不同形狀類型鄉(xiāng)村聚落道路平面形態(tài)量化研究
——以陜南地區(qū)鄉(xiāng)村聚落為例

楊 濤

(陜西理工大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院， 陜西 漢中723000)

鄉(xiāng)村聚落道路的形態(tài)特征與鄉(xiāng)村聚落逐步占據(jù)周邊適宜環(huán)境的過(guò)程密切相關(guān)，是聚落拓展過(guò)程對(duì)外部條件適應(yīng)的結(jié)果與體現(xiàn)。準(zhǔn)確分析鄉(xiāng)村聚落道路形態(tài)的構(gòu)成規(guī)律，既有助于對(duì)鄉(xiāng)村聚落形態(tài)規(guī)律的深入理解，也有利于把握鄉(xiāng)村風(fēng)貌特征的來(lái)源和基礎(chǔ)。尤其在今天鄉(xiāng)村現(xiàn)代化背景下如何延續(xù)鄉(xiāng)村特色有著更為迫切的現(xiàn)實(shí)意義。

鄉(xiāng)村聚落道路形態(tài)的研究多從道路構(gòu)成要素路段的形態(tài)特征和道路系統(tǒng)的組構(gòu)特征兩個(gè)方面開(kāi)展。鄉(xiāng)村聚落道路路段的研究多從空間視角對(duì)道路空間界面、比例尺度等有別于城市道路的特征進(jìn)行解析。[1-8]將道路形態(tài)與聚落拓展關(guān)聯(lián)起來(lái)的分析和研究鮮有涉及。

道路組構(gòu)特征的研究主要是利用空間句法對(duì)道路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征進(jìn)行解析[9-12]，偏重分析道路結(jié)構(gòu)與使用者空間認(rèn)知的關(guān)系，研究結(jié)果無(wú)法與道路的形態(tài)特征直接建立聯(lián)系，需要進(jìn)行相應(yīng)的涵義詮釋和轉(zhuǎn)化而缺乏足夠的直觀性。

鄉(xiāng)村聚落的拓展是二維層面的形態(tài)變化，為解析道路形態(tài)與聚落拓展的關(guān)系，本文所研究的道路的形態(tài)特征是二維層面的形態(tài)特征。

陜南地區(qū)以山地為主，盆地、平壩面積不足10%[13]，地形地貌復(fù)雜。為適應(yīng)復(fù)雜的地形條件，陜南鄉(xiāng)村聚落在其演變拓展過(guò)程中呈現(xiàn)出豐富而典型的形態(tài)特征。以陜南地區(qū)的鄉(xiāng)村聚落為對(duì)象解析道路形態(tài)，能更為準(zhǔn)確地解析不同聚落拓展模式下道路形態(tài)的特征。因此本文以陜南地理單元內(nèi)的鄉(xiāng)村聚落為研究對(duì)象，從道路的構(gòu)成要素入手，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)其平面形態(tài)特征進(jìn)行量化分析，以期對(duì)鄉(xiāng)村聚落道路平面形態(tài)的特征與聚落拓展關(guān)系進(jìn)行更為精準(zhǔn)和深入地研究。

1 研究對(duì)象與研究方法

1.1 研究對(duì)象

鄉(xiāng)村聚落的平面形態(tài)特征是聚落在不同外部制約條件下拓展模式的體現(xiàn)[14]71，根據(jù)平面形狀的不同可分為團(tuán)狀形態(tài)、帶狀形態(tài)和指狀形態(tài)3種基本類型(見(jiàn)圖1)。

(a)團(tuán)狀聚落 (b)帶狀聚落 (c)指狀聚落

本文按照上述3種形狀類型的聚落選擇陜南地區(qū)安康市和漢中市部分有代表性的村落作為研究對(duì)象。以研究對(duì)象的地形圖、衛(wèi)星影像圖為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合與校準(zhǔn)，繪制研究所需要的矢量圖形。研究對(duì)象的基本情況見(jiàn)表1。

表1 研究對(duì)象一覽表

1.2 研究方法

1.2.1 道路分級(jí)

