市郊村落外部空間的參數化類型研究與設計*—— 以福州市厚美村為例

陳家煒 張兵華 李家俊 林宛靜 林志森 CHEN Jiawei, ZHANG Binghua, LI Jiajun, LIN Wanjing, LIN Zhisen

1 研究背景

1.1 市郊村落“在地城鎮(zhèn)化”背景

在快速城市化的進程中，伴隨著城市向農村的擴展，城市的外圍地帶形成了一種城市到鄉(xiāng)村的過渡區(qū)域，即城市邊緣區(qū)[1]。城市邊緣區(qū)是城市擴張進程的產物，也是城市建設過程中矛盾最突出、最復雜的特殊區(qū)域。在這種城鄉(xiāng)混合的空間結構中，存在著大量的市郊村落，它們承載著當地獨特的歷史文化資源，又具有優(yōu)化城鄉(xiāng)關系的特殊潛質，是物質文化遺存和非物質文化遺存有機融合的獨特載體[2]。然而，這些村落在城市的擴張中面臨轉型或湮滅的困境，其蘊含的歷史文化遺產也難以得到傳承和發(fā)揚[3]。

在建設新型城鎮(zhèn)化的進程中，我國基于人口眾多的國情，提出農村“在地城鎮(zhèn)化”作為新的發(fā)展模式：通過改善生產就業(yè)、人居環(huán)境等方式，實現農村人口的就地非農化就業(yè)和市民化[4]。市郊村落通過“在地城鎮(zhèn)化”，能夠避免片面、單一的推倒重建的發(fā)展模式，對現有建成空間環(huán)境進行漸進式的微更新，保留村落特有的空間格局和歷史文脈，這不僅是實現當代轉型的實際需要，而且是城市發(fā)展與村落保護協同發(fā)展的必然要求。

基于上述背景，本文以福州市閩侯縣厚美村為例進行設計研究。厚美，古稱“洪洲”，是張姓祖先從元朝至正四年由南通澤苗到此拓荒而形成的聚落[5]。厚美村地處閩江分流地段入口，與福州市中心一衣帶水（圖1），是市郊村落的一個典型代表，在新一輪的福州城市規(guī)劃中面臨著保護與發(fā)展的兩難困境[6]。

圖1 厚美村區(qū)位概況Fig.1 the location of Houmei Village

1.2 厚美村外部空間現狀

傳統建筑學理論一直在對空間特征的表述進行探索。美國學者羅杰·特蘭西克（Roger Trancik）總結20世紀以來基于傳統城市設計的理論和硏究，針對城市物質空間提出了三類城市設計理論模型，其中之一就是圖底理論（figure ground theory）[7]。圖底理論基于黑白二維圖示討論城市空間形態(tài)，以黑色或者白色指代建筑或建筑之間的空間[8]。村落的整體平面特征亦存在著黑白二維的圖底特征關系，而村落的外部空間即是村落圖底關系中的白色部分，它是未被實際體量占據的，由現有的建筑、構筑或自然物圍合而成的，建筑實體以外的開放空間（圖2）。外部空間作為村落物質環(huán)境中的重要一部分，能創(chuàng)造出滿足人的意圖和功能的積極的空間[9]。由于村落生活極具“地方性”特點，人們聚村而居，終老是鄉(xiāng)[10]，因此，村落的外部空間成為了人居文化遺存的重要組成部分，是村落歷史演變的產物和村落公共生活的物質載體，更是實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要資源[11]。

圖2 厚美村圖底關系圖Fig.2 the figure and ground of Houmei Village

近幾年，隨著福州城市的迅速擴張，厚美村開始受到一系列外部力量的侵蝕，過去具有傳統活力的村落外部空間開始衰敗?；诤衩来逯械奶镆罢{查發(fā)現：村民由于專業(yè)知識的缺乏，其自發(fā)的擴建、濫建行為導致外部空間遭受破壞。通過空間構型量化研究發(fā)現，其消極現狀的本質是空間使用現狀與空間內在屬性不匹配，例如在較為開放的空間進行垃圾堆放和雜物閑置，而在較為私密的空間進行售賣等公共活動，這些無意識的行為最終使村落呈現出空間利用率低，環(huán)境臟亂差甚至安全隱患突出的消極狀態(tài)。見微知著，這種惡劣的環(huán)境條件也是其他市郊村落所面臨的相同困境：外部空間的衰敗阻礙了的土地資源的保護和集約利用，不利于空間格局的優(yōu)化和人居環(huán)境的營造[12]，在一定程度上成為村落實現“在地城鎮(zhèn)化”過程中物質空間提升的桎梏。

