防災(zāi)公園空間結(jié)構(gòu)有效性研究
——以蘇州市姑蘇區(qū)為例

屠夢慈， 朱 穎， 陳德超

（蘇州科技大學(xué) 建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，江蘇 蘇州215011）

汶川地震后，防災(zāi)公園成為了城市安全建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施[1]，也是當(dāng)前城市基礎(chǔ)設(shè)施功能中重要的修補(bǔ)和完善對象之一[2]。 “平災(zāi)結(jié)合”是防災(zāi)公園的主要建設(shè)途徑[3-4]，這種建設(shè)方式往往將“城市綜合型公園空間”直接轉(zhuǎn)換為“防災(zāi)公園空間”，默認(rèn)了城市公園的空間結(jié)構(gòu)能夠有效的滿足防災(zāi)避難需求，再輔助相關(guān)防災(zāi)設(shè)施，形成“城市公園+防災(zāi)設(shè)施=防災(zāi)公園”的主要建設(shè)方式[5]。 然而，由于平時(shí)與災(zāi)時(shí)對公園的需求不同，因此公園空間結(jié)構(gòu)能否滿足災(zāi)時(shí)的防災(zāi)避難需求，尚值得探討。

災(zāi)時(shí)人群的避難行為方式會(huì)受到平時(shí)人群對空間感知的影響[6-7]，因此平時(shí)人群對防災(zāi)公園空間感知將會(huì)極大影響其在防災(zāi)時(shí)的效能。防災(zāi)公園空間結(jié)構(gòu)的有效性，主要體現(xiàn)在其內(nèi)部空間集散功能。因此，通過對防災(zāi)公園內(nèi)部空間集散功能進(jìn)行梳理，可以理清其空間結(jié)構(gòu)情況。 空間句法是當(dāng)前研究空間結(jié)構(gòu)有效性、適宜性的最佳方法[8]，并在城市空間[9]、建筑空間[10]和園林空間[11]分析中廣泛運(yùn)用，認(rèn)為空間作為整體參與到人群社會(huì)生活之中，空間整體的結(jié)構(gòu)形態(tài)決定著人群認(rèn)知，從而對人群行為產(chǎn)生巨大的影響[12]。 以此理論為基礎(chǔ)并體現(xiàn)其技術(shù)的Depthmap 分析軟件，從人群行為的角度，分析公園的空間特點(diǎn)和模擬人群分布情況[13]。本文以“綜合公園空間結(jié)構(gòu)”等于“防災(zāi)公園空間結(jié)構(gòu)”的假設(shè)為前提，運(yùn)用空間句法建模研究蘇州姑蘇區(qū)6 個(gè)防災(zāi)公園，分析城市公園空間轉(zhuǎn)換為防災(zāi)公園空間的適宜性和有效性，驗(yàn)證當(dāng)前假設(shè)的合理性，并量化對比蘇州防災(zāi)公園空間結(jié)構(gòu)有效性高低，以期為城市防災(zāi)公園改造提供借鑒。

1 研究區(qū)概況

姑蘇區(qū)位于蘇州市的中心區(qū)域，是蘇州歷史文化名城的核心部分，延續(xù)了傳統(tǒng)的水陸并行、河街相鄰的“雙棋盤”格局，其空間街坊密布、拓?fù)鋸?fù)雜，具有巷道空間狹窄和視線不暢的缺點(diǎn)，防災(zāi)設(shè)施建設(shè)的空間基礎(chǔ)存在嚴(yán)重不足，因此防災(zāi)公園建設(shè)成為其防災(zāi)建設(shè)的主要內(nèi)容。 同時(shí)，姑蘇區(qū)位于蘇州9 大活斷層的蘇州-無錫斷裂帶與湖蘇斷裂帶附近[14]，一旦發(fā)生地震將對其城區(qū)安全產(chǎn)生重大影響。 因此，其防災(zāi)公園效能的提升已成為當(dāng)前姑蘇區(qū)城市基礎(chǔ)建設(shè)的重中之重。截止2017 年，姑蘇區(qū)已建成的防災(zāi)公園8 處（見表1）。這些公園均在原有公園基礎(chǔ)上通過增設(shè)防災(zāi)設(shè)施形成其現(xiàn)有的防災(zāi)空間，其原有內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)是否適用于防災(zāi)公園空間需求值得深入探究。

