基于空间句法的多层地下轨道站点步行感知度研究*

王琳杰 邵继中 孙镇郢 万文韬

(1.南京工业大学建筑学院, 南京 211800; 2.华中农业大学风景园林系, 武汉 430070)

在城市高速建设进程中,人口不断地向城市聚集,导致土地紧缺,因此城市规划者提出竖向发展战略。依靠轨道站点开发地下空间成为城市竖向发展的重要形式之一。[1]地下轨道站点是以车站为核心,利用线网将人群辐射到周边,形成的地上与地下一体化场所。[2]

近年来地下空间的快速发展也带动了学者对轨道站点的研究,研究主要集中在空间布局、功能形态以及换乘模式等方面。李炳帆认为地下轨道站点应该注重功能、空间、环境的设计。[3]邵继中等基于以公共交通为导向的开发及“停车+换乘”模式为主导的城市形态提出了竖向换乘模式,为地下轨道站点的发展提供了新思路。[4]杨虹桥采用实地调研和案例对比的方法,对地下轨道站点功能存在的问题提出了优化措施。[5]李玲等对轨道站点步行空间换乘承载力、匹配度、设施配置及票务系统设置情况进行分析,并提出了设计建议。[6]

轨道交通出现虽然在一定程度上缓解了人口爆炸、机动车辆的增长、公共交通吸引力不够等压力,但也带来了新的问题。从心理学角度看,自然光线更容易引发积极情绪,黑暗的室内环境会促进攻击性行为的发生;在黑暗的室内采用人工照明虽能改善情绪状态,但是也会增加争吵行为。[7]相较于地面的步行,地下轨道站点内部都采用人工照明,行人无法直接观察到自然光线的变化,容易产生紧张感和压迫感,从而导致迷失方向,难以寻找到目的地。又由于地下轨道站点内部客流量大、流线复杂等问题,行人更急于寻找到目的地,容易引发环境问题和安全隐患。因此,通过对多层地下轨道站点步行感知度的研究,发掘多层地下轨道站点中行人在感知目的地时空间设计中存在的问题,提出有针对性的策略,有助于地下轨道站点规划设计技术手段的进步。

1 步行感知度的研究方法

1.1 空间句法理论

20世纪70年代,伦敦大学Hillier提出的空间句法是以拓扑学为基础,运用量化的方式、理性探讨人与空间关系的方法。[8]空间句法以人的行为活动为核心,将各类活动发生的空间相串联,从而建立起良好的空间感。空间句法现已广泛地应用于城市尺度中,如城市交通可达性[9-10]、土地利用形态[11-13]、聚落空间布局[14-16]等方面;在建筑尺度中,研究主要关注于园林布局[17-19]、建筑遗产[20-21]、民居布局[22-23]、公共建筑[24-25]等方面。空间句法发展至今,已衍生出轴线、凸状、视域等模型,其中凸状模型和视域模型在建筑等微观尺度建模分析中得到了广泛应用。[26-27]

1.2 研究思路和方法

1.2.1研究思路

步行感知度是指人在空间中行走时感知目的地的容易程度。在既往的研究中,罗亮认为影响人感知目的地的因素分为行人的主体特征、外部环境条件及行人与外部环境的关系;[28]陈立道根据环境行为学相关理论认为影响人感知目的地的主要因素可以分为:个人因素、环境人群因素、标志系统因素及空间环境因素;[29]段琦将影响人感知目的地的因素概括为环境因素和人自身因素两个方面。[30]在陌生的环境中,人通常根据自身需求利用空间的关系及见过的空间信息在脑海里构建整体空间。[31]根据马斯洛需求层次分析发现:人在地下轨道站点内行走时的需求主要来自生理需求和安全需求。马斯洛需求层次中生理需求是人最原始的、最基本的需求。行人在地下轨道站点中行走时能快速、容易地从任意空间去往另一任意空间,在一定程度上能够满足生理需求;安全需求要求稳定、平安,而在轨道站点这样光线较为昏暗、路径较为复杂的环境中,人须看到更多的空间信息来判断周围环境的安全性,同时也须要快速到达目的地,以免在不熟悉的环境中产生不安全感。因此,研究提出地下轨道站点的步行感知度用以衡量空间的布局能否满足人的需求。

