基于空间句法的小城镇路网结构与功能分析

丁梓轩 韩宝睿 濮海建 潘义勇 朱震军

摘 要：为完善空间句法的道路网應用，优化小城镇路网体系的规划指标，运用空间句法，以选择度定量分析对外交通节点的功能等级，以集成度研究片区间连接通道布局的合理性，以集成核轴线和基于大数据平台的人口热力分布图的耦合关系判断路网结构对于用地功能发挥的影响程度。基于此方法，以宿迁市洋河镇为应用案例，分析发现，洋河镇东西两处对外交通节点选择度偏低，不利于保障镇区与主城的联系，片区间的通道集成度数值良好，但北部通道缺乏贯通性，南部拦马河路集成度与其道路等级匹配程度较低;镇区集成核周边人流密集程度与道路集成度具有一致性，且镇区用地类型的功能发挥受到集成核分布的显著影响。研究表明，本方法对于实现小城镇道路网结构与功能合理配置具有积极意义。

关键词：道路网;小城镇;空间句法;路网结构;规划指标;集成核

中图分类号：U13;U411    文献标识码：A   文章编号：1006-8023（2021）03-0111-08

Abstract：In order to complete the application of space syntax on the road network and to improve the planning indexes of the road network system in small towns， based on the space syntax， this paper quantitatively analyzed the function level of external traffic nodes， the rationality of connecting layout between channels and the influence of road network structure on land use function by choice， integration and the coupling relationship between the integrator and the population thermal distribution map. Yanghe Town was taken as a case under this method. It was found that the choice of corridors which were in east and west sides were low， which was not conducive to ensuring the connection between the town and the main city. Though the integration was enough high， the corridors which lied in north region were lack of coherence， meanwhile， the grades and integration of the road in south region did not very match. It was also found that the density of people activities around the integrator was consistent with the roads integration and the function of the land type was affected by the integrator significantly. Research showed that this method had positive significance for realizing the reasonable configuration of the road network structure and function of small towns.

Keywords：Road network; small town; space syntax; road network structure; planning index; integrator

0 引言

在小城镇演化发展过程中，始终难以实现内在要素资源的合理集聚与配置，这也是绝大多数小城镇未能得到应有发展的主要原因[1]。如何使小城镇道路规划促进当地发展，实现人口土地资源合理配置，是目前亟需解决的问题。在传统交通规划过程中，对道路功能定位多基于其历史地位和经验判断等，定性多而定量少;同时，传统方法缺乏对道路几何网络的空间分析研判，很少从拓扑关系分析道路所具备的区位优势。因此，有必要探索新的量化方法对道路网络进行客观分析，把握道路的地位和作用。

空间句法基于可视性与集成性构建拓扑网络[2]，客观地反映网络内各条轴线与节点在网络中的地位。关于道路网形态研究方面，刘承良等[3]以GIS技术联合空间句法理论，揭示了武汉都市圈路网发育的空间结构性规律;吴左宾等[4]基于空间句法，以路网为载体，预测定边县的路网形态分化趋势和城市空间演变趋势;朱东风[5]研究了苏州市道路网集成核形态、结构和增长中心的演变过程，为城市演变提供了道路空间系统的内在解释。在分析区域用地空间方面，李江等[6]以空间句法的集成度和智能度量化分析武汉市CBD和内环线分割的圈层空间，指出空间结构是城市空间经济和城市用地分布的基础;邹利林等[7]从空间句法的视角解析城区不同用地类型在空间范围内的分布和组成状态;吴子豪等[8]分析了苏州老城步行街区空间形态对人流集聚和穿行的影响，并发现街区的用地类型与句法指标联系紧密。

从上述研究来看，学者们对于路网形态的研究多着眼于大尺度空间，针对小尺度街区、小城镇路网的微观分析较少，研究成果难以直接应用于城镇建设;在用地空间的研究方面，学者们大都从句法理论的角度讨论拓扑空间与用地类型的关系，缺乏以人流量等数据佐证其理论可靠性的研究。Hillier[9]认为空间结构通过对人流密度分布的塑造，极大地影响着土地利用的分布。本研究从小城镇的尺度出发，以空间句法量化分析道路在网络中的地位;并采用数据可视化技术，在Arcgis平台中绘制Python程序抓取的人流密度分布热力图，判断镇区用地类型和句法指标的契合程度。

