改進步行指數(shù)模型在城市步行性評價中的應用

王 昊,張 泉

(1.江蘇省城市規(guī)劃設計研究院，江蘇 南京 200014； 2.江蘇省住房和城鄉(xiāng)建設廳，江蘇 南京 200014)

步行是慢行出行的重要組成，其重要性與不可替代性已不言而喻。步行性是一種描述出發(fā)地和目的地之間的空間鄰近性及兩點間步行的便捷性和舒適性的空間屬性，主要受出行目的地的類型與空間布局、出行距離和步行環(huán)境三方面影響。

步行指數(shù)(Walkability index)是國際上一種量化測度步行性的方法，用于衡量某一街道或社區(qū)是否適宜市民步行出行，可用于城市步行友好度評估、城市內租房價格參考以及城市社區(qū)居民健康狀況研究等。已有許多步行指數(shù)的實際應用研究，如研究表明步行指數(shù)的高低和小區(qū)公共健康有著明顯的聯(lián)系[1-4]。步行指數(shù)與小區(qū)安全及居民活動數(shù)量也顯著相關。步行指數(shù)的高低和小區(qū)的土地價值有著顯著聯(lián)系。

許多研究均認識到既有步行指數(shù)本身也具有不足之處，對步行者主觀感受和需求考慮較少，忽略了步行者對街道環(huán)境的整體感知，特別是步行者對安全性、舒適性的要求無法體現(xiàn)[5]。而國內外的諸多研究都表明步行環(huán)境對步行出行方式選擇有顯著影響，因此常常導致評價結果出現(xiàn)一定偏差，在實際運用步行指數(shù)研究中，計算結果與一些既有共識沖突，如對拉斯維加斯的研究結果顯示步行指數(shù)和土地價值并沒有聯(lián)系[6]。

因此，本文在既有步行指數(shù)模型的基礎上，擬將影響步行環(huán)境的關鍵因素納入步行指數(shù)的計算，使步行性的測度更加準確。

1 既有模型

1.1 基礎步行指數(shù)

步行指數(shù)計算總體分為單點指數(shù)計算與面域指數(shù)計算兩部分，單點步行指數(shù)的計算可以分為以下3個步驟：準備設施分類表；計算基礎步行指數(shù)；進行指數(shù)衰減。單點評價是對單個小區(qū)步行性的評價，將小區(qū)人行主入口作為評價點，其評價公式如下：

(1)

式中：p為單點步行指數(shù)；vn為設施n的需求滿足度權重；dn為設施n的距離衰減系數(shù)；n為各種類型設施的個數(shù)。

在設施分類表基礎上，考慮距離衰減規(guī)律，就可以計算從某一點出發(fā)到達一定范圍內的不同目的地的步行指數(shù)。

衰減系數(shù)函數(shù)通常有多次函數(shù)和分段函數(shù)兩種形式，根據(jù)步行速度將步行時間轉換為步行距離。以居民意愿所對應設施的容忍時間人數(shù)的比例將其轉換為距離衰減系數(shù)，以多次曲線或分段函數(shù)擬合建立距離衰減規(guī)律模型。

(2)

式中：dn為設施n的步行衰減系數(shù)；ln為步行距離。

1.2 面域指數(shù)計算

面域評價主要是對區(qū)域可行性的評價，可應用于街道、片區(qū)、城市等。用一定間距網格將區(qū)域劃分，然后將每一個網格視為一個點并計算網格的步行指數(shù)得分，并利用GIS技術手段進行空間分布特征描繪，其計算公式如下：

(3)

式中：zs為面域平均得分；zi為網格i得分；n為面域調查網點內網格的數(shù)量。

面狀指數(shù)通過單點指數(shù)進行空間插值得到，經過衰減后的單點步行指數(shù)等比例放大到100以便于測度，得到的最終步行指數(shù)是一個0～100的數(shù)值，如表1所示。

