从感知到科学：平潭海岛聚落空间形态量化研究

张燕来，胡静

海岛地区是独立的自然、社会综合体，受到区位条件和资源环境的限制，人地关系矛盾尤为突出[1]98。海岛聚落因此形成了特殊的适应系统与文化特性。平潭作为中国南部代表性的海岛地区之一，保留了完整且多样的传统风貌，其聚落营建受环境干扰强度大，空间形态蕴含着对环境的解读和适应。对平潭海岛聚落的研究不仅可以全面地揭示海岛聚落的表征特点，还能深入挖掘人与自然的共生关系。现代技术介入的研究手段可以有效地梳理海岛聚落复杂表象下的本质要素，以更科学和直观的方式建立量化研究体系。

1 聚落空间研究的历史与当下

整体上看，聚落空间研究经历了从定性感知到定量分析的视角转变。由于受到聚落地理位置及技术条件的限制，传统聚落研究一般聚焦于其表征特点或传统意象，偏向基于历史学、文化学角度的定性感知。而随着近年来学科交叉理论的提出及新兴技术手段的出现，对聚落空间营建的量化解析不断涌现。

1.1 历史：文化探索与定性感知

早期聚落研究学者对聚落的认知从低级的文化猎奇提升到关注其建筑遗产价值存续的层面。以1930年代龙庆忠的《穴居杂考》和1940年代刘致平的《云南一颗印》为发端的研究开拓了学术界对传统民居单体的文化考察。随着对聚落研究关注度的提高，研究范畴从专注于传统建筑单体的民居研究逐渐扩展到了对整体聚落的研究[2]55，并在传统建筑调研的基础上发展出定性探讨聚落模式。早期研究多基于建筑学视角，侧重描述既有事物的表面现象和地域特点，但面对庞大且复杂的传统聚落系统，依据当时相对落后的技术手段很难从整体观角度深入剖析并探讨和聚落相关的多元要素。同时，人力物力资源的紧缺也导致聚落研究无法构建起健全的指标评价体系，这些主客观因素使得这个阶段的聚落研究方法倾向基于经验的定性分析。由于海岛在地理上游离于大陆外部，独立性较强，可达性较弱，现有的相关研究主要侧重于海岛生态或经济统计，围绕海岛聚落的研究相对不足。

1.2 当下：基于科学的定量分析

1990年代以来，现代测绘技术和空间模拟技术的普及为聚落研究提供了契机，聚落形态和环境特征开始以数据或图示的形式直观呈现。这些科学支撑有助于将原本存在于人类意识中概念化的认知具体化呈现，让看似无形的要素关联有序且可视化。聚落的量化分析能够推进“模糊感知—精确掌握—理性分析”的信息处理过程，逐渐由表及里，将聚焦于文化因素驱动的聚落描述转变为基于整体观和系统论的聚落解析。

目前大量国内研究团队依托科学的量化方法对聚落传统语言进行现代转译，深入探究人居环境的时空演变（图1）。由于不同地区环境基质及社会条件区别导致的聚落差异性也在人们的研究下逐步发展出各自的地域理论。从文献分析可知，聚落量化的手段主要分为：（1）基于二维几何平面的表象解析和深层结构分析，前者比较密度、分维度、边界指数等数据[3]，后者包括空间句法[4]、分形理论[5-6]等；（2）基于三维视角的横纵空间图示，这种方法更多应用于地理环境的客观描述，如GIS辅助呈现地形地貌[7-8]、CFD模拟分析风环境[9-10]等。从研究视域来看，当下的聚落空间研究在基于建筑学科的前提下，不仅结合了上述二维、三维手段，还融入了社会学、景观生态学、生物地理学等多学科角度，研究成果趋于多元化。

1 以“聚落空间”为搜索词的知网论文关键词频次分析（2010-2020），引自www.cnki.net

2 海岛聚落空间特征

与大陆的地理隔绝性导致海岛早期陷于物资难以获取的困境，因此海岛的海陆资源成为海岛聚落依赖生存的物质基础，聚落空间基于不同的环境属性产生各自的应对策略。地理学将自然环境明确分解为气候、地貌、水文、土壤、生物这五大要素，而海岛地理系统可针对性地从区位、气候、地质、地貌、水文、土壤这几方面作驱动分析[1]80-82。笔者的研究团队依据人类对时空环境的感知形式，针对性地从海岛聚落布局及空间特征出发，将其划分为“有形环境”和“无形环境”两大类型和六类要素（图2）。