因此,研究结合地下轨道站点封闭性、迷失性等特征,通过对典型地下轨道站点的调研和分析,将空间关系、人的视线、步行距离三方面作为切入点,探讨影响步行感知度的因素,主要涉及所处空间与目的地的紧密程度、所处空间与周围空间的紧密程度及所处空间与目的地的距离,即:空间可达性、空间可视性及步行距离。将这三方面综合考虑,提出可量化分析的模型和方法(图 1),弥补既往研究中无法量化分析人在轨道交通站点中步行感知度的缺陷。

1.2.2指标选取和计算

对地下轨道站点的背景研究发现:影响步行感知度的因素分可达性、可视性以及步行距离。可达性反映某一空间去往另一个空间的容易程度;可视性反映人处于某一空间时能看到周围空间的容易程度;步行距离反映从一个空间去往另一空间的路径长短。结合空间句法基本理论及地下轨道站点步行空间的空间特性进行文献检索和实地调研分析,筛选出研究步行感知度的指标。空间句法中的整合度可以较好地反映空间的可达性和可视性,而步行距离可依靠实地调研和计算机模拟反映。由于三个因素相互作用、共同影响、互相补充,因此研究将三种因素平均分配作为步行感知度的计算结果。

图1 步行感知度研究思路Fig.1 Research trains of thought on walking perception

1)整合度。空间之间联系越紧密,行人越容易从一个空间感知到另一个空间,反之亦然。整合度是反映空间连接紧密程度的指标,数值为某一空间与整体其他空间最短距离的平均值,该指标数值越大,空间在整体空间中的可达性越高。整合度的衡量指标算式如式(1)所示:

(1)

式中:Ii指第i个空间的整合度;αMDi指第i个空间平均深度值(深度值指任意空间到距离该空间最近的空间所经过的空间的个数,平均深度值指地下轨道站点内所有深度值的平均数);n指地下轨道站点的空间总数。

2)步行距离。地下轨道站点的隐密性使人的感官受到干扰;去往目的地时,行走的距离越长,人越容易怀疑路径的正确性,感知度大大下降。通过对人们出行目的的了解,将出行目的大致可以划分为过街、休闲购物、乘坐地下轨道交通、换乘、离开轨道站点五种。地下轨道站点上方的地面建筑较多,道路复杂,地面空间被分割开来,地下轨道站点的步行空间便承担了过街的功能,即行人从一个出入口想要到达另一个出入口;休闲购物者在地下轨道站点的目的地是商业空间,即行人从某一个空间想要到达任意一个能够满足其休闲购物需求的空间;乘坐地下轨道交通的行人是要从出入口到达地下轨道站点的站台层;换乘的行人是要从某条地下轨道交通线转到另外一条地下轨道交通线,从空间上来说,行人是从某一地下轨道交通的站台层去往另一条地下轨道交通的站台层;离开地下轨道站点的行人最开始所处的空间可以是任意空间,但其目的是到达出入口。

根据出行目的划分,可知行人须到达的空间分为出入口、站台层、商业空间。由于商业空间不包含在研究的步行空间范围内,因此将行人的最终目的地定为出入口以及站台层,而目的地为站台层的行人其出发点是出入口。因此,将出入口作为目的地,站台层作为出发点与将站台层作为目的地,出入口作为出发点虽看似相反,但其所经过的空间、路径等方面都相同。综上,研究将行人的目的地定为出入口。

另一方面由于地下轨道站点是一个立体的空间,须考虑上、下层之间的关系,竖向交通是联系上、下层的重要载体。在选择竖向交通时,行人的选择较为随机,因此研究将竖向交通作为中转目的地。在确定上、下层间的步行距离时,竖向交通间的距离根据层高、人流量等分析确定为固定值。