表1 步行指數(shù)評價表

2 模型改進

2.1 改進思路

步行性的影響因素可歸納為3個方面[5]：出行目的地的類型與空間布局、出行距離和步行環(huán)境。國內外的諸多研究都表明步行環(huán)境對步行出行方式選擇有顯著影響，而既有步行指數(shù)模型未將步行環(huán)境納入評價體系。步行環(huán)境包括很多因素，如街道的設計，包括街道的密度、尺度、界面的設計、交叉口的組織、環(huán)境景觀小品等的布置等[7]，又如步行空間的開放性、可監(jiān)視性、安全性等[8-11]，再如地形、氣候等也具有一定影響作用。將步行環(huán)境納入步行指數(shù)模型的難點主要在于其難以表征和準確測度量化。

2.2 表征因素選取

為確定將哪些因素納入步行指數(shù)模型，以顯著影響步行出行方式選擇、易于測度和納入模型兩點為選取原則，選取4大類共計10種影響因素與2017-04-10在張家港市沙洲路步行街選取行人展開SP問卷調查，共獲取有效問卷212份，詢問被調查者以下因素中哪3種步行環(huán)境的改變對您步行方式出行環(huán)境(包含安全、便捷、舒適度等綜合因素)影響較大，如表2所示。

問卷中設計了4大類共計10種影響因素分別為：

1)慢行路權類：步行是否有獨立路權、步行道寬度；

2)過街體驗類：過街道路紅線寬度、應設置二次過街的路段有無設置；

3)沿線空間類：沿街界面活力、沿線用地機動車出入口數(shù)量；

4)休憩及其他類：是否有座椅等休憩設施、遮陽樹蔭及夜間照明是否充足、是否有景觀小品。

表2為SP調查結果中各類影響因素被選擇樣本數(shù)及比例，各類影響因素選擇比例如圖1所示。

表2 SP調查結果中各類影響因素被選擇樣本數(shù)及比例

圖1 SP調查結果中各類影響因素被選擇比例

由調查結果，步行路權形式及步行道寬度是城市交通中影響步行安全性和舒適度的最直接因素。此外，過街等待時間、過街道路寬度(空間緊湊度)、沿線機動車出入口密度和沿街空間積極程度也是表征慢行友好、提升慢行吸引力的關鍵因素。其中步行路權形式及步行道寬度、過街道路寬度、沿線機動車出入口個數(shù)和沿街空間積極程度5個指標均可通過量化界定分級，便于納入模型，而過街等待時間由于數(shù)據(jù)雖易于測度，但數(shù)據(jù)獲取不易且部分信號配時具有時變性，故本次模型未將其納入。

2.3 模型建立

在既有步行指數(shù)模型基礎上，進一步考慮實際步行環(huán)境和行人感知的影響，將步行道寬度及步行路權形式、空間緊湊度、沿線機動車出入口密度與沿街空間積極程度納入步行指數(shù)影響因素對其進行修正，建立包括出行目的地的類型和空間布局、出行距離和步行環(huán)境等因素的綜合指數(shù)，根據(jù)該指數(shù)判別步行友好程度及改進方向。

改進后的步行指數(shù)模型

(4)

式中：vn為設施n的需求滿足度；n為各種類型設施的個數(shù)；dn為距離衰減系數(shù)；wn為去往設施n的路徑綜合步行道寬度衰減系數(shù)；sn為去往設施n的路徑綜合步行路權形式衰減系數(shù)；ln為去往設施n的路徑綜合過街道路紅線寬度衰減系數(shù)；an為去往設施n的路徑沿街空間積極程度衰減系數(shù)；qn為去往設施n的路徑綜合機動車開口數(shù)量衰減系數(shù)；

其中，wn、sn、ln、an為去往設施n的最短路路徑的綜合衰減系數(shù)：

(5)

(6)

(7)

(8)

