基于空間句法的換乘空間可達(dá)性評價(jià)方法適用性研究

文／蔡雨杉 陳瑩澤

引言

隨著我國科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和綜合國力的顯著提升，高速鐵路以驚人的態(tài)勢發(fā)展成國家命脈之網(wǎng)。2020 年我國高鐵里程將達(dá)3 萬公里以上，覆蓋80%以上的城區(qū)常住人口100 萬以上的城市[1]。鐵路覆蓋率的穩(wěn)步提升、高鐵建筑的不斷建成與發(fā)展也引發(fā)了學(xué)術(shù)界的研究熱潮，國內(nèi)涌現(xiàn)出一批以鐵路客站建筑建成后評價(jià)為研究主題的專家學(xué)者[2]，隨著建筑后評價(jià)在我國的發(fā)展，新的研究理論和研究方法也被運(yùn)用到交通建筑上來。其中空間句法作為描述空間關(guān)系的量化方法得到了建筑界和規(guī)劃界一批學(xué)者的廣泛關(guān)注，但其僅僅是數(shù)學(xué)邏輯上的運(yùn)算，本身便存在很大的爭議和局限性[3]。因此，本文將就空間句法在高鐵換乘空間可達(dá)性研究的適用性進(jìn)行探討。

1 空間句法理論在換乘空間中的運(yùn)用

1.1 空間句法理論簡介

1984年，Hillier①等人編寫的《空間的社會(huì)邏輯》一書中首次提出了空間句法這種用來描述空間與空間之間的拓?fù)潢P(guān)系的研究方法。其運(yùn)行機(jī)制是以數(shù)學(xué)的方式描述空間之間的拓?fù)洹缀?、?shí)際距離等關(guān)系，主要被用以研究空間可達(dá)性與相關(guān)性。

1.2 交通建筑換乘空間中的句法研究

近年來，我國一批學(xué)者利用空間句法對交通建筑換乘空間的可達(dá)性和導(dǎo)向性都做了較為詳盡的研究，西南交通大學(xué)何海榮建立了空間句法與視覺機(jī)能理論結(jié)合的研究方法，對廣州南站換乘層標(biāo)識(shí)進(jìn)行量化評價(jià)[4]；董玉香等人用空間句法分析了北京西直門站換乘空間的可達(dá)性，并提出針對軟件分析結(jié)果的優(yōu)化策略[5]；胡斌等人運(yùn)用Depthmap 軟件對北京白石橋南站的換乘空間進(jìn)行分析，并據(jù)此提出相應(yīng)的空間導(dǎo)向性優(yōu)化設(shè)計(jì)策略[6]；孫洪濤、劉瑋對三個(gè)特大型客運(yùn)樞紐進(jìn)行視域分析，優(yōu)化平面并進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，提出改善旅客視域范圍的策略[3]。盡管目前空間句法被運(yùn)用在諸多建筑與規(guī)劃領(lǐng)域?qū)臻g形態(tài)、屬性等特征的研究中，但其僅僅為理論層面的運(yùn)算方法，需要結(jié)合實(shí)際調(diào)查情況進(jìn)行綜合分析。

2 基于空間句法與實(shí)際調(diào)查的空間可達(dá)性評價(jià)模型

拓?fù)湫睦韺W(xué)的創(chuàng)始人勒溫（Kurt Lewm）提出的EPB 模型指出：人的行為是“人”（P）和“環(huán)境”（E）的函數(shù)，公式如下：

人的行為受到環(huán)境和需求的共同驅(qū)動(dòng)，因此可以將空間可達(dá)性的評價(jià)內(nèi)容分成兩個(gè)部分：以換乘空間為客體的空間特性和以換乘旅客為主體的行為需求。

2.1 以換乘空間為客體的可達(dá)性分析

可達(dá)性是空間中客觀存在的特性，可利用空間句法對空間的形態(tài)變量進(jìn)行分析，與可達(dá)性直接相關(guān)的變量為空間平均深度值和空間整合度數(shù)值：

