鄉(xiāng)村道路肌理參數(shù)化解析與重構(gòu)

李一霏 劉源

摘要：參數(shù)化解析的道路肌理特征參數(shù)可用于后續(xù)指導(dǎo)鄉(xiāng)村規(guī)劃建設(shè)，更好地延續(xù)鄉(xiāng)村空間形態(tài)特征。因此，本文區(qū)別于傳統(tǒng)分析方法，基于CityEngine平臺的道路生成模塊，從原始道路肌理提取其特征參數(shù)并重構(gòu)，對比原始路網(wǎng)和新生成路網(wǎng)。本文將村落道路肌理通過量化的方式進(jìn)行解析與重構(gòu)，并分析其相似度與合理性，旨在以量化的研究方法為鄉(xiāng)村規(guī)劃設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：參數(shù)化;傳統(tǒng)村落道路;肌理解析

中圖分類號：TU982.29 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1004-9436（2021）17-0-04

鄉(xiāng)村道路作為重要的鄉(xiāng)村公共空間，與鄉(xiāng)村的發(fā)展有著緊密聯(lián)系。適宜的道路界面能夠創(chuàng)造優(yōu)良的公共環(huán)境，提升鄉(xiāng)村形象與活力，合適的街道尺度能夠有效提升交通水平，提高通勤效率[1]。

近年來，隨著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實(shí)施，許多村落傳統(tǒng)特色消失，特色文化村落持續(xù)減少，帶來了如鄉(xiāng)村特色歷史文化被破壞、地域性特色消失等一系列問題?；仡欉^往研究，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的研究方法與設(shè)計理念存在局限性，主要體現(xiàn)在兩個方面：一是研究方法多是從感性層面出發(fā)的定性研究，且容易將城市設(shè)計的理念復(fù)制到鄉(xiāng)村更新改造的實(shí)踐中;二是各類研究方法多是立足于挖掘鄉(xiāng)村歷史文化的語言描述，缺少精確的量化表現(xiàn)，無法定量描述和演繹鄉(xiāng)村空間肌理特征，難以延續(xù)村落傳統(tǒng)的肌理特征[2]。與此同時，地理信息系統(tǒng)與參數(shù)化設(shè)計軟件的開發(fā)與普及為量化研究村落空間機(jī)理提供了有力的技術(shù)支撐，將數(shù)據(jù)與地圖相結(jié)合的圖示化表達(dá)方法能使村落在發(fā)展過程中形成的空間肌理特征規(guī)律更為直觀地呈現(xiàn)出來。

本文基于Openstreetmap（一款由網(wǎng)絡(luò)大眾共同打造的免費(fèi)、可編輯的地圖服務(wù)，以下簡稱“OSM”），配合CityEengine（以下簡稱“CE”）軟件平臺的道路肌理生成模塊，以鄉(xiāng)村道路肌理為切入點(diǎn)，以湖北黃石管山村為例，對鄉(xiāng)村道路肌理進(jìn)行解析與重構(gòu)，更加細(xì)致地掌握鄉(xiāng)村道路肌理的規(guī)律、形態(tài)和特征，為鄉(xiāng)村規(guī)劃設(shè)計提供新的思路。

1 概述

對鄉(xiāng)村道路肌理的解析與重構(gòu)有利于更加細(xì)致地把握鄉(xiāng)村道路肌理的特征，深入解讀道路肌理特征的規(guī)律，并為鄉(xiāng)村規(guī)劃設(shè)計提供翔實(shí)的數(shù)據(jù)參考。具體技術(shù)流程如下。

第一步，基于OSM地圖道路編輯功能，依據(jù)地圖信息編輯管山村整體道路，并與調(diào)研所得的村莊原始道路肌理圖對比，以提高準(zhǔn)確度。

第二步，對提取的整體路網(wǎng)進(jìn)行預(yù)處理，剔除路網(wǎng)中的雜余信息，采取包括依據(jù)調(diào)研信息設(shè)置同一路段寬度、對曲線道路的直線化擬合等優(yōu)化措施。

第三步，解析。從提取的原始道路肌理中選定能夠反映各自道路肌理特征的參數(shù)項(xiàng)，并從原始路網(wǎng)中提取出各個參數(shù)項(xiàng)的參數(shù)值。