式中：dnk為組成去往設施n的路徑的第k個路段的長度；wnk為組成去往設施n的路徑的第k個路段的步行道寬度衰減系數(shù)；snk為組成去往設施n的路徑的第k個路段的步行路權形式衰減系數(shù)；lnj為組成去往設施n的路徑中經過的第j個過街道路的紅線寬度衰減系數(shù)；ank為組成去往設施n的路徑的第k個路段的沿街空間積極程度衰減系數(shù)。

考慮各因素對步行友好程度的影響程度，將步行道寬度和步行路權形式的衰減率各分為3級，兩者可衰減率最大為4%。步行路權形式對于步行安全性和舒適性影響顯著，擁有獨立步行路權的路段其路權有限度最高，其次為人非共板形式，最差的為行人與機動車共板形式。步行路權形式屬性中，步行道擁有獨立路權的路段不衰減，人非共板的路段其衰減率取值1%，與機動車共板的路段其衰減率取值為2%。步行道寬度越充足，步行者舒適度體驗越好。步行道寬度達到推薦寬度不衰減，未達到推薦寬度但滿足最小寬度要求的路段其衰減率取值0.5%，不滿足最小寬度要求的路段其衰減率取值2%。需注意，步行與機動車共板的道路，因無步行專用道，因此步行道寬度衰減應取值2%。表3中推薦寬度和最小寬度要求可參考國家或地區(qū)相關規(guī)范。

表3 步行道寬度與步行路權形式衰減

考慮各因素對步行友好程度的影響程度，將路徑沿線機動車開口數(shù)量、過街道路紅線寬度和沿街空間積極程度的衰減率各分為3級，三者可衰減率最大為2.5%，如表4所示。

表4 過街體驗與沿線空間體驗衰減

諸多街區(qū)適宜尺度研究中推薦的街區(qū)尺度均低于200 m[12]，因此路徑機動車出入口密度在5個/km以下時不衰減，據(jù)相關規(guī)范機動車出入口間距不宜低于70 m，因此認為機動車出入口密度達到15個/km即以上時，對步行者影響較大，此時衰減1%，機動車出入口密度在6～15個/km時衰減0.5%。

據(jù)《城市道路交通設施設計規(guī)范》，“當路段或路口進出口機動車道大于等于6條或人行橫道長度大于30 m時應設安全島”，即道路紅線寬度約40 m時需設置二次過街，從步行友好的角度，過街道路紅線寬度在40 m以下的路段其步行指數(shù)不衰減，過街道路紅線寬度介于40～60 m的路段，其步行指數(shù)衰減0.5%，過街道路紅線寬度60 m以上的路段，其步行指數(shù)衰減1%。

沿街空間積極程度的既有研究已較為成熟，沿街立面應盡可能實現(xiàn)友好、多樣性、有吸引力的界面，并注重街墻塑造和圍合感塑造。本研究建議結合楊蓋爾[13]相關研究對沿街建筑立面提出的5級評價標準進行分級衰減，A級友好、多樣性、有吸引力的界面使得步行者的體驗最佳，E級無趣、單調、乏味界面下步行者的體驗最差，其中A、B級界面步行指數(shù)不衰減，C、D級衰減0.5%，E級衰減1%,沿街立面的5級劃分如表5所示。

改進后的模型，將步行指數(shù)由僅考慮出行距離、用地混合程度的表征一定步行范圍內日常設施配置的合理性的參數(shù)，轉變?yōu)榫C合考慮出行距離、街區(qū)尺度、用地混合程度、步行安全性、步行環(huán)境等因素表征綜合步行友好程度的參數(shù)，可更加準確地表征區(qū)域的步行友好程度。

3 模型應用

以張家港市核心區(qū)內港城大道-南苑路-華昌路-人民路圍合區(qū)域為研究范圍，通過慢行指數(shù)評價分析該研究范圍內步行友好程度。通過地圖數(shù)據(jù)、部門提供資料和實地調研，對研究范圍內地塊及周邊1 500 m緩沖區(qū)范圍內13項日常生活服務設施進行調查分析，掌握了不同日常生活服務設施在地塊的具體空間分布及特征，將研究范圍內地塊劃分為100 m×100 m的網格，每個網格為一個研究單點。

