基于空间句法的溧水空间格局研究

2022-05-28吕明扬东南大学建筑学院博士研究生

建筑与文化 2022年5期

文／吕明扬东南大学建筑学院博士研究生

引言

空间句法是一种“通过对包括建筑、聚落、城市甚至景观在内的人居空间结构的量化描述，来研究空间组织与人类社会之间关系的理论和方法”[1]，该方法由比尔·希列尔（Bill Hillier）、朱利安·汉森（Julienne Hanson）等提出[2]。进入2000 年以来，随着计算机技术的发展，空间句法研究发展迅速。2020 年，以北京国际空间句法大会为契机，国内掀起了新一轮空间句法讨论热潮。在城市研究领域，空间句法多用于多尺度下城市路网可达性、路网结构、城市功能布局等方面的分析，也作为城市规划和城市设计辅助工具[3]广泛用于城市交通路网规划、城市公共空间布局、城市防灾疏预案、城市犯罪空间盲区分析等方面。国内已有大量基于空间句法的城市和聚落研究成果，杨滔[4]、段进[5]、盛强[6]、王浩峰[7]、陈思雨[8]等学者在此方面均有较为系统的论述。但是，目前空间句法的指标多依据西方城市的研究成果而来，关键指标在中国城市实践中的适应性还需通过实例做进一步验证①。

近年来大数据技术的兴起使得城市中人的聚集信息可以通过微博或微信打卡数据、手机信令等获取，城市功能则可以依靠POI 抓取获得，谷歌地图或百度地图等提供的城市航片则可以反映城市的建设情况。基于城市多源数据，城市空间结构可以被更为全面和精确地认知。基于空间句法分析得到的城市模型普遍适用性也可以基于多源数据做进一步验证。

笔者于2018 年参与了溧水总体城市设计项目。项目过程中，笔者基于空间句法探讨溧水城市未来发展的可能，并提出以下问题：多尺度下，溧水空间格局现状如何？基于空间句法分析得到的溧水空间格局是否具备足够的代表性？基于空间句法的溧水空间格局预测结果与城市总体规划是否匹配，能否将其用于深化总体规划成果？针对上述问题，本文将基于空间句法研究多尺度下的溧水空间格局，并对其未来的发展做出预测。与此同时，基于多源数据，探讨空间句法在中国城市中的普遍适应性问题。

1 溧水城市介绍

溧水区位于南京南部，距南京主城45 公里，是南京四大副城之一（图1）。溧水区域面积1067 平方公里，实有人口51 万。溧水主城区主要由三部分组成（图2），包括北部团山开发区，中部老城和南部新城；另有西南部的洪蓝镇、东部靠近高铁溧水站的东屏镇和西北部靠近禄口机场的柘塘镇与主城关系密切。

图1 溧水区航拍片图（图片来源：作者改绘，底图来自百度地图）

图2 溧水城市分区图（图片来源：作者自绘）

在历史上，溧水地处吴楚交界之地，因军事防御而兴城。城市南侧“鸡笼山-横山-小茅山-无想山-观山”一线形成的天然屏障，在抵御南侧入侵方面有先天优势，是拱卫南京的重要据点。时至今日，溧水依然保留部分历史遗迹，在城市航拍图中古城范围清晰可见（图1）。

溧水的自然环境资源优势十分突出，山水格局与城市建设关系紧密。溧水区是秦淮河的发源地，具有水乡风韵、田园风光、山地风貌的特点，林木覆盖率达35%，城区绿化覆盖率达42.4%。结合山水资源，溧水形成了“一半山水、一半城”的空间形态（图1）。

城市用地分布方面（图3），溧水位于宁杭经济发展轴上，是长三角地区发展的新增长点，聚集了一批新兴产业在此落户，包含国家重要影视基地、农业科技基地和新能源汽车制造产业新城等。相关产业用地多位于北部团山开发区以及柘塘镇和东屏镇周边区域。居住用地则集中在中部老城和南部新城。中小尺度的商业和办公服务用地则多集中于老城区，南部新城则以大型商业、文体用地为主。

