基于GIS與空間句法的道路網(wǎng)結構對城市商業(yè)中心布局的影響*

樊文平, 石憶邵, 車建仁, 陳華杰

(1.同濟大學土木工程學院，上海 200092;2.廣州市房地產(chǎn)測繪所，廣東 廣州 510030)

城市商業(yè)活動影響著城市的整體發(fā)展，商業(yè)用地直接反映了城市的空間結構特性，并與城市的社會、經(jīng)濟等活動息息相關。商業(yè)中心是城市商業(yè)活動的主要載體[1]，是城市經(jīng)濟水平與城市繁榮的標志，其位置布局和等級體系的確定直接影響著其自身社會經(jīng)濟功能的發(fā)揮。在影響商業(yè)布局的諸多因子中，城市道路結構及道路網(wǎng)的可及性是重要因素之一[2-3]，整體交通道路網(wǎng)結構是城市空間經(jīng)濟活動與土地利用分布的基礎[4]，可及性則決定了商業(yè)中心與城市的聯(lián)系內容、強度和方向等等，只有當商業(yè)中心融入整個城市的整體結構時，才能發(fā)揮到最大的社會效益，并且以良好的狀態(tài)保持這種發(fā)展[5]。因此，探討城市的整體道路網(wǎng)結構及其可及性對商業(yè)中心布局和等級的影響關系具有重要的空間參照意義。

Woudsma等[6]認為道路交通網(wǎng)絡與土地利用(如商業(yè)用地)的關系復雜，但是可及性對城市的影響是毋庸置疑的。Holl[7]將可及性定義為人們或廠商一種交互活動或交換商品的機會與潛能?？杉靶钥杀划斪鲆环N人類自由活動的能力，以便獲取維持生活品質的基本需求[8]。以往在探討道路交通與土地利用關系的方法中，最常用的是交通需求模型[9]。近期的相關研究提出了此模型的一些缺點和局限[10-11]。本研究則提出利用空間句法(Space Syntax)與GIS相結合的定量分析的方法，以上海市區(qū)為例，從空間因素的角度出發(fā)，探討道路網(wǎng)結構及可及性對上海市商業(yè)中心布局及其等級的影響。

1 空間句法與GIS

1.1 空間句法概述

“空間句法”的概念由Hillier[4]于20世紀70年代提出，該方法將空間形態(tài)具體化，開發(fā)出一套可以量化空間元素的數(shù)值，使空間組成能夠在計算機輔助之下應用于空間的分析與設計。之后，空間句法在城市形態(tài)方面取得了突破性進展：建立了比較系統(tǒng)和明確的描述建成環(huán)境空間形態(tài)的基本概念及可進一步量化計算的空間形態(tài)變量，如關系圖解、空間連接值(connectivity value)、集成度(integration)、智能度(intelligibility)等；發(fā)展了比較系統(tǒng)和成熟的城市空間形態(tài)分析方法(如空間分割方法)，并基于量化的空間形態(tài)變量、拓撲計算和可見性圖解客觀清晰地描述和模擬建成環(huán)境和空間形態(tài)關系及空間行為[12]?？臻g句法模型已廣泛應用于分析預測城市系統(tǒng)中人流與車流[13-14]、土地的價值[15-16]、城市交通與土地利用形態(tài)的分布[17-20]、輔助城市設計與建筑等方面[21-24]。近幾年開始出現(xiàn)“空間句法可代表可及性”的相關論述[18-19,22]。

1.2 空間句法與GIS集成

空間句法與GIS結合可以實現(xiàn)互補功能，空間句法可以增強GIS在空間拓撲分析，尤其城市形態(tài)分析方面的功能；GIS豐富的地理數(shù)據(jù)，完備的空間分析功能、可視化表達等又可以使空間句法分析更加方便、直觀和形象。如今空間句法已經(jīng)可以集成到GIS中，這對城市研究是一大突破[25]。文獻[26]認為，空間句法是建構空間模型的理論基礎，將此模型結合GIS的技術，可方便地將模型數(shù)值化，并且保持空間位置的拓撲關系，運用GIS軟件可迅速處理空間分析的參數(shù)并將其繪制出來。