對(duì)道路構(gòu)成路段的形態(tài)特征進(jìn)行解析，就涉及到基于何種原則對(duì)道路系統(tǒng)進(jìn)行分解。鄉(xiāng)村道路的修筑重視道路與建筑的聯(lián)系，傳統(tǒng)的城市規(guī)劃中的道路分級(jí)方式并不適合于鄉(xiāng)村聚落的道路研究。本文對(duì)于鄉(xiāng)村道路的分級(jí)，不以干道道路為基準(zhǔn)級(jí)，而是以直接連接聚落中住宅的道路為基準(zhǔn)級(jí)(即第1級(jí)道路)，同時(shí)借鑒河流分級(jí)中的Horton法[15]，以僅接納第1級(jí)道路的為第2級(jí)，接納第1、2兩級(jí)道路的為第3級(jí)。若道路接納不同等級(jí)的上一級(jí)道路，以所接納的等級(jí)最高的上一級(jí)道路來(lái)確定本級(jí)道路的級(jí)別。本文鄉(xiāng)村道路的分級(jí)方式如圖2所示。

圖2 道路分級(jí)示意圖

1.2.2 道路指標(biāo)選擇及計(jì)算

反映道路二維層面的形態(tài)指標(biāo)有道路的長(zhǎng)度、方向等。除此以外，鄉(xiāng)村聚落道路平面形式的曲折多變，既是道路在聚落拓展過(guò)程中對(duì)外部條件適應(yīng)的表現(xiàn)，也是鄉(xiāng)村道路與城市街道差異的所在。因此本文還引入曲折度作為鄉(xiāng)村聚落道路平面形態(tài)特征的描述指標(biāo)。

(1)道路長(zhǎng)度。道路長(zhǎng)度是聚落拓展能力的體現(xiàn)，表明道路延伸、拓展到外部環(huán)境的深度。本文按道路等級(jí)分別統(tǒng)計(jì)其實(shí)際長(zhǎng)度。

(2)道路角度。本文以道路的角度來(lái)表征道路拓展和延伸方向。以道路交點(diǎn)為基點(diǎn)，正東向?yàn)?度基準(zhǔn)線，指向道路的自由端與基準(zhǔn)線逆時(shí)針?lè)较虻膴A角為道路角度(如圖3所示)。

圖3 道路角度測(cè)量示意圖

(3)道路曲折度。道路曲折度用道路的直線率來(lái)表征，也就是用道路端點(diǎn)直線距離和道路實(shí)際長(zhǎng)度的比值來(lái)表征，計(jì)算公式為[16]

(1)

式中T1為道路曲折度，l1為道路端點(diǎn)直線距離，L1為道路端點(diǎn)間的實(shí)際長(zhǎng)度。

1.2.3 聚落平面形態(tài)指標(biāo)選擇與計(jì)算

本文選擇聚落平面長(zhǎng)寬比、形狀指數(shù)、建筑密度表征聚落平面形態(tài)特征。聚落平面形狀長(zhǎng)寬比是指聚落平面形狀長(zhǎng)軸與短軸的比值[14]72，該比值按照文獻(xiàn)[14]的研究方法，由聚落平面最小外接矩形求得(如圖4所示)。聚落平面形狀長(zhǎng)寬比是從整體趨勢(shì)對(duì)聚落拓展的反映。

圖4 聚落平面形狀長(zhǎng)寬比計(jì)算示意圖

形狀指數(shù)是將所研究圖形的周長(zhǎng)與等面積的圓形的周長(zhǎng)進(jìn)行比較，來(lái)反映該圖形相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的緊湊圖形的復(fù)雜變化程度，是表征聚落平面拓展的重要形態(tài)指標(biāo)。其值越大表明聚落平面非均衡拓展程度越高。形狀指數(shù)的計(jì)算公式為[14]76

(2)

其中S為聚落平面形狀指數(shù)，P為聚落平面形狀周長(zhǎng)，A為聚落平面形狀的面積。

建筑密度為聚落內(nèi)的建筑基底面積與聚落面積的比值，表征的是聚落內(nèi)建筑的密集程度，計(jì)算公式為

N=Ab/A，

(3)

其中N為聚落內(nèi)建筑密度，Ab為聚落內(nèi)所有建筑的基底面積之和。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析

(1)基本數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采用Excel 2013計(jì)算。

(2)角度的多樣性分析采用香農(nóng)-威納指數(shù)(Shannon-Weiner)描述，計(jì)算公式為

(4)

式中H′為多樣性指數(shù)，Pi表示某形態(tài)指標(biāo)第i級(jí)別內(nèi)樣本份數(shù)占總份數(shù)的百分比。本文將道路角度按每30°為一個(gè)區(qū)間分為12個(gè)區(qū)間，分別統(tǒng)計(jì)不同形狀類型的聚落在每個(gè)區(qū)間道路的數(shù)量及占比，再根據(jù)式(4)計(jì)算不同形狀類型聚落道路角度的多樣性指數(shù)。