图3 溧水用地分布图（图片来源：作者自绘）

城市交通方面，溧水交通便利（图4），有三条城际高速公路在此汇集，东部有宁杭城际铁路过境，城内有南京地铁S7 号线联系南北。城市路网呈现由西北向南的带状发展，以珍珠路、淮源大道、秦淮大道等为纵向轴线串联整个城市，横向以交通路、机场路、天生桥大道作为主要联系通道。

图4 溧水城市交通图（图片来源：作者自绘）

2 基于空间句法的多尺度空间结构分析

该部分内容是利用Depthmap 软件中的线段（segment）模型对溧水的路网做空间句法分析。通过设置不同的计算半径②，研究基于线段模型对路网结构做多尺度分析。研究对半径为500 ～20000m 范围以及无穷大共计12 种情况做计算，涉及步行适用范围（500 ～1500m）、车行适用范围（2000 ～5000m）和市域范围（7000m 以上）三种城市尺度上的分析。计算指标选择方面，整合度是本研究的核心指标。整合度由空间句法中的空间深度（Depth）指标转化而来③[1]。整合度指标多用于量化某街道单元在整个网络系统中的可达性。一般来说，整合度越高，对应单元越可能是网络的中心[2]，在城市中整合度最高的位置往往与城市中心重合[4]。结果的可视化方面（图5），轴线颜色越暖，则其整合度越高，可达性越好，中心性越强；轴线颜色冷则代表整合度较低。路网模型构建方面，考虑到模型边界对于计算结果的影响，建模时适当扩大路网范围，图中仅截取了溧水城区部分的整合度计算结果。

图5 基于空间句法的溧水路网多尺度整合度分析结果（图片来源：作者自绘）

由计算结果可知，500 ～1500m 半径内以中部老城的整合度相对较高，整合度极大值出现在中大街沿线，这也是溧水老城的中心。在此尺度下，步行20 分钟以内可达，是步行者的可认知范围。老城核心区至今依然是溧水的商业中心，这里也是溧水步行尺度的中心④。

从半径2000m 开始，整合度的极大值向东南方向移动，逐步靠近南部新城，并沿地铁线展开。当半径在3000 ～5000m 之间时，整合度极大值稳定在地铁S7号线与天生桥大道交界位置，这也是南部新城的核心区域。在此尺度下，开车15 分钟以内可达。对于重视车行交通的新城而言，这是大部分新城居民可以实际感知到的城市中心。

从半径7000m 开始，整合度极大值进一步东移，秦淮大道（地铁沿线）成为统合城市南北的最主要轴线。至半径20000m 时，其结果与不设半径限制的结果相似，整合度极大值北移至整个路网模型的中心位置——团山开发区，也是市域范围的几何中心。由于尺度较大，该中心的居民感知度较低。

由空间句法分析可知，步行尺度下（500 ～2000m），城市中心在老城；车行尺度下（2000 ～5000m），城市中心则移动至南部新城；市域尺度下（7000m 以上），城市中心则位于团山开发区。不同尺度下，基于空间句法的路网结构（整合度中心位置）区别明显。下面将讨论在何种尺度下，路网结构与城市现状（人、功能和建筑的聚集情况）更为契合。

3 多源数据相关性分析

该部分内容是对多尺度空间句法分析结果与城市多种类数据作相关性分析，验证基于空间句法得到的城市模型的普遍适应性。城市数据包含各地块的容积率、POI 分布以及人的聚集情况，上述数据将被转换至线段模型（segment model）上，并以街段为单元进行相关性分析。

3.1 容积率

溧水的地块容积率数据来自于笔者参与的溧水总体城市设计项目提供的地形图，并以现场调研方式完成数据的校正⑤。在此基础上，将地块容积率赋值到与其直接相邻的街段单元上。赋值的具体方式为：首先以街段线为中心向外拓展100m，得到一个圆角矩形范围；然后记录该范围内包含所有地块的容积率，再根据各地块在圆角矩形范围中全部地块面积占比加权计算出街段单元的平均容积率，算法参见公式1。其中FARsegment指的是街段单元的平均容积率，Splot指的是街段单元的圆角矩形范围内全部地段区域的面积和，Sn指的是圆角矩形范围内某地块的面积，FARn指的是对应地块的容积率。