因此，深刻認識村落外部空間各要素的構成邏輯關系、形態(tài)演變規(guī)律，輔以客觀的工具手段、專業(yè)的理性方法引導村民對村落外部空間進行優(yōu)化更新，是村落外部空間環(huán)境提升的前提與基礎，能夠為市郊村落“在地城鎮(zhèn)化”背景下物質環(huán)境的提升提供有益的借鑒參考。

2 外部空間類型研究與模型構建

2.1 外部空間的類型化

市郊村落的外部空間作為研究對象，具有多樣性、復雜性、大量性等特點。因此，本設計研究在第一步，先利用類型學的方法對村落的外部空間進行分類。類型學方法的引入和應用，主要基于以下兩方面的考慮：一方面，村落外部空間形態(tài)各異，數量龐大，如果回到每一處空間內部進行調查研究，會消耗大量的人力物力。類型學可以對現狀中的各種形態(tài)要素進行簡化、抽象和還原，歸納、總結出內在的共性問題，建立從物件到建筑的構形方法[13]；另一方面，目前村落內部土地權屬問題復雜，村落內部的建造活動自下而上進行，其建造的主體仍舊是當地的村民，具有專業(yè)知識的建筑師不可能進入到每一處外部空間進行建造實踐。建筑師運用專業(yè)的空間組構知識，對村民無法意識到的空間內在屬性進行分類與歸納，可以對村民的建造活動進行專業(yè)上的方法論引導。

2.2 變量選擇與直角坐標系模型建立

空間是物質存在的一種客觀形式，克里斯多弗·亞歷山大（Christopher Alexander）的《建筑模式語言》一書較為看重空間諸多特質中的三個：空間的尺度、空間的關系和空間的邊界[14]。在村落外部空間中，空間的長度（平面形態(tài)）、寬度（平面形態(tài)）、高度（豎向形態(tài)）決定了空間的尺度和空間的邊界，外部空間所處的位置則決定了空間的關系?；诖耍狙芯客ㄟ^列舉、對比現實中影響空間性質的多種變量，篩選、提取了能反映村落外部空間組構特點的三個核心變量：空間相對于村落的位置、空間內部的平面形態(tài)、空間內部的豎向形態(tài)。在這三個變量的控制之下實現對外部空間的分類。

研究基于這三個基本變量，研究建立參數化空間直角坐標系作為外部空間的分類模型，依次定義三個變量為X（空間相對于村落的位置）、Y（空間內部的平面形態(tài)）、Z（空間內部的豎向形態(tài)）。在該空間直角坐標系模型中，某一個P坐標點（X，Y，Z）即代表某一種特定屬性的空間類型，直角坐標系內所有坐標點涵蓋了村落中所有類型的外部空間。至此，可將村落內的外部空間劃分為（X*Y*Z）種的空間類型（圖3）。

圖3 外部空間參數化直角坐標系Fig.3 rectangular coordinate system of exterior space variables

3 外部空間的兩次轉譯與設計表達

基于上述的分類方法，本設計研究通過對X、Y、Z三個變量進行空間的屬性化轉譯，并利用空間量化工具對每一個空間屬性進行數值量化，在此基礎上，引入模塊化的框架建造體系，將量化的空間屬性再一次轉譯為可視化的建造目標，從而為每一種類型的外部空間提出與其相對應的設計策略。

3.1 第一次轉譯：空間變量的屬性描述

對于空間相對于村落的位置、空間內部的平面形態(tài)、空間內部的豎向形態(tài)三個變量，研究通過空間的組構邏輯，將它們進行第一次轉譯，得到三個向度的空間屬性描述：多義性（ambiguity）、開放度（openness）、圍合感（envelopment）。

3.1.1空間相對于村落的位置：多義性

空間相對于村落的位置，直接影響空間的開放程度。當空間位于村落的核心位置（如村落廣場、活動中心或村落主路）時，該空間對于整個村落系統的公共性是越強的，空間內部的活動應是面向村落的，功能多樣的集體活動?？铝帧ち_（Colin Rowe）在《透明性》（Transparency）一書中認為，多功能空間的疊加產生了現象學上的透明性，即多義性[15]。顯然，空間相對于村落的位置反映的是空間對集體活動的包容和接納程度，故采用多義性進行描述。

