街道网络的空间形态量化研究——多种类型城市街道比较分析

胡 扬

王 雷

田中贵宏

1 背景

1.1 街道网络的重要性

街道是构成城市空间的重要部分，它由街道网络本身和街道周边附属的建筑物、公共设施、植物等立体要素组成。街道空间是人们经济和生活的重要载体，对其进行研究可以帮助我们客观地认知街道空间的现状，通过认知来发现规律、发现问题，并指导实践。已有大量研究通过分析街道当中的各种要素，总结出一些良好的街道空间的特点，例如Cervero等[1]提出混合的土地利用情况带来街道活力；Aloys等[2]发现小零售商业模式更吸引人群到访；Bruno等[3]发现人们更偏好交通量少的街道；Guo等[4]验证更宽的步道受步行者喜爱。而在各个要素中，街道网络是不容忽视的重要部分。这里把街道间的连接方式所构成的街区整体，以及街道本身的宽窄、曲直形状称为街道网络。其他建筑物、绿化等需要围绕街道网络在其形成的基础上进行建设，因此可以说街道网络是一个城市的骨架，是构成城市道路最基础的要素。特别是整个街道建成定型后很难再改变街道网络的布局，所以需要在规划设计时慎重考虑。

1.2 空间句法理论

在街道网络的分析方法中，空间句法理论（Space Syntax Theory）是最具代表性的方法之一。该理论于20世纪70年代被比尔·希利尔（Bill Hillier）等人提出，可以用来解析从小规模室内到街区，甚至更大规模的城市等不同尺度的空间构造[5-6]。该理论主要强调空间的拓扑关系，比如各个空间之间的连接性、通达性等，自提出以来已在国内外的相关研究领域积累了众多研究成果。例如，何等[7]以厦门为例，对本岛和全市域两种尺度进行了空间句法分析，比较了1931年—2004年间的集成度（Integration Va lue）分布变化趋势，总结了厦门城市形态发展的特征。Perver等[8]使用空间句法调查社区街道空间，得出更高的控制度（Control Value）和整体集成度可以促进休闲步行。木川等[9-10]以京都、滋贺大津等地为对象，通过空间句法理论解析空间构造分别对地区的发展与衰退的影响。

这些研究成果对于理解街道构造提供了丰富的知识与经验。然而，除了街道间的连接方式，街道本身的形状也是构成街道网络的空间形态的重要属性，会给使用者带来不同的感受并影响城市的形象。比如直线形的街道便于交通流动，容易成为一个区域的轴线；而曲线形的街道容易识别，可以形成地域特有的意象。目前已有部分研究者在分析街道空间构成时考虑了街道形状的特性，比如三浦等[11]以威尼斯为对象，通过分析当地的街道密度、交叉口的连接形态、街道宽度、视距等，尝试解释城市空间构成的一般性原理。高野等[12]除了使用空间句法的集成度指标以外，还使用了街区的面积、矩形程度等指标，尝试定量描述街道网络的特性。然而如前文所述，通过空间句法分析街道空间的连接性是目前主要的研究方式，对于街道本身的形状的探讨还有待积累。

表1 各对象地的街道网络指标值

表2 各类型对象地的特征概况

1.3 研究目的与构成

本研究归纳总结了用来描述街道间的连接方式、街道形状的相关指标，并提案增加了描述街道形状的指标，目的是定量地解析街道网络的空间形态，并进行类型化。

2 对象地选择

本研究为了数据的多样性，从《世界ふxvffXIV街 ffi（行走在与世界接触的街道上）》[13]节目当中列举的世界各国的城市街道当中，选择了12个城市的部分街道作为研究对象地。这些对象地来自不同国家，并且涵盖了网格型、放射型、不规则型等不同类型的街道。各对象地的街道网络和城市名（国家名）见图1，使用GIS地理信息系统提取街道网络并加工绘制。对象地1～11的面积为大约1.0 km2，对象地12由于受到周围地貌的影响，采集到的有效面积为大约0.6km2。

3 分析指标

对分析上述对象地时将使用的街道网络相关指标做以下归纳说明。

3.1 街道整体指标

为了把握对象地的街道网络的特性，将采用7指标。首先，为了描述街道整体的特性使用“总单位街道数”“总单位街道长”“网格轴线度（Grid Axiality）”这3个指标。单位街道是指一个交叉路口的中心到下一个交叉路口的中心之间的街道。其中，网格轴线度是空间句法理论中的指标，用来表示和正交网络比较时街道网络构成的变形程度，值在0～1之间，越接近1则街区的变形越少，越趋向于正交网格，反之越接近0则街区的形状越不规则[14]。该值由公式（1）求得。

I：网格数（Islands，这里Islands是指街区（Blocks），表示周围被包围的连续的建筑群）。

L：轴线数（Axial lines，这里轴线是表示了最长视线、直线移动的轴线）。

3.2 单位街道指标

图1 对象地图的街道网络

图2 单位街道弯曲度计算例（黑色实线表示街道。 灰色虚线表示轴线，原始轴线由Depthmap软件 计算生成。）

图3 对象地的聚类分析

为了描述单位街道的特性使用“长度”“宽度”“集成度”“弯曲度”这4个指标。其中，集成度是空间句法理论中的重要指标，表示街道构造。值高于1时表示该空间是整合的，容易从其他空间抵达，在对象范围内中心性高；反之，值低于1时表示该空间处于较深的位置，与其他空间分离不易抵达。集成度值用表示了最长视线与直线移动距离的轴线（Axial line）为基本单位，由以下式（2）～（4）求得[6]。