1 研究基础与方法

1.1 空間句法与轴线模型概述

空间句法的本质是对空间进行尺度划分，以拓扑连接的形式进行展现，从中导出一系列形态分析变量，以进一步描述空间与空间的相互关联和相互作用关系[10]。在研究路网结构时，空间句法着眼于路网间的拓扑关系，以可视范围内的街道空间作为句法轴线，据此来表征城市空间系统的社会性与内在复杂性[11]。DepthmapX是基于空间句法理论的空间结构分析软件，可以用于对路网模型的连接度、集成度、选择度和智能度等指标的分析。

轴线模型是空间句法模型中最为常用的一种，其构造简单，表意清晰，对于宏观上把握道路轴线在网络中的地位有很好的表现。构建轴线模型，其本质在于将道路空间转化为句法轴线。轴线模型是以长度最长且数量最少的一系列直线来表示空间关系，并形成轴线网络[12]。在构建道路轴线网络模型时，并不设置其道路等级以及服务水平等附加信息，仅从拓扑空间角度，分析网络当中哪些节点处于关键位置，哪些路段可能承受较多的交通压力。

1.2 基于大数据平台的人口热力空间分布

为进一步研究区域人口分布与路网形态的关系。本研究基于腾讯出行大数据服务平台，通过Python程序抓取保存在平台的用户定位信息[13]。获取csv格式原始数据，其中包含Count（计数）、经度、纬度和获取时间4个字段，其中Count字段携带人口热力信息。经ArcGis平台坐标变换后，将经纬度信息转换为点数据，与卫星地图叠加形成人口空间分布热力图。热力图可以反映研究区人口的实时空间分布和聚集趋势。图1为某区域18：30的人口热力分布，颜色越红，代表人口越密集。

1.3 小城镇路网结构与功能评价方法

本文采取以下方法分析小城镇路网的结构和功能。首先，将区域交通路网抽象为网络拓扑的形式，使用空间句法软件DepthmapX中轴线模型分析其网络拓扑指标。依据选择度量化交通节点被穿越的可能，分析现有节点位置的合理性，并提出优化建议;其次，以集成度指标表征组团间通道的分布状态，论证其现有布局形式的优劣;最后，基于可视化人口分布热力数据和集成核轴线的分布情况，研究区域中存在的交通和用地问题。依次从点、线、面3个层次分析城镇路网结构形态与功能组成的合理性。具体流程如下。

1.3.1 选择度与节点分析

选择度（Choice）也称穿行度，在路网分析中一般被用来预测穿越性交通潜力。选择度的定义是：空间重映射以后，除中心空间以外，搜索全系统中任意一个元素到另一个元素的最短拓扑路径，遍历所有路径后，中心空间被穿越的次数即为选择度的数值。选择度对于研究路段上的过境交通具有重要意义。传统道路网规划中，客流、货运走廊等通常根据经验在图纸上人为确定方位和功能等级等。然而，由于缺乏定量分析，新规划区域走廊节点及其交通地位难以精准界定。

从空间句法理论来看，由于对外交通节点承担更多过境交通量，因此镇区对外节点位置合理与否，取决于其所在位置的道路选择度是否足够高。进行节点分析时，须将路网在DepthmapX轴线模型中进行选择度分析，如节点周边道路的选择度在系统中排序靠前，则此节点适合作为承接对外交通的枢纽。

1.3.2 集成度与通道分析

集成度（Integration）表示某一空间与其他空间的联系程度[14]。对于路网而言，集成度越高，其道路更居于核心地位，吸引力越强，可达性越高。集成度的计算是基于局部平均深度值的数学变换， Hillier等[9]通过相对不对称值将集成度标准化，其标准化后计算公式为[6]：

Ii=1RRAi=mlog2m+23-1+1m-1MDi-1。（1）

式中：i为道路轴线的编号;Ii为全局集成度;RRAi为实际相对不对称值;m为系统中节点总数;MDi为局部平均深度值（系统中某节点到其余所有节点的最少步数的平均值）。