（图6）。由各地块的容积率情况可见，南部新城的居住和商业地块容积率普遍高于其他区域。天生桥大道沿线和地铁S7 号线（秦淮大道）沿线的容积率最高，容积率多在2.5 以上，这些地块多为新开发的高层住区或大型商业综合体。另有老城中心区域中大街沿线少量地块的容积率较高，这里是老城的商业中心。老城其他区域和团山片区的地块容积率多在1 ～2 之间，这部分地块以多层居住区和产业园为主。主城区以外的三个镇容积率则多在1 以下。

图6 溧水地块及街道周边容积率分布图（图片来源：作者自绘）

相关性分析方面（表1），容积率与空间句法分析结果相关性较强，相关系数（R 值）均在0.30 ～0.62 之间。具体到各个尺度，当半径在2000 ～4000m 区间时，容积率与整合度的相关性更强；半径为3000m 时相关系数最高，达到0.616。这说明城市的建设开发情况与车行尺度下的空间结构更为接近。

表1 不同半径下整合度与容积率、POI、活力的相关性分析（表格来源：作者自绘）

3.2 POI 热度

溧水的POI 数据抓取自高德地图，抓取时间为2018 年7 月26 日。经数据清洗后，共有18285 条POI 数据以点要素形式整合到溧水GIS模型上。本文关注于POI 在街段单元周边的聚集情况，因此以街道POI 热度指标描述之。在量化方法上，首先以街段线为中心向外拓展100m，得到圆角矩形范围；然后统计该范围内包含的POI 的数量，作为街道POI 热度指标的结果。经统计，溧水的街道POI 热度结果详见图7。

图7 溧水街道POI 热度图（图片来源：作者自绘）

由街道POI 热度分布图可知，城市中部的中大街、中山路和珍珠路沿线区域的POI 热度最高。除溧水老城和南部新城POI 热度相对较高以外，团山开发区以及周边三镇的POI 热度较低，POI 热度由中心向边缘的衰减迅速。溧水老城聚集了大量中小规模的商业业态，地块尺度较小，是POI 热度高的主要原因，南部新城虽然开发强度更高，但是由于地块尺度较大且功能相对单一，因此该区域的街道POI 热度不如老城。

相关性分析方面（表1），街道POI 热度与空间句法分析结果相关性较强，相关系数（R 值）多在0.28 ～0.54 之间。具体到各个尺度，当半径在2000 ～4000m 区间时，POI 热度与整合度的相关性更强；半径为2000m 时相关系数最高，达到0.573；半径为3000m 时相关系数为0.56，这十分接近于最高值。街道POI 的聚集依然与车行尺度下的城市结构最为接近。

3.3 人的聚集度

溧水的人的聚集情况基于微信位置服务⑥抓取，抓取时间为2018 年7 月5 日全体。经数据清洗后，共有27208 条位置数据以点要素形式整合到溧水GIS 模型上。本文关注于人在街道周边的聚集情况，因此以街道中人的聚集度描述之。在量化方法上，首先以街段线为中心向外拓展100m，得到圆角矩形范围；然后统计该范围内包含的人的定位点数量作为聚集度指标的结果。经统计，溧水各街道人的聚集度详见图8。

图8 溧水街道上人的聚集度分布图（图片来源：作者自绘）

由各街道的聚集度分布情况可知，城市中部和南部的中大街、中山路、珍珠路、天生桥大道和秦淮大道沿线区域的聚集度最高。团山开发区以及周边三镇也有一定人流聚集，聚集度由中心向边缘的衰减相对缓和。这说明尺度宜人的老城区和新建设的南部新城对于人口均有较强的吸引力。从用地功能角度来看，相对集中居住区和商业区是城市人口聚集的主要区域。

