基于GIS和空間句法的高校室外交往空間量化分析
——以湘潭大學(xué)為例*1

張偉偉，胡喜強

(1.湘潭大學(xué) 旅游管理學(xué)院,湖南 湘潭 411105；2.湘潭大學(xué) 公共管理學(xué)院,湖南 湘潭 411105)

交往空間是人們互相交流、傳遞信息和感情并由此構(gòu)成公共活動的場所,是人與環(huán)境對話的橋梁，是包含社會、文化、心理等復(fù)雜因素的人性空間[1]20-22。高校交往空間的質(zhì)量對學(xué)生自發(fā)性和社會性活動有非常大的影響[2]67-68，尺度適宜的高質(zhì)量校園空間，不僅滿足師生在生理以及心理上的需求，也展現(xiàn)校園生活的豐富多彩[3]22-23，隨著高校校園規(guī)模的擴大，以及新世紀創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求和高校職能的轉(zhuǎn)變，學(xué)校越來越重視整體空間布局、人文氣息以及交往空間的建設(shè)。高校室外交往空間作為一種特殊的交往空間，亦是一個濃縮的社區(qū)，在九十年代初期伴隨著中國高校建設(shè)的迅速發(fā)展，其相關(guān)研究開始受到越來越多的關(guān)注和重視。國內(nèi)對高校室外交往空間的研究側(cè)重廣場、道路[4]126、綠地[5] 94-96等具體要素的分析，注重空間界面、使用情況、設(shè)施配置等微觀層面，并從環(huán)境心理學(xué)和行為學(xué)等多視角進行了研究[6]。國外高校室外空間成為獨立的研究對象始于八十年代[7]，研究者從其存在的價值和意義[8]20-26、使用者的感知、評價[9] 54-61以及空間的利用等方面進行了研究。大多研究屬于定性分析，使用量化分析方法分析和評價高校交往空間已成為研究的必然趨勢，而其質(zhì)量受公共性、舒適性、綜合性和易達性等幾個方面因素影響[1]20-22，優(yōu)質(zhì)高校室外交往空間的構(gòu)建必須全面考慮以上影響因素，具體可從校園道路系統(tǒng)及通達性、交往空間尺度、公共休憩環(huán)境、活動服務(wù)設(shè)施、空間節(jié)點(可視空間、步行與逗留空間、行為活動空間)五個方面進行分析[10]18，各影響因素應(yīng)采用不同方法進行衡量，因此本文利用GIS和空間句法集成的方法量化室外交往空間的交通和位置的便利程度及通達度，以及基于DEM模型的GIS可視域分析衡量空間開放程度，通過調(diào)查問卷獲取學(xué)生對各類室外交往空間的選擇行為及主要影響因素，最終達到綜合評價高校室外交往空間的質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)問題并提出優(yōu)化建議的目的。

一、空間句法

空間句法是由倫敦大學(xué)的比爾·希列爾(Bill Hillier)教授和他的同事提出并發(fā)展起來的描述建筑和城市結(jié)構(gòu)形態(tài)的理論和方法，它可以用來解釋人的空間行為和社會活動，預(yù)測人在空間中的行為特征[11]98-101?？臻g句法分析的結(jié)論有助于預(yù)測空間未來的使用模式并且使空間得到最大化的發(fā)展，從大尺度的城市規(guī)劃到小尺度的建筑室內(nèi)設(shè)計均有廣泛應(yīng)用。其中，在校園空間的研究領(lǐng)域，空間句法作為一種定量空間分析工具已經(jīng)被用于分析校園廣場規(guī)劃設(shè)計[12]4-7、驗證校園結(jié)構(gòu)合理性[13]20、剖析校園空間結(jié)構(gòu)布局特征、評價校園空間的組織效果[14]134-138以及新老校園空間形態(tài)差異的比較[15]103-106幾個方面。

空間句法的研究對象是自由空間，根據(jù)自由空間呈現(xiàn)的形態(tài)，空間句法有三種空間分割方法：軸線法、凸多邊形法和視區(qū)分割法。凸多邊形法和視區(qū)分割法適用于開放空間呈非線性的情況，如建筑內(nèi)房間和走道的布局，軸線法則適用于建筑或建筑群較密集的城市環(huán)境研究。校園空間為濃縮的社區(qū)空間，適用軸線法進行空間分割，然后通過建立軸線模型分析空間結(jié)構(gòu)。軸線模型中每條軸線視為一個空間節(jié)點，兩個相鄰節(jié)點間的距離為一步?？臻g句法的形態(tài)變量有連接值、控制值、深度值、集成度和智能值，其中連接值、控制值和局部集成度描述局部層次上的結(jié)構(gòu)特征，整體集成度描述整體層次上的結(jié)構(gòu)特征，局部與整體關(guān)聯(lián)度通過可理解度即智能值描述，其含義及計算公式如下：