表1 蘇州市姑蘇區(qū)防災(zāi)公園一覽表

在對蘇州姑蘇區(qū)防災(zāi)公園布局分析的基礎(chǔ)上，基于各公園服務(wù)域內(nèi)空間特點(diǎn)、周邊用地、空間形態(tài)等綜合分析，選取了以下六個(gè)服務(wù)域空間布局良好且具有典型性的防災(zāi)公園作為樣本進(jìn)行研究（圖1 至圖6）。

圖1 東匯公園防災(zāi)功能分區(qū)圖

圖2 桂花公園防災(zāi)功能分區(qū)圖

圖3 蘇州公園防災(zāi)功能分區(qū)圖

圖4 桐涇公園防災(zāi)功能分區(qū)圖

圖5 白洋灣公園防災(zāi)功能分區(qū)圖

圖6 東園公園防災(zāi)功能分區(qū)圖

2 基于空間句法的防災(zāi)公園空間結(jié)構(gòu)研究方法

在空間分析前，通過調(diào)研進(jìn)行實(shí)地空間感知，得到防災(zāi)公園空間中供人群使用的空間范圍，同時(shí)結(jié)合公園防災(zāi)平面圖和衛(wèi)星遙感對公園人群使用空間進(jìn)行CAD 建模。 考慮到人群對于空間的感知情況，分別建立視線網(wǎng)格（Visibility Graph）模型和軸線（Axial Graph）模型對公園空間進(jìn)行抽象概括，以考察集散節(jié)點(diǎn)和疏散路徑兩種不同的空間使用方式[15]，并導(dǎo)入Depthmap 軟件進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)計(jì)算。在視線網(wǎng)格模型分析的基礎(chǔ)上，使用Depthmap 進(jìn)一步建立空間中智能行動(dòng)者（EVAS）分析模型，通過放置以“感知—行動(dòng)”規(guī)律進(jìn)行空間運(yùn)動(dòng)的智能代理（Agent）進(jìn)行公園空間的人群模擬分析，進(jìn)而得出人群分布與公園空間結(jié)構(gòu)的內(nèi)在聯(lián)系。 綜合考慮防災(zāi)公園結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，本文選取以下四個(gè)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算：

（1） 整合度：該指標(biāo)是一個(gè)優(yōu)化算法，計(jì)算空間節(jié)點(diǎn)在整體系統(tǒng)拓?fù)渲斜黄渌锌臻g到達(dá)的步數(shù)，用于評判集散節(jié)點(diǎn)空間的被到達(dá)能力的強(qiáng)弱。整合度越高，空間可達(dá)性越高[16]。根據(jù)空間句法的定義，假設(shè)s為s為空間系統(tǒng)中單元空間的數(shù)量，i為空間拓?fù)渲械囊粋€(gè)節(jié)點(diǎn)，MD代表著系統(tǒng)中子空間到達(dá)其他所有空間的拓?fù)渎窋?shù)總和的平均值，則該節(jié)點(diǎn)i的整合度的計(jì)算公式為

（2）穿行度：指單一空間被周邊空間節(jié)點(diǎn)間最短路徑覆蓋的次數(shù)，是選擇度的優(yōu)化算法[16]。用于評判疏散路徑空間被通過能力的強(qiáng)弱。 穿行度越高，空間交通性越高[17]。 根據(jù)空間句法的定義，若Nach 代表穿行度，Choice 代表選擇度，R代表參與計(jì)算的系統(tǒng)拓?fù)浒霃?，TD 代表全局深度，其計(jì)算公式為

