基于空间句法的城市立体道路网研究

孙振洋 韩宝睿 王宝乐

摘  要：南京鼓楼地区经历了近百年的演变，形成了独特的网络特征。文章旨在通过整理2021年的鼓楼地区道路网数据，并运用空间句法分析方法，选取全局整合度、局部整合度和可理解度作为主要指标，来量化分析鼓楼地区道路网的拓扑结构。同时，对2021年的平面道路网和立体道路网进行空间句法对比分析，以更准确地揭示城市道路网的特征。此外，还分析了鼓楼地区公共事业单位与道路网之间的空间关系和作用机制，采用集成核方法进行耦合分析。文章构建了鼓楼地区道路网分析模型，为历史古城片区道路网的发展提供了参考依据。

关键词：空间句法；立体交通；道路网；南京鼓楼

中图分类号：U491     文献标志码：A

DOI：10.13714/j.cnki.1002-3100.2024.13.019

Abstract： Nanjing drum-tower has undergone nearly a century of evolution， resulting in unique network characteristics. This paper aims to analyze the topological structure of the road network in the Nanjing drum-tower by organizing the road network data from 2021 and applying spatial syntax analysis， with the key indicators of global integration， local integration， and intelligibility. Furthermore， a comparative analysis of the planar road network and the three-dimensional road network in 2021 is conducted to accurately reveal the features of the urban road network. Additionally， the spatial relationship and interaction mechanism between public utilities and the road network in Nanjing drum-tower are analyzed， employing an integrated kernel method for coupling analysis. This paper presents a road network analysis model for Nanjing drum-tower providing a reference for the development of road networks in historical and ancient urban areas.

Key words： spatial syntax; three-dimensional traffic; road network; Nanjing drum-tower

0  引  言

道路网承担多样的社会功能，承担着日常生活和满足情感需求，反映人们对未来的期望和对现实生活的追求。因此，从立体道路网的视角来揭示鼓楼地区道路网的特征，将为改善历史古城片区的公共空间和道路网发展奠定基础。

空间句法理论把现实环境抽象为几何空间，所探讨的并不是目标和目标之间的具体位置，而是与目标之间在轴线图上的拓扑联系关系。在道路网形态分析中，武凯华等[1]将线密度分析与空间句法相结合，揭示了交通优势区域不同集成核之间的关系；雒占福等[2]基于空间句法分析道路网河谷带状组团式空间分布特征；高慧等[3]研究了南京仙林地区对街区制和小区制两种不同居住模式的道路网结构与空间感知；Jin Lv[4]运用空间句法分析松原市不同时间的道路网结构，总结出各阶段空间演变特征和规律。在分析区域用地方面，Foltete J C et al[5]以空间句法的整合度量化分析行人移动与土地利用的关系；Tsou K W et al[6]通过空间句法分析城市多种网络配置，得知街道配置和公共交通网络都会影响零售模式；Hillier B[7]则认为空间结构通过对城市人流密度分配规律的塑造，极大地影响了城市土地利用的空间分布。

从上述研究来看，学者们对于道路网形态的研究大多着眼于城市平面道路空间，针对立体交通分析较少。本文以立体道路网的视角为基础，将空间句法与公共事业发展相结合，判断其与句法指标的契合程度。

1  研究基础与方法

1.1  研究方法概况。空间句法的本质是将空间划分为独立的拓扑元素，结合图论的思想，运用数学工具，定量分析各元素空间与空间的相互联系和相互关系[8]。在城市研究中，将大尺度空间划分为可研究的自由空间是空间句法的基础，其中“自由空间”是指建筑之间的道路与广场等人可以自由移动的空间。

空间分割法主要有特征点法、轴线分割法、视区分割法、凸多边形分割法，分别对应于点、线、面。由于城市道路大多都是线性空间，故一般采用轴线分割法，采用最长且最少的轴线覆盖整个道路网络生成相应的轴线图[9]，根据各轴线之间的拓扑关系，进行句法变量计算，其中整合度图中用不同颜色区分数值大小，暖色表示较高的数值、冷色表示较低的数值。

近年来随着车辆的爆炸式增长，鼓楼地区高架桥建设得到快速发展。为了更好地分析鼓楼地区道路网。首先对鼓楼地区现状地面道路进行空间句法计算；其次在现状地面道路上累加高架道路和隧道，并运用unlink命令将空间上不连接的道路分开，保持上下两层的拓扑关系。

轴线法流程示意图如图1所示。

1.2  道路网评价指标

1.2.1  整合度。整合度通过分析空间元素之间的拓扑关系和连接方式，衡量空间结构中各元素的整合程度[10]，包括全局整合度和局部整合度。对于道路网来说，整合度越大，表示该道路在道路网中的吸引能力越强，可达性越高；反之，表明道路在道路网中处于不便捷的位置。整合度的计算与局部平均深度值有关，通过不确定值来计算整合度[11]，其计算公式为[12]：

