基于空間句法的元明清北京城市功能時(shí)空演變分析

胡璐嘉，鄭新奇，鄭劭穎

（1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）信息工程學(xué)院，北京 100083）

研究北京城市功能時(shí)空演變對(duì)于研究中國(guó)其他古代都市具有較強(qiáng)的借鑒意義[1-3]，本研究以元明清歷史地圖為依據(jù)，應(yīng)用空間句法這一現(xiàn)代地理信息技術(shù)，分析研究封建集權(quán)時(shí)期北京城市功能空間結(jié)構(gòu)特征，揭示其發(fā)展變化規(guī)律，以期為北京老城保護(hù)和新時(shí)代城市規(guī)劃提供參考。

1 研究區(qū)域與階段

1.1 研究區(qū)域

本研究的主要區(qū)域局限于都城城墻之內(nèi)，由于皇城作為皇家建筑，兵民不得通行，與都城其他區(qū)域的聯(lián)系僅依靠四座城門，因此本研究將皇城作為一個(gè)整體[4]。

1.2 研究階段

研究一個(gè)具有悠久歷史的城市，首先要確定這個(gè)城市最早的城址，北京最早的城址是西周時(shí)期的薊城[5]，地址在今北京西南。到封建社會(huì)后期，1153年女真人建立金王朝，遷都燕京，在薊城舊址依托蓮花池水系建立金中都。后金中都受戰(zhàn)火而破敗，1267年元朝營(yíng)建大都，形成由金中都蓮花池水系向元大都高粱河水系的轉(zhuǎn)變[5]。明朝建立后改大都為北平府，永樂元年（1403年）改稱北京，明朝對(duì)北京進(jìn)行了較大的改建，并于嘉靖年間（1553年）營(yíng)建外城。清朝取代明朝仍以北京為都城，未進(jìn)行太大的改動(dòng)，并于清初1648年開展移城，驅(qū)漢人到外城居住，形成滿城（北城）和漢城（南城）。基于以上論述，以封建時(shí)期北京城市功能空間發(fā)展演變的主要?dú)v史事件為切入點(diǎn)，分為元、明、清北京城。

2 研究數(shù)據(jù)與方法

2.1 研究數(shù)據(jù)

本研究的主要數(shù)據(jù)來源于歷史文獻(xiàn)即北京歷史地理資料以及《北京歷史地圖集》。研究以不同階段歷史地圖為基礎(chǔ)，其中元大都地圖為至正年間（1341－1368年），明京師地圖為萬歷年間（1573—1620年），清北京城地圖為乾隆年間（1750年），這3個(gè)階段在北京城的歷史發(fā)展中具有代表性，且具有相對(duì)穩(wěn)定的城市形態(tài)。在歷史地圖的基礎(chǔ)上繪制空間句法軸線圖，每條軸線代表一條街道，表示一個(gè)地理單元空間。

2.2 研究方法

句法理論及其分析方法對(duì)規(guī)整且規(guī)劃歷史悠久的城市進(jìn)行研究具有可行性[7-8]，而北京城完全符合以上特征。因此，本研究基于歷史地圖，運(yùn)用空間句法，探究元、明、清封建時(shí)代北京城市功能的空間結(jié)構(gòu)特征?？臻g句法是城市空間形態(tài)研究的有效工具，是關(guān)于空間與社會(huì)關(guān)系的一系列理論和技術(shù)[9]，將空間作為社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)開展的一部分探討空間的社會(huì)邏輯[10]，利用一系列變量客觀評(píng)定城市的空間特征，并將其與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和文化要素等緊密關(guān)聯(lián)[11]。