（3）連接度：指與某空間節(jié)點(diǎn)直接相連的節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，計(jì)算時(shí)可直接通過軟件進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計(jì)。 用于評判集散節(jié)點(diǎn)空間相互連接能力的強(qiáng)弱。 連接度越高，空間滲透性越高。

（4）協(xié)同度：指局部空間整合度與全局整合度的相關(guān)性指數(shù)大小，使用Depthmap 對不同拓?fù)浒霃絻?nèi)的整合度數(shù)值進(jìn)行相關(guān)性計(jì)算，用于評判整體空間與局部空間的融合能力。協(xié)同度越高，空間整體協(xié)同性越高。

3 姑蘇區(qū)防災(zāi)公園空間結(jié)構(gòu)有效性研究

防災(zāi)公園空間結(jié)構(gòu)的有效性，受到空間結(jié)構(gòu)中集散節(jié)點(diǎn)與疏散路徑的效能高低，以及防災(zāi)功能與空間特征是否匹配這兩點(diǎn)因素的影響。 因此，分別從集聚、疏散效能的角度分析其空間特征，并通過人群模擬分析其功能與空間的匹配程度。

3.1 集聚效能分析

空間的集聚效能指個(gè)體空間在其整體結(jié)構(gòu)中集聚人流的能力，體現(xiàn)在空間的可達(dá)性和協(xié)同性兩個(gè)方面，使用整合度和協(xié)同度進(jìn)行表達(dá)。 在研究整合度指數(shù)時(shí)，通過選取其平均值、最大值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，分別計(jì)算公園空間可達(dá)性的平均水平、最高水平和離散情況進(jìn)行對比，以客觀評價(jià)不同結(jié)構(gòu)的可達(dá)性。

3.1.1 整合度

整合度代表著空間被到達(dá)能力的強(qiáng)弱，整合度越高的空間可達(dá)性越高。 通過對整合度的分析和整理（見表2），發(fā)現(xiàn)桂花公園、蘇州公園、桐涇公園空間的平均值和表明公園內(nèi)空間的平均防災(zāi)集聚能力高于東匯公園、白洋灣公園、東園公園。 其中蘇州公園的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差均最高，即空間的平均可達(dá)性最高，兩極數(shù)據(jù)相差程度最大，集聚核心空間能夠最大限度的集聚人群，集聚效果最為明顯。

表2 姑蘇區(qū)防災(zāi)公園整合度統(tǒng)計(jì)表

3.1.2 協(xié)同度

協(xié)同度是公園局部空間與整體空間的相關(guān)性數(shù)值，代表著空間被人群快速理解的程度。 協(xié)同度越高的空間，人群越容易通過局部理解整體空間結(jié)構(gòu)，則整體空間的人流集聚能力越強(qiáng)。 如表3 所列，通過對六個(gè)公園的協(xié)同度分析，發(fā)現(xiàn)蘇州公園和桐涇公園的協(xié)同度均非常高，說明其空間整體結(jié)構(gòu)易于快速集聚人群。而東匯公園、白洋灣公園和東園公園的空間協(xié)同性較差，說明其空間整體結(jié)構(gòu)較為松散，不易于人群的快速集聚。

表3 姑蘇區(qū)防災(zāi)公園協(xié)同度統(tǒng)計(jì)表

3.2 疏散效能分析

空間的疏散效能指個(gè)體空間在其整體結(jié)構(gòu)中疏散人流的能力，根據(jù)不同的空間形態(tài)，又分為作為疏散路徑的線形空間的交通性和作為集散節(jié)點(diǎn)的面狀空間的滲透性兩個(gè)方面，使用穿行度和連接度進(jìn)行表達(dá)。 與整合度分析相同，在分析時(shí)取平均值、最大值和標(biāo)準(zhǔn)偏差研究數(shù)據(jù)的平均水平、最高水平和離散情況，以做出客觀全面的分析。