（1）空間平均深度值

表示絕對深度值，空間平均深度值表示為需要進(jìn)行空間轉(zhuǎn)換的次數(shù)，數(shù)值越大，空間的可達(dá)性越差。計(jì)算公式為：

式中：為拓?fù)溥B接圖中某兩個(gè)子空間編號(hào)，表示子空間的總數(shù)。

（2）空間整合度

空間句法形態(tài)變量中整合度為復(fù)合變量，由空間的平均深度值得來?？臻g的全局整合度越高，其可達(dá)性越高，計(jì)算公式為：

式中：為拓?fù)溥B接圖中的某一子空間編號(hào)，空間整合度是指空間系統(tǒng)中某一獨(dú)立子空間與其他獨(dú)立子空間的集散程度，為空間連接拓?fù)鋱D中子空間的總個(gè)數(shù)。

根據(jù)空間句法的數(shù)據(jù)分析，可以從理論的角度上分析被評價(jià)客體的可達(dá)性優(yōu)劣。

2.2 以換乘旅客為主體的可達(dá)性需求分析

根據(jù)旅客在換乘空間的聚散特征，將其對空間可達(dá)性的需求分為兩個(gè)方面：客流分布特征可以體現(xiàn)出旅客的整體出行流線，旅客在空間的主要活動(dòng)路徑需要具有良好的空間可達(dá)性；旅客聚集節(jié)點(diǎn)可以體現(xiàn)出旅客出行流線上主要的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)，需要有針對性的空間可達(dá)性優(yōu)化策略。而實(shí)際調(diào)查可以客觀地記錄高鐵換乘空間內(nèi)的客流分布規(guī)律，直接反映出客流在空間中對可達(dá)性的需求，從實(shí)踐的角度對理論分析進(jìn)行驗(yàn)證和補(bǔ)充。

2.3 可達(dá)性評價(jià)模型建立

本文將建立基于空間句法和實(shí)際調(diào)查的空間可達(dá)性評價(jià)模型，即分析換乘空間的環(huán)境要素與旅客行為需求之間的相互聯(lián)系，結(jié)合客觀環(huán)境的可達(dá)性和旅客需求的可達(dá)性兩方面進(jìn)行綜合分析，最終用于評價(jià)換乘空間的可達(dá)性。

該模型的評價(jià)方法設(shè)計(jì)如下：

（1）利用空間句法分析建立換乘空間視域模型，并運(yùn)用Depthmap 進(jìn)行空間形態(tài)變量運(yùn)算，得到換乘空間的客觀可達(dá)性評價(jià)；

（2）在現(xiàn)場調(diào)研采取行為跟蹤測量法，觀察換乘空間客流高峰時(shí)期旅客的分布特征，并對其容易聚集的場所進(jìn)行記錄，對旅客的換乘尋路行為進(jìn)行分析，得到基于旅客需求的換乘空間可達(dá)性評價(jià)；

（3）綜合上述兩方面的內(nèi)容，對換乘空間進(jìn)行綜合評價(jià)，并以客流的實(shí)地分析結(jié)果驗(yàn)證空間句法這一理論分析是在換乘空間可達(dá)性評價(jià)研究中的適用性。

3 以武漢站換乘空間為例的可達(dá)性評價(jià)模型驗(yàn)證

武漢站開通于2009 年12 月，是首個(gè)運(yùn)用“建橋合一”技術(shù)建造的線上式高鐵客運(yùn)站[7]，客流組織為上進(jìn)下出，地上三層，自上而下豎向劃分為高架候車層、高架站臺(tái)層和出站換乘層，換乘空間位于地面層。

旅客在高鐵站內(nèi)活動(dòng)的時(shí)候，主要靠視覺收集空間引導(dǎo)及尋路信息，良好的視線設(shè)計(jì)可以提升空間的可識(shí)別性，因此文本運(yùn)用視域分析法依據(jù)空間平均深度值和全局整合度數(shù)值分析武漢站換乘空間的可達(dá)性。

3.1 視域分析結(jié)果

選擇500mm 作為網(wǎng)格的基本單元對平面進(jìn)行劃分，并在Depthmap 軟件中創(chuàng)建視域模型進(jìn)行分析，得到視線平均深度分析和可視性整合度分析結(jié)果。

