基于密度、功能指標的車站城市形態(tài)特征研究

陳恩山 姜明池 莊宇

同濟大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院

伴隨著我國城市近三十年的擴張式發(fā)展，許多原本位于城市邊緣的火車站逐漸進入到城市的中心，其獨特的空間功能及形態(tài)衍生出空間更新以及緊湊發(fā)展的需求，站城融合成為備受關(guān)注的重點。自20世紀90年代以來，歐美等發(fā)達國家進行了很多火車站區(qū)域整體開發(fā)的實踐，如荷蘭、英國等借由火車站區(qū)域更新契機，打造新的城市中心，成功地帶動了如國王十字車站區(qū)域、鹿特丹中央站區(qū)域的城市開發(fā)。城市在具體時段內(nèi)，其自然環(huán)境、歷史、政治、經(jīng)濟、社會、科技、文化等因素互動影響[1]，城市更新設(shè)計涉及的要素眾多、要素間的相互關(guān)系復(fù)雜，因此有必要選取適當(dāng)?shù)慕嵌冗M行切中要害的分析。

城市形態(tài)作為城市的物質(zhì)載體，體現(xiàn)了各類要素對城市的影響，其形態(tài)是設(shè)計師對各類城市要素進行設(shè)計操作最直接有效的平臺。因此，針對城市形態(tài)的研究具有以點帶面的作用。本文嘗試提取形態(tài)的關(guān)鍵性指標，對車站區(qū)域的發(fā)展進行初步的形態(tài)現(xiàn)象解讀。

1 概念界定：車站區(qū)域城市形態(tài)

1.1 車站區(qū)域

當(dāng)下對國內(nèi)火車站的研究多集中于宏觀的交通格局和微觀的火車站房設(shè)計，中/微觀的、涵蓋火車站和周邊區(qū)域的研究較少。本文借鑒安德烈等人提出的火車站圈層理論[2]，將車站步行合理區(qū)（Station Walkable）作為研究范圍，即以火車站房為中心，選取普通人步行5min約400m為半徑作圓，界定研究范圍。

1.2 車站區(qū)域城市形態(tài)

城市形態(tài)有多樣的解讀角度，在建筑單體角度有美學(xué)構(gòu)成等考量，在城市空間的感知有可意向性等評判。從國外的諸多經(jīng)驗可以看到，火車站區(qū)域的更新在很大程度上能帶動區(qū)域的建設(shè)，因此對于開發(fā)潛力、容量的考察具有較高價值，故而本文選取空間使用強度作為形態(tài)的考察角度之一，采用密度相關(guān)指標進行形態(tài)考察分析。

1.3形態(tài)測度

在建筑學(xué)與城市規(guī)劃學(xué)科中，圍繞著密度的定義、測度、評價，誕生了很多指標及指標體系[3]。荷蘭代爾夫特理工大學(xué)Meta Berghauser Pont教授將4種建筑密度指標結(jié)合在一起（建筑容積率FSI、覆蓋率GSI、平均層數(shù)L和開放空間率OSR），建立了一種稱之為“空間伴侶”（Spacemate）的圖表[4]，能有效地量化、區(qū)分不同城市形態(tài)與城市環(huán)境的密度狀況（圖1）。本文沿用其方法對車站地區(qū)的空間進行測度。

此外，除去開發(fā)強度，土地規(guī)劃利用中土地的性質(zhì)分布和功能配置也是規(guī)劃與城市設(shè)計關(guān)注的重點。因此，對火車站這類以交通功能為主的區(qū)域，討論其功能混合，具有較高的研究價值。由荷蘭規(guī)劃師范德赫克（Van den Hoek）提出的功能混合指標（MXI），能利用地塊中居住、工作、設(shè)施這三種主要功能的建筑面積的比值，評價該地塊的功能混合度高低，定量分析地塊的功能特征[5]（圖2）。同時，MXI中居住與設(shè)施的比例，可以在一定程度上反應(yīng)出場所—節(jié)點理論中火車站區(qū)域的場所和節(jié)點屬性[6]，因此采用MXI功能混合指標有助于與經(jīng)典理論的對接和解讀。

2 數(shù)據(jù)獲取與處理

2.1 研究對象，案例庫的選取

本次研究綜合了車站流量、知名度等多項因素，在世界范圍內(nèi)選取了車站與站域周邊附屬開發(fā)關(guān)聯(lián)度較高的38個案例。這些車站的客流量大多高于10萬/天，為所在城市或區(qū)域最重要的車站。