3.1.2空間內部的平面形態(tài)：開放度

空間內部的平面形態(tài)主要取決于空間平面的圍合、阻擋情況，大體可以分為封閉、半封閉、半開放、開放等形式。當平面受到較少的阻隔、遮擋時，空間對外界較為開放；當平面受到周邊物體的多重圍合時，空間對外界較為封閉。因此，本研究使用開放度描述空間內部平面形態(tài)的內在屬性。

3.1.3空間內部的豎向形態(tài)：圍合感

個體由于自身生理特點，對空間內部豎向形態(tài)的感知，主要取決于空間的范圍以及圍合這個范圍的周邊建筑的高度，二者共同作用產生的比例關系形成個體所能感知到的圍合感，正如蘆原義信在《街道的美學》中運用空間理論來分析街道的尺度所說：當豎向形態(tài)是一個合理的比例關系時，空間尺度較為親切，能夠形成宜人的圍合感[16]。因此，研究將空間內部的豎向形態(tài)轉譯成圍合感這一空間屬性。

3.2 空間屬性的數值量化

空間句法是由倫敦大學巴特萊特建筑學院教授比爾·希列爾（Bill Hillier）等人創(chuàng)造[17]，用來定量描述關于人居空間結構，研究空間形態(tài)與人類社會之間相互關系的理論和方式。它通過拓撲計算的形態(tài)變量來量化描述空間構形。其中基礎的變量有連接值（connectivity value）、控制值（control value）、深度值（depth value）、集成度（integration value）等[18]。本研究使用空間句法中的道路集成度和視線深度兩個變量，分別對多義性和開放度進行量化；同時引入日本建筑師蘆原義信在街道設計理論中的寬高比（aspect ratio）這一變量對圍合感進行量化。和僅僅借助單一參數對空間進行量化分析相比，通過三個參數同時對于空間類型進行變量控制，可以在一定程度上降低某一變量過大的權重影響、避免片面依賴某一變量所帶來的技術算法局限，使最終的類型是三個變量相互制約、修正所產生的結果。

3.2.1道路集成度

道路集成度表示某節(jié)點與整個系統內所有節(jié)點聯系的緊密程度。某一道路集成度數值的大小，表示該道路在村內路網系統中，與其他道路的聯系程度緊密程度。因此，該數值也能反映出與該道路相連的開放空間是否具有多義性。根據空間句法軟件depthmap的計算結果（圖4），將X軸按照集成度數值梯度分為X=0（空間未與村落道路直接相連）；0＜X≤0.4；0.4＜X≤0.8；0.8＜X≤1.2四階，作為對空間多義性的量化。3.2.2視線深度值

圖4 厚美村現有路網的道路集成度圖Fig.4 integration value of Houmei Village

視線深度值深度值表達的是節(jié)點在拓撲意義上的可達性，即節(jié)點所處的空間在整個空間系統中的便捷度，其數值能夠反映出空間內部的開放度。根據空間句法軟件depthmap的計算結果（圖5），將X軸按照深度數值梯度分為0＜X≤1 000；1 000＜X≤2 000；2 000＜X≤3 000；3 000＜X≤4 000四階，作為對空間開放度的量化。

圖5 厚美村某一外部空間的視線深度圖Fig.5 depth value of some exterior space in Houmei Village

3.2.3寬高比

鑒于空間句法只能量化空間的平面形態(tài)這一局限性，研究引入寬高比這一量化指標，對空間的圍合感進行衡量?？臻g內部的寬高比數值的大小，表示空間內圍合的強弱，決定了空間整體給空間內部的人造成的心理感受。將Z軸按照寬高比數值分為Z≤1；1＜Z≤2；2＜Z≤4；4＜Z四階，作為對空間圍合感的量化。