將空間句法與GIS結合進行相關課題的研究方法一般是通過功能嵌入與數(shù)據(jù)交互的方式來實現(xiàn)[16]，僅僅停留在將空間句法模塊導入GIS軟件，利用GIS平臺的地理數(shù)據(jù)、制圖與可視化功能實現(xiàn)空間句法軸線圖的繪制和數(shù)值的顯示，然而對于GIS本身的空間分析功能并未深入利用。

本文則將空間句法的拓撲分析功能和GIS的空間分析功能(如緩沖區(qū)分析，疊置分析、空間統(tǒng)計分析)和數(shù)據(jù)屬性查詢與統(tǒng)計分析功能綜合使用，認為利用空間句法模型將城市道路網(wǎng)的結構和可達性數(shù)值化，整合GIS的空間分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和可視化表達能力，在對城市商業(yè)中心的布局與等級關系研究中具有可行性。

2 道路網(wǎng)結構對城市商業(yè)中心布局影響實證研究

2.1 數(shù)據(jù)來源

道路網(wǎng)數(shù)據(jù)來源于2008年上海市道路交通管理信息圖，在此基礎上通過ArcGIS9.2中加載空間句法模塊Axwoman4.0提取了上海市區(qū)道路軸線(圖1)。軸線顏色采用從藍色到紅色的漸變色，依次代表全局集成度從低到高。上海市商業(yè)中心區(qū)位和等級數(shù)據(jù)利用文獻[27]的結論，以及作者考察并利用網(wǎng)絡查詢得到(圖2)。其中，一級市商業(yè)中心有4個，二級市商業(yè)中心有2個，一級區(qū)商業(yè)中心有8個，二級區(qū)商業(yè)中心有6個，居住區(qū)商業(yè)中心有8個，總共28個商業(yè)中心。

2.2 實驗過程及數(shù)據(jù)分析

首先參照一級市商業(yè)中心的范圍標準(本文以南京東路商業(yè)中心范圍為標準)對上海市區(qū)5個等級共28個商業(yè)中心同時做600 m緩沖區(qū)分析(相同大小范圍內的道路結構情況才容易反映出各自范圍內道路的差異等級優(yōu)勢)，結果如圖3所示。

然后，分別選擇28個商業(yè)中心各自600 m范圍內包含的軸線數(shù)據(jù)，對其空間句法值進行匯總整理，分等級取各個商業(yè)中心范圍內空間句法的平均值進行計算，最后將各等級商業(yè)中心范圍包含軸線的空間句法值平均值匯總于表1。

表1 各等級商業(yè)中心范圍軸線空間句法平均值

圖1 上海市區(qū)道路軸線圖

圖2 上海市區(qū)商業(yè)中心布局及等級

圖3 各商業(yè)中心600 m緩沖區(qū)范圍

由圖3各個等級的商業(yè)中心600 m范圍來看，大多數(shù)(26個)都有一條或數(shù)條全局集成度較高(軸線顏色紅色系列)的軸線通過，其他(曲陽路、長壽路)商業(yè)中心則其周邊也有紅色軸線經(jīng)過，且等級越高的商業(yè)中心范圍內所含的集成度高的軸線越多，軸線顏色越深。城市的商業(yè)中心大多位于市域范圍內交通可達性高的地區(qū)，道路網(wǎng)結構越密集，可達性越高的交通便捷地區(qū)是吸引商業(yè)中心的重要區(qū)域。進一步量化的結果如表1所示。從結果來看，連接值和控制值兩個變量的變化跟商業(yè)中心的級別成正比，即商業(yè)中心的等級越高，其連接值和控制值越高，表明該商業(yè)中心范圍內的道路可直接連通的元素越多，對周圍道路的控制程度越高，局部范圍內可及性越強。表1還顯示，局部集成度的數(shù)值隨商業(yè)中心等級呈現(xiàn)依次遞減的趨勢：4.127 84>4.093 32>3.779 27 >3.656 59>3.634 58，說明各等級的商業(yè)中心位置在局部系統(tǒng)中(此處是3步集成度)的便捷程度為一級市商業(yè)中心>二級市商業(yè)中心>一級區(qū)商業(yè)中心>二級區(qū)商業(yè)中心>居住區(qū)商業(yè)中心，正好與各商業(yè)中心等級高低成正比：等級越高的商業(yè)中心其所處位置在局部范圍內越便捷，人們到達此地越方便，因此對于人流吸引力越強，越能吸引更多人到此消費。