連接值是指節(jié)點鄰接的節(jié)點個數(shù)，連接值越高，表示空間滲透性越好。連接值的計算公式為：

Ci=K

(1)

式中k為節(jié)點i鄰接的節(jié)點個數(shù)。

控制值用于表示節(jié)點之間相互控制的程度。其計算公式為：

(2)

式中k為節(jié)點i鄰接的節(jié)點個數(shù)；Cj為與節(jié)點i鄰接的節(jié)點j的連接值。

深度值表達的是節(jié)點在拓撲意義上的可達性，即節(jié)點在空間系統(tǒng)中的便捷度。兩個節(jié)點的深度是指從一個節(jié)點到另一節(jié)點的最少步數(shù)，某節(jié)點到系統(tǒng)中所有節(jié)點的最少步數(shù)的平均值為平均深度。總深度值和平均深度值的計算公式分別為：

(3)

(4)

式中n為節(jié)點數(shù)，dij為節(jié)點i與節(jié)點j之間最少步數(shù)。

集成度表示的是一個空間與其他空間之間的關(guān)系。根據(jù)考慮范圍的不同，它可以分為整體集成度和局部集成度，整體集成度表示節(jié)點與系統(tǒng)內(nèi)所有節(jié)點的關(guān)聯(lián)程度，局部集成度則表示某節(jié)點與附近幾步內(nèi)節(jié)點的關(guān)聯(lián)程度，集成度越大表示空間的便利程度越高。集成度的計算公式為：

(5)

式中RRA為真實相對不對稱值；RA為相對不對稱值；Dn為標準化集成度值。

(6)

(7)

公式(7)中MD為平均深度。

智能值又指可理解度，反映由局部空間的連通性感知整體系統(tǒng)空間的能力。空間系統(tǒng)中連接值高的空間，其集成度也高，則空間的可理解性好，智能值高，意味著從局部空間感知整體空間結(jié)構(gòu)的能力強。智能值的計算公式為：

(8)

二、湘潭大學(xué)室外交往空間概況

大學(xué)校園一般可以分為住宿區(qū)、教學(xué)區(qū)和公共活動區(qū)，其中公共活動區(qū)即室外交往空間。湘潭大學(xué)的校園面積共3 200畝，其中校園室外交往空間的面積達到了1 700畝，其分布如圖1所示。

高校室外交往空間根據(jù)功能的不同可分為慶典型空間、團隊型空間、對話型空間和獨處型空間幾種類型[16]71-79。湘潭大學(xué)的室外交往空間根據(jù)功能的不同分為運動型空間、對話型空間和獨處行空間三類，部分空間的功能有重疊。其中運動型交往空間是指各類運動場所，湘潭大學(xué)的運動型交往空間包括田徑場所和球類場所兩類；對話型空間適合兩人及以上的活動，休閑類場所即屬于此類空間；獨處型空間環(huán)境安靜，校園內(nèi)的山體類場所屬于獨處型空間。湘潭大學(xué)室外交往空間的分類和基本概況由表1所示。

表1 湘潭大學(xué)室外交往空間分類和概況表

三、湘潭大學(xué)室外交往空間句法分析

用空間句法參數(shù)中的集成度、智能值分別衡量湘潭大學(xué)的校園室外交往空間的可達性和空間系統(tǒng)的合理性，研究空間形態(tài)變量和空間中活動行為的相互關(guān)系，為評價和優(yōu)化高校室外交往空間設(shè)計提供量化方法和工具。

(一)室外交往空間的可達性分析

室外交往空間的可達性是指從出發(fā)地到該空間的便利性、舒適性、經(jīng)濟性和安全性。利用空間句法分析校園交往空間的可達性，要區(qū)別于用其分析城市空間形態(tài)，不能僅僅以集成度作為衡量指標，須綜合考慮其集成度和連接值，集成度越大表示空間的可達性越好，連接值越高表示空間的滲透性越好，空間滲透指相鄰空間不用實墻分隔，而是相互連通增加空間的層次感[17]49-50。利用ArcView GIS 3.2以圖1為底圖構(gòu)建湘潭大學(xué)的軸線圖模型，并使用空間句法軟件Axwoman計算各空間句法形態(tài)變量值。圖2為湘潭大學(xué)校園室外交往空間的軸線圖，在軸線圖中用顏色的深淺和線條的粗細來表示集成度的大小，圖中的右上方為湘潭大學(xué)校園空間的連接圖；連接值和集成度計算結(jié)果如表2所示。