2.1 表征硬环境的顺势应对

海岛的有形环境主要分为水域、岛陆两方面。水域环境能够解决居民日常饮用水问题，对聚落选址有较强的吸引力；潮汐现象和洋流运动等可改变水流的消长与强弱，通过潮位和水产资源直接影响滨海聚落的生存延续。岛陆环境以地质地貌和土壤植被为主要特征。海湾蜿蜒曲折，承载丰富的港口和渔业资源；平原地区土地肥沃，利于农业耕种生产；山地区域地形多变，拥有良好的景观视野。这些地理因素除了可以决定聚落的分布位置，还能控制聚落的空间形态。海湾的走向、台地的错落协同造就海岛聚落沿岸分布、依山就势的构建格局，滨海生产的场地需求如晒盐、织鱼网等功能也和建筑形式及聚落组织相适配。不同类型的岛陆环境以不同的物质基础衍生出人们差异化的空间行为，而土壤植被在一定程度上划分出生产与居住土地的界限。从整体来看，生产要素密集或生活便利度高的区域空间吸附力强，聚落的空间结构受到土地资源供给量与土地利用的难易程度 （地形限制） 共同影响，反映了宏观尺度上的人地关系规律[11]1357。

2.2 无形软环境的有机反馈

海岛的无形环境主要包括气候因子，它对聚落空间营建产生较为关键的影响。海岛属于典型的海洋性气候，其中适宜人居的气候条件为温度、太阳辐射等因素[12]63，需要防御的是恶劣的风环境。在宏观层面的聚落选址上需要考虑防风及日照，人们偏好将山脉当成天然挡风屏障，规避气流较强的海湾区，聚居在向阳且避风的山坳。在聚落内部场地微气候的调适尤为重要，对气候分异的缓冲和利用措施体现了区域性变化，但整体依旧呈现抗风保温的策略。单体建筑通常坐北朝南排布，角度与岛内盛行风向保持基本一致；道路曲折灵活，以蜿蜒的走向增加通风阻力；建筑与建筑之间紧凑排列，共同组合成密实的挡风结构。聚落形态从点、线、面3个层次着手考虑气候的有机疏导与反馈，以不同的组合形式发挥了营造适宜微气候的整体作用。

概括地说，有形的物质环境是海岛聚落空间发展的外部框架，决定其规模和形态；无形的潜在环境影响海岛聚落的排列逻辑，构建出有序的层次与肌理。聚落空间通过有效整合场地资源，呈现出生态化的自律集约理念。但在现实环境中这两种自然环境具有共时性，彼此复杂关联，妥善处理它们之间的优先次序及耦合关系是海岛聚落生长的内在规律之一。

2 海岛环境示意

3 海坛岛形状，审图号：闽S（2019）182号，福建省制图院编制，福建省测绘地理信息发展中心监制

3 平潭地区海岛量化研究实践

平潭位于福建省东南沿海，由126个岛屿组成，主岛海坛岛是中国第五大岛。平潭为南亚热带半湿润海洋性季风气候，主导风向为NNE，年平均风力7.8级的天数达131.4天左右，是福建省的强风区之一。岛内地形丰富，丘陵、台地、平原地貌相间，还拥有一个天然淡水湖泊。历史上的平潭属于海防前线，经济建设滞后，这也促使岛内建设以生态节能为导向，其聚落的选址、布局和空间组织充分地体现了这一点。

3.1 从平潭海岛现状出发的量化方法

前沿的科学量化手段为解析平潭海岛提供了有效的途径。首先，基于地理学科层面的部分量化方法有助于直观构建海岛环境的整体认识，如利用DEM高程数据分析场地地形和建立CFD流体模型统计区域风速。其次，建筑学科的“点、线、面”量化模式可以获得精确的聚落空间图底关系。此外，通过不同类型聚落的数理描述也能够定量比较海岛聚落介入基地环境的匹配与整合度。

初步量化岛屿的平面可以基于形状率、紧凑度和海岸系数这3个指标。海坛岛的长轴L为25.57km，面积S为274.33km2，海岸线长P为191.488km[13]9。根据下方公式（1）（2）（3）可以得出，海坛岛的形状率为0.420，趋于团状；紧凑度为0.287，海岸系数为0.698，岸线曲折，有利港口建设，岛内空间联系较强（图3）。