空間句法以空間分割理論為基礎(chǔ)，關(guān)注空間通達(dá)性和關(guān)聯(lián)性，通過對(duì)城市空間的分割可提取出城市形態(tài)的基本特征，并利用拓?fù)溆?jì)算、可達(dá)性指標(biāo)以及可見性圖解進(jìn)行定量分析，從而總結(jié)出城市空間形態(tài)的發(fā)展演變規(guī)律。當(dāng)城市系統(tǒng)內(nèi)的建筑比較密集時(shí)，一般采用軸線方法進(jìn)行分割，將城市環(huán)境抽象簡(jiǎn)化為包含社會(huì)和經(jīng)濟(jì)屬性的空間元素，稱之為“軸線”或“線段”[12]，城市功能蘊(yùn)藏于城市道路空間的發(fā)展中。通過分析軸線，能夠模擬空間與社會(huì)之間的相關(guān)性[13]，解釋人類空間系統(tǒng)的社會(huì)意義和形式功能影響[14]。

空間句法的主要形態(tài)變量包括：整合度(integration)，表示系統(tǒng)中某一空間與其他空間的集聚或離散程度；穿行度(choice)，表示系統(tǒng)中某一空間被其他最短路徑穿行的可能性；深度值(depth)，表示某一空間到達(dá)其他空間所需經(jīng)過的最小連接數(shù)。

本研究利用AutoCAD（下載路徑：www.autodesk.com.cn）繪制軸線圖，并導(dǎo)入句法分析軟件Depthmap（下載路徑：www.ucl.ac.uk）進(jìn)行量化分析，得到形態(tài)變量分析圖，圖中顏色的冷暖代表數(shù)值的高低（暖色數(shù)值高）。空間可達(dá)性是評(píng)價(jià)城市空間形態(tài)的重要因子，整合度是描述空間可達(dá)性的直接變量[15]，整合度高就是可達(dá)性高。整合度核心區(qū)就是可達(dá)性最高的分析單元的聚合，一般分布著重要城市職能建筑，是城市政治、經(jīng)濟(jì)、文化的聚集區(qū)。穿行度是衡量一個(gè)空間被穿越可能性的指標(biāo)，穿行度越高，通達(dá)性越好。深度值是衡量一個(gè)空間吸引到達(dá)交通潛力的指標(biāo)，深度值越低，當(dāng)前人流、交通越好，深度值越高，發(fā)展?jié)摿υ酱蟆?/p>

空間句法研究需要考慮城市系統(tǒng)層級(jí)結(jié)構(gòu)的問題，即整體與局部的關(guān)系問題，由此產(chǎn)生出全局整合度和局部整合度的概念。全局整合度反映分析元素與整個(gè)系統(tǒng)的聚焦和離散程度，局部整合度反映分析元素與相對(duì)較近的多個(gè)元素空間的聯(lián)系程度[16]。全局整合度從宏觀上分析全局，局部整合度著重分析某一區(qū)域。

本研究的空間句法形態(tài)分析變量主要為平均標(biāo)準(zhǔn)穿行度、平均深度值、全局整合度和局部整合度，具體公式見表1。

表1 空間句法指標(biāo)參考公式【3，17，18】

（注：①n為研究系統(tǒng)包含的街道段數(shù)量；②d( )

x，i為街道段x到i的最小轉(zhuǎn)角距離，相鄰街道段的距離為2θ/180°，其中θ為相鄰街道段的轉(zhuǎn)角；③σ(i，x，j)為街道段i途徑x到j(luò)的最小轉(zhuǎn)角距離，當(dāng)i到j(luò)不經(jīng)過x時(shí),σ(i，x，j)=0；當(dāng)i到j(luò)經(jīng)過x時(shí)，σ(i，x，j)=l(i)l(j)；當(dāng)x為i時(shí)，σ(i，x，j)=l(i)l(j)/2；當(dāng)x為j時(shí)，σ(i，x，j)=l(i)l(x)/2；④l(i)為街道段i的米制長(zhǎng)度。⑤dij為網(wǎng)格i與街道段j的距離。）

3 主要研究結(jié)果

北京作為千年古都，是元明清三代中央集權(quán)制度下的京城，其城市功能決定了其空間結(jié)構(gòu)，而空間結(jié)構(gòu)又受自然環(huán)境和社會(huì)人文因素的影響。北京城市的功能結(jié)構(gòu)與社會(huì)制度變化有關(guān)，更與城市居民生活和城市社會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)密切相關(guān)，體現(xiàn)出北京城具有一種復(fù)合的功能空間結(jié)構(gòu)。