(2)

3)可理解度。在地下轨道站点这样较为复杂的环境中,某一个空间与整体的空间关系越紧密,在该空间中行走时越容易掌握整体空间的形态。空间句法中的可理解度是反映某一空间与整体空间的关联性和统一度的指标,用R2表示。该指标越大表示行人越容易从局部空间形态去推断整体空间形态。当行人从局部的空间推断出整体空间的形态时,能在一定程度上帮助行人快速到达目的地,也说明空间的可达性和可视性高,因此该空间的步行感知度好。然而由于空间的布局和人的视线看到的空间不统一,空间可理解度和视觉可理解差异会较大,结果用以分析步行感知度并不准确客观。但通过对可理解度的分析能发掘地下轨道站点步行空间可达性和可视性所存在的问题。因此,可理解度可作为研究地下轨道站点步行空间步行感知度的辅助指标。

可理解度的数值R2是局部空间的连接度C与整合度I在线性回归时的决定系数,该系数值越大,越容易从局部空间感知整体空间。R2的计算式如式(3)所示:

(3)

4)步行感知度。步行感知度P反映的是人在地下空间中行走时的目的地所处空间的易感知度。人从空间中的任意空间要去往另一个空间,若目的空间很容易被找到,则反映该空间步行感知度好,反之亦然。研究利用空间句法的拓扑关系得到空间的整合度I用以反映空间的可达性,利用空间句法的视域模型得到空间的视觉整合度V来反映空间的可视性,利用凸空间中几何中心的距离D得到步行距离,由于三者共同作用于步行感知度,因此将三组数据平均分配得到步行感知度P。利用图示的方法进行表达,颜色越红,步行感知度越好,颜色越蓝,步行感知度越差。步行感知度指标计算式如式(4)所示:

(4)

式中:Pi指第i个空间的步行感知度;Vi指第i个空间的视觉整合度。

1.3 研究模型构建

通过建立凸空间模型来表示空间拓扑关系,建立视域模型来表示视觉关系,建立距离模型来表示步行时行走道路的长度。建模后,利用Depthmap X软件获取凸空间模型及视域模型中的整合度。通过统计计算距离模型的几何中心长度得到步行距离。最后,将分析结果整合得到步行感知度,用以表示人在空间中行走时能感知目的空间的程度。

1.3.1凸空间模型

根据空间句法的相关概念,将三维空间转化成若干凸空间组成二维图形,按照空间关系将划分的凸空间连接,建立地下轨道站点的凸空间模型,利用整合度来判断某一空间的可达性。建立凸空间模型的原则有以下四项:1)确保划分后的凸空间中任意点与该凸空间中另一任意点的连线仍在该凸空间中;2)竖向联系为独立的凸空间。轨道站点的竖向联系在类型上可分为步梯、自动扶梯、电梯三类。若步梯和自动扶梯紧邻则划分为一个凸空间,电梯形成单独的一个凸空间;3)被铁马和闸机分隔开的区域分别形成独立凸空间。在轨道站点的站厅层中,铁马和闸机起到了分隔人流的作用,因此在凸空间的划分时应分开;4)去除非步行空间。针对商业及辅助空间这类的非步行空间,建立凸空间模型时,直接忽略,不予考虑。基于以上原则,对划分后的凸空间根据步行关系进行连接,最终得到凸空间模型。

1.3.2视域模型

利用视域模型对地下轨道站点步行空间进行可视性分析。根据实际情况剔除一些影响因素:1)高度在成人视平线以下的铁马和闸机可直接忽略;2)由于研究的对象为步行空间,在建立视域模型时将暂不考虑其他空间,因此将其他空间直接划分为以实体墙围合而成的封闭空间;3)从竖向交通上来说,将步梯和自动扶梯所在的空间形成一个单独的区域,留出上下楼梯口的位置作为开放面,其余三面封闭;4)在考虑电梯时,将电梯门的位置开放,其余三面封闭。

