公共空间品质的经济效益测度与城市设计导控：基于多源数据与机器学习

叶宇，黄镕*

1 背景

随着我国城市发展步入新常态，城市建设正逐步转变为以品质提升为核心的存量更新阶段[1]，人们对城市的空间品质也提出了较高要求。因此，公共空间的设计亟需一套高效、多角度的评估体系，为空间品质的量化测度提供操作参考。以往的城市品质研究多关注于美学、效率等层面，而随着人们为优质的住区环境支付额外费用的意愿逐步强烈，如何量化高品质城市空间所带来的经济效益，已成为近年来的研究热点。

高品质的城市设计可带来经济效益提升已是普遍认知，但对于空间品质中各项要素对经济效益的影响权重及其变化趋势，尚未有较明确的量化研究。近10 年间，新数据、新技术与城市设计深度融合，其中多源数据能支持城市设计领域更系统性、综合化的建模与分析，而机器学习技术能够洞悉建成环境领域普遍存在的复杂、非线性关系，为空间品质的经济效能解析提供了系统化测度的可能。

公共空间经济效益的组成要素较多，而二手房价是其中最能反应居民对建成环境的选择意愿的因变量之一。多年来，Hedonic 特征价格模型被广泛用于研究城市环境特征对房价的影响，相关研究通过回归模型的显著性分析，判断衡量所选的研究因子对住房价格的影响是否显著及其影响程度[2]，已成为一套较成熟的研究方法。

2 研究设计

2.1 分析框架与关键指标

本研究以上海市中心城区（外环线以内）的街道公共空间作为研究对象，该区域空间形态丰富，能保证充足的空间形态代表，且上海二手房交易市场趋于成熟，数据量大且记录全面，有助于研究分析市民对城市空间品质要素的偏好。

经典房价研究变量包括区位特征[3]、房屋特征[4]、服务设施特征[5]，其中区位特征包括行政区划等3 个变量；房屋结构与邻里特征包括建筑面积、小区总建筑面积、小区容积率等15 个变量；服务设施特征包括餐饮购物、文化娱乐、公共交通、教育和医疗等5 类设施的密度与距离变量，计算考虑距离衰减。

本研究在此基础上将城市空间品质要素作为新增变量纳入分析模型，具体为二维视角的路网形态变量与三维视角的视觉品质变量，其中路网形态变量包括可达性等3 个变量，视觉品质变量包括街道绿视率等7 个变量（图 1）。

1 分析框架

2.2 数据获取与模型分析

本研究抓取了2020 年上海市14,875 条房屋交易记录作为因变量，并抓取了975,964 张街景影像数据计算空间品质相关变量。

为研究空间品质相关变量对房屋价格的影响权重，选择多元线性分层回归模型，通过对房价研究中相关变量的重要程度，分为4 组纳入各类型变量，纳入顺序为：区位特征、房屋结构与邻里特征、服务设施特征、空间品质相关特征。

进一步，为探究相关变量对房价影响的非线性变化趋势，选择机器学习的梯度提升决策树模型（Gradient Boosting Decision Tree，GBDT），纳入线性模型中显著相关的变量，并引入部分依赖图（Partial Dependence Plot）理解单个特征对机器学习模型的预测结果的边际效应，并揭示非线性特征的变化区间及阈值。

3 结果分析

多元线性回归模型调整R2为0.618，模型拟合显著有效，结果显示空间品质变量组纳入模型后R2更改量与服务设施变量组相近，表明空间品质与含餐饮、娱乐、医疗、教育、交通等服务设施的影响权重相近。根据显著相关的变量的回归系数结果可对空间品质中各变量的影响权重排序，结果显示，适度的围合度和较高的绿视率能带来显著的经济效益，且居民更愿意牺牲车行可达性来保证静谧的居住环境与社区安全，而街道商业氛围与界面色彩也能带来一定的经济效益（图2）。

2 空间品质相关变量的权重排序

通过梯度提升决策树模型的部分依赖图可探究空间品质相关变量对房价的非线性影响，如图 3 所示，整体而言房价随绿视率提高而提升，当绿视率＜0.175 或＞0.300 时，绿视率带来的经济效益较小，当绿视率位于[0.175-0.300]区间，提高绿视率带来的经济效益较大，表现为房价随绿视率提升而升高；而当围合度＜0.6 或＞0.82 时，改善围合度带来的经济效益较小；当围合度位于[0.60-0.82]区间，改善围合度带来的经济效益较大。

3 空间品质相关变量对房价的非线性影响

4 展望

过去10 年，数据支持的城市设计从单一数据支持的现状分析，逐步演变成多源数据支持的深度整合分析。本研究通过对空间品质变量经济效益的探究，突破了传统城市设计理论偏重于空间美学、社会效益的评价标准，有望使经济效益成为城市设计评价的新方向。同时，通过更深入的量化分析，探究了各类空间要素的经济效益影响权重，并进一步解析了不同要素效用最大化的阈值区间，为更精准的城市设计导控提供参考。这展示了当前城市设计领域开始从定性描述到定量解析乃至深度预测的转型过程，未来有望借助有“厚度”的多源城市数据和有“深度”的分析算法，探索由设计师的先验经验难以发现的规律，推动城市设计研究从“已知的已知”到“未知的未知”，从而呼应当下“设计科学”的新范式，探索科学、技术与设计融合的新方向。□