表5 沿街立面的5級劃分

3.1 基礎步行指數(shù)計算

3.1.1 設施分類及權重

用地混合程度的影響，體現(xiàn)在模型中為出發(fā)點一定半徑內服務設施的空間布局和種類。常見的設施分類表包含了餐飲、購物、公共服務、休閑、教育、私用、醫(yī)療7個方面共13類設施，每類設施根據(jù)相對重要性，通過專家打分法賦予權重，權重總和為15。餐館類設施由于種類多樣且使用頻率差異大，類型豐富程度且對居民出行影響較大，因此考慮了多種餐館設施，并分別賦予權重。

城市日常生活服務設施使用頻率特征調查分析張家港市亨通嘉園、勝利新村和南苑新村3個小區(qū)現(xiàn)場調研樣本，依據(jù)服務設施使用頻率可以將日常服務設施分為3 類：

1)高頻類設施，即周頻≥2次的設施；

2)中頻類設施，即1次<周頻<2次的設施；

3)低頻類設施，即為周頻≤1次的設施。

不同的服務設施使用情況反映出居民對各類服務設施的需求度有所差異，表6為生活服務設施分類及權重。

表6 生活服務設施分類及權重

3.1.2 設施距離衰減系數(shù)

本次研究用分段函數(shù)擬合設施權重距離衰減系數(shù)。當設施距離評價點在400 m以內[5]，即約步行時間5 min以內時，其吸引力不因距離增加而發(fā)生衰減；當設施距離超過400 m時呈快速衰減，衰減率見下式，當距離大于1 500 m，衰減率大于1，即認為1 500 m以外的設施對出發(fā)點的步行指數(shù)無影響[14]。根據(jù)設施分類表尋找起點周邊1 500 m范圍內的設施并賦予相應權重；然后根據(jù)距離衰減規(guī)律對權重進行衰減；最后將各類設施的權重相加,設施權重距離衰減系數(shù)如圖2所示。

圖2 設施權重距離衰減系數(shù)

(9)

式中:y為步行衰減系數(shù)；x為步行距離。

3.2 改進模型相關衰減

改進后的模型在既有模型對于設施權重距離衰減系數(shù)、交叉口密度和街區(qū)尺度衰減基礎上，進行以下衰減計算。

1)步行道寬度及路權衰減?？紤]各因素對步行友好程度的影響程度，將步行路權形式和步行道寬度的衰減率各分為3級，兩者可衰減率最大為4%，按照表3進行衰減計算。其中，步行道推薦寬度和最小寬度取值參照《江蘇省城市步行和自行車交通規(guī)劃導則》中推薦數(shù)值，如表7所示。

2)沿線空間及過街體驗類衰減。將沿線空間類和過街體驗類的衰減率各分為3級，兩者可衰減率最大為2.5%按照表4進行衰減計算。

表7 《江蘇省城市步行和自行車交通規(guī)劃導則》步行道推薦寬度 m

3)步行指數(shù)歸一化。將上述計算的步行指數(shù)放大約 6.67倍得到一個0～100的數(shù)值。

由此得到改進模型的張家港市研究范圍內步行指數(shù)模型測算結果，并與既有基礎模型步行指數(shù)進行對比，如圖3、圖4所示。

圖3 既有步行指數(shù)模型測算結果

圖4 改進后步行指數(shù)模型測算結果

3.3 結果對比分析

由改進前后的面域指數(shù)分布對比來看：

1)步行指數(shù)較好地表征了可達性，呈現(xiàn)了與街區(qū)尺度、用地、公共設施布局等的關系，改進后的步行指數(shù)模型測算結果與之前總體趨勢基本不變；