表2湘潭大學(xué)室外交往空間連接值和集成度表

空間類型田徑場球場休閑場所山體空間序號12345678910111213141516連接值114101318581381311131161314集成度4.042.463.894.394.942.653.474.423.605.183.924.424.042.653.664.33

(二)室外交往空間的智能水平

通過校園室外交往空間的智能值水平評價高校室外交往空間整體布局的合理性，利用SPSS軟件對局部集成度和整體集成度做相關(guān)性分析,相關(guān)性散點圖如圖3所示?？臻g句法形態(tài)變量中的智能值其大小介于0到1之間，智能值大于0.5的空間說明空間可理解性高，湘潭大學(xué)局部集成度與整體集成度相關(guān)性分析結(jié)果表3顯示，相關(guān)系數(shù)R2為0.662，說明湘潭大學(xué)室外交往空間整體智能值水平較高，大學(xué)校園各空間之間的關(guān)聯(lián)性較好，統(tǒng)一度較高，空間的連接性較強，由局部空間感知整體空間的能力強。

表3 相關(guān)性分析結(jié)果

注：**在0.01 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

四、湘潭大學(xué)室外交往空間GIS可視域分析

基于GIS的可視域分析也稱通視分析，它是依據(jù)數(shù)字高程模型分析一個或者多個觀察點的通視度、可視范圍和不可視范圍，屬于GIS空間分析功能的一種[9]54-61。在空間分析、評價、布局和規(guī)劃方面，可視域分析有著非常重要的作用，它的應(yīng)用涉及到經(jīng)濟、軍事、環(huán)境和生活等各個方面，如城市規(guī)劃、消防高空瞭望臺選點、軍事偵察、景觀生態(tài)環(huán)境評價和恢復(fù)、旅游景點布局和路線選擇以及房地產(chǎn)開發(fā)建設(shè)，等等。視域分析的本質(zhì)是點與點之間可視性分析在面上的操作，目前國內(nèi)外許多GIS軟件如ArcGIS、MEG、MapInfo等都具有空間可視域分析的功能，可視域計算結(jié)果可以用表格匯總也可以用視域分析圖直觀的表示。

校園室外交往空間的可視域分析即分析在特定交往空間中觀察者在視線范圍內(nèi)可以看到的區(qū)域范圍，根據(jù)空間的視覺尺度、空間面積和空間視域范圍內(nèi)的景觀、活動情況，將空間分為相對開放空間和相對封閉空間兩類。湘潭大學(xué)的地勢整體比較平坦，在此選取對空間視域情況較重視的休閑類場所文化廣場、沁園、澤園和畫眉潭進行可視域分析。依據(jù)湘潭大學(xué)的高程點數(shù)據(jù)，在ArcGIS中采用克里金插值法生成可視域分析所需的數(shù)字高程模型(DEM)，如圖4；基于DEM以文化廣場、沁園、澤園和畫眉潭為觀察點做可視域分析，觀察點的高程依次為65.12、76.11、87.22和66.2，視域范圍如圖5所示。視域開闊且景觀建筑和活動行為豐富的場所，空間開放性水平高，為相對開放型空間，反之為相對封閉型空間。基于ArcGIS可視域分析結(jié)果、空間面積、景觀和活動情況劃分休閑類場所的空間開放性水平如表4所示。

表4 室外交往空間基本概況

五、湘潭大學(xué)室外交往空間使用情況調(diào)查

通過問卷調(diào)查了解湘潭大學(xué)室外交往空間的實際使用情況，分析在室外交往空間中師生的活動情況以及不同類型的室外交往空間的影響因素，問卷共發(fā)放500份，有效問卷475份，回收率95%，調(diào)查對象中男性占41%，女性占59%。

調(diào)查問卷的統(tǒng)計結(jié)果如圖6顯示，學(xué)校師生在校園室外交往空間中更傾向于與人交談、散步、看書學(xué)習和體育鍛煉，選擇比例均高于40%；而偏好團體活動、看風景和獨處的人數(shù)比例較低。

關(guān)于影響選擇室外活動場所的因素調(diào)查結(jié)果如圖7所示，75%以上的人認為交通、景觀環(huán)境、設(shè)施、位置、人文氛圍和活動場所的開闊度均是影響選擇活動場所的因素。