相关性分析方面（表1），街道中人的聚集度与空间句法分析结果相关性较强，相关系数（R值）多在0.37 ～0.64 之间。具体到各个尺度，当半径在2000 ～4000m 区间时，聚集度与整合度的相关性更强；半径为3000m 时相关系数最高，达到0.635，在所有相关分析中表现最好。这说明溧水的人的聚集情况与车行尺度下的城市结构最为接近。

综上所述，多尺度下的整合度与城市地块容积率、街道POI 热度和人的聚集度均有较强的相关性。这也验证了基于空间句法的城市空间结构具有一定的普遍适用性。相关性排序方面，聚集度≈容积率＞POI 热度。这说明人的聚集和地块开发情况与基于空间句法的空间结构更为匹配；POI则多聚集在在商业为主的地块，聚集中心位于老城，与空间结构的匹配度稍低。尺度方面，当计算半径在1500 ～7000m 之间时，三个指标的相关性均在0.3 以上；当计算半径在2000 ～4000m 之间时，三个指标的相关性均在0.5 以上。容积率和聚集度的相关性极值出现中3000m 尺度下，POI 热度的相关性极值虽然出现在2000m 尺度，但是其在3000m尺度的表现十分接近极值。因此，3000m 尺度下的空间结构最具普遍适用性，能够在一定程度上反映城市多要素的聚集情况。

4 溧水的城市发展预测

空间句法可以通过对规划路网的建模计算预测城市未来的发展情况[4]。经过前文研究发现，当半径为3000m 时，溧水的整合度计算结果最具代表性，由此得到的空间结构中心与城市的发开、POI 和人的聚集中心位置大致匹配。基于此，研究根据3000m 半径下的规划路网整合度计算结果，预测溧水未来的城市开发建设、POI 以及人的聚集中心所处位置，分析基于空间句法的未来城市空间结构，并将其与总体规划中的布局结构作对比。

由规划路网形态（图9）可知，规划中的溧水城市路网向东、南、北三个方向延伸，分别对应东部高铁站周边、南部新城和北部会展产业新区的发展建设。除向外扩张外，路网密度相对于现状提升明显，尤其是部分会展产业新区中心位置，路网密度超过主城区中心水平。由规划路网的空间句法整合度计算结果（图9）可知，整合度极大值同时出现在南部新城北侧和会展产业新区。其中，南部新城北侧的整合度极大值稍高，影响范围更大，以天生桥大道和地铁S7 号线（秦淮大道）交汇处为中心，包含老城和南部新城大部分区域，整合度由中心向周边平缓降低。另一个中心则出现在会展产业区中心，规划中城市北部路网在规模和密度方面与主城区相仿，这足够支持新中心的形成。团山开发区整合度稍低，有形成次等中心的潜力。高铁站周边与其他城市边缘区域的整合度水平相当，以目前规划路网情况形成次级中心较为困难。综上，由空间句法预测的溧水未来将形成双中心格局，南北双子城并列。

图9 基于规划路网的空间句法整合度计算结果图（图片来源：作者自绘）

基于空间句法的溧水空间结构预测与总体规划中的布局结构存在一定差距。在溧水总体规划（图10）中，明确提出“一主三副”的布局结构，即以南部新城为主中心，老城、会展产业区和高铁周边为副中心的城市格局。就路网结构的整合度而言，老城和南部新城会合并为同一主中心，北部会展产业区也会形成一个主中心，高铁站周边则难以形成副中心。由于北部会展产业区尚在规划中，距离形成主中心仍有很大差距，因此总规中将其作为副中心。高铁周边区域受到宁杭高速的阻隔，难以与主城区连成一片，不太适合作为城市副中心发展。综合总体规划和空间句法预测结果，溧水未来可能发展为带形城市，即以南部新城和中部老城区结合为主中心，串联团山开发区和北部会展产业区，形成由南向西北延伸的城市主轴。