視域分析結(jié)果表明：

（1）武漢站出換乘空間整體的可達(dá)性較好，與旅客換乘行為密切相關(guān)的主要進(jìn)出站口（出站層?xùn)|西兩端）、售票服務(wù)區(qū)（出站層?xùn)|西兩端到達(dá)口附近）以及信息標(biāo)志、公告牌等節(jié)點(diǎn)都具有良好的視線通達(dá)性。

（2）可達(dá)性最好的區(qū)域?yàn)槲錆h站換乘空間東西走向的兩條主要步行通道。該視線平均深度趨向于藍(lán)色，可視性整合度趨向于紅色，說明當(dāng)旅客處于東西兩側(cè)通道時(shí)，能夠得到最多的空間信息，看到的空間范圍最大。

（3）可達(dá)性最差的區(qū)域?yàn)槲錆h站換乘空間連接南北出站口的通道。該區(qū)域可視性整合度趨向于藍(lán)色，數(shù)值較低，且平均深度值數(shù)值偏高。和東西兩通道相比，可視性較低，不易被旅客認(rèn)知。

3.2 客流分析結(jié)果

武漢火車站出站層客流較為復(fù)雜，主要為高鐵到站換乘其他公共交通的出站旅客與由公交、地鐵等到站乘坐高鐵站的進(jìn)站旅客。為了獲取大量的觀察樣本客觀分析武漢站出站層客流的規(guī)律，我們選擇客流量較大的時(shí)段對武漢站進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研。根據(jù)武漢站工作日和周末的熱力圖顯示，武漢站周末的客流呈現(xiàn)出聚集人口多且持續(xù)時(shí)間長的特點(diǎn)，因此將現(xiàn)場調(diào)研的時(shí)間定為2020年11月7日（周六）中午12 ∶00 到下午18 ∶00。

調(diào)研主要采取照片拍攝記錄和行為跟蹤測量法，武漢站換乘空間的旅客按照出行目的大致可以分為三種類型：出站換乘的旅客、換乘進(jìn)站的旅客和接送站的旅客。其中出站換乘的旅客作為主要活動(dòng)人群具有較強(qiáng)的流動(dòng)性，會(huì)出于尋路和疏散的需求，聚集在售票口、高鐵到達(dá)口以及地鐵進(jìn)出站閘機(jī)附近等需要停留的區(qū)域。在換乘尋路的過程中，大部分人能夠較快地?fù)Q乘出站，但是也有一部分旅客出現(xiàn)了長時(shí)間停滯、來回徘徊等情況，此類行為多出現(xiàn)在武漢站換乘空間地鐵進(jìn)出站口、南北換乘通道口附近；且當(dāng)大量客流由出站閘機(jī)涌出時(shí)，各個(gè)到達(dá)口附近也存在一定程度的客流阻滯、流線混亂的情況。

3.3 綜合分析結(jié)果

武漢站出站層換乘空間的現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果與軟件分析結(jié)果在整體上呈現(xiàn)出相似性，布局分析存在差異性，證明空間句法理論在武漢站換乘空間可達(dá)性的評價(jià)研究中同時(shí)存在適應(yīng)性與局限性。

相似性：根據(jù)分布圖顯示，武漢換乘空間的主要聚集趨勢集中在東西向的兩條交通空間，與視域分析結(jié)果一致；客流的主要聚集節(jié)點(diǎn)有：地鐵出站口附近、地鐵進(jìn)站口及其售票窗口附近以及靠近地鐵換乘節(jié)點(diǎn)的高鐵到達(dá)口附近。高鐵到達(dá)口和地鐵進(jìn)站口附近區(qū)域的視域分析結(jié)果與客流分布結(jié)果基本一致，但是由于兩個(gè)地鐵進(jìn)站口中部設(shè)置了商業(yè)區(qū)域，具有較強(qiáng)的視線遮擋性，進(jìn)行現(xiàn)場跟蹤記錄時(shí)發(fā)現(xiàn)，部分旅客會(huì)在此處形成折返、迂回的流線，可以將此處的商業(yè)由集中式改為分散式，增強(qiáng)平面布局的可視性。