1.3.3距离模型

由于人的步行距离受到人的主观因素的干扰,因此,为了更好地模拟出人的步行距离,须建立距离模型。与凸空间划分原则相同,但在建立距离模型时将一个空间简化为一个点,则平均距离为点到点的直线距离。不同于平面的行走,地下轨道站点上、下层通常以楼梯、扶梯、电梯等竖向交通进行连接,根据测量和观察,将上、下层连接距离统一计为固定数值,以此将三维的上、下层空间距离在二维的平面上表示。

2 研究区域和数据

2.1 新街口地区地下轨道站点概况

南京新街口地下轨道站点(图2)[32]位于南京市中心,是南京地铁1号线与2号线换乘站。新街口地下轨道站点共有三层,地下一层是集过街通道、商业服务、站厅为一体的复杂空间,地下二层集合了2号线的站台层、1号线站厅层及1号线与2号线之间的换乘通道,地下三层是1号线的站台层。整个地下轨道站点共有24个出入口,其中20个作为步行主要出入口投入使用。

图2 新街口地下轨道站示意[33]Fig.2 A schematic diagram of Xinjiekou Underground Railroad Station

目前,国内大多数地下轨道站点采用的是岛式的设计,这种形式的竖向方向为购票安检的站厅层和候车的站台层,水平方向为轨道空间和站台空间。[34]新街口地下轨道站点作为地下轨道站点岛式设计的代表,为满足旅客的换乘及周边商圈发展的需求,其空间功能复杂,因此,选择南京新街口地下轨道站点进行步行感知度研究,对探讨复杂的多层地下公共空间设计具有借鉴意义。

2.2 数据及获取方法

将实测的数据整理得到新街口地下轨道站点平面图,根据空间句法的相关概念和实地调研分别建立凸空间模型(图3)、视域模型(图4)以及距离模型(图5)。通过测量和观察,建立距离模型时,将上、下层连接距离统一计为3 m。利用Depthmap X软件进行分析,进一步得到新街口地下轨道站点凸空间模型及视域模型的整合度、连接度数值。再分析整合度与连接度关系,得到可理解度。利用距离模型统计计算每一个空间与出入口和竖向交通间的距离,得到步行距离。

图5 新街口地下轨道站点距离模型Fig.5 A distance model for Xinjiekou Underground Railroad Station

3 结果分析和评价

3.1 可达性分析和评价

3.1.1整合度

根据整合度分析结果(图6)可知:新街口地下轨道站点整合度最高的区域为地下一层中心圆形空间,数值为1.004,该空间在整体空间中不仅可达性最高,也是整个地下轨道站点的核心空间,承担着最多的人流。越靠近核心空间的步行空间整合度越高,可吸引大量的人流,行人更容易到达此空间,越远离核心空间的区域整合度越低。地铁2号线站厅的整合度平均数值为0.710,远高于同层除核心空间的其他步行空间,远离核心区并靠近端头的步行空间整合度数值在0.450左右。南北向的步行空间整合度越靠近圆形核心空间数值越高。可见,新街口地下轨道站点地下一层呈向三个方向发散的布局,越远离核心空间的空间整合度越低,可达性也越低,缺乏了局部和整体的连续性,导致行人难以寻找去往远离核心空间的出入口。地下二层的步行空间分为两个区域,东西向为地铁2号线站台层,南北向为地铁1号线站厅层。2号线站台层整合度平均值为0.582,相对于整个地下轨道站点可达性较差。1号线站厅层中靠近竖向交通的区域整合度数值均大于0.911,接近了全局最高的整合度数值,表明该区域在整体空间中起着非常重要的作用。地下三层为1号线站台层,该区域整合度平均值为0.622,相对整体空间可达性较为适中。