(3)通過(guò)單因素方差法(One-way ANOVA)分析形態(tài)的差異顯著性，顯著性水平設(shè)為0.05。通過(guò)Pearson相關(guān)性分析解析聚落平面形態(tài)指標(biāo)與道路形態(tài)指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系。

2 結(jié)果分析

2.1 不同形狀類型聚落的道路等級(jí)構(gòu)成

從不同形狀類型聚落道路的等級(jí)構(gòu)成統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(見(jiàn)表2)可以發(fā)現(xiàn)：團(tuán)狀聚落的道路等級(jí)最多，有6級(jí)道路，指狀聚落的道路等級(jí)最少，僅有4級(jí)，表明團(tuán)狀聚落相比其他兩種形狀類型聚落擁有更為復(fù)雜的道路系統(tǒng)。

表2 不同形狀類型聚落道路等級(jí)構(gòu)成統(tǒng)計(jì)結(jié)果

在數(shù)量占比方面，3種形狀聚落的1級(jí)道路數(shù)量最多，占比均超過(guò)60%，表明道路系統(tǒng)外部連接遠(yuǎn)多于內(nèi)部連接，研究樣本聚落的道路系統(tǒng)表現(xiàn)出較強(qiáng)的外向拓展性的特點(diǎn)。

由于6級(jí)道路、5級(jí)道路數(shù)量較少，本文未對(duì)上述等級(jí)道路進(jìn)行兩兩對(duì)比分析。從表3可知，指狀聚落1、3級(jí)道路的長(zhǎng)度和團(tuán)狀聚落、帶狀聚落存在顯著差異。3種形狀類型聚落道路長(zhǎng)度的變化表現(xiàn)出相似性，即道路的長(zhǎng)度均隨道路等級(jí)增高而增大。其中團(tuán)狀聚落、帶狀聚落4級(jí)道路最長(zhǎng)，指狀聚落3級(jí)道路最長(zhǎng)。

表3 不同形狀聚落不同等級(jí)道路的長(zhǎng)度

2.2 不同形狀類型聚落的道路長(zhǎng)度

不同形狀類型聚落的道路長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表4)表明，指狀聚落的道路最長(zhǎng)，平均長(zhǎng)度為208.06 m；團(tuán)狀聚落的道路最短，平均長(zhǎng)度為125.48 m；帶狀聚落的道路介于兩者之間，道路平均長(zhǎng)度為144.40 m。指狀聚落的道路長(zhǎng)度和其他兩種形狀聚落的道路長(zhǎng)度存在顯著差異(P<0.05)。

表4 不同形狀類型聚落道路的長(zhǎng)度

統(tǒng)計(jì)各形狀類型聚落不同長(zhǎng)度道路數(shù)量情況(圖5)：團(tuán)狀聚落和帶狀聚落以長(zhǎng)度0～100 m的道路為主，該區(qū)間道路數(shù)量分別占所屬類型聚落道路總數(shù)的63.82%(團(tuán)狀)和63.57%(帶狀)；指狀聚落則是以0～300 m的道路為主，該長(zhǎng)度區(qū)間的道路數(shù)量占比為79.40%(指狀)。

圖5 不同形狀聚落道路長(zhǎng)度的數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖

2.3 不同形狀類型聚落道路曲折度

研究樣本的曲折度變化范圍為0.25～1.00，其中0.9～1.0的樣本占總數(shù)的73.4%，說(shuō)明在條件允許的情況下，聚落道路力求接近直線，以縮短道路的長(zhǎng)度。3種形狀的聚落中，帶狀聚落和指狀聚落道路曲折度存在顯著差異(P<0.05)，但與團(tuán)狀聚落道路的曲折度未表現(xiàn)出顯著差異。其中指狀聚落道路曲折度(0.899)<團(tuán)狀聚落道路曲折度(0.925)<帶狀聚落道路曲折度(0.944)，表明帶狀和團(tuán)狀聚落的道路形態(tài)更接近直線。

隨著道路等級(jí)的升高，3種形狀的聚落道路的曲折度(表5)未表現(xiàn)出與道路等級(jí)一致的變化規(guī)律。帶狀聚落1級(jí)道路的曲折度和團(tuán)狀、指狀聚落存在顯著差異，其他等級(jí)的道路曲折度差異不顯著。

表5 不同形狀類型聚落道路的曲折度

2.4 不同形狀類型聚落道路角度

將道路角度按前文所說(shuō)區(qū)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表6)，可以發(fā)現(xiàn)：區(qū)間(90°，120°]是3種形狀類型聚落道路角度分布的主要區(qū)間，其他區(qū)間的道路也有相應(yīng)的分布，未表現(xiàn)出顯著差異。團(tuán)狀聚落道路角度的多樣性最大(2.31)，指狀聚落道路角度的多樣性最小(2.23)，說(shuō)明團(tuán)狀聚落道路角度分布更為均衡，指狀聚落道路的角度在某些區(qū)間內(nèi)更為集中。

