改进步行指数模型在城市步行性评价中的应用

王 昊,张 泉

(1.江苏省城市规划设计研究院，江苏 南京 200014； 2.江苏省住房和城乡建设厅，江苏 南京 200014)

步行是慢行出行的重要组成，其重要性与不可替代性已不言而喻。步行性是一种描述出发地和目的地之间的空间邻近性及两点间步行的便捷性和舒适性的空间属性，主要受出行目的地的类型与空间布局、出行距离和步行环境三方面影响。

步行指数(Walkability index)是国际上一种量化测度步行性的方法，用于衡量某一街道或社区是否适宜市民步行出行，可用于城市步行友好度评估、城市内租房价格参考以及城市社区居民健康状况研究等。已有许多步行指数的实际应用研究，如研究表明步行指数的高低和小区公共健康有着明显的联系[1-4]。步行指数与小区安全及居民活动数量也显著相关。步行指数的高低和小区的土地价值有着显著联系。

许多研究均认识到既有步行指数本身也具有不足之处，对步行者主观感受和需求考虑较少，忽略了步行者对街道环境的整体感知，特别是步行者对安全性、舒适性的要求无法体现[5]。而国内外的诸多研究都表明步行环境对步行出行方式选择有显著影响，因此常常导致评价结果出现一定偏差，在实际运用步行指数研究中，计算结果与一些既有共识冲突，如对拉斯维加斯的研究结果显示步行指数和土地价值并没有联系[6]。

因此，本文在既有步行指数模型的基础上，拟将影响步行环境的关键因素纳入步行指数的计算，使步行性的测度更加准确。

1 既有模型

1.1 基础步行指数

步行指数计算总体分为单点指数计算与面域指数计算两部分，单点步行指数的计算可以分为以下3个步骤：准备设施分类表；计算基础步行指数；进行指数衰减。单点评价是对单个小区步行性的评价，将小区人行主入口作为评价点，其评价公式如下：

(1)

式中：p为单点步行指数；vn为设施n的需求满足度权重；dn为设施n的距离衰减系数；n为各种类型设施的个数。

在设施分类表基础上，考虑距离衰减规律，就可以计算从某一点出发到达一定范围内的不同目的地的步行指数。

衰减系数函数通常有多次函数和分段函数两种形式，根据步行速度将步行时间转换为步行距离。以居民意愿所对应设施的容忍时间人数的比例将其转换为距离衰减系数，以多次曲线或分段函数拟合建立距离衰减规律模型。

(2)

式中：dn为设施n的步行衰减系数；ln为步行距离。

1.2 面域指数计算

面域评价主要是对区域可行性的评价，可应用于街道、片区、城市等。用一定间距网格将区域划分，然后将每一个网格视为一个点并计算网格的步行指数得分，并利用GIS技术手段进行空间分布特征描绘，其计算公式如下：

(3)

式中：zs为面域平均得分；zi为网格i得分；n为面域调查网点内网格的数量。

面状指数通过单点指数进行空间插值得到，经过衰减后的单点步行指数等比例放大到100以便于测度，得到的最终步行指数是一个0～100的数值，如表1所示。

表1 步行指数评价表

2 模型改进

2.1 改进思路

步行性的影响因素可归纳为3个方面[5]：出行目的地的类型与空间布局、出行距离和步行环境。国内外的诸多研究都表明步行环境对步行出行方式选择有显著影响，而既有步行指数模型未将步行环境纳入评价体系。步行环境包括很多因素，如街道的设计，包括街道的密度、尺度、界面的设计、交叉口的组织、环境景观小品等的布置等[7]，又如步行空间的开放性、可监视性、安全性等[8-11]，再如地形、气候等也具有一定影响作用。将步行环境纳入步行指数模型的难点主要在于其难以表征和准确测度量化。

2.2 表征因素选取

为确定将哪些因素纳入步行指数模型，以显著影响步行出行方式选择、易于测度和纳入模型两点为选取原则，选取4大类共计10种影响因素与2017-04-10在张家港市沙洲路步行街选取行人展开SP问卷调查，共获取有效问卷212份，询问被调查者以下因素中哪3种步行环境的改变对您步行方式出行环境(包含安全、便捷、舒适度等综合因素)影响较大，如表2所示。

问卷中设计了4大类共计10种影响因素分别为：

1)慢行路权类：步行是否有独立路权、步行道宽度；

2)过街体验类：过街道路红线宽度、应设置二次过街的路段有无设置；

3)沿线空间类：沿街界面活力、沿线用地机动车出入口数量；

4)休憩及其他类：是否有座椅等休憩设施、遮阳树荫及夜间照明是否充足、是否有景观小品。

表2为SP调查结果中各类影响因素被选择样本数及比例，各类影响因素选择比例如图1所示。

表2 SP调查结果中各类影响因素被选择样本数及比例

图1 SP调查结果中各类影响因素被选择比例

由调查结果，步行路权形式及步行道宽度是城市交通中影响步行安全性和舒适度的最直接因素。此外，过街等待时间、过街道路宽度(空间紧凑度)、沿线机动车出入口密度和沿街空间积极程度也是表征慢行友好、提升慢行吸引力的关键因素。其中步行路权形式及步行道宽度、过街道路宽度、沿线机动车出入口个数和沿街空间积极程度5个指标均可通过量化界定分级，便于纳入模型，而过街等待时间由于数据虽易于测度，但数据获取不易且部分信号配时具有时变性，故本次模型未将其纳入。