形状率： Fr=S/L2（1）

S为区域面积；L是区域最长轴的长度；当π/4≤Fr＜1/2，平面为团状

S为区域面积；P为海岸线长；圆形平面Cr=1，带状平面

P为海岸线长；S为区域面积；A越大越有利于港口的建设

3.2 基于人地关系的聚落选址倾向

地区建筑的聚落选址不是改变基地的环境，而是充分利用自然环境因素，选择具有有利的微气候条件与物质资源的场所建造[14]56。从宏观层面看，海坛岛的聚落分布主要由场地地形地势、风速、日照、淡水资源以及生产资源这些因素决定。综合对比海坛岛的高程和坡度，可以发现岛屿上大部分的区域较为平缓，约有80%的聚落选址在坡度12°以下的平原或者缓坡。此外，滨海区、山坳处、淡水资源边的聚落密度较高，而在海坛岛的五大风口处（除了流东风口），几乎没有聚落分布。结合CFD风速分析，也能够清晰地辨析聚落选址偏好风速较低的场地和滨海的区域。相反，本应最有利于聚落扎根的中部平原区如芦洋乡、中楼乡和岚城乡，它们的聚落密度反而较低，相当一部分的土地被用于耕种，由此可以看出平坦肥沃的土地会让位于生产，住所的宜居性退居次位。

海岛聚落的定址是解决海岛人地博弈关系的最重要一环，既充满理性，也充分体现生态节能性。强风气候、少雨干旱、多山多丘和丰富的海洋资源是平潭地区最为显著的自然因素，因此合理利用山脉选取避风区，近源获取生产资源是聚落选址的根本动因，拥有天然避风屏障的山坳或近海近湖的边岸为最佳选择。

3.3 聚落空间组织：以3种类型的代表村落为例

平潭地区的传统聚落形态多变，依据环境地形可分为平原聚落、滨海聚落和台地聚落3种类型[15]160。每个聚落看似呈个性化发展，但从生长惯性和生长轨迹中可以发现它们的空间形态同时受到某些共同影响因子的牵连。基于场地风速这个关键共性变量，本研究以3种类型的聚落作为量化切入点，各自选取一个代表性的、风貌保护相对完整的村落作为实证样本进行横纵向比较分析，探讨其组群化关联（表1）。

表1 代表村落简况表

（1）平原聚落：山显美村

山显美村背靠龙门山，地势平坦，是典型的平原聚落，以农业为主要生产产业。聚落内两条主要道路沿“东北—西南”走向，与风向保持一致，其他次要道路与主要道路的组织方式较为规整，主要呈十字交叉。内部民居约有70%朝SE方向，以山墙面抵挡强劲的东北风。建筑内部的庭院或者几栋建筑围合成的半开放空间皆朝东南方向，向阳且避风，有利于增加聚落内部的生活宜居度（图4）。

（2）滨海聚落：斗魁村

斗魁村村庄面朝大海，周边七山环绕，以农业和渔业为主要产业，北边有一澳口。其道路系统类似“鱼骨状”，主要道路顺沿等高线游离于聚落外部，这使得聚落的凝聚感得以提升。次要道路的连接方式分为两种：滨海区受风速影响最大，道路垂直风向且规则度很高，趋于直线；离海岸较远的位置则受地形影响较大，道路就着等高线分布，形式自由。滨海聚落内部的生产功能与居住功能的关联更为紧密，民居采取产住结合的模式，多为院落式，朝向为SSW。此外，滨海区的建筑为削弱强风的侵害，以组团的形式成行紧密排列，由此构成较长的挡风墙（图5）。

（3）台地聚落：青观顶村

青观顶村背倚山脉，具有天然防风屏障，村庄依山就势，布局灵活，“体现了‘田屋交错，景村一体’的整体格局”[16]7。受到山地的制约，聚落的道路呈树枝状展开，在竖向组织上以台阶和坡道来消减高差。建筑沿等高线散点式分布，朝向稍显多样（图6）。

借鉴对聚落空间边界形状的相关量化方法1），分别将上述3个聚落构建以100m、30m、7m作为尺度的3层虚边界，用下方公式（4）（5）分别计算它们的边界加权平均形状指数和在小边界下的建筑相对密度。从得到的结果数据中，我们发现形状指数和地形复杂度呈正相关，和相对密度与街巷规则度呈负相关，又由于建筑密度和街巷规则度在一定程度上与聚落内部的结构强度具有正向作用，所以可以得出结论：聚落的结构化程度：平原聚落>滨海聚落>台地聚落；受自然环境制约性：平原聚落<滨海聚落<台地聚落（表2、3）。

表2 三个聚落的边界加权平均形状指数和在小边界下的建筑相对密度

表3 三种聚落的4个指标比较

P为周长；A为面积； λ为长宽比

通过量化研究可以发现，基地环境的强烈制约转化为建筑聚落的强烈特征[17]28。3种类型聚落呈现出各异的环境应对策略和空间结构生态性。平原聚落受地形约束最少，集约化程度最高，聚落布局优先考虑防风和交通，对场地改造的能动性强；滨海聚落沿海岸分布，空间形态除了合理应对风环境，同时与人们的生产方式挂钩，建筑组织属于主动适应型；台地聚落倾向定址在背风的山坳，空间布局被动适应地形，建筑离散度高。

