基于空間句法的溧水空間格局研究

文／呂明揚(yáng) 東南大學(xué)建筑學(xué)院 博士研究生

引言

空間句法是一種“通過對(duì)包括建筑、聚落、城市甚至景觀在內(nèi)的人居空間結(jié)構(gòu)的量化描述，來研究空間組織與人類社會(huì)之間關(guān)系的理論和方法”[1]，該方法由比爾·希列爾（Bill Hillier）、朱利安·漢森（Julienne Hanson）等提出[2]。進(jìn)入2000 年以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，空間句法研究發(fā)展迅速。2020 年，以北京國(guó)際空間句法大會(huì)為契機(jī)，國(guó)內(nèi)掀起了新一輪空間句法討論熱潮。在城市研究領(lǐng)域，空間句法多用于多尺度下城市路網(wǎng)可達(dá)性、路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、城市功能布局等方面的分析，也作為城市規(guī)劃和城市設(shè)計(jì)輔助工具[3]廣泛用于城市交通路網(wǎng)規(guī)劃、城市公共空間布局、城市防災(zāi)疏預(yù)案、城市犯罪空間盲區(qū)分析等方面。國(guó)內(nèi)已有大量基于空間句法的城市和聚落研究成果，楊滔[4]、段進(jìn)[5]、盛強(qiáng)[6]、王浩峰[7]、陳思雨[8]等學(xué)者在此方面均有較為系統(tǒng)的論述。但是，目前空間句法的指標(biāo)多依據(jù)西方城市的研究成果而來，關(guān)鍵指標(biāo)在中國(guó)城市實(shí)踐中的適應(yīng)性還需通過實(shí)例做進(jìn)一步驗(yàn)證①。

近年來大數(shù)據(jù)技術(shù)的興起使得城市中人的聚集信息可以通過微博或微信打卡數(shù)據(jù)、手機(jī)信令等獲取，城市功能則可以依靠POI 抓取獲得，谷歌地圖或百度地圖等提供的城市航片則可以反映城市的建設(shè)情況?；诔鞘卸嘣磾?shù)據(jù)，城市空間結(jié)構(gòu)可以被更為全面和精確地認(rèn)知?；诳臻g句法分析得到的城市模型普遍適用性也可以基于多源數(shù)據(jù)做進(jìn)一步驗(yàn)證。

筆者于2018 年參與了溧水總體城市設(shè)計(jì)項(xiàng)目。項(xiàng)目過程中，筆者基于空間句法探討溧水城市未來發(fā)展的可能，并提出以下問題：多尺度下，溧水空間格局現(xiàn)狀如何？基于空間句法分析得到的溧水空間格局是否具備足夠的代表性？基于空間句法的溧水空間格局預(yù)測(cè)結(jié)果與城市總體規(guī)劃是否匹配，能否將其用于深化總體規(guī)劃成果？針對(duì)上述問題，本文將基于空間句法研究多尺度下的溧水空間格局，并對(duì)其未來的發(fā)展做出預(yù)測(cè)。與此同時(shí)，基于多源數(shù)據(jù)，探討空間句法在中國(guó)城市中的普遍適應(yīng)性問題。

1 溧水城市介紹

溧水區(qū)位于南京南部，距南京主城45 公里，是南京四大副城之一（圖1）。溧水區(qū)域面積1067 平方公里，實(shí)有人口51 萬。溧水主城區(qū)主要由三部分組成（圖2），包括北部團(tuán)山開發(fā)區(qū)，中部老城和南部新城；另有西南部的洪藍(lán)鎮(zhèn)、東部靠近高鐵溧水站的東屏鎮(zhèn)和西北部靠近祿口機(jī)場(chǎng)的柘塘鎮(zhèn)與主城關(guān)系密切。

圖1 溧水區(qū)航拍片圖（圖片來源：作者改繪，底圖來自百度地圖）

圖2 溧水城市分區(qū)圖（圖片來源：作者自繪）

在歷史上，溧水地處吳楚交界之地，因軍事防御而興城。城市南側(cè)“雞籠山-橫山-小茅山-無想山-觀山”一線形成的天然屏障，在抵御南側(cè)入侵方面有先天優(yōu)勢(shì)，是拱衛(wèi)南京的重要據(jù)點(diǎn)。時(shí)至今日，溧水依然保留部分歷史遺跡，在城市航拍圖中古城范圍清晰可見（圖1）。

溧水的自然環(huán)境資源優(yōu)勢(shì)十分突出，山水格局與城市建設(shè)關(guān)系緊密。溧水區(qū)是秦淮河的發(fā)源地，具有水鄉(xiāng)風(fēng)韻、田園風(fēng)光、山地風(fēng)貌的特點(diǎn)，林木覆蓋率達(dá)35%，城區(qū)綠化覆蓋率達(dá)42.4%。結(jié)合山水資源，溧水形成了“一半山水、一半城”的空間形態(tài)（圖1）。