不同類型室外交往空間其影響因素的重要性必然不完全相同。分析問卷結(jié)果圖8發(fā)現(xiàn)，球場類的活動場所的影響因素重要性排序依次是設(shè)施、位置、開闊度、交通、景觀環(huán)境和人文氛圍；而田徑場類的活動場所的排序是開闊度、位置、設(shè)施、交通、景觀環(huán)境和人文氛圍；山體類的重要因素主要是景觀環(huán)境和交通，選擇的人數(shù)比例都在50%以上；休閑類的活動場所，交通是排在第一位的影響因素，隨后是設(shè)施和人文氛圍。

各類型活動場所的具體選擇偏好的結(jié)果如表5所見，田徑場所二田的選擇偏好占83%，具有明顯優(yōu)勢；球類場所中最受歡迎的是新體育館和南苑球場；山體類的選擇偏好依次是秀山、泉山和慧山；休閑類場所的選擇也很集中，澤園的選擇偏好占68%。

表5 各類型活動場所選擇偏好

六、討論與結(jié)論

對不同類型的室外交往空間，綜合空間句法分析、基于GIS可視域分析的空間開放性分類及問卷調(diào)查結(jié)果，依據(jù)集成度、連接值、智能值等參數(shù)解析湘潭大學(xué)校園室外交往空間的深層結(jié)構(gòu)，并評價空間質(zhì)量?？臻g句法結(jié)論與實際相符，同時也可發(fā)現(xiàn)空間設(shè)計和使用過程中出現(xiàn)的問題，應(yīng)全面考慮空間質(zhì)量影響因素，采取相應(yīng)優(yōu)化措施。

(一)田徑場及球場類場所評價及優(yōu)化措施

田徑場及球場類同屬于運動型空間，相似性強，在此一并評價分析。通過問卷調(diào)查和空間句法的分析結(jié)果對比，發(fā)現(xiàn)運動型空間的影響因素最重要的是場地的活動設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施，其次是空間的可達性，因此運動型空間的使用效率的提高必須從完善設(shè)備設(shè)施和提高空間可達性兩方面著手。實驗數(shù)據(jù)表明：湘潭大學(xué)大部分運動型空間的利用效率與空間句法的集成度值呈正相關(guān)，設(shè)施與空間可達性匹配度較好；僅體育館屬于低匹配度空間，其空間可達性非常好，但利用率最低，原因主要是其陳舊的設(shè)施不能滿足師生教學(xué)和鍛煉的需要，問題亟待解決；其次，老體育館雖然在整個校園中集成度極高，但是距離宿舍區(qū)較遠，不利于學(xué)生課余時間的鍛煉，而其距離教學(xué)區(qū)較近，可以考慮將其改造為教學(xué)樓或戶外閱讀和學(xué)習的場地，充分發(fā)揮其區(qū)位優(yōu)勢。

(二)休閑類場所評價及優(yōu)化措施

針對休閑類場所，空間句法分析評價的空間效果排序依次是文化廣場、沁園、澤園和畫眉潭。澤園的空間可達性和開放性水平高，基礎(chǔ)設(shè)施完善、景觀建筑豐富，相應(yīng)的成為了休閑類場所中人氣最高的空間，其經(jīng)驗可供借鑒。但是空間集聚度和可達性最高的文化廣場和沁園，人們在其中更多的只是穿行而不停留，未能充分發(fā)揮交往功能，主要原因為場所缺乏私密性，可通過加種高大樹木和增設(shè)區(qū)分空間的邊界營造空間私密性，吸引人們前來學(xué)習、交談或休息。而風景優(yōu)美的畫眉潭緊鄰第二田徑場，空間活力不夠的主要原因為：畫眉潭的集成度較低，到達空間的便利程度不高；與其他室外交往空間相比，畫眉潭距離宿舍區(qū)較遠；觀賞性能強但是能提供人們休憩的空間和設(shè)施不足；空間開放性水平不高。激活畫眉潭空間活力可將其連接到主干道上以提高其可達性，將石板路加寬并增建可供休憩的回廊增加活動空間和休息位置。

(三)山體類場所評價及優(yōu)化措施

山體類交往空間的空間活力受空間可達性的影響大，與之呈正相關(guān)，在優(yōu)化空間可達性的基礎(chǔ)上，同時還須注重空間內(nèi)交通條件、景觀環(huán)境和基礎(chǔ)設(shè)施以提高空間利用效率。

空間句法和GIS可視域分析等量化方法可用于分析高校室外交往空間的功能和合理性，指導(dǎo)空間的選址和建設(shè)，同時綜合考慮交往空間的類型和影響因素，以便發(fā)現(xiàn)空間布局特征和其設(shè)計中存在的問題，從而為合理地規(guī)劃大學(xué)校園提供科學(xué)依據(jù)。

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