，新的建筑或新的城市设计将会如何引导人们的活动模式。此外，借助空间句法对于空间组构的定量分析，可以有助于多维度地研究人们对于建成环境的满意度研究。

其次，借助空间认知会反作用于空间组构的理论，可以有针对性地调整和修改衰败地区或建筑中消极空间的组构关系。这一依据是对传统的城市设计和建筑设计方法的一个推进。客观的分析和诊断空间问题代替了传统的根据设计师经验而做决策的方法，可以更加有效地对已经出现问题的区域和室内空间进行局部的调整，从而避免大拆大建和不必要的浪费。同时，利用空间认知对空间组构的反作用，还可以建立对空间体验的客观评价体系，从而弥补现有评价方法过于主观的不足。

第三，空间组构赋予了客观环境以社会逻辑，这在一定程度上帮助了人们对于陌生环境的认知。借助这一理论，可以更进一步地研究哪些类型的空间组构有助于人们的社会交流互动，而哪些类型的空间组构可以保护人们所需要的领域感，将以往不可言表的成功的设计经验用空间句法和动态跟踪等量化的分析方法呈现出来。

3.3 结论和展望

空间组构是沟通具象与抽象的媒介，它将具体客观的空间环境与人们对于它的抽象认知联系在了一起，使得过去作为人们日常生活背景的客观环境走到了舞台的前方，成为人们希望去了解和研究的认知层面上的需求。另一方面，空间组构是人们审视空间的一个全新的角度，这一角度要求人们不再仅仅将目光聚焦在局部的一点，而是将一个建筑或一个区域作为整体来思考，对一个局部的思考就是对它与其他空间之间的关系的思考，这样的思考模式可以使设计师更加了解人们在空间中的真实体验。

空间组构与空间认知之间的相互依存可以借助空间句法和动态轨迹追踪等技术方法，应用于建立建筑空间环境的客观评价机制，有意识地发掘哪些数据可以作为人们对于空间体验的满意度的评价指标，进而对现有建成环境的使用后评估理论体系和方法中的空白进行填补。另一方面，还可以将这一理论所得出的关于空间组构关系和人们的认知反应的反馈信息应用于建设项目前期的建筑策划阶段，避免重蹈下一个同类项目出错题和蒙眼式设计的覆辙。□

3 空间组构与社会等级关系图（2.3绘制：韩默）

注释

1）空间认知是对环境的整体把握，这种宏观理解需要将局部环境的印象、事物和事件在头脑中组织和整理出来。

2）空间组构模型研究空间组构通过感知和认知来影响人们在空间中的定位和导航行为的过程。

3）空间组构是由两组空间信息组成的，它们分别是：通过感知直接从环境中获得的直觉型信息和通过认知对整体空间结构的归纳型知识。

4）空间组构由真实环境的客观组构与认知层面的抽象组构构成。

5）可理解度被定义为连接值与整合度之间的关联度，适用于描述人在建筑中运动时在多大程度上基于对局部环境的感知来了解整体的建筑空间结构。通常的做法是在局部与整体变量之间建立线性回归，以其中的相关系数R²作为理解度值。

6）聚合度表示在一个整体环境系统中，一个空间到其他空间的平均深度。聚合度在量化方面去除了元素个数等非相关因素所带来的影响，因而在不同方案的比较中更具有意义。

7）连接值表示在组构中与某个空间直接相连的空间。连接值对应空间的局部组构特征，反映了该空间在整体结构中的渗透能力。

8）深度值表示一个节点在组构中的拓扑深度，而非实际距离。两个相连接的节点构成了1个深度值。从X点到Y点深度值为n的意思为，从X点出发到Y点最少需要经过n个连接，也就是n-1个点。如果将一个点到其所在组构中的其他所有点的深度值相加后取平均，则称之为该节点的平均深度值。

[1] 比尔·希利尔. 空间是机器——建筑组构理论[M].杨滔，张佶，王晓京译. 申祖列校. 中国建筑工业出版社，2008.

[2] Hart, R.A.&Moore, G.T. The Development of Spatial Cognition: A Review. In R.M.Downs&D.Stea Eds,Image and Environment[M]. London: Arnold, 1973.

[3] O'Neil, M.J. Effects of Signage and Floor Plan Configuration on Wayfinding Accuracy. Environment&Behavior[M]. 1991, Vol.23: 554-574.

[4] Kevin Lynch. The Image of the City[M]. Cambridge,MA: MIT Press, 1960.

[5] Garling,T., Book,A.& Lindberg,E.Spatial Orientation and Wayfinding in the Designed Environment: a conceptual analysis and some suggestions for postoccupancy evaluation[J]. Journal of Architectural and Planning Research, 1986,Vol.3, No.1: 55-64.

[6] Hillier, B. & Hanson, J. The Social Logic of space[M].UK: Cambridge University Press, 1984.

[7] Alan Penn. Space Syntax and Spatial Cognition:or why the axiel line [J]. Paper presented at the Third International Space Syntax Symposium, Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA, 2001.