各用地组团之间的通道规划是小城镇规划的重要内容之一，主要考虑组团之间的通道数量与功能组合，规划的位置也须合理。表达通道性能好坏主要视其在区域交通的吸引与辐射能力，在空间句法指标中对应集成度这一概念。在进行通道分析时，首先根据镇区规划方案确定各组团功能区的位置范围，并确定哪些是连接各片区间的主要通道;其次将路网在DepthmapX轴线模型中进行集成度分析，依据集成度值的高低判断已有通道是否具有良好的集成能力，并分析通道是否在形态组成上存在不足，以对应提出改进建议。

1.3.3 集成核与人口热力分布耦合关系分析

集成核指区域中集成度较高的句法轴线[15]，集成核在轴线网络中处于支配地位，在区域中主导交通流运动形式。Hillier指出城市的所有社会功能取决于其中的行为主体的运动流，交通流的运动带来运动经济性，空间的社会职能因此产生[16]。所以集成核不仅主导了网络中交通流的走向，而且与最短路径分布和土地利用方式有着密切的内在联系[17-18]。通过分析集成核与人口热力分布的耦合关系，可验证空间句法指标在城镇规划方面的可靠性，同时，人口热力分布直观地展示了用地功能的发挥效果，有利于发现集成核分布对于土地利用的影响规律。

在分析集成核与人口热力分布耦合关系时，首先须嵌合人口热力图和路网集成度分布图，判断人口密度较高的区域是否与集成核所在位置具有一致性;其次参照用地规划图，重点分析商业区和住宅区的功能发挥是否充分，并依据集成度分析结果解释其内在成因。

2 案例应用分析

2.1 研究区概况

为验证研究方法的适用性，本文选取江苏省宿迁市洋河镇为案例区域进行研究。该镇位于江苏省宿迁市域中部，镇域总面积89.98 km2。截至2020年底常住人口20.12万人。洋河镇是著名的酒乡，以其特有的酿酒业引领洋河镇的产业发展。近年来不断发展木材加工和包装物流等现代农业产业体系，对于路网的运输需求日益提升[19]。洋河镇中心镇区面积4.8 km2，人口3.7万人。镇区具有良好的交通条件，S325省道和盐洛高速穿境而过，洋河站枢纽也位于镇区中心，洋河镇镇区交通规划图如图2所示。

2.2 镇区路网轴线模型构建

2.2.1 对外交通节点功能量化分析

洋河新城规划中指出，中心城区向南拓展加强与洋河镇的联系，是宿迁提升中心城区能级和彰显“酒都”城市特色的重要战略措施[20]。根据洋河新城交通规划方案，洋河镇区连接中心主城主要依靠1处客运枢纽、1条客流走廊、1条高速公路走廊以及1条货运走廊。如图3所示，客运枢纽和3条交通走廊的起点即为镇区对外交通的主要节点，将4处节点按顺序标号为A、B、C、D。

由表1可知，A节点总选择度排名很高（排第7），即理论上承担较大的中转交通量，将其规划为洋河站综合交通枢纽是合理的;C节点总选择度在路网中排序靠前，用作连接外部城区和绕城高速的出入口是可行的;B、D节点总选择度排在中游水平，原因可能是二者所在道路位置较偏僻，路网稀疏，导致其认可度较低。可考虑将B处客运走廊起点向中大街和梦都大道交汇处迁移，依托二者良好的选择度更好地进行客流集散;D作为规划中的货运枢纽明显不够合理，建议将D处货运枢纽向西部金樽路等具有更好选择度的区域转移，结合包装酿造产业区的生产线，构建生产-运输物流体系。

从节点选择度排序中可以发现，镇区中还有若干具有高选择度的区域可供开发利用，如选择度较高的金樽路沿线适宜规划镇区未来的场站枢纽;老城区南部具有良好选择度的道路空间尚未发挥对外交通的衔接性优势等。

2.2.2 组团间通道地位分析

根据镇区路网轴线模型的实际情况，相邻两组团间拓扑半径均不超过5步，即最多经过5段轴线即可到达相邻组团区域。因此以5步作为拓扑半径，计算路网局部集成度，将相邻两功能区间集成度最高的两条通道（如只有唯一通道只保留该通道）编号为A、B、C、D、E、F、G、H、I号路段（图4），研究功能区间通道配置的合理性。

12条通道中有9条集成度达到1.90以上，即大部分连接功能区间的通道具有良好的集成度，能够吸引和引导两侧组团的交通流向，同时这些道路被选择作为出行路线的期望度较高，见表2。