3.1 不同朝代北京城城市功能空間結(jié)構(gòu)特征分析

3.1.1 元大都城市功能空間結(jié)構(gòu)特征

從金中都到元大都，城市水源從蓮花池水系轉(zhuǎn)移到高梁河水系，城市水源充足，南方的物資源源不斷的經(jīng)過水路運(yùn)至京城。積水潭東北岸為全城的中心點(diǎn)；從中心臺(tái)向南，緊傍積水潭東岸，垂直南下，形成設(shè)計(jì)上的中軸線，之后三重城建成。

從全局整合度分析：元大都皇城東北角街坊，即全城中間區(qū)域靠近漕運(yùn)中心的地方整合度最高，包括靖恭坊、昭回坊、金臺(tái)坊、靈椿坊、蓬萊坊、仁壽坊、保大坊和明照坊等，形成全局整合度核心區(qū)。元大都東城全局整合度比西城高，表示東城比西城繁華。在整合度高的8個(gè)街坊中布局的官署機(jī)構(gòu)有：大都路總管府、巡警院、樞密院等主要官署；布局的倉庫有：寶鈔庫和倒鈔庫；寺廟有：大天壽萬寧寺、崇真萬壽宮、圓恩寺；布局的商業(yè)貿(mào)易區(qū)有樞密院角市及鼓樓、鐘樓一帶的商業(yè)區(qū)；可見整合度核心區(qū)就是城市功能的聚集區(qū)[19-20]。

從局部整合度R10（以10個(gè)拓?fù)洳綌?shù)為一個(gè)局部）分析：全局整合度與局部整合度幾乎一致，相關(guān)性R2為0.648，說明元大都各子功能區(qū)塊協(xié)同性較好。

從深度值分析：元大都城南的深度值比城北高，最高區(qū)域位于皇城西南角的阜財(cái)坊和咸宜坊以及北城健德門內(nèi)的可封坊和善俗坊；最低區(qū)域位于城市中心。以上表明城南具有進(jìn)一步發(fā)展的潛力，也為明北京城北城墻向南收縮和南城墻向南延伸這一歷史空間變化提供了空間句法理論層面的支持。

從穿行度分析：穿行度最高的路段為緊貼皇城東北的崇貞萬壽宮至鐘樓東的靈椿坊段，空間上該路段是兼顧東西并連接南北城的主要路段，穿行度最高，交通潛力大，可達(dá)性最好。穿行度的核心路段幾乎全部圍繞全局整合度核心區(qū)，但由于西邊有積水潭導(dǎo)致通行受阻，穿行度核心區(qū)基本呈西邊角缺失的正方形，正方形北邊兩端向北延伸，與皇城位置偏北有關(guān)。元大都空間句法相關(guān)形態(tài)變量分析見圖1。

圖1 元大都空間句法形態(tài)變量分析圖

3.1.2 明北京城城市功能空間結(jié)構(gòu)特征

明北京城取代元大都，由于制度和文化理念的不同，城市的空間結(jié)構(gòu)有較大改建，主要是北城墻向南收縮近，南城墻向南延伸；明嘉靖年在南城墻外又修外城，成為四重城；中軸線向南延伸，終止于外城的永定門，成為北京城標(biāo)志。

從全局整合度可見：明北京城全局整合度核心區(qū)是以東西長(zhǎng)安街為橫線，以正陽門大街為豎線的周邊區(qū)域。全局整合度核心區(qū)是城市政治經(jīng)濟(jì)的中心，其中長(zhǎng)安街以南至南城墻的全局整合度核心區(qū)密集建有中央官署，包括宗人府、吏部、戶部、兵部、工部、太醫(yī)院等，三法司（刑部、都察院、大理寺）；正陽門、宣武門和崇文門外的區(qū)域成為全局整合度核心區(qū)，印證了明北京城的商業(yè)區(qū)在元大都的原商業(yè)區(qū)基礎(chǔ)上，增加了正陽門、宣武門和崇文門3個(gè)重要商業(yè)活躍區(qū)[6]，這一歷史地理論斷。