至此，本研究基于細分程度的可操作性，使用定量分析工具可得到4*4*4即64種類型的外部空間（圖6）。

圖6 64種類型的空間的坐標劃分Fig.6 64 types of exterior space

3.3 結構選型

哈耶克將社會秩序分為自發(fā)秩序和人為秩序[19]。和城市自上而下的人為秩序相比，自發(fā)秩序是中國鄉(xiāng)村突出的場域特征，它是人們基于天然聯系、價值共識和行為規(guī)范，并經歷史沉淀和檢驗而自發(fā)生成的秩序，內部具有地域性、規(guī)范性和調適性等特征，同時能與外界保持良性互動，是一種增長的、包容的和有效的秩序[20]?；趯@種自發(fā)秩序的尊重和維護，研究試圖在村落外部空間引入一種具有潛在應用能力的結構形式，它能夠提供一種開放、系統且富有彈性的設計策略，不同于常規(guī)的趨于靜態(tài)結果的具象形態(tài)設計，而是讓最終結果成為建筑師和使用者共同產生的一種合力，實現空間理性認知和單元結構秩序指導下村民基于自發(fā)秩序的多樣性表達。

結構形式以3.6 m * 3.6 m * 2.7 m的框架結構為基本單元，單元間可以自由進行模塊化組合（圖7）。3.6 m * 3.6 m * 2.7 m的尺度一方面能夠保證人在最小模塊單元內部活動時具有較好的舒適性（滿足人體工程學中的展臂、轉身、跳躍等尺度要求），同時可以滿足工業(yè)化的模塊生產的標準（目前國際上多以美國標準為參考：模塊寬度最大值為 3.96—4.88 m（極限）；模塊高度最大值為 3.66 m[21]）。在此基礎上，村民可以根據生活習俗、功能需求、審美傾向、鄰里親疏等實際因素，基于這種結構進行桿件、板片等構件的二次填充，構建村民的心理歸屬感和文化認同感[22]，同時其模塊化的整體形態(tài)也能根據具體的場地邊界進行自適應調整，它既有利于建立合理的模塊化“設計—建造”系統模型，從而實現真正意義上的專業(yè)設計與村民建造相互結合[23]，又具有在時間推移和場景切換的過程中不斷調整和變化的能力，從而避免村落改造“千村一面”的情況發(fā)生[24]，可以廣泛應用于中國現有的多樣、復雜、大量的市郊村落的外部空間的更新，最終使得建筑學的思考和行動進一步融入到鄉(xiāng)村的時代演變之中[25]。

圖7 特定的模塊化框架結構Fig.7 specific modular frame construction

3.4 第二次轉譯：空間數值的可視形態(tài)

在引入框架結構之后，通過對第一次轉譯得到的三個空間屬性，進行第二次轉譯，形成控制框架結構實際物理形態(tài)的三種變量：豎向層次（vertical hierarchy）、結構密度（structure density）、相對數量（relative quantity）。其中，豎向層次表現為框架結構的層數，結構密度體現在框架體系中結構柱的數量，相對數量則是體系中單元體的數量，在三種變量的共同作用下，使其形成適用于某一種特定空間類型的特定的框架結構。

3.4.1多義性：豎向層次

空間多義性表示多種功能空間的疊加程度。多義性越強，功能越多樣，使用人群更加復雜，空間也具有更深的疊加程度。通過改變框架結構的豎向層次，產生不同層數下水平空間和豎向空間的滲透和疊加程度（表1）。

表1 多義性圖解與豎向層次關系圖Tab.1 relations between ambiguity diagram and vertical hierarchy

3.4.2開放度：結構密度

諾伯舒茲（Christian Norberg-Schulz）強調建筑空間應當契合場所精神，順應它的氣質[26]。研究將空間的開放度轉譯為框架系統的結構密度，根據空間開放程度進行結構密度的調整，讓公共的空間更加公共，私密的空間更加私密，從而使村落的外部空間從模糊無序形成梯度分明的序列，契合其所在的場所特征（表2）。

表2 開放度圖解與結構密度關系圖Tab.2 relations between openness diagram and structure density

3.4.3圍合感：相對數量

奧地利建筑師西特（C. Sitte）認為開敞空間的尺度需要有合理界限，在該范圍內人體視覺角度約為25°≤a≤45°[27]。為了使人在框架結構內部活動時獲得舒適的視覺視角，框架結構的范圍會根據周邊建筑的豎向高度做出相應調整。圍合感弱的地方，空間較為開敞，單元體數量相對較多；圍合感強的地方，空間較為封閉，單元體數量相對較少（表3）。

表3 圍合感圖解與相對數量關系圖Tab.3 relations between envelopment diagram and relative quantity