從全局集成度來看，商業(yè)中心等級越高基本上對應的全局集成度值也越高。但是在二級區(qū)商業(yè)中心和居住區(qū)商業(yè)中心之間出現(xiàn)了異常：1.683 67<1.790 02。居住區(qū)商業(yè)中心的最大特色是與居民日常生活起居密切相關，因此往往處于各區(qū)的大型居民區(qū)附近，其分布的位置相對依賴性較高，因此其位置的全局便捷程度規(guī)律性降低。仔細分析可以發(fā)現(xiàn)在8個居住區(qū)商業(yè)中心中，靜安寺商業(yè)中心離南京西路二級市商業(yè)中心較近，老西門緊鄰豫園二級市商業(yè)中心，打浦橋則離淮海中路一級市商業(yè)中心很近，這在很大程度上大大提高了該幾個居住區(qū)商業(yè)中心的全局集成度。而對于6個二級區(qū)商業(yè)中心來講，只有石門一路商業(yè)中心緊鄰南京西路二級市商業(yè)中心并與其商業(yè)圈范圍相交，其他5個則較分散地分布于偏離城區(qū)中心的位置。因此對于全局集成度來講，商業(yè)中心等級與道路的整體便捷程度并非成正比關系，還應該考慮各商業(yè)中心的整體位置。

對比總深度一值可以發(fā)現(xiàn)，除了居住區(qū)商業(yè)中心外，其他各等級商業(yè)中心的總深度與等級高低成反比，即商業(yè)等級越高，其總深度越低，即該點所處位置較淺，易于外部人流進入，之所以對于居住區(qū)商業(yè)中心出現(xiàn)異常，其原因與上述全局集成度異常是一樣的，由于居住區(qū)商業(yè)中心有幾個離市區(qū)中心位置較近，總體上減小了該區(qū)位的總深度，使得到達該點變得相對容易。

以上論述也從空間的角度說明了寧越敏等學者對上海市區(qū)商業(yè)中心等級的劃分是基本合理的，由于本文研究側重空間結構分析，闡述交通路網(wǎng)結構與商業(yè)中心等級與布局的關系，而寧越敏等學者則是從構建商業(yè)中心等級指標體系入手，側重分析上海市商業(yè)中心變遷的特征，彼此研究重點與方法均有不同，因此相關結論存在部分差異。

對比全市城市空間軸線智能度散點圖 (圖4a)和商業(yè)中心600 m范圍內智能度散點圖(圖4b)可以發(fā)現(xiàn)：全市范圍內全局集成度與局部集成度相關系數(shù)為0.761(見表2)，兩組數(shù)據(jù)呈現(xiàn)中度相關。商業(yè)中心600 m范圍內全局集成度與局部集成度的相關系數(shù)為0.813，兩組數(shù)據(jù)呈高度相關。這說明對上海市區(qū)整體空間和28個商業(yè)中心600 m范圍內區(qū)域兩者來講，其空間智能度都比較高(全局與局部集成度分別呈中度和高度相關)，并且后者要高于前者，則說明對于商業(yè)中心范圍內的

空間來講，其被感知的程度要高于全市其他地方，該空間與全市網(wǎng)格成協(xié)同關系，其局部中心性能夠很好地融入全市的空間結構中，在此范圍內布局吸引子，可以產(chǎn)生乘數(shù)效應使得空間系統(tǒng)的功能多樣性和復雜化，是為智能空間。

圖4 空間智能度散點圖比較

表2 上海市區(qū)空間智能度與商業(yè)中心600 m范圍智能度比較1)

Table 2 Comparison of intelligibility between the urban area and the buffer areas of commercial centers with 600 meters

項目全市范圍GINTEGLINTEG600 m商業(yè)中心范圍GINTEGLINTEGGINTEGPearson Correlation10.761(??)10.813(??)Sig. (2-tailed).0.000.0.000N2 0822 082616616LINTEGPearson Correlation0.761 (??)10.813(??)1Sig. (2-tailed)0.000.0.000.N2 0822 082616616

1):**Correlation at 0.01 significance level (2-tailed).