從局部整合度（R10）分析：明北京城的局部整合度核心區(qū)分為2個(gè)部分，分別是內(nèi)城的皇城以北鐘樓核心區(qū)和外城正陽門核心區(qū)，與全局整合度相比變化明顯，成為雙核心。層級(jí)的變化引起整合度核心區(qū)的變化，說明局部整合與全局整合度協(xié)同性差，相關(guān)性R2為0.327。

從深度值分析：明北京城內(nèi)城的西北角、東北角及外城的西南角深度值較高，城墻邊深度值中等，在明朝這些區(qū)域活躍度一般或較低，因此多作為倉場(chǎng)的選擇地。

從穿行度分析：明北京城穿行度最好的是內(nèi)城鐘樓到皇城、皇城北城墻相應(yīng)路段和外城正陽門大街。穿行度核心路段不僅圍繞全局整合度核心區(qū)，還向北圍繞皇城并覆蓋局部整合度的鐘樓核心區(qū)，貫穿內(nèi)外城呈“凸”字形回路。明北京城空間句法相關(guān)形態(tài)變量分析見圖2。

圖2 明北京城空間句法形態(tài)變量分析圖

3.1.3 清北京城城市功能空間結(jié)構(gòu)特征

清朝取代明朝后，仍以北京作為首都，其輪廓、水系和街道改動(dòng)不大。主要變動(dòng)是取消街坊，改為八旗居住，重新劃分街區(qū)；移出部分倉庫、改建王府；天安門廣場(chǎng)西側(cè)的空閑地安置三法司：大理寺、刑部、都察院。

從全局整合度分析：清北京城東西長(zhǎng)安街以南至南城墻區(qū)域以及皇城南部東側(cè)為全局整合度核心區(qū)，為全城城市功能的中心。該區(qū)域分布著大量官署三法司（大理寺、刑部、都察院）、宗仁府、吏部、戶部、禮部、兵部、工部、鴻臚寺、欽天監(jiān)、太醫(yī)院、翰林院、理藩院、詹事府等，也分布著天主堂、賢良寺、法華寺、昭忠祠等重要廟宇以及寶源錢局和經(jīng)版庫等重要倉廠。

從局部整合度（R10）分析：清北京城局部整合度核心區(qū)呈零散分布狀態(tài)，局部整合度與全局整合度的協(xié)同性差，相關(guān)性R2為0.256。從分散的局部整合度核心區(qū)的數(shù)量和形態(tài)上看，東城高于西城；高整合度路段多為東西向。說明清北京城東城比西城繁華，東西向路段通達(dá)性好于南北向,東西向路段在局部空間中起作用較大。

從深度值分析：清北京城內(nèi)城西北城角和東北城角以及外城東南角和西便門區(qū)域深度值高，具有進(jìn)一步發(fā)展的潛力。

從穿行度分析：清北京城穿行度核心路段除圍繞全局整合度外，同時(shí)緊繞皇城形成閉路，并向四周發(fā)散。清北京城空間句法相關(guān)形態(tài)變量分析見圖3。

圖3 清北京城空間句法形態(tài)變量分析圖

3.2 城市功能核心演變分析

通過對(duì)形態(tài)變量分析圖中高值區(qū)域及高值路段的標(biāo)注（見圖4），能夠直觀地反映城市功能核心的演變過程。

圖4 元明清北京城市功能核心演變圖

3.2.1 全局整合度核心區(qū)

全局整合度核心區(qū)代表整個(gè)城市的功能核心，從元大都到清北京城，始終位于靠近皇城的城市中心區(qū)域，反映了中國(guó)古代都城建設(shè)中的中央集權(quán)理念。隨著政權(quán)的更迭，全局整合度核心區(qū)先表現(xiàn)出顯著的南移擴(kuò)張趨勢(shì)，之后又北向收縮，南移擴(kuò)張與元大都到明北京城的城址變遷保持一致，北向收縮則反映出清朝時(shí)期城市功能核心進(jìn)一步向內(nèi)城集中的趨勢(shì)。