城市用地分布方面（圖3），溧水位于寧杭經(jīng)濟(jì)發(fā)展軸上，是長(zhǎng)三角地區(qū)發(fā)展的新增長(zhǎng)點(diǎn)，聚集了一批新興產(chǎn)業(yè)在此落戶，包含國(guó)家重要影視基地、農(nóng)業(yè)科技基地和新能源汽車制造產(chǎn)業(yè)新城等。相關(guān)產(chǎn)業(yè)用地多位于北部團(tuán)山開發(fā)區(qū)以及柘塘鎮(zhèn)和東屏鎮(zhèn)周邊區(qū)域。居住用地則集中在中部老城和南部新城。中小尺度的商業(yè)和辦公服務(wù)用地則多集中于老城區(qū)，南部新城則以大型商業(yè)、文體用地為主。

圖3 溧水用地分布圖（圖片來源：作者自繪）

城市交通方面，溧水交通便利（圖4），有三條城際高速公路在此匯集，東部有寧杭城際鐵路過境，城內(nèi)有南京地鐵S7 號(hào)線聯(lián)系南北。城市路網(wǎng)呈現(xiàn)由西北向南的帶狀發(fā)展，以珍珠路、淮源大道、秦淮大道等為縱向軸線串聯(lián)整個(gè)城市，橫向以交通路、機(jī)場(chǎng)路、天生橋大道作為主要聯(lián)系通道。

圖4 溧水城市交通圖（圖片來源：作者自繪）

2 基于空間句法的多尺度空間結(jié)構(gòu)分析

該部分內(nèi)容是利用Depthmap 軟件中的線段（segment）模型對(duì)溧水的路網(wǎng)做空間句法分析。通過設(shè)置不同的計(jì)算半徑②，研究基于線段模型對(duì)路網(wǎng)結(jié)構(gòu)做多尺度分析。研究對(duì)半徑為500 ～20000m 范圍以及無窮大共計(jì)12 種情況做計(jì)算，涉及步行適用范圍（500 ～1500m）、車行適用范圍（2000 ～5000m）和市域范圍（7000m 以上）三種城市尺度上的分析。計(jì)算指標(biāo)選擇方面，整合度是本研究的核心指標(biāo)。整合度由空間句法中的空間深度（Depth）指標(biāo)轉(zhuǎn)化而來③[1]。整合度指標(biāo)多用于量化某街道單元在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的可達(dá)性。一般來說，整合度越高，對(duì)應(yīng)單元越可能是網(wǎng)絡(luò)的中心[2]，在城市中整合度最高的位置往往與城市中心重合[4]。結(jié)果的可視化方面（圖5），軸線顏色越暖，則其整合度越高，可達(dá)性越好，中心性越強(qiáng)；軸線顏色冷則代表整合度較低。路網(wǎng)模型構(gòu)建方面，考慮到模型邊界對(duì)于計(jì)算結(jié)果的影響，建模時(shí)適當(dāng)擴(kuò)大路網(wǎng)范圍，圖中僅截取了溧水城區(qū)部分的整合度計(jì)算結(jié)果。

圖5 基于空間句法的溧水路網(wǎng)多尺度整合度分析結(jié)果（圖片來源：作者自繪）

由計(jì)算結(jié)果可知，500 ～1500m 半徑內(nèi)以中部老城的整合度相對(duì)較高，整合度極大值出現(xiàn)在中大街沿線，這也是溧水老城的中心。在此尺度下，步行20 分鐘以內(nèi)可達(dá)，是步行者的可認(rèn)知范圍。老城核心區(qū)至今依然是溧水的商業(yè)中心，這里也是溧水步行尺度的中心④。

從半徑2000m 開始，整合度的極大值向東南方向移動(dòng)，逐步靠近南部新城，并沿地鐵線展開。當(dāng)半徑在3000 ～5000m 之間時(shí)，整合度極大值穩(wěn)定在地鐵S7號(hào)線與天生橋大道交界位置，這也是南部新城的核心區(qū)域。在此尺度下，開車15 分鐘以內(nèi)可達(dá)。對(duì)于重視車行交通的新城而言，這是大部分新城居民可以實(shí)際感知到的城市中心。

從半徑7000m 開始，整合度極大值進(jìn)一步東移，秦淮大道（地鐵沿線）成為統(tǒng)合城市南北的最主要軸線。至半徑20000m 時(shí)，其結(jié)果與不設(shè)半徑限制的結(jié)果相似，整合度極大值北移至整個(gè)路網(wǎng)模型的中心位置——團(tuán)山開發(fā)區(qū)，也是市域范圍的幾何中心。由于尺度較大，該中心的居民感知度較低。