差異性：地鐵出站口也是客流主要聚集節(jié)點(diǎn)之一，而在視域分析中，此處的可達(dá)性并不佳，這就導(dǎo)致由地鐵送入站點(diǎn)的旅客大量在出站口涌出之后，難以快速接收空間的可達(dá)信息，容易造成一定范圍的擁堵。現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，地鐵出站口附近空間限定性強(qiáng)，指向明確，對于出地鐵之后直行進(jìn)站的旅客較為友好；然而當(dāng)旅客需要在空間內(nèi)進(jìn)行其他活動(dòng)時(shí)，受到兩側(cè)限定界面的影響，再加上此處的導(dǎo)向標(biāo)識(shí)懸掛的位置較遠(yuǎn)，難以迅速找到目標(biāo)路徑。

此外，連接南北出站口的通道在視域分析上表現(xiàn)出較差的可達(dá)性，客流的分布情況也與之一致。通過現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)有三處可以改善的方面：（1）在連續(xù)性較強(qiáng)的東西通道中，南北兩側(cè)的通道不易被旅客感知，應(yīng)考慮改善圍合南北通道的商業(yè)建筑的界面或者拐角，使其更有辨識(shí)性；（2）指引南北通道的標(biāo)識(shí)牌為自發(fā)光白色底牌，亮度過大且字體顏色過小，在有效視距范圍內(nèi)也不易看清，因此更換該區(qū)域標(biāo)識(shí)牌的字體大小和底牌亮度將是提升可達(dá)性的有效途徑；（3）站內(nèi)懸掛式標(biāo)識(shí)牌的設(shè)計(jì)也是造成南北換乘通道不易尋找的原因之一，武漢站換乘空間東西向的換乘通廊作為主要疏散道路十分寬敞，而集中式的標(biāo)識(shí)牌設(shè)計(jì)造成旅客的步行流線集中在通廊的中部，容易造成一定程度的客流混亂，可以參考北京南站出站層空間的懸掛式標(biāo)識(shí)牌設(shè)計(jì)，將不同方向的引導(dǎo)信息劃分為三段式，旅客就能夠根據(jù)自身需求被標(biāo)識(shí)自動(dòng)劃分到不同的流線。

結(jié)語

高鐵承擔(dān)著與城市內(nèi)外多種不同方式銜接與換乘的重要功能，是構(gòu)建城市客運(yùn)交通體系的關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn)，良好的換乘空間設(shè)計(jì)是促進(jìn)城市與城市之間的聯(lián)系、保障交通系統(tǒng)的高效運(yùn)行核心內(nèi)容。本文對空間句法理論在交通建筑換乘空間的研究進(jìn)行梳理，并利用視域分析法結(jié)合實(shí)際調(diào)查建立空間可達(dá)性評價(jià)模型，研究以武漢站出站換乘空間為對象，并以現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果驗(yàn)證了空間句法理論在武漢站這類大型高鐵換乘空間可達(dá)性的研究中適用性與局限性兼具，而隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和大數(shù)據(jù)的發(fā)展，人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的技術(shù)手段的廣泛運(yùn)用也將成為未來的趨勢，用于承擔(dān)更加復(fù)雜、更具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。而在建筑設(shè)計(jì)中，仿真模擬、虛擬現(xiàn)實(shí)等輔助技術(shù)具有廣闊的運(yùn)用前景，在對建筑空間進(jìn)行評價(jià)之余，存在巨大的開發(fā)潛能，勢必會(huì)實(shí)現(xiàn)良好的商業(yè)價(jià)值，輔助建筑師們創(chuàng)造出更加優(yōu)秀的設(shè)計(jì)。文本建立的評價(jià)模型可以結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)等新技術(shù)進(jìn)一步深化，為空間可達(dá)性評價(jià)研究提供新的參考和思路。

注釋：

①比爾·希列爾（Bill Hillier）：英國倫敦大學(xué)，建筑與城市形態(tài)學(xué)教授，于20 世紀(jì)70 年代提出空間句法概念。