I==                                      （1）

式中：n为道路编号；RRA为实际相对不对称值；m为道路网中道路个数和；为局部平均深度值（即系统中某一节点到其他节点最短步数的平均值）。

1.2.2  集成核。集成核通过计算空间元素之间的距离、连接强度或其他相关性指标来确定元素的重要程度，即拥有相对高整合度的空间系统轴线分布区，代表社会性最强的空间区域[13]。集成核是将整合度由高到低排列，占据总量10%的区域。

1.2.3  可理解度。可理解度是局部整合度与全局整合度二者相关水平的度量[10]，数值上为局部整合度和全局整合度的相关性

R。可理解度是指在空间结构中，人们对于空间元素之间关系和排列方式的理解程度。它反映了空间句法分析结果的直观性和可理解性。可理解度取决于整体变量和局部变量间的关系，通过计算全局整合度和局部整合度得知[14]，其表达式如下：

R=                                         （2）

式中：R为城市道路可理解度值；I为系统中任意一轴线的局部整合度值；为平均局部整合度值；I为系统中任意一轴线的全局整合度值；为全局整合度值。

1.3  核密度分析。核密度衡量了特定区域内数据点的密度水平，通过将每个数据点视为一个核函数，然后将这些核函数叠加来计算数据点的密度分布[15]。运用核密度分析计算不同时期鼓楼地区公共事业单位（医院、学校、商场、政府机关）空间集聚程度。计算公式为：

fx=                                          （3）

式中：n为点要素；h为搜索带宽；x-x为估计点到样本点的距离。经过多次调试，确定搜索半径为1 000m。

2  鼓楼地区句法分析

本文所选取研究区域位于南京市鼓楼区，如图2所示。从地理位置来看，由主要道路、水系和城墙包围而成。研究区西起秦淮河，东至玄武湖，北接建宁路，南临广州路，整体位于南京古城西北处，形状较为规整，面积约20.62平方千米，包含道路457条，道路网平均密度为7.62千米/平方千米。南京鼓楼片区在百年历史中的城市地位不断变化，该区域内的用地性质也随着时间的推移而发生明显变化。

2.1  立体道路网与平面道路网对比分析。南京市鼓楼地区2021年现状地面平面道路网、现状立体道路网（平面道路网加高架道路和隧道）的各个空间句法指标测度结果如表1所示。总体上，鼓楼地区的各个句法指标在平均值、最大值、最小值和标准差相比，平面道路网和立体道路网的变化较小，说明加入高架和隧道的立体道路网的整体连通度虽然有所提高，但并不明显。

在所示指标中，整合度作为空间句法中最基本的指标，能够更准确、直观地反映道路网的连通程度，因此重点分析整合度的差异。相较于平面道路网，立体道路网的全局整合度在平均值、最大值、最小值和标准差上分别提高了0.506%、0.532%、1.327%和0.000%，而局部整合度则分别提高了

-0.685%、1.694%、0.000%和1.624%，表明立体道路网的连通度得到了一定提升。

根据空间句法的理论特点，整合度作为一个无量纲差异数值的指标，可以进行数值大小比较。因此按照等距原则将全局整合度和局部整合度划分为低、较低、中、较高、高五部分，以比较立体道路网是否更好地描述了鼓楼地区道路网的连通度。根据表2的数据可得知：道路网中较低级别的道路数量最多，其次是中级道路，而低、较高和高级别的道路数量差异不大（数量差都小于10条）。

表2表明，平面道路网和立体道路网中数量最多的为较低等级的道路，其次是中级道路，而低、较高、高等级的道路数量差别不大（数量差均小于10条）。较低等级的轴线数量从平面道路网到立体道路网，由154条增长到172条，占比从34.53%增长到36.44%；较低等级道路的全局整合度从平面道路网的0.625～0.798到立体道路网的0.631～0.804，提高了0.92%～0.72%。而中等级的轴线数量从平面道路网到立体道路网，由162条增长到163条，占比从36.32%增长到34.53%；中等级道路的全局整合度从平面道路网的0.798～0.971到立体道路网的0.804～0.977，提高了0.72%～0.59%。将较低等级和中级二者结合起来看，立体道路网在轴线数量比平面道路网增加了19条，占比则增加了0.12%，全局整合度数值上升了0.92%～0.72%。由此可知，立体道路网和平面道路网的差异主要体现在较低等级和中等级的道路上，对于低、较高和高等级的道路变化不明显。这意味着，绘制立体道路网对于鼓楼地区道路网的连通度具有更好的表现。