第四步，重構(gòu)。將提取的各參數(shù)項(xiàng)的參數(shù)值代入CE平臺內(nèi)的道路生成模塊，由其生成新的道路肌理。

第五步，對比。將新方案與原始鄉(xiāng)村道路肌理進(jìn)行比較，若相似度較高，則證明重構(gòu)的道路肌理在較大程度上繼承了原有的鄉(xiāng)村道路肌理特征，得出的參數(shù)及規(guī)則可以應(yīng)用于對此鄉(xiāng)村的規(guī)劃設(shè)計。

流程如圖1所示。

2 應(yīng)用研究

我國的鄉(xiāng)村地域分布廣泛，村落空間形態(tài)也因地勢不同而復(fù)雜多變。其中高原、丘陵等地區(qū)的村落因復(fù)雜的豎向條件難以準(zhǔn)確把握其道路形態(tài)，且與地勢平坦地區(qū)村落的參數(shù)化研究具有一定的差異[3]。參數(shù)化研究方法更適合對城鎮(zhèn)進(jìn)行分析與模擬，因此，本文選擇的案例是位于地勢相對平坦的區(qū)域且具有一定城市化特征的村落。

本文選取的案例村落位于湖北省黃石市下陸區(qū)北面，該村現(xiàn)有302戶，共1 300人，村落地勢平坦，至今已有近700年的歷史，村內(nèi)仍完整地保存著古祖堂、古井、古廟等十幾處歷史遺跡。村內(nèi)三洼水池與東側(cè)山泉溪水交相輝映，村后以東方山為屏障，整個村落依山傍水而生。村內(nèi)道路經(jīng)過多年變遷，尤其是20世紀(jì)60年代至今，受城市化影響，道路布局形式逐漸向類似城市化的布局形式演變，路網(wǎng)組成逐漸規(guī)律，但整體上仍延續(xù)古代的道路肌理特征，具有相當(dāng)高的歷史文化價值與研究價值。

2.1 管山村道路現(xiàn)狀肌理的提取與優(yōu)化

實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，多年來村民自主建設(shè)形成的鄉(xiāng)村道路，未經(jīng)過現(xiàn)代規(guī)范化的規(guī)劃設(shè)計，在參數(shù)化表達(dá)中存在一些問題，難以進(jìn)行計算機(jī)模擬（見圖2）。

因此，為方便后續(xù)代入CE平臺的需要，在從OSM提取管山村路網(wǎng)信息的過程中需要對管山村的單體道路、道路交叉口和整體路網(wǎng)三個方向預(yù)先進(jìn)行優(yōu)化處理。在優(yōu)化處理過程中需要恪守兩個基本原則：一是不宜對現(xiàn)狀道路肌理做過大改動，避免在此過程中丟失其肌理特征;二是使其方便進(jìn)行計算機(jī)模擬。

2.1.1 單體道路的優(yōu)化處理

單體道路從以下兩個方向進(jìn)行優(yōu)化處理：一是對單體道路進(jìn)行規(guī)整化處理，OSM中對單體道路的編輯存在一些屬性字段約束道路的形成，本文對導(dǎo)入CE道路模塊產(chǎn)生影響的主要是“要素類型”和“車道數(shù)目”，兩者直接決定了導(dǎo)入CE中道路的寬度。其他字段與本文所述無關(guān)，此處不作贅述。根據(jù)調(diào)研所得，在“要素類型”中將管山村車行道路定義為小型/未分級道路，巷道定義為“步行道路”，并在“車道數(shù)目中”將車行道路的車行道數(shù)量定義為1。二是以交叉口為節(jié)點(diǎn)，將道路拆分為各個直線路段。