2.2 密度數(shù)據(jù)獲取

傳統(tǒng)的密度指標多依賴官方搜集的數(shù)據(jù)，但因為國情的不同會導(dǎo)致很多地區(qū)數(shù)據(jù)缺失。本文統(tǒng)一從Cadmapper地圖網(wǎng)站下載各車站站域的三維模型，通過Grasshopper軟件進行指標提取，原理如下：

1 “空間伴侶”通過四類指標解釋城市形態(tài)特征

2 MXI圖用功能比例描述混合度

（1）將城市模型導(dǎo)入Grasshopper，拾取各建筑輪廓面積求和，除以總基底面積，得到建筑覆蓋率。原模型不含樓板，為獲取容積率，通過Grasshopper軟件中的等高線運算器，將建筑按層高切分樓層，拾取樓層面積疊加求和，再除以城市基底面積，求得容積率（圖3，4）。

（2）結(jié)合資料查閱各國建筑層高，依據(jù)功能類型分析發(fā)現(xiàn)，辦公及商業(yè)設(shè)施主體多為4m左右，住宅3m左右。本研究在暫不考慮功能細分的情況下，設(shè)定城市建筑的平均層高為3.5m。

（3）Spacemate所使用的開放空間率（OSR）、平均樓層數(shù)(N)兩項指標，可以在覆蓋率（GSI）和容積率（FSI）已經(jīng)取得的情況下，由公式計算得出。平均樓層數(shù)=容積率/覆蓋率，開放空間率=（1-覆蓋率）/容積率。

2.3 功能數(shù)據(jù)的獲取

人工識別Google Earth三維地圖上各建筑的功能，將Cadmapper三維模型中的建筑按功能上色，采用與上述密度數(shù)據(jù)相同的獲取方法，統(tǒng)計各類顏色所對應(yīng)的建筑面積，獲得各功能比例。

2.4數(shù)據(jù)處理與圖解

在以覆蓋率和容積率建立的直角坐標系中，平均樓層數(shù)對應(yīng)的曲線為k=y/x，開放空間率為k=（1-x）/y。將密度數(shù)據(jù)導(dǎo)入空間伴侶圖（圖5），將功能比例數(shù)據(jù)導(dǎo)入三角圖（Ternary Plot）獲得功能混合度MXI圖（圖6）。

MXI圖的功能混合度由三個值構(gòu)成，數(shù)值本身無法直觀反應(yīng)混合度高低，只能借由最終的圖像進行人工判斷。為了將其轉(zhuǎn)化為更易理解的、單一數(shù)值的比率指標。

本文進一步提出“綜合功能混合度M1”：設(shè)MXI圖中心點到某散點的距離為a，中心點到端點的距離為b（圖7，8），綜合功能混合度M=1-a/b。該值介于0～1之間，數(shù)值越大則功能越混合。對應(yīng)于MXI圖，當(dāng)散點位于中心點時，功能混合度最高，M=1；當(dāng)散點位于端點時，功能混合度最低，M=0。依此原理計算計算各車站功能混合度值（表1）。

表1 密度與功能數(shù)據(jù)

3 Cadmapper下載的原始模型

4 Grasshopper編程生成樓板線

5 車站區(qū)域數(shù)據(jù)繪制的“空間伴侶”圖

6 車站區(qū)域數(shù)據(jù)繪制的MXI圖

7 “綜合功能混合度M”定義-平面圖解

8 “綜合功能混合度M”定義-三維圖解

表2 各指標相關(guān)性分析

為了進一步觀察密度與功能各指標間是否存在關(guān)聯(lián)，用SPSS軟件對指標進行相關(guān)性分析2（表2）。

3 形態(tài)與功能特征

3.1 密度分布特征

由空間伴侶圖可見：

（1）車站總體覆蓋率為0.18～0.92，最大值與最小值比值為5.1；容積率為2.3～17.2，最大值與最小值比值為7.5；建筑平均層數(shù)8.0～29.0層；開放空間率均小于0.35。

（2）密度分布有很強的區(qū)域差異。美洲的車站覆蓋率、容積率、平均層數(shù)均最高；人們印象中很擁擠的日本，站區(qū)密度指標在各個水平上均有分布；重視傳統(tǒng)保護的歐洲，覆蓋率、容積率處于中低水平，平均層數(shù)較低。

（3）具體案例中，作為全球客流量最大的車站，新宿站的各類密度指標均處于中間水平；紐約大中央站覆蓋率達到0.92，容積率為17.2，密度指標最高（圖9，10）。

3.2 功能分布特征

由功能混合MXI圖可見：

（1）車站區(qū)域建筑功能多偏向于工作和設(shè)施，居住功能比例相對較低。一方面火車站域的噪音等問題難以處理對居住影響較大；另一方面辦公與商業(yè)等建筑類型對火車通勤以及通勤人流的需求更高。多因素綜合下使目前車站總體開發(fā)中，增加商業(yè)、辦公功能對開發(fā)商來說更有利可圖。