总体来看，平潭地区的聚落无论从宏观层面下的选址布局，还是从中观层面下的内部空间组织，都在努力调和生态、经济与社会的关系，寻求人与自然的平衡点。人们巧妙地依据自然条件获取环境优势，于紧张的场地资源中挖掘有效空间，聚落组织充分体现了对天然环境条件和自身功能需求的协调与融合。这也提醒我们在今后的规划设计中聚落的发展应立足于可持续发展理念，在延续空间形态有机性的前提下适当增强灵活性。

4 海岛聚落量化研究的观念与手段

基于对平潭地区量化的实践研究，可以初步判断海岛聚落的演变有别于大陆聚落的发展同质性，人地关系的有机协调成为海岛聚落营建的根源，其与环境的物质交换是一个择优的互馈过程。因此海岛聚落的量化研究需要在传统大陆聚落的研究观念与手段的基础上，融贯特定环境体系解析。

4.1 观念：独特环境下引入学科交叉

海岛环境的复杂性促生聚落形态的多样发展，对自然体系的科学研究能够辅助揭示其与人居环境构建的关联程度。由于人地关系是个较为复杂的非线性体系，影响因素庞杂，对人类需求和自然要素分类分点的描述成为对海岛聚落空间形态解读的根本途径。在有形与无形的环境因子量化过程中，多重成熟领域的学科知识有利于拓宽研究视野，深入挖掘研究对象的组成与结构，如地理学可分析区域地理特征和人地耦合系统；社会学探讨了人类群体的社会行为；生态学便于认知有机体与周围环境的关联……这些跨学科的理论知识相互碰撞与补充，共同组成整体性较强的系统研究体系，从多个维度和视角全面解析聚落的空间发展逻辑，使得海岛聚落研究的方法层次更显分明，成果更为综合。

4.2 手段：针对性的多元量化研究方法

6 青观顶村平面、朝向、边界分析

在学科交叉的背景下，聚落量化的手段趋于多元化、技术化。目前使用较为广泛的方法包括：平面斑块量化、空间句法、分形理论、自组织理论等。这些大部分侧重于聚落本体中微观层面现象的数理化，疏于形态发展过程与社会和环境因素的链接[18]75。此外，还有些方法如构建元胞自动机模型或系统动力学模型等能够从三维视角探索聚落的内部逻辑，但这些方法前期对数据的收集工作量较大。面对和自然环境关联紧密的海岛聚落，以上方法稍显不足。海岛聚落空间形态的研究需要置于宏观的生态环境之中，总结虚实环境强因子的客观数据，基于环境数据背景支撑下的综合分析来把握全局性，从根本上发现隐藏在复杂表象下内在因子耦合的主要特征，得出空间肌理的构建规律。

客观地看，尽管聚落研究目前已经到达相对成熟、丰富的阶段，但对于海岛聚落这一特殊样本至今尚未呈现系统性研究。因此，有必要基于学科交叉的开放视野构建一套根植于海岛特定环境的转译分析体系，在打破研究壁垒的同时探讨传统智慧的价值存续和当代应用。

5 结语

科学在发展，观念在进步。人类传统的感知面临着科学研究的新挑战：在新技术手段的介入下，当代海岛聚落空间形态的研究正逐渐摆脱主观的经验感知，转向建立基于多学科理论与技术支撑的客观评析体系。从对平潭海岛聚落的量化研究中可以发现，海岛聚落空间形态演变的本质是对动静态环境的全面认知与集约互动，具有明显的环境指向性，滨海、台地、平原聚落的多样性正是由于应对显隐性环境的策略差异造成的。此外，在量化分析海岛聚落形态的过程中结合地理学和生态学等视角，可以将人地协调机制图示化，将复杂无序的聚落形态转为层次分明的线性数据。

由于不同海岛之间的地域差别性较大，聚落对自然的解读也不尽相同，本研究应用的评价逻辑及方法手段主要面对海岛聚落个案，其普适性尚待提升。其在初步探析隐藏在平潭聚落复杂表象下的人地互动模式的同时，还期待能为人们深入了解海岛人居环境提供思路。□

注释

1） 浦欣成在《传统乡村聚落平面形态的量化方法研究》一书中论述了聚落空间边界形状的方法与科学性。