2.3 模型建立

在既有步行指数模型基础上，进一步考虑实际步行环境和行人感知的影响，将步行道宽度及步行路权形式、空间紧凑度、沿线机动车出入口密度与沿街空间积极程度纳入步行指数影响因素对其进行修正，建立包括出行目的地的类型和空间布局、出行距离和步行环境等因素的综合指数，根据该指数判别步行友好程度及改进方向。

改进后的步行指数模型

(4)

式中：vn为设施n的需求满足度；n为各种类型设施的个数；dn为距离衰减系数；wn为去往设施n的路径综合步行道宽度衰减系数；sn为去往设施n的路径综合步行路权形式衰减系数；ln为去往设施n的路径综合过街道路红线宽度衰减系数；an为去往设施n的路径沿街空间积极程度衰减系数；qn为去往设施n的路径综合机动车开口数量衰减系数；

其中，wn、sn、ln、an为去往设施n的最短路路径的综合衰减系数：

(5)

(6)

(7)

(8)

式中：dnk为组成去往设施n的路径的第k个路段的长度；wnk为组成去往设施n的路径的第k个路段的步行道宽度衰减系数；snk为组成去往设施n的路径的第k个路段的步行路权形式衰减系数；lnj为组成去往设施n的路径中经过的第j个过街道路的红线宽度衰减系数；ank为组成去往设施n的路径的第k个路段的沿街空间积极程度衰减系数。

考虑各因素对步行友好程度的影响程度，将步行道宽度和步行路权形式的衰减率各分为3级，两者可衰减率最大为4%。步行路权形式对于步行安全性和舒适性影响显著，拥有独立步行路权的路段其路权有限度最高，其次为人非共板形式，最差的为行人与机动车共板形式。步行路权形式属性中，步行道拥有独立路权的路段不衰减，人非共板的路段其衰减率取值1%，与机动车共板的路段其衰减率取值为2%。步行道宽度越充足，步行者舒适度体验越好。步行道宽度达到推荐宽度不衰减，未达到推荐宽度但满足最小宽度要求的路段其衰减率取值0.5%，不满足最小宽度要求的路段其衰减率取值2%。需注意，步行与机动车共板的道路，因无步行专用道，因此步行道宽度衰减应取值2%。表3中推荐宽度和最小宽度要求可参考国家或地区相关规范。

表3 步行道宽度与步行路权形式衰减

考虑各因素对步行友好程度的影响程度，将路径沿线机动车开口数量、过街道路红线宽度和沿街空间积极程度的衰减率各分为3级，三者可衰减率最大为2.5%，如表4所示。

表4 过街体验与沿线空间体验衰减

诸多街区适宜尺度研究中推荐的街区尺度均低于200 m[12]，因此路径机动车出入口密度在5个/km以下时不衰减，据相关规范机动车出入口间距不宜低于70 m，因此认为机动车出入口密度达到15个/km即以上时，对步行者影响较大，此时衰减1%，机动车出入口密度在6～15个/km时衰减0.5%。

据《城市道路交通设施设计规范》，“当路段或路口进出口机动车道大于等于6条或人行横道长度大于30 m时应设安全岛”，即道路红线宽度约40 m时需设置二次过街，从步行友好的角度，过街道路红线宽度在40 m以下的路段其步行指数不衰减，过街道路红线宽度介于40～60 m的路段，其步行指数衰减0.5%，过街道路红线宽度60 m以上的路段，其步行指数衰减1%。

沿街空间积极程度的既有研究已较为成熟，沿街立面应尽可能实现友好、多样性、有吸引力的界面，并注重街墙塑造和围合感塑造。本研究建议结合杨盖尔[13]相关研究对沿街建筑立面提出的5级评价标准进行分级衰减，A级友好、多样性、有吸引力的界面使得步行者的体验最佳，E级无趣、单调、乏味界面下步行者的体验最差，其中A、B级界面步行指数不衰减，C、D级衰减0.5%，E级衰减1%,沿街立面的5级划分如表5所示。

改进后的模型，将步行指数由仅考虑出行距离、用地混合程度的表征一定步行范围内日常设施配置的合理性的参数，转变为综合考虑出行距离、街区尺度、用地混合程度、步行安全性、步行环境等因素表征综合步行友好程度的参数，可更加准确地表征区域的步行友好程度。