图6 全局整合度Fig.6 Global integration

3.1.2可理解度

根据空间句法相关定义,可理解度数值小于0.5时,人很难从局部的去认知整体空间。新街口地下轨道站点步行空间可理解度的R2值为0.128(图7),因此,行人寻找到目的地的难度较大。由于新街口地下轨道站点承担的职责过多,出入口的分布也较为零散,功能的混杂,在空间中很容易迷路,行人很难从周围的局部的空间建立起对新街口地下轨道站点的整体印象,对新街口地下轨道站点全局信息获取受到阻碍。

图7 凸空间可理解度Fig.7 Comprehensibility of convex spaces

3.2 可视性分析和评价

3.2.1整合度

由于新街口地下轨道站点没有下沉广场或中庭等空间,人在观察周围情况时,无法直接观察到上、下层的情况,只能观察所在层的空间。因此,在分析视觉整合度时,每一层都应独立考虑。视觉整合度(图 8)颜色越暖的区域,越容易吸引行人的目光,行人站在此区域也越容易看到其他区域。新街口地下轨道站点步行空间中负一层的圆心核心区域与地下二、三层的站台空间整合度平均值均高于9.5,相对于整体空间来看,这三个区域的可视性较好。各个出入口整合度平均值在3.8左右,可视性较差。对于客流量较大的地下轨道站点而言,竖向交通既要能被看见,又要避免客流量过大造成人群拥堵,因此该区域不能拥有过高或过低的整合度。根据分析可知:新街口地下轨道站点竖向交通整合度数值在6.3左右,因此新街口地下轨道站点竖向交通的可视性相对合理。地下一层中远离核心区域南北向的步行空间数值是全局最低,因其路径过长,道路狭窄可视性极差。其余的步行空间整合度数值差距较小,可视性一般。

图8 视觉整合度Fig.8 Horizontal integration

3.2.2可理解度

分析视域模型中地下一层、地下二层及地下三层的可理解度,得到R2的数值分别为0.792、0.945、0.953(图9～图11),在空间句法中,可理解度大于0.7时说明行人在任意局部空间较为容易去认知本层的整体空间。可见,新街口地下轨道站点在视觉上拥有极高的可理解度,结合连接值看,地下一层中,南北向的步行空间连接值均值约205.6,东西向步行空间连接均值约327.3。东西向的步行空间是由核心空间与之相连,行人容易从此类的空间建立其整体空间的印象,获取整个地下轨道站点的信息较为顺畅。南北向的步行空间被商业空间割裂开来,视线上受到阻碍,从局部的空间难以认知整体。地下二、三层的连接值和整合度变化较为一致,十分有利于从局部的空间感知整体空间。

图9 地下一层视觉可理解度Fig.9 Horizontal comprehensibility of the basement one

图10 地下二层视觉可理解度Fig.10 Horizontal comprehensibility of the basement two

图11 地下三层视觉可理解度Fig.11 Horizontal comprehensibility of the basement three

3.3 步行距离分析和评价

孙立山根据调查发现行人在轨道站点内平均可接受的步行距离为260 m。[35]分析新街口地下轨道站点内部空间的步行距离(图12)可知:地下一层中南北向步行空间以及圆形核心空间承担了地下轨道站点的主要人流,行人须要尽快找到目的地从而减轻交通压力。因此,该区域的步行距离较短,满足了该区域的需求。由于主要出入口设置在地下一层,地下二、三层的步行距离相对较长。地下二层的左侧步行空间与竖向交通的空间步行距离与同层其他空间步行距离相比较短。地下三层的空间由于须通过竖向交通才能到达负一层,因此,步行距离偏长。地下三层中靠南的竖向交通空间步行距离较短,是由于该竖向交通能直接到达地下一层,与之对应的地下一层竖向空间与更多的出入口的步行距离也更短。总体来看,新街口地下轨道站点内部空间的步行距离较为合理,有效地缓解了交通压力,也便于行人感知空间。

图12 新街口地下轨道站点步行距离Fig.12 Walking distance in Xinjiekou Underground Railroad Station