RA（Relative Asymmetry）：地域全体的相对深度（RA的值越大，空间在对象地域中越处于相对深的位置）。

MD（Mean Depth）：平均深度（指系统中某个节点到其他所有节点的最少步数的平均值）。

k：轴线的总数。

RRA（Real Relative Asymmetry）：RA标准化后的值（为了排除地域规模的影响而进行标准化）。

Dk：标准化时使用的值，D值随k的取值而变化，通常在解析时k值限定在5以上。该值由以下式（5）求得。

另外，为了表示单位街道的曲直程度，本研究提案弯曲度指标，计算方法基于空间句法中表示了最长直线移动距离的轴线概念（图2），由加算单位街道中的轴线数目得出，值越高街道越曲折[15]。

4 街道网络的空间形态分析

接下来使用上述7项指标分析各对象地的街道网络特性。每个对象地的各指标的计算结果汇总见表1。概观各指标值的特点，1萨凡纳（美国）的总单位街道数与总单位街道长、网格轴线度都取得了较高值，另一方面单位街道集成度的平均值最高而弯曲度的平均值最低，可以看出该地域的街道数量多，由格子型的街道网络构成，特别是拥有直线形状的街道、街道间的连接较强的特征。与之相对的是2戈尔德（法国）、9热那亚（意大利）等地，街道数量少并且呈现出不规则的街道网络形态。4福冈（日本）、8阿雷基帕（秘鲁）和其他对象地相比，单位街道宽度的平均值高且标准偏差也大，由图1可以发现这两个对象地中存在非常宽的显眼的大道。另外，6鹿港（中国台湾）、10青岛（中国）的各指标值基本处于全部对象地中的平均水平，其中10青岛（中国）的街道数略少。

5 街道网络的类型化

根据表1的结果，将各对象地的7项指标值进行标准化，用所得数据做聚类分析（ward法），把12对象地分为3大群集（图3）。

各类的特征描述见表2。群集1与群集2分别包含5个对象地，它们在街道网络形状、空间连接、街道形状和街道分布是否均匀等方面都呈现类型的倾向。但是从相同面积的区域内的单位街道数来看，群集2的平均单位街道数（385.80个，对象地12按面积比例换算后为426.20个）比群集1的平均单位街道数（205.20个）更多，另外群集2的平均单位街道长度（64.00m）也比群集1的平均单位街道长度（92.48m）更短，这表明群集2由许多的短街道构成，并且交叉口的数量更多。根据邓等[16]的既往研究成果显示，群集2这类交叉口数量多且道路短的街区能给步行者带来更好的视觉丰富程度，让街道更加具有活力。

另一方面，群集3仅有2个对象地，并且和前两个群集相比表现出较大的区别。群集3的街道少且部分街道非常长，几乎没有直线形状道路，特别是9热那亚（意大利）的一部分街道十分曲折，这类街道网络的空间连接性较弱，不论对于步行者还是交通移动都缺乏便利性，在一般城市中并不多见。

其原因在于，群集3的对象地都位于山地，其中2戈尔德（法国）依靠山头而建，9热那亚（意大利）紧靠北部的山脉，由于地势原因在街道建设时保留了原有的自然地貌，因此形成了这种稀疏、长而曲折的街道形状。而其他对象地多位于平原、丘陵或盆地，地形较平坦适合发展城市街道，形成了常见的网格型或比较规则的街道网络，有许多直线型的街道，甚至有些地区根据行政需求建造了区域道路轴线、圆形或菱形等人工几何形态。另外，虽然像群集2里的5佩鲁贾（意大利）和12东广岛（日本），也被地貌围合出了独有的地域边界形状，但和群集3相比街道密度较高，形成了相对便捷的街道网络形态。

结语

研究通过对世界各国城市的街道网络形态进行探讨，总结了各类街道网络的特征及其形成原因。由研究结果可知，街道网络的形成在一定程度上受到地形地貌的影响，产生了丰富多样的空间形态，并且可以根据它们的形态进行量化分类，不同的形态将对移动便捷性产生不同影响。

城市街道的建设和城市的发展有着密不可分的关系，如何科学地创造出通行更便捷、更具有城市本身特点、能反映出当地精神面貌的街道网络是我们需要考虑的重要课题。目前我国已在相关理论研究与实践方面有了长足的发展，还期待将来有更丰富的成果积累。本研究成果将在相关领域的理论研究中提供认知街道空间形态的知识，在规划设计、解析街道网络的发展过程等方面提供参考资料。

例如在城市街道在规划设计时，需要确保移动便捷的同时注重表达城市意象；在平坦的地形上建设直线型网格道路，将有利于便捷地移动；对于水平面起伏较大的地势，如果改造成直线型道路会造成经济成本增加，这时可以顺应其原有的地貌，把突出地域特有的意向作为建设的重点；另外，对于需要增加城市活力的地区，可以在原有道路的基础上增设一些小路，通过缩短街道长度增加交叉点的方法提高空间之间的连通性，诱导步行者动线，丰富步行者的视觉感官，创造出丰富的城市意象。

资料来源：

文中图片均为作者绘制。