3 結 論

商業(yè)主導了整個城市發(fā)展的脈絡，其空間的外在表現(xiàn)影響著整個城市的形態(tài)。商業(yè)中心的布局和等級是商業(yè)活動在空間上的體現(xiàn)，合理布局商業(yè)中心及其等級對于平衡商業(yè)資源和滿足市民需求以及協(xié)調整個城市發(fā)展具有重要意義。

城市道路結構及道路網(wǎng)的可及性是影響商業(yè)布局的重要因素之一，本文即是從城市的交通道路網(wǎng)結構對商業(yè)布局影響的角度出發(fā)，集成GIS和空間句法理論，定量分析了兩者之間的關系。量化結論顯示：①城市商業(yè)中心的布局都傾向于位于軸線的集成度較高(軸線顏色為紅色系列)的地區(qū)，因為這種地區(qū)的交通可達性高，道路網(wǎng)結構密集，能夠吸引更多的人流到此消費，是布局商業(yè)吸引子的最佳區(qū)位；②連接值、控制值和局部集成度的高低與商業(yè)中心等級成正比，即在局部性范圍內的交通道路網(wǎng)越便捷，可達性越高，該處所擁有的商業(yè)中心等級越高；③而對于全局集成度來講則不一定與商業(yè)中心的等級成正比，需要同時考量商業(yè)中心的總體區(qū)位；④總深度值也是表征路網(wǎng)結構便捷程度和可達性的重要指標，它的高低往往與商業(yè)中心的等級成反比，但是也要綜合考量其他因素(如全局集成度)；⑤商業(yè)中心局部范圍(本文為600 m)智能度散點圖顯示，各商業(yè)中心的局部范圍智能度要高于全市智能度，與全市網(wǎng)格成協(xié)同關系，其局部中心性能很好地融入全市空間結構中，此范圍即為智能空間，宜布局吸引子。

以上結論對于城市商業(yè)中心的布局及其規(guī)劃具有實際的指導意義和參考價值。當然，影響商業(yè)布局和規(guī)劃的因素有很多，如經(jīng)濟、人口、資源等因素，本文不對這些因素進行探討，僅旨在從空間角度研究道路網(wǎng)結構對商業(yè)中心的影響。另外由于許多商業(yè)中心本身就是沿街分布的，本文的緩沖區(qū)分析則是近似找出各商業(yè)中心的重心，以一定半徑作圓形緩沖得到其范圍，所以選定的商業(yè)中心內的軸線難免與實際的軸線有偏差，因此更精確的研究有待結合其他GIS分析方法。

在研究方法上，G1S和空間句法的集成無疑增強了GIS空間分析的能力，尤其是在有人類的活動行為參與下的城市空間形態(tài)分析的能力[26]，然而受空間句法本身原則的限制，城市自由空間都由最少數(shù)目的最長軸線來表示，許多非直線的道路將被打斷成幾條軸線，或者數(shù)條道路作為一條軸線進行表達，前者降低了該條道路作為GIS中的一個目標對象的集成度，而后者則提升了各條道路本身的句法值。因此，軸線地圖對于真實城市空間的解釋能力到底多強？文獻[28]通過研究發(fā)現(xiàn)基于道路的拓撲描述(或者路-路拓撲圖)傾向于比軸線地圖具有更好的表達性，交通流與街道的形態(tài)屬性的相關性比軸線地圖的相關性更強。因此建議應該用基于道路的拓撲表達來代替GIS軸線表達，并且用拓撲分析作為地理知識發(fā)現(xiàn)的一種新的分析途徑，這也是本文今后需要改進的地方，以求更精確地確定道路網(wǎng)結構特性，為相關研究做好鋪墊。另外，城市的道路網(wǎng)結構對城市的其他功能用地(如服務業(yè)用地)以及許多社會現(xiàn)象(如犯罪)也具有重要影響作用，這也是今后值得探討的方向。

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