(2）美國案例含有高比例辦公功能，與美國火車多用于短途辦公通勤的現(xiàn)象吻合。歐洲以荷蘭等國為代表，功能混合度較高，車站作為交通節(jié)點和城市生活的場所均得到較強體現(xiàn)（圖11，12）。

3.3 密度與功能間的關(guān)聯(lián)特征

由表2可見：

（1）所有密度指標與綜合功能混合度M進行相關(guān)性運算，所得相關(guān)系數(shù)均較低，說明了密度的高低和功能混合程度的高低不存在關(guān)聯(lián)。但單獨的辦公功能與覆蓋率、容積率、平均樓層數(shù)等密度指標均有很強的正相關(guān)性，反應(yīng)了目前世界范圍內(nèi)，高密度火車站地區(qū)存在高比例辦公現(xiàn)象。

（2）密度指標內(nèi)部相互進行相關(guān)性運算，覆蓋率和容積率之間的相關(guān)系數(shù)為0.799，兩要素強相關(guān)，說明在高密度地區(qū)，同時增大覆蓋率和容積率是常見的城市形態(tài)設(shè)計策略。開放空間率與容積率、覆蓋率的相關(guān)系數(shù)分別為-0.860和-0.787，說明容積率的提升對開放空間率負面影響更大。

（3）混合度指標內(nèi)部相互進行運算，設(shè)施比例和混合度之間的相關(guān)系數(shù)為-0.428，其背后的原因可能是早期建成的車站周邊以貨運倉儲為主、功能混合度低，而伴隨著更新，車站區(qū)域貨運倉儲搬遷，引入辦公住宅等功能，走向均衡發(fā)展。住宅和混合度的相關(guān)系數(shù)為0.483，呈現(xiàn)正相關(guān)性，可能出于同樣原因。

4 形態(tài)策略

目前中國很多車站區(qū)域容積率僅有2.0～3.0，而世界范圍內(nèi)，部分國家如美國其車站地區(qū)容積率高達10.0以上。因此國內(nèi)可以在更詳細論證的基礎(chǔ)上，借鑒緊縮城市、TOD等理論，大幅增加建筑的容量以提高土地利用效率。國內(nèi)少量新近項目，如重慶沙坪壩火車站、上海萬科之城，初步實現(xiàn)了車站區(qū)域的高密度建設(shè)，可以為未來新建項目提供借鑒。

車站更新與形態(tài)在0.4～0.6覆蓋率區(qū)間，容積率的變動范圍達到了3～12，有4倍之差?？梢圆孪?，在路網(wǎng)格局不變的情況下，覆蓋率在0.4～0.6的車站地區(qū)，可以通過增加建筑層數(shù)的形態(tài)設(shè)計策略加大建筑容量。在車站更新的大趨勢中，這類車站區(qū)域也有望成為極具潛力、易于操作的更新站點。

9 東京新宿站車站區(qū)域空間形態(tài)

10 紐約大中央站車站區(qū)域空間形態(tài)

11 荷蘭烏德勒支車站西側(cè)區(qū)域功能分布

12 荷蘭烏德勒支車站西側(cè)區(qū)域功能分布

5 討論與展望

本研究提取數(shù)據(jù)的方法，尤其是密度數(shù)據(jù)的提取，無需進行手工建模測算，從而可以克服傳統(tǒng)的依托主觀感受評價大樣本的局限。在對數(shù)據(jù)的圖解分析中，提出綜合功能混合度指標M，完善了原MXI混合度指標體系，使結(jié)果變得更加直觀，并且為混合度數(shù)據(jù)與其他單指標數(shù)據(jù)提供了整合分析的基礎(chǔ)。然而，本文的研究結(jié)論也存在一定的缺陷，盡管通過量化研究的方式探討了各個指標之間開發(fā)強度的相關(guān)性，然而其背后的發(fā)展原因和分布規(guī)律還有待進一步探索，以期為我國站城空間規(guī)劃設(shè)計提供更具參考意義的實踐依據(jù)。

圖表來源

圖1由文獻[4]改繪；圖2來源于文獻[5]；圖11，12來源于CU2030官網(wǎng)；其余圖表均為作者自繪。

注釋

2 通常情況，兩組變量的Pearson相關(guān)系數(shù)R的取值，在0.4～0.6為中等程度相關(guān)，0.6～0.8為強相關(guān)。需要注意的是，相關(guān)系數(shù)的高低只表明兩變量間是否存在概率上的關(guān)聯(lián)，并不代表必然的因果關(guān)系。