2.1.2 道路交叉口的優(yōu)化處理

道路交叉口從以下兩個方向優(yōu)化處理：一是調(diào)整異形的交叉口，編輯交叉口處多余的部分，使其相對平整;二是合并兩個距離太過靠近的交叉口（見圖3）。

2.1.3 整體路網(wǎng)的提取與優(yōu)化

在OSM中根據(jù)單體道路和道路交叉口的優(yōu)化處理方法對管山村道路進(jìn)行編輯，最終提取整體路網(wǎng)肌理（見圖4）。

2.2 管山村道路肌理參數(shù)化解析

傳統(tǒng)的道路分析方法是從道路的寬度、長度、交叉口、偏角等指標(biāo)對道路進(jìn)行解析，而參數(shù)化則是在這些指標(biāo)下將其進(jìn)一步細(xì)分為若干個參數(shù)項(xiàng)。每個參數(shù)項(xiàng)的參數(shù)值反映整體路網(wǎng)的某一部分特征，把所有參數(shù)項(xiàng)結(jié)合起來，就組成了完整的路網(wǎng)生成規(guī)則，生成與其對應(yīng)的整體路網(wǎng)。后續(xù)在CE中的參數(shù)化重構(gòu)則是依托于這些參數(shù)項(xiàng)，將這些參數(shù)項(xiàng)的參數(shù)值代入CE內(nèi)置的道路生成規(guī)則，生成新的路網(wǎng)方案。

2.2.1 道路肌理類型特征

CE提供了三種基本的路網(wǎng)類型，分別用參數(shù)ORGANIC（有機(jī)型）、RASTER（方格型）、RADIAL（放射型）表示。鄉(xiāng)村的整體路網(wǎng)類型基本可以通過這三種參數(shù)單獨(dú)或互相配合形成（見圖5）。根據(jù)現(xiàn)狀，將管山村整體路網(wǎng)定義為“ORGANIC有機(jī)型（主）+RASTER方格型（次）”路網(wǎng)。

2.2.2 道路肌理中心分布特征

此處的道路肌理中心并不是傳統(tǒng)意義上整個村落布局的中心點(diǎn)，而是指代道路密度相關(guān)的參數(shù)，在CE中以參數(shù)項(xiàng)“開發(fā)中心首選項(xiàng)”進(jìn)行調(diào)整，參數(shù)越高則道路中心越多、密度越大，參數(shù)越少則道路中心越少、密度越小，且離中心越遠(yuǎn)，道路密度越?。ㄒ妶D6）。

2.2.3 構(gòu)建道路肌理參數(shù)集及參數(shù)提取

參考CE的道路生成模塊將整體路網(wǎng)機(jī)理分解為整體路網(wǎng)、街道參數(shù)和交叉口參數(shù)三個子集合，根據(jù)道路生成需要，在三個子集合下進(jìn)一步細(xì)分為各項(xiàng)控制參數(shù)項(xiàng)，并從管山村原始道路肌理圖中根據(jù)CE道路生成模塊所需參數(shù)項(xiàng)提取各項(xiàng)參數(shù)值（見表1）。

2.3 管山村道路肌理參數(shù)化重構(gòu)與比較

實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，管山村內(nèi)部河道、街道、巷道、民居院落之間形成了典型的方格狀“井”字形道路肌理，這種肌理的形成源自該村地域系統(tǒng)中的自組織體系，是沿著東方山道路和村內(nèi)水系流向自發(fā)生長出來的，與地理環(huán)境、自然條件、民俗生活等密切關(guān)聯(lián)。

2.3.1 管山村道路肌理參數(shù)化重構(gòu)與優(yōu)化

道路肌理的重構(gòu)是將前文道路解析過程中獲得的各個參數(shù)項(xiàng)的參數(shù)值代入CE中的道路生成模塊重新生成新的路網(wǎng)。重構(gòu)的目的是構(gòu)建出兼具原始道路肌理特征又更符合現(xiàn)代生活需求的路網(wǎng)。

重構(gòu)所使用的參數(shù)是基于上述原始道路形態(tài)提取的，而這些參數(shù)就是原始道路肌理的量化表現(xiàn)，蘊(yùn)含著原始道路肌理的特征，原始的道路肌理特征則反映該村的文化習(xí)俗、社會制度、生活方式等，為佐證道路肌理參數(shù)化重構(gòu)的合理性提供了理論依據(jù)。

在保留管山村內(nèi)沿水系道路和邊界的前提下，將解析所得數(shù)值代入CE道路生成模塊，形成新的管山村整體路網(wǎng)方案。然后對生成的路網(wǎng)方案進(jìn)行手動優(yōu)化，主要以保留村內(nèi)道路的原真性以及不占用歷史遺留區(qū)域?yàn)樵瓌t，適當(dāng)連接支巷、次巷，使道路肌理更加清晰，最終得到新的管山村路網(wǎng)（見圖7）。