3.2.2 局部整合度核心區(qū)

局部整合度核心區(qū)的演變呈現(xiàn)多核化和分散化的趨勢(shì)。一定區(qū)域?qū)蛹?jí)內(nèi)北京城市功能核心在元明清時(shí)期表現(xiàn)出明顯的由單核向多核轉(zhuǎn)變的特征，隨著城市路網(wǎng)的復(fù)雜化，核心區(qū)數(shù)量不斷增加，位置逐漸分散，一定程度上反映了北京城在歷史發(fā)展過程中的擴(kuò)張趨勢(shì)。同時(shí)，局部核心的分散發(fā)展，體現(xiàn)出城市區(qū)域功能的不斷增強(qiáng)，即隨著封建社會(huì)后期商品經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市功能核心逐漸由服務(wù)于全城的集中的大功能核心轉(zhuǎn)變?yōu)榉?wù)于區(qū)域的分散的小功能核心，這些區(qū)域功能核心出現(xiàn)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展相適應(yīng)，在一定程度上能夠?yàn)槌鞘芯用竦纳钐峁┍憷?/p>

3.2.3 深度值高值區(qū)

深度值反映城市的發(fā)展?jié)摿Γ疃戎蹈咧祬^(qū)始終位于城市邊角，說明城市邊角具有更高的發(fā)展?jié)摿Γw現(xiàn)了北京城的外向擴(kuò)張的趨勢(shì)；另一方面，從元大都到清北京城，城市邊角的深度值高值區(qū)的數(shù)量不斷增加，面積不斷擴(kuò)大，說明隨著北京城的外向擴(kuò)張，城市邊角的發(fā)展?jié)摿σ苍诓粩嗵嵘?/p>

3.2.4 穿行度核心路段

穿行度核心路段在元大都時(shí)期偏居中心城區(qū)一側(cè)，在明朝時(shí)期與城市中軸線貼合，到清朝時(shí)期演變?yōu)閲@皇城比較均勻地向四周發(fā)散，城市交通結(jié)構(gòu)的中心對(duì)稱性不斷增強(qiáng)。

3.3 城市功能空間結(jié)構(gòu)特征分析

3.3.1 皇城城市功能中心地位不斷加強(qiáng)

元明清北京城的全局整合度核心區(qū)均緊貼皇城，到清朝時(shí)期這一點(diǎn)更為明顯。北京城穿行度的核心路段，在元朝時(shí)期，皇城北城墻路段被包含其中，到明清時(shí)期則均形成對(duì)皇城的環(huán)繞，且清朝時(shí)期由皇城向四周發(fā)散。以上空間句法變量的形態(tài)特征，充分體現(xiàn)了北京皇城在城市功能演變過程中日益突顯的中心地位。

3.3.2 北京城元明清時(shí)期城市功能總體演變趨勢(shì)

從北京城元明清時(shí)期城市功能空間句法形態(tài)變量的平均值（見表2）的變化趨勢(shì)可見；全城系統(tǒng)平均標(biāo)準(zhǔn)穿行度和平均整合度呈下降趨勢(shì)，平均深度值呈增大趨勢(shì)。這些參數(shù)的變化表明北京城從元朝到清朝，城市整體可達(dá)性變差，區(qū)域間的穿行聯(lián)系變得越來越少，且這一趨勢(shì)在明朝到清朝之間表現(xiàn)得更為突出。全局整合度與局部整合度相關(guān)性R2呈下降趨勢(shì)（見圖2、圖3和圖4），表明城市各區(qū)域與整個(gè)城市系統(tǒng)的協(xié)同性變差，局部可達(dá)性和功能有封閉發(fā)展的趨勢(shì)（見圖5～7），相關(guān)空間句法參數(shù)演變情況見表2。