由空間句法分析可知，步行尺度下（500 ～2000m），城市中心在老城；車行尺度下（2000 ～5000m），城市中心則移動(dòng)至南部新城；市域尺度下（7000m 以上），城市中心則位于團(tuán)山開發(fā)區(qū)。不同尺度下，基于空間句法的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)（整合度中心位置）區(qū)別明顯。下面將討論在何種尺度下，路網(wǎng)結(jié)構(gòu)與城市現(xiàn)狀（人、功能和建筑的聚集情況）更為契合。

3 多源數(shù)據(jù)相關(guān)性分析

該部分內(nèi)容是對(duì)多尺度空間句法分析結(jié)果與城市多種類數(shù)據(jù)作相關(guān)性分析，驗(yàn)證基于空間句法得到的城市模型的普遍適應(yīng)性。城市數(shù)據(jù)包含各地塊的容積率、POI 分布以及人的聚集情況，上述數(shù)據(jù)將被轉(zhuǎn)換至線段模型（segment model）上，并以街段為單元進(jìn)行相關(guān)性分析。

3.1 容積率

溧水的地塊容積率數(shù)據(jù)來自于筆者參與的溧水總體城市設(shè)計(jì)項(xiàng)目提供的地形圖，并以現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研方式完成數(shù)據(jù)的校正⑤。在此基礎(chǔ)上，將地塊容積率賦值到與其直接相鄰的街段單元上。賦值的具體方式為：首先以街段線為中心向外拓展100m，得到一個(gè)圓角矩形范圍；然后記錄該范圍內(nèi)包含所有地塊的容積率，再根據(jù)各地塊在圓角矩形范圍中全部地塊面積占比加權(quán)計(jì)算出街段單元的平均容積率，算法參見公式1。其中FARsegment指的是街段單元的平均容積率，Splot指的是街段單元的圓角矩形范圍內(nèi)全部地段區(qū)域的面積和，Sn指的是圓角矩形范圍內(nèi)某地塊的面積，F(xiàn)ARn指的是對(duì)應(yīng)地塊的容積率。

（圖6）。由各地塊的容積率情況可見，南部新城的居住和商業(yè)地塊容積率普遍高于其他區(qū)域。天生橋大道沿線和地鐵S7 號(hào)線（秦淮大道）沿線的容積率最高，容積率多在2.5 以上，這些地塊多為新開發(fā)的高層住區(qū)或大型商業(yè)綜合體。另有老城中心區(qū)域中大街沿線少量地塊的容積率較高，這里是老城的商業(yè)中心。老城其他區(qū)域和團(tuán)山片區(qū)的地塊容積率多在1 ～2 之間，這部分地塊以多層居住區(qū)和產(chǎn)業(yè)園為主。主城區(qū)以外的三個(gè)鎮(zhèn)容積率則多在1 以下。

圖6 溧水地塊及街道周邊容積率分布圖（圖片來源：作者自繪）

相關(guān)性分析方面（表1），容積率與空間句法分析結(jié)果相關(guān)性較強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)（R 值）均在0.30 ～0.62 之間。具體到各個(gè)尺度，當(dāng)半徑在2000 ～4000m 區(qū)間時(shí)，容積率與整合度的相關(guān)性更強(qiáng)；半徑為3000m 時(shí)相關(guān)系數(shù)最高，達(dá)到0.616。這說明城市的建設(shè)開發(fā)情況與車行尺度下的空間結(jié)構(gòu)更為接近。

表1 不同半徑下整合度與容積率、POI、活力的相關(guān)性分析（表格來源：作者自繪）

3.2 POI 熱度

溧水的POI 數(shù)據(jù)抓取自高德地圖，抓取時(shí)間為2018 年7 月26 日。經(jīng)數(shù)據(jù)清洗后，共有18285 條POI 數(shù)據(jù)以點(diǎn)要素形式整合到溧水GIS模型上。本文關(guān)注于POI 在街段單元周邊的聚集情況，因此以街道POI 熱度指標(biāo)描述之。在量化方法上，首先以街段線為中心向外拓展100m，得到圓角矩形范圍；然后統(tǒng)計(jì)該范圍內(nèi)包含的POI 的數(shù)量，作為街道POI 熱度指標(biāo)的結(jié)果。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，溧水的街道POI 熱度結(jié)果詳見圖7。