3.5 兩次轉譯過程的參數化表達

由上文所述，為了得出三個變量共通作用下的的轉譯結果，以及體現其分別與三個坐標軸存在邏輯上的相關性，本設計利用了grasshopper等參數化建模軟件，通過X、Y、Z三個梯度分別對建造單元體的豎向層次、結構密度和相對數量進行影響因子的控制，進而表達轉譯過程以及最后的轉譯成果（圖8）。轉譯過程使用參數化軟件表達的優(yōu)勢如下：其一，使轉譯過程更加具有邏輯理性。觀者可以比較直觀的了解相關參數如何一步步影響轉譯，從而得到最后的轉譯結果；其二，使研究更具推廣意義。隨著相關研究的深入，不管是坐標軸的量化細分，還是相關參數的優(yōu)化調整，都可以基于該參數化模型進行修改與應用，從而得到相同邏輯下不同需求的轉譯結果。

圖8 參數化軟件的運算過程和運算結果的優(yōu)化表達Fig.8 optimized expression of parameterization

4 厚美村“點式切入”的設計實踐

4.1 示范點的分析與確定

基于上述的研究結果，以福州市厚美村為例進行設計實踐。根據上文所述得到的64種空間類型，選取較具有代表性的8種空間類型在厚美村中進行設計實踐。這8處實踐地點的選擇，一方面基于村中的田野調查，可得這幾處外部空間的現狀較為消極，使用率低，其周圍又存在具有相應空間需求的村民活動（如晾曬、棋牌、售賣、種植等村落典型的外部空間行為），但是這些活動并沒有品質較為理想的空間載體；另一方面基于前文所述的參數化分析，通過道路集成度、視線深度、寬高比三個維度的參量對8處實際外部空間進行量化評測，歸納、抽象、還原其空間類型的本質特征（表4）。

表4 福州市厚美村八個示范點的選址及其空間類型分析Tab.4 site selection of eight demonstration sites and their spatial type analysis in Houmei Village

4.2 示范點的設計與表達

首先，基于上文所述的空間轉譯方法，為村中的每一處示范點確定與其空間類型相匹配的實際建造的結構形式；其次，回到空間所處的具體情境，對空間周邊厚美村村民的行為活動進行進一步的實際調研，明確更加具體的空間需求，例如空間類型（1，1，1）周邊現有的晾衣、小憩、種植等行為；進而，基于調研結果對框架結構進行實際的功能性填充設計，匹配空間形式和空間行為，密切二者之間的關聯度，例如空間類型（1，1，1）中加入圍合條凳、廊架涼亭等滿足村民需求的構件；最終，得到適用于所選的8處外部空間更新改造的特定建造結果（表5）。這八個方案作為本文研究方法的一種設計實踐，旨在借助小尺度、漸進式的“點式切入”更新方式，對厚美村村民的自發(fā)性建造行為起到示范和引導的作用，以點帶面，借此引發(fā)其周邊環(huán)境產生相應變化，作為重塑厚美村村落面貌、提高村民生活質量的物質前提。

表5 福州市厚美村八個示范點的設計表達Tab.5 the design expression of eight demonstration sites in Houmei village

5 結語

外部空間的二次轉譯表達，從空間變量屬性的量化抽象描述到空間數值的可視形態(tài)與參數化表達，是一個將現實環(huán)境特征抽象化進行特征信息類型化處理加工，再將空間特征規(guī)律進行信息加工輸出并重構現實空間形態(tài)的過程。這體現了建筑師的工具理性和思維理性，也為外部空間的優(yōu)化提升提出具有指導性的設計策略。將村民無法認識到的空間內在屬性轉化成可視化、易操作的建造目標，引導村民基于村落的事實理性，對失序的外部空間進行重構，通過空間設計的手段促進村落土地利用的優(yōu)化和公共空間品質的提升。當下，城市化進程方興未艾，深刻認識市郊村落的外部空間的構型要素特征、內在邏輯關系及其形態(tài)演化規(guī)律，對于挖掘外部空間所隱含的核心價值、激活外部空間的內在活力具有普遍意義，同時也能從空間設計和建造實踐的視角，為“在地城鎮(zhèn)化”背景下市郊村落建成環(huán)境的改造更新奠定有效的物質環(huán)境基礎。

圖表來源：

圖1-8：作者繪制

表1-5：作者繪制