但在通道组成上也存在以下问题：

（1）镇区北部缺少东西走向的贯通型干道。泰康路（G）和黃河路（H）虽然可以连接酒厂和生物科技园区，但无法向西连接新城区域。且二者选择度较低，较难被周边居民感知和选择。因此可以考虑打通1条连接3大片区（新城区、酒厂产业园区和生物科技园）的干道，增强功能区间的连接性。

（2）具有良好集成度的通道道路等级过低。拦马河路是连接老城区至包装酿造园中心区的重要通道，集成能力强，但其等级为支路，难以承担过多的交通量到达，可以考虑将其连接段进行扩建或展宽。

2.2.3 集成核与热力分布耦合关系分析

通过嵌合人口热力分布和路网集成度分布图（图5），并对照洋河镇用地类型规划图（图6），以验证集成核轴线与人口、用地的耦合关系。由于镇区发展的不均衡性，人口分布热力图所显示的外部城区的人口分布较为稀疏，因此以人口更密集、分布更有规律的老城中心区作为耦合关系的研究区域。

通过老城局部与镇区全域集成核的对比发现：①作为老城区的主干道，酒家路和中大街始终保持着稳定的集成度优势。这说明老城区长年发展导致周边用地已经围绕干道形成了稳固的结构;②在不同范围内分析特定道路的集成度可以显示其交通地位的变化。在由全域分析转向老城范围分析对比中，拦马河路的集成度由1.82下降至1.61;南大街的集成度由1.73上升至2.32，集成度显著提升。这表明拦马河路在全局路网上，沟通东西部城区的交通能力更强;而南大街在老城内部交通的衔接上更有优势。

根据老城区集成核轴线，结合人口热力分布图可以发现：①无论在工作日或休息日，集成度最高的酒家路始终吸引着高密度的人群聚集，热力与集成度契合度良好;②新建的中大街两侧的人流较为稀疏，热力与集成度契合程度较低。其原因在于此处商业用地尚未形成有规模的商业广场，只有沿街零散的商铺，难以吸引更密集的人流;③酒家路与南大街的交汇区域属于可达性最高的区域，此处规划了大片居住小区。从居住的私密性看来，这片可达性极强对于建设住宅区的适应性较差，可充分利用其集成优势建设商业、公共服务和文体场所等;④在集成度较低的空间建设的商业场所，例如梅香街以南的酒都商贸城和酒都建材城等，始终难以吸引客流的聚集。

3 结论

本文通过对案例区域点、线、面3个空间层次进行研究发现，洋河镇的对外客货运交通节点存在改进的空间;洋河镇大部分通道可以作为承接组团间客货流交换的媒介，但在通道贯通性和通道道路等级等方面还需进行提升;案例镇区集成核与人流分布具有一致性，且镇区部分商住用地功能受空间位置的限制，未能发挥较好的效果。

本文方法的创新点在于以空间句法理论结合GIS数据可视化技术，从小尺度路网着手，运用选择度表征节点重要程度，抓取人口热力分布数据与集成核轴线进行对照分析，完善了以往学者的相关研究，结论如下。

（1）空间句法中选择度分析能客观地预测节点的被选择和使用程度，除了评价现有节点的合理性，也可反映路网内其余节点的重要度。

（2）功能区间通道的集成度体现了各通道对于其所衔接区域内交通的吸引力，可据此判断其作为通道的合理性。

（3）着眼于集成核轴线及其功能定位，结合可视化的人口热力分布数据，发现道路集成能力带来的人流集散效应影响着用地功能的发挥。通过分析城区空间的可达性与实际土地利用之间的契合程度，可以确定适合规划公共服务等场所的空间区域。

研究表明，本方法在评价小城镇路网结构与功能方面具有良好的适用性，对于小城镇的道路与用地建设具有积极的指导意义，也对完善小城镇路网体系的规划指标提供了新思路。在后续研究中，对于镇区路网结构等级的合理性分析，可结合道路交通管理的有关规定进行研究，以具备更好的可操作性;在针对集成核与人口分布的耦合关系分析中，可以依据道路交通流量的分布情况，更精细化地分析二者相关程度。

【参 考 文 献】

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