表6 不同形狀類型聚落道路角度分類占比及多樣性指數(shù)

3種形狀類型聚落道路角度(表7)的差異不顯著，其中帶狀聚落道路角度(132.84°)<指狀聚落道路角度(145.15°)<團(tuán)狀聚落道路角度(150.37°)。團(tuán)狀和指狀聚落道路角度隨道路等級(jí)增高逐漸減小，而帶狀聚落的角度則隨道路等級(jí)增高呈現(xiàn)出“減小—增大—減小”的變化規(guī)律。

表7 不同形狀類型聚落道路的角度

2.5 道路平面形態(tài)與聚落形態(tài)的相關(guān)性分析

在聚落形態(tài)與道路平面形態(tài)的相關(guān)性(表8)的分析中，僅聚落的形狀指數(shù)與道路的長(zhǎng)度存在極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與道路的曲折度呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，表明聚落的非均衡拓展對(duì)道路平面形態(tài)存在顯著影響。聚落平面形狀的長(zhǎng)寬比、聚落的密度均與道路平面形態(tài)指標(biāo)相關(guān)性不顯著，表明聚落整體的拓展趨勢(shì)與內(nèi)部的密集程度不會(huì)影響到道路的平面形態(tài)。

表8 聚落形態(tài)指標(biāo)與道路形態(tài)指標(biāo)的相關(guān)性分析

3 討論與結(jié)論

聚落的平面形狀是聚落在不同外部制約條件下拓展模式的體現(xiàn)。團(tuán)狀聚落由于缺少明顯的外部制約使得內(nèi)部各類資源在聚落的輻射半徑相對(duì)均衡，導(dǎo)致外部連接的距離明顯縮短，而內(nèi)部連接的數(shù)量顯著增加，造成路網(wǎng)等級(jí)構(gòu)成明顯多于其他兩種類型的聚落。指狀聚落外部條件更復(fù)雜，外部連接的距離更大，內(nèi)部連接較少，使得其路網(wǎng)等級(jí)構(gòu)成明顯少于其他兩種聚落形狀。這一特點(diǎn)也反映在3種不同形狀聚落的道路的長(zhǎng)度方面：團(tuán)狀聚落道路長(zhǎng)度明顯小于帶狀和指狀聚落，且長(zhǎng)度50 m以下的道路占比最多；帶狀聚落道路則是50～100 m的道路占比最多；指狀聚落道路長(zhǎng)度是0～100 m的道路占比最多。表明不同形狀聚落外部條件的差異使得道路長(zhǎng)度有顯著的不同。

聚落道路的曲折度是道路延伸過(guò)程中適應(yīng)外部條件的體現(xiàn)，如避開(kāi)建筑、順應(yīng)地形等。指狀聚落作為3種類型中外部條件最復(fù)雜的聚落類型，其道路的曲折度要小于其他兩種聚落類型，與道路要適應(yīng)復(fù)雜的外部條件的情況相一致。各聚落類型中1級(jí)道路的曲折度明顯大于其他級(jí)別，表明直接連接住宅的道路在條件許可的情況多選擇處理成直線形態(tài)。

道路的角度反映的是道路延伸的方向和拓展范圍。3種形狀類型聚落中團(tuán)狀聚落道路的角度更大，道路的拓展范圍更大，帶狀聚落道路的拓展范圍最小，這與聚落拓展情況相一致。根據(jù)角度區(qū)間和多樣性指數(shù)的分析結(jié)果，具有最大多樣性指數(shù)的團(tuán)狀聚落道路向多個(gè)方向均勻延伸，而受到外部條件的制約，指狀聚落道路只能向某些特定方向延伸。

聚落形態(tài)指標(biāo)與道路形態(tài)指標(biāo)相關(guān)性的分析表明，聚落整體的拓展趨勢(shì)及聚落建筑的密集程度對(duì)道路的形態(tài)不會(huì)產(chǎn)生顯著的影響，但聚落不均衡的拓展會(huì)影響到道路的長(zhǎng)度與曲折度，或者說(shuō)道路通過(guò)改變其長(zhǎng)度，擴(kuò)大占據(jù)空間的深度來(lái)聚落道路，以適應(yīng)聚落的不同拓展情況，是道路形態(tài)特質(zhì)差異的基礎(chǔ)和來(lái)源。