表2 不同時(shí)期相關(guān)句法參數(shù)演變

圖5 元大都全局與局部整合度離散圖

圖6 明北京城全局與局部整合度離散圖

圖7 清北京城全局與局部整合度離散圖

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

1）關(guān)于城市功能區(qū)核心移動(dòng)問題：依據(jù)空間句法得出北京城市功能核心區(qū)呈現(xiàn)南移擴(kuò)張之后北向收縮這一結(jié)論。南移擴(kuò)張符合明朝北京城北城墻向南收縮和南城墻向南延伸，嘉靖年間外城的修建[6]，明代通惠渠被包在內(nèi)城，切斷了內(nèi)城與大運(yùn)河的聯(lián)系，商業(yè)中心從北向南推移，正陽門附近成為城南主要的商業(yè)區(qū)[21]。

2）關(guān)于皇城中心地位問題：皇城的城市功能中心地位不斷加強(qiáng)這一空間句法得出的結(jié)論，符合北京城從三重城向四重城轉(zhuǎn)變，以及專制皇權(quán)加強(qiáng)對(duì)城市控制的表達(dá)。

3）關(guān)于整體與局部問題：不同空間層次之間是相互影響、相互作用的，不同空間層次的協(xié)調(diào)是基于整體性和開放性角度[13]。多層次的空間句法分析使空間句法理論應(yīng)用更加全面。

4）關(guān)于不同尺度視角下局部分析半徑選取問題，不同尺度的空間句法分析是全面空間句法分析的重要方面。在研究中選取了R10（即10個(gè)相鄰?fù)負(fù)鋽?shù)）作為分析單元是基于R10在明朝北京城軸線分析時(shí)處于臨界狀態(tài)，即當(dāng)選擇R10時(shí)與選則Rn相比開始出現(xiàn)整合度核心區(qū)變化，所以研究以RR10為局部層級(jí)分析單元進(jìn)行元明清城市功能分析。當(dāng)然不同的層級(jí)分析單元某一時(shí)期分析結(jié)果可能不同，但同一層級(jí)下，不同時(shí)期分析結(jié)果變化趨勢(shì)應(yīng)是一致的。

北京城城市功能在元明清三朝的演變過程中，整體可達(dá)性變差，區(qū)域間的穿行聯(lián)系變得越來越少，城市的協(xié)同性變差的分析結(jié)果，與歷史學(xué)研究中元大都是中國(guó)歷史上一個(gè)完全按照城市規(guī)劃理念修建的都城，更強(qiáng)調(diào)中軸線對(duì)稱和整體協(xié)調(diào)性[22]的論斷相符，也反映出元大都在北京城市演變中的重要地位；明代修建外城使得城市整體聯(lián)系變差；到清代這一趨勢(shì)更加突出，清代的滿漢分城現(xiàn)象和王府的建設(shè)更進(jìn)一步導(dǎo)致了北京城的區(qū)域封閉。

4.2 結(jié)論

研究應(yīng)用空間句法的理論和方法，將每條軸線視為城市功能空間的基本單元，對(duì)元明清北京城市功能空間演變進(jìn)行了分析，主要結(jié)論如下：

1）元明清北京城均為封建集權(quán)時(shí)期的京城，政權(quán)的更迭，社會(huì)制度的變化，經(jīng)濟(jì)、文化的不同，都影響著北京城城市功能空間結(jié)構(gòu)，通過空間句法的視野，審視其演變特征是歷史地理研究的一個(gè)新層面。

2）在空間句法視野下，北京城城市功能在元明清時(shí)期的演變特征主要表現(xiàn)為：全局層級(jí)的城市功能中心南移擴(kuò)張之后北向收縮；局部層級(jí)的區(qū)域功能核心向多核化演變；局部封閉發(fā)展不斷趨于明顯；皇城的城市功能空間中心地位不斷加強(qiáng)；城市邊角活躍程度低，具有整合開發(fā)的潛力，且城市邊角的開發(fā)潛力隨著城市的擴(kuò)張不斷增強(qiáng)；從元大都到清北京，城市整體可達(dá)性變差，區(qū)域間的穿行聯(lián)系變少，城市協(xié)同性變差，元明清三朝之中，元大都的城市規(guī)劃相對(duì)具有開放性和整體協(xié)調(diào)性。