2.3.2 比較分析

為比較分析原始路網(wǎng)和新路網(wǎng)的相似度，選取路網(wǎng)密度、道路交叉口密度、路徑密度、道路網(wǎng)格平均值四項(xiàng)指標(biāo)，通過計算比較四項(xiàng)指標(biāo)的相似度衡量兩個路網(wǎng)的相似度（見表2）。

重構(gòu)的道路肌理與原始道路肌理在各個評價指標(biāo)上具有比較高的相似度（綜合相似度為84.90%）。在道路密度、網(wǎng)格尺度、整體走勢等方面繼承了原始道路的形態(tài)肌理。與原始道路相同，大多呈現(xiàn)出“井”字形的路網(wǎng)肌理，道路布局基本以村莊邊界為準(zhǔn)，整體走勢或垂直于靠東方的山道路，或垂直于右邊水系，各個方向的路網(wǎng)密度基本一致，形成的網(wǎng)格尺度也比較宜人。在路網(wǎng)密度相似度較高（92.80%）的基礎(chǔ)上，降低了交叉口密度（相似度60.74%），改善了發(fā)展過程中原始道路因缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃而出現(xiàn)的不連貫和雜亂的問題，使重構(gòu)的新路網(wǎng)明顯比原始路網(wǎng)更具整體性和連貫性。

3 結(jié)語

雖然CE的道路生成模塊已經(jīng)能由一系列控制參數(shù)生成對應(yīng)的道路肌理，但還存在一些不足，如案例村落中存在水系，而CE道路模塊中缺乏對水系和道路關(guān)系的控制，并且目前只能控制道路的宏觀形態(tài)，難以捕捉道路細(xì)部形態(tài)，如人行道的高度、路牙石、道路中央隔離帶、路燈等。

傳統(tǒng)鄉(xiāng)村的保護(hù)傳承與更新改造正如火如荼，其中也面臨著種種困境?；谠监l(xiāng)村肌理特征參數(shù)化解析與重構(gòu)的方法是當(dāng)前解決鄉(xiāng)村建設(shè)中傳統(tǒng)空間形態(tài)特征丟失問題的一個嘗試，能夠使規(guī)劃過程更為高效、便捷，依靠參數(shù)快速生成的模型能夠?yàn)橐?guī)劃設(shè)計及時提供大量的參考方案，進(jìn)而提高規(guī)劃效率，增強(qiáng)規(guī)劃成果的科學(xué)性與合理性。相較于傳統(tǒng)的研究方法，參數(shù)化解析獲得的特征與數(shù)據(jù)使鄉(xiāng)村道路肌理的修復(fù)與更新變得更加有據(jù)可循，但卻缺乏與鄉(xiāng)村規(guī)劃更深層次的結(jié)合?，F(xiàn)階段，鄉(xiāng)村規(guī)劃設(shè)計更多的還是起到輔助性作用，需要與傳統(tǒng)的研究方法相結(jié)合才能落實(shí)到實(shí)踐中去。美麗鄉(xiāng)村建設(shè)是一個復(fù)雜的命題，參數(shù)化的方法實(shí)質(zhì)只是一個技術(shù)工具，可以將村落的空間形態(tài)特征通過參數(shù)化量化解析并演繹出來，但如何合理地將感性層面的特征，如鄉(xiāng)村文化、生活習(xí)俗等非物質(zhì)特征解析成科學(xué)、量化的參數(shù)化語言，并通過計算機(jī)更加準(zhǔn)確地表達(dá)和闡釋出來，是未來在實(shí)踐過程中需要研究的方向。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 胡小勇.歷史文化村落空間形態(tài)的參數(shù)化保護(hù)與規(guī)劃探索研究[J].建筑與文化，2018（12）：138-140.

[3] 童磊.村落空間肌理的參數(shù)化解析與重構(gòu)及其規(guī)劃應(yīng)用研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2016.

作者簡介：李一霏（1979—），男，湖北武漢人，碩士，副教授，研究方向：環(huán)境設(shè)計。

劉源（1993—），男，湖北武漢人，碩士在讀，系本文通訊作者，研究方向：環(huán)境設(shè)計。