2)通過對比可發(fā)現(xiàn)，部分區(qū)域的微調表征了步行安全性及步行環(huán)境的影響，對步行條件的表征更加準確合理。如對圖5圈出的3個典型區(qū)域具體分析，區(qū)域a結果變化的主要原因是道路沿線機動車開口過多帶來折減(路段長度565 m，共有機動車開口11處，平均間距僅57 m)；區(qū)域b茶亭弄和區(qū)域c向陽弄周邊區(qū)域，結果變化的主要原因是雖然步行可達性高，但茶亭弄和向陽弄道路步行均沒有獨立路權，步行環(huán)境較差；

3)這些微調區(qū)域都是步行安全性和步行環(huán)境體驗較差的區(qū)域，區(qū)域周邊路段可作為近期步行環(huán)境改善的重點區(qū)域,如圖6—圖8所示。

圖5 既有及改進后步行指數(shù)模型測算結果細部比較

圖6 區(qū)域a沙洲路(長安路-港城大道段)機動車出入口示意

圖7 區(qū)域b張家港市茶亭弄現(xiàn)狀

4 結束語

改進后的步行指數(shù)模型充分考慮了步行安全性、步行環(huán)境對于步行友好程度的影響，將步行路權形式及步行道寬度、過街道路紅線寬度、沿線機動車出入口個數(shù)和沿街空間積極程度作為評價指標納入步行指數(shù)，優(yōu)化了既有模型對于慢行環(huán)境考慮不足的缺點。改進后的步行指數(shù)模型可以更準確地用于判別步行友好程度及改進方向、步行廊道選取和步行環(huán)境改善區(qū)域的甄別。

參考文獻：

[1] CARR L J, DUNSIGER S I,MARCUS B H,et al.As a Global Estimate of Neighborhood Walkability, American Journal of Preventative Medicine,2010,39(5):460-463.

[2] CARR L J, DUNSIGER S I, MARCUS B H.Validation of Walk ScoreTM for Estimating Access to Walkable Amenities. British Journal of Sports Medicine, 2011,45:1144-1148.

[3] DUNCAN D T, ALDSTADT J, WHALEN J, et al. Validation of Walk Score for Estimating Neighborhood Walkability: An Analysis of Four US Metropolitan Areas, International Journal of Environmental Research and Public Health 2011,8:4160-4179.

[4] DUNCAN D T, ALDSTADT J, WHALEN J, et al.Validation of Walk Scores and Transit Scores for estimating neighborhood walkability and transit availability: a small-area analysis, GeoJournal,2013,78:407-416.

[5] 盧銀桃, 王德.美國步行性測度研究進展及其啟示[J].國際城市規(guī)劃, 2012, 27(1):10-15.

[6] CORTRIGHT J.Walking the walk: how walkability raises housing values.in U.S.Cities, CEOs for Cities(www.ceosforcities.org); www.ceosforcities.org/files/Walking The Walk_CEOs for Cities1.pdf,2009,253(12):1594-1602.

[7] 任春洋.高密度方格路網與街道的演變、價值、形式和適用性分析[J].城市規(guī)劃學刊, 2008(2): 53-61.

[8] 李懷敏.從“威尼斯步行”到“一平方英里地圖”——對城市公共空間網絡可步行性的探討[J].規(guī)劃師, 2007, 23(4): 21-26.

[9] 孫惠芳．城市軌道交通車站通道行人步行微觀參數(shù)實測分析[J]．交通科技與經濟，2017(1):15-16.

[10] 黃燁勍, 孫一民.街區(qū)適宜尺度的判定特征及量化指標[J].華南理工大學學報 (自然科學版), 2012, 40(9):131-138.

[11] 謝祥椿，張成.一種基于核函數(shù)法的步行需求預測方法[J].交通科技與經濟，2016，18(2):32-36.

[12] 揚·蓋爾.交往與空間[M].何人可，譯.4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[13] 楊觀宇．城市舒適性步行系統(tǒng)的影響要素及其應用研究[D]．廣州：華南理工大學，2012:40-41．