根据等距原则将局部整合度也划分为低、较低、中、较高和高（见表3）。由表3所知，二者的差异性主要来源于较低等级、中等级和较高等级道路，其他等级道路差异较小（均小于10）。针对于这两种道路而言，道路轴线数量增加23，占比则减少了0.13%，局部整合度数值上升了1.13%～1.64%，这也表明了绘制立体道路网能够更准确描述鼓楼地区道路网，对局部整合度影响较大。

结合全局整合度和局部整合度的分析结果表明：首先，最低等级和最高等级的道路轴线数量相对较少，而中间三个等级的道路轴线数量较多，呈现出典型的正态分布趋势；其次，立体道路网与平面道路网相比低等级和中等级道路轴线和占比均有所提高，说明连通度提高较为明显；再次，从整体的角度出发，立体道路网对提高全局整合度的表现更为明显（平均值提高了0.506%），而对局部整合度则有所下降（平均值下降了0.685%）；最后，从局部的角度出发，局部整合度较高等级道路轴线减少了10条，局部整合度平均值有所下降，而全局整合度却恰恰相反，这表明立体道路网对于道路网连通度的整体改善较为良好，但是对于局部道路网的改善不明显。

2.2  道路网评价。改革开放以来，城市发展中的道路建设活动明显增加。例如，20世纪90年代出台土地有偿使用制度改革，小区和学校的建立形成了大院模式，部分道路转变为内部道路。鼓楼地区随着商业发展壮大，道路建设加快，道路网逐步完善，城市整合度提高。观察全局整合度，中山北路、模范马路和中央路等道路具有较高整合度。新模范马路拥有较高的全局整合度，说明其在整个道路系统中具有较高的可达性，所以新模范马路才能成为贯穿鼓楼地区连接浦口区和玄武区的城市主干道。全局集成核形成“轴线双核”的空间形态，与道路建设促进整体整合度提升密切相关。鼓楼地区2021年全局与局部整合度如图3所示。

将2021年的句法参数值导入统计分析软件Spss里生成散点图（见图4），即“局部整合度-全局整合度”散点图（其中X轴为整体整合度，Y轴为局部整合度）。可以看出，2021年的全局整合度和局部整合度的相关系数R为0.687，呈现中相关性。这表明较好，可以从局部空间特征来感受整个城市的空间形态。鼓楼地区形成的大院制路网格局，没有其他支路的干扰，标志性建筑多，居民更容易从其所属的局部感知整体的空间格局。

3  公共事业单位核密度分析

基于POI数据，运用Arcgis进行核密度分析，研究公共事业空间的集聚特征（见图5）。2021年公共事业空间集聚格局更加趋于多元化，形成“一轴双核多点”空间格局。一轴即中山北路作为中轴线，两核为公共事业高度聚类核心（鼓楼广场、湖南路）；多点即在鼓楼地区草场门区域形成公共事业集聚点，核心趋向明显。随着北京西路的建设，公共事业的分布已经不再受限于中山北路，而是向南部区域扩展和集聚。然而，公共事业的集聚区仍主要集中在政策优势明显、基础设施发达以及文化氛围浓厚的城市综合功能区。2021年公共事业空间形态形成“双核心”的空间格局，草场门区域发展成新的公共事业集聚点。

综上所述，公共事业空间的集聚格局与城市道路网的形态存在高度的耦合关系。具体而言，公共事业空间的集聚形态，如轴线、带状区域和核心区域，与城市道路网的全局集成核、高值全局整合度轴线在空间上呈现高度的耦合性。这些集聚形态主要位于鼓楼地区的中山北路核心地段，并依靠城市的结构性干道交通优势实现连通和便捷的交通网络。

4  结论与讨论

本文采用立体道路网的视角，结合空间句法和GIS数据可视化技术，以整合度作为衡量道路重要程度的指标，对道路网络进行研究。同时，将公共事业单位数据与集成核轴线进行对比分析，完善了以往学者的相关研究，结论如下：（1）相较于平面道路网，运用立体道路网进行空间句法分析，更加符合实际贴近现实，立体道路网与平面道路网相比连通性有所提升。立体道路网对全局整合度的提升明显，但对局部整合度则有所下降。这说明立体道路网对于道路网连通度的整体改善较为良好，但是对于局部道路网的改善较差。（2）将集成核与核密度图相结合，分析表明2021年公共事业单位与城市道路网空间形态基本一致，公共事业空间集聚格局与鼓楼地区道路网形态高度耦合。通过分析道路网的整合度与公共事业之间的契合程度，可以将公共事业单位进行合理规划布局。

研究结果表明，本文对于鼓楼地区道路与用地建设具有积极的指导意义，并为新城区规划提供了新思路。在道路网络特征分析方面，本文主要从机动车的视角出发进行了研究。在后续研究中，可以进一步结合非机动车交通与城市道路网络，对其影响进行更详细的分析，以提供更全面的研究视角。

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