3.2.1 穿行度

穿行度代表著疏散路徑在整體結(jié)構(gòu)中被最短的交通流線所穿過的次數(shù)，一般通過軸線模型法進(jìn)行計(jì)算。如表4 所列，通過對穿行度數(shù)值的整理，可以得出各公園疏散通道的特點(diǎn)和差異。 從表中發(fā)現(xiàn)桂花公園軸線數(shù)量和平均值最小，標(biāo)準(zhǔn)偏差最大，說明其整體空間更加依賴重要通道完成疏散，整體結(jié)構(gòu)的疏散能力較弱。而東匯公園則正好相反，更加偏向于多路線疏散方式，整體疏散能力強(qiáng)。 對比各空間穿行度最大值和標(biāo)準(zhǔn)偏差可以發(fā)現(xiàn)，白洋灣公園標(biāo)準(zhǔn)差和平均值較高，最大值卻偏低，說明其內(nèi)部疏散通道交通性差異非常明顯，部分通道疏散能力過低。

表4 姑蘇區(qū)防災(zāi)公園穿行度統(tǒng)計(jì)表

3.2.2 連接度

連接度代表著節(jié)點(diǎn)與周邊空間相連的程度，通過比較空間連接度的高低，可以評判出公園集散節(jié)點(diǎn)疏散能力的強(qiáng)弱。 如表5 所列，通過整理發(fā)現(xiàn)在面積相似的情況下，蘇州公園、桐涇公園和東園公園空間的連接度平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差均較高，說明這三個(gè)公園里有著疏散能力較強(qiáng)較好的集散空間。 白洋灣公園空間連接度的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差最低，說明其集散空間的疏散能力較弱，集聚于此的人群不易再次疏散出去。

表5 姑蘇區(qū)防災(zāi)公園連接度統(tǒng)計(jì)表

3.3 人群行動(dòng)模擬分析

人群行動(dòng)模擬分析中，通過建立空間中智能行動(dòng)者（EVAS）分析模型，在不同公園中放入相同流量的智能代理（Agent），設(shè)定相同的視野、轉(zhuǎn)折步數(shù)和運(yùn)算次數(shù)進(jìn)行模擬，得出人群活動(dòng)的情況和方式[14]，并以此為基礎(chǔ)分析災(zāi)時(shí)人群行為。 通過假設(shè)公園每秒進(jìn)入10 人，進(jìn)行500 s 模擬的數(shù)量統(tǒng)計(jì)（見表6），發(fā)現(xiàn)東匯公園和白洋灣公園平均值最高，蘇州公園、桐涇公園和東園公園平均值較低，說明在相同人數(shù)進(jìn)入公園空間避難的情況下，東匯公園、白洋灣公園空間擁擠程度較高。 比較人流量的最大值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，發(fā)現(xiàn)東匯、白洋灣公園的園內(nèi)人流最大值和標(biāo)準(zhǔn)差較大，表明其空間結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了人流分布不均，災(zāi)時(shí)易產(chǎn)生擁擠；而桐涇、東園和蘇州公園的人流分布相對均勻，災(zāi)時(shí)不易產(chǎn)生擁擠現(xiàn)象。 同時(shí)，發(fā)現(xiàn)東匯公園、桂花公園、白洋灣公園和東園公園中人流較高的空間與其空間大小、防災(zāi)功能均存在一定的錯(cuò)位現(xiàn)象，證明這些公園空間結(jié)構(gòu)和功能布局存在一定問題，使得防災(zāi)有效性受到影響。

表6 姑蘇區(qū)防災(zāi)公園人群行動(dòng)模擬流量統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)論和討論