3.4 步行感知度分析和评价

根据以上分析可知,可达性、可视性以及步行距离的分析结果不一致,从单一模型观察无法得到科学有效的结果。因此,提出步行感知度用以分析人在地下空间中行走时是否容易找到目标空间。空间是否容易被寻找到不仅需要空间的可达性好,也需要可视性好,更需要步行距离较短。根据步行感知度数值的范围将其划分为优秀、良好、适中、不佳、差五个等级(表1)。

表1 步行感知度等级划分Table 1 Classification of walking perception

根据新街口步行可感知度(图13)不难发现:地下一层中圆形核心区步行感知度极高;大多数出入口的步行感知度不佳或差,使用者较难找到出入口所处的空间;越靠近圆形核心空间的步行空间的步行感知度越良好,而远离圆形核心空间由于其步行距离较短、空间视野狭窄等原因导致步行感知度变差;地下二层中2号线站台层整体步行感知度适中,但靠近端头的两个楼扶空间的步行感知度不佳甚至差,该层中的电梯由于处在边缘位置,难以被使用者找到,步行感知度差,电梯的利用率大大下降;1号线的站厅层整体步行感知度良好,视野较为开阔,其中距离一层圆形核心空间较近的竖向交通区域步行感知度达到了优秀,不仅承担了通往1号线地铁的作用也承担了换乘2号线的作用;地下三层的1号线站台层整体步行感知度良好,该区域的视野通透,有较大的空间提供给行人,也有步行感知度适中的空间提供给行人休憩。

图13 步行感知度Fig.13 Walking perception

4 结束语

轨道站点的步行感知度是一个复杂的问题,要综合考虑空间关系、人的视线以及步行的距离,研究借助空间句法的理论基于量化的分析对新街口地下轨道站点的可达性、可视性以及步行距离三个方面进行分析,并将三者结合分析得到综合评判研究区域的步行感知度。通过研究结果分析不难发现地下轨道站点步行空间所存在的问题,因此提出以下几点优化策略:

1)提高步行空间的连续性。步行空间平面狭长,又有非步行空间将其分割,导致可视性和可达性都较低。可将非步行空间,例如商铺、购票机、卫生间等沿步行空间两侧布置,减少步行空间的割裂感,增强其连续性。

2)保证各个出入口与主要步行空间直接相连。虽然地面道路布局及大型综合体位置等因素限制了出入口位置,但大部分出入口的步行可感知度差的原因是其可视性、可达性差。因此,减少主要步行空间与出入口连接的空间,尽量保证主要步行空间与出入口直接联系,使行人更加容易感知到出入口位置。

3)减小干扰核心步行空间整体性的因素。核心空间虽然步行感知度较好但通常由于空间巨大,导致可视性差,保证合理的大小能大大提高其步行感知度。经现场调研发现:巨大的柱子、辅助功能设施以及临时摊位会遮挡住视线,不利于使用者感知空间,建议减少核心步行空间内非必要功能设施及摊位等,减少影响步行感知度的的非空间因素。

4)合理布局站台层。从地下二、三层站台层步行感知度来看,地下三层站台层的楼扶梯之间距离更大,拥有更强的空间连接性与视线感。因此在站台层空间布局应当扩大楼扶梯之间的距离,不仅能缓解人流拥挤的问题,也能大大提高空间的步行感知度。

此外,研究存在一些局限性。首先,研究根据理论研究提出了评价体系,但并未有实验验证可行性。其次,在针对步行感知度分析时,忽略了地下轨道站点内标识系统的作用,而人在陌生未知的空间很容易下意识地去寻找指示牌路标。另外,研究将三种指标平均分配是基于对三种因素共同作用的主观认知。因此,在下一步工作中,须要将更多的影响因素引入模型,解决指标权重合理分配,将更多的空间相关数据代入评价体系中,对其布局进行优化设计,将其与原有的设计进行对比,验证评价体系的合理性和可行性。