3 模型应用

以张家港市核心区内港城大道-南苑路-华昌路-人民路围合区域为研究范围，通过慢行指数评价分析该研究范围内步行友好程度。通过地图数据、部门提供资料和实地调研，对研究范围内地块及周边1 500 m缓冲区范围内13项日常生活服务设施进行调查分析，掌握了不同日常生活服务设施在地块的具体空间分布及特征，将研究范围内地块划分为100 m×100 m的网格，每个网格为一个研究单点。

表5 沿街立面的5级划分

3.1 基础步行指数计算

3.1.1 设施分类及权重

用地混合程度的影响，体现在模型中为出发点一定半径内服务设施的空间布局和种类。常见的设施分类表包含了餐饮、购物、公共服务、休闲、教育、私用、医疗7个方面共13类设施，每类设施根据相对重要性，通过专家打分法赋予权重，权重总和为15。餐馆类设施由于种类多样且使用频率差异大，类型丰富程度且对居民出行影响较大，因此考虑了多种餐馆设施，并分别赋予权重。

城市日常生活服务设施使用频率特征调查分析张家港市亨通嘉园、胜利新村和南苑新村3个小区现场调研样本，依据服务设施使用频率可以将日常服务设施分为3 类：

1)高频类设施，即周频≥2次的设施；

2)中频类设施，即1次<周频<2次的设施；

3)低频类设施，即为周频≤1次的设施。

不同的服务设施使用情况反映出居民对各类服务设施的需求度有所差异，表6为生活服务设施分类及权重。

表6 生活服务设施分类及权重

3.1.2 设施距离衰减系数

本次研究用分段函数拟合设施权重距离衰减系数。当设施距离评价点在400 m以内[5]，即约步行时间5 min以内时，其吸引力不因距离增加而发生衰减；当设施距离超过400 m时呈快速衰减，衰减率见下式，当距离大于1 500 m，衰减率大于1，即认为1 500 m以外的设施对出发点的步行指数无影响[14]。根据设施分类表寻找起点周边1 500 m范围内的设施并赋予相应权重；然后根据距离衰减规律对权重进行衰减；最后将各类设施的权重相加,设施权重距离衰减系数如图2所示。

图2 设施权重距离衰减系数

(9)

式中:y为步行衰减系数；x为步行距离。

3.2 改进模型相关衰减

改进后的模型在既有模型对于设施权重距离衰减系数、交叉口密度和街区尺度衰减基础上，进行以下衰减计算。

1)步行道宽度及路权衰减。考虑各因素对步行友好程度的影响程度，将步行路权形式和步行道宽度的衰减率各分为3级，两者可衰减率最大为4%，按照表3进行衰减计算。其中，步行道推荐宽度和最小宽度取值参照《江苏省城市步行和自行车交通规划导则》中推荐数值，如表7所示。

2)沿线空间及过街体验类衰减。将沿线空间类和过街体验类的衰减率各分为3级，两者可衰减率最大为2.5%按照表4进行衰减计算。

表7 《江苏省城市步行和自行车交通规划导则》步行道推荐宽度 m

3)步行指数归一化。将上述计算的步行指数放大约 6.67倍得到一个0～100的数值。

由此得到改进模型的张家港市研究范围内步行指数模型测算结果，并与既有基础模型步行指数进行对比，如图3、图4所示。

图3 既有步行指数模型测算结果

图4 改进后步行指数模型测算结果

3.3 结果对比分析

由改进前后的面域指数分布对比来看：

1)步行指数较好地表征了可达性，呈现了与街区尺度、用地、公共设施布局等的关系，改进后的步行指数模型测算结果与之前总体趋势基本不变；

2)通过对比可发现，部分区域的微调表征了步行安全性及步行环境的影响，对步行条件的表征更加准确合理。如对图5圈出的3个典型区域具体分析，区域a结果变化的主要原因是道路沿线机动车开口过多带来折减(路段长度565 m，共有机动车开口11处，平均间距仅57 m)；区域b茶亭弄和区域c向阳弄周边区域，结果变化的主要原因是虽然步行可达性高，但茶亭弄和向阳弄道路步行均没有独立路权，步行环境较差；

3)这些微调区域都是步行安全性和步行环境体验较差的区域，区域周边路段可作为近期步行环境改善的重点区域,如图6—图8所示。

图5 既有及改进后步行指数模型测算结果细部比较

图6 区域a沙洲路(长安路-港城大道段)机动车出入口示意

图7 区域b张家港市茶亭弄现状

4 结束语

改进后的步行指数模型充分考虑了步行安全性、步行环境对于步行友好程度的影响，将步行路权形式及步行道宽度、过街道路红线宽度、沿线机动车出入口个数和沿街空间积极程度作为评价指标纳入步行指数，优化了既有模型对于慢行环境考虑不足的缺点。改进后的步行指数模型可以更准确地用于判别步行友好程度及改进方向、步行廊道选取和步行环境改善区域的甄别。

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