4.1 結(jié)論

（1） 從集聚效能分析中，發(fā)現(xiàn)蘇州公園整合度平均值、最大值和標(biāo)準(zhǔn)差最高，桂花公園、桐涇公園次之，說明三者整體可達(dá)性較強(qiáng)；同時(shí)，協(xié)同度也是此三者處于較高數(shù)值水平，說明三者的空間結(jié)構(gòu)融合性也較為良好，由此推斷出蘇州公園、桂花公園和桐涇公園的空間集聚效能處于較高的水平。

（2） 在疏散效能的分析中， 發(fā)現(xiàn)東匯公園的穿行度平均值最高且標(biāo)準(zhǔn)差最低， 說明其整體通道分布均勻，而蘇州公園的穿行度最大值最大，說明其中存在重要的避難通道；同時(shí)發(fā)現(xiàn)蘇州公園、桐涇公園和東園公園連接度的平均值、最大值和標(biāo)準(zhǔn)差均相對較高，因此說明其中也存在重要的避難節(jié)點(diǎn)。 綜上所述，推斷蘇州公園、桐涇公園的空間節(jié)點(diǎn)、避難通道穿行效能均較好，而東匯公園、東園公園分別具有通道和節(jié)點(diǎn)的一項(xiàng)疏散優(yōu)勢。

（3） 通過人群模擬分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前各防災(zāi)公園避難人流數(shù)量的擁擠程度呈現(xiàn)“蘇州公園和桐涇公園的擁擠程度最低，東匯公園和白洋灣公園擁擠程度最高”的情況，這是由于其不同的空間尺度和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)促成了不同類型的人群分布方式，因此間接導(dǎo)致了避災(zāi)時(shí)的人群流線不暢和空間擁堵。

（4） 綜上所述，發(fā)現(xiàn)蘇州公園，桐涇公園的空間結(jié)構(gòu)基本滿足了防災(zāi)公園的快速可達(dá)和疏散需求，而東匯公園、桂花公園、白洋灣公園和東園公園的空間結(jié)構(gòu)在不同程度上出現(xiàn)了部分場地或通道的防災(zāi)疏散不暢和集聚場地可達(dá)性不高等問題，僅依靠原有公園空間結(jié)構(gòu)不能滿足人群快速避難需求，需要通過對結(jié)構(gòu)的微調(diào)進(jìn)行改善。 因此，當(dāng)前建設(shè)中僅僅通過增加防災(zāi)設(shè)施改造形成“平災(zāi)結(jié)合”的防災(zāi)公園的改造方式在空間結(jié)構(gòu)層面存在較大的問題。 “城市公園空間結(jié)構(gòu)”與“防災(zāi)公園空間結(jié)構(gòu)”在建設(shè)中不能畫上等號，依然需要對空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整。

4.2 討論

（1） 本文提出了防災(zāi)公園空間結(jié)構(gòu)有效性的量化分析方法并量化對比了各公園防災(zāi)結(jié)構(gòu)的效能高低。在此基礎(chǔ)上結(jié)合公園其他空間要素的綜合分析，能夠從空間角度進(jìn)一步歸納不同公園結(jié)構(gòu)模式，尋求不同模式公園改造為防災(zāi)公園的適宜程度高低，以有針對地為不同類型的防災(zāi)公園改建提供準(zhǔn)確依據(jù)，仍有深入的研究空間與價(jià)值。

（2） 利用空間句法EVAS 人群行動(dòng)模擬分析的方法，能夠創(chuàng)建根據(jù)“感知-行為”規(guī)律在空間范圍內(nèi)自由活動(dòng)的智能行動(dòng)者，并較為準(zhǔn)確的對人群情況進(jìn)行預(yù)測和量化，彌補(bǔ)了在以往防災(zāi)空間分析中較難取得人群活動(dòng)數(shù)據(jù)的缺憾。 然而災(zāi)時(shí)人群行為的強(qiáng)目的性，使得其真實(shí)情況與模擬結(jié)果存在一定誤差，仍需要進(jìn)行更進(jìn)一步的驗(yàn)證和探討。