圖7 溧水街道POI 熱度圖（圖片來源：作者自繪）

由街道POI 熱度分布圖可知，城市中部的中大街、中山路和珍珠路沿線區(qū)域的POI 熱度最高。除溧水老城和南部新城POI 熱度相對(duì)較高以外，團(tuán)山開發(fā)區(qū)以及周邊三鎮(zhèn)的POI 熱度較低，POI 熱度由中心向邊緣的衰減迅速。溧水老城聚集了大量中小規(guī)模的商業(yè)業(yè)態(tài)，地塊尺度較小，是POI 熱度高的主要原因，南部新城雖然開發(fā)強(qiáng)度更高，但是由于地塊尺度較大且功能相對(duì)單一，因此該區(qū)域的街道POI 熱度不如老城。

相關(guān)性分析方面（表1），街道POI 熱度與空間句法分析結(jié)果相關(guān)性較強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)（R 值）多在0.28 ～0.54 之間。具體到各個(gè)尺度，當(dāng)半徑在2000 ～4000m 區(qū)間時(shí)，POI 熱度與整合度的相關(guān)性更強(qiáng)；半徑為2000m 時(shí)相關(guān)系數(shù)最高，達(dá)到0.573；半徑為3000m 時(shí)相關(guān)系數(shù)為0.56，這十分接近于最高值。街道POI 的聚集依然與車行尺度下的城市結(jié)構(gòu)最為接近。

3.3 人的聚集度

溧水的人的聚集情況基于微信位置服務(wù)⑥抓取，抓取時(shí)間為2018 年7 月5 日全體。經(jīng)數(shù)據(jù)清洗后，共有27208 條位置數(shù)據(jù)以點(diǎn)要素形式整合到溧水GIS 模型上。本文關(guān)注于人在街道周邊的聚集情況，因此以街道中人的聚集度描述之。在量化方法上，首先以街段線為中心向外拓展100m，得到圓角矩形范圍；然后統(tǒng)計(jì)該范圍內(nèi)包含的人的定位點(diǎn)數(shù)量作為聚集度指標(biāo)的結(jié)果。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，溧水各街道人的聚集度詳見圖8。

圖8 溧水街道上人的聚集度分布圖（圖片來源：作者自繪）

由各街道的聚集度分布情況可知，城市中部和南部的中大街、中山路、珍珠路、天生橋大道和秦淮大道沿線區(qū)域的聚集度最高。團(tuán)山開發(fā)區(qū)以及周邊三鎮(zhèn)也有一定人流聚集，聚集度由中心向邊緣的衰減相對(duì)緩和。這說明尺度宜人的老城區(qū)和新建設(shè)的南部新城對(duì)于人口均有較強(qiáng)的吸引力。從用地功能角度來看，相對(duì)集中居住區(qū)和商業(yè)區(qū)是城市人口聚集的主要區(qū)域。

相關(guān)性分析方面（表1），街道中人的聚集度與空間句法分析結(jié)果相關(guān)性較強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)（R值）多在0.37 ～0.64 之間。具體到各個(gè)尺度，當(dāng)半徑在2000 ～4000m 區(qū)間時(shí)，聚集度與整合度的相關(guān)性更強(qiáng)；半徑為3000m 時(shí)相關(guān)系數(shù)最高，達(dá)到0.635，在所有相關(guān)分析中表現(xiàn)最好。這說明溧水的人的聚集情況與車行尺度下的城市結(jié)構(gòu)最為接近。

綜上所述，多尺度下的整合度與城市地塊容積率、街道POI 熱度和人的聚集度均有較強(qiáng)的相關(guān)性。這也驗(yàn)證了基于空間句法的城市空間結(jié)構(gòu)具有一定的普遍適用性。相關(guān)性排序方面，聚集度≈容積率＞POI 熱度。這說明人的聚集和地塊開發(fā)情況與基于空間句法的空間結(jié)構(gòu)更為匹配；POI則多聚集在在商業(yè)為主的地塊，聚集中心位于老城，與空間結(jié)構(gòu)的匹配度稍低。尺度方面，當(dāng)計(jì)算半徑在1500 ～7000m 之間時(shí)，三個(gè)指標(biāo)的相關(guān)性均在0.3 以上；當(dāng)計(jì)算半徑在2000 ～4000m 之間時(shí)，三個(gè)指標(biāo)的相關(guān)性均在0.5 以上。容積率和聚集度的相關(guān)性極值出現(xiàn)中3000m 尺度下，POI 熱度的相關(guān)性極值雖然出現(xiàn)在2000m 尺度，但是其在3000m尺度的表現(xiàn)十分接近極值。因此，3000m 尺度下的空間結(jié)構(gòu)最具普遍適用性，能夠在一定程度上反映城市多要素的聚集情況。

4 溧水的城市發(fā)展預(yù)測(cè)

空間句法可以通過對(duì)規(guī)劃路網(wǎng)的建模計(jì)算預(yù)測(cè)城市未來的發(fā)展情況[4]。經(jīng)過前文研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)半徑為3000m 時(shí)，溧水的整合度計(jì)算結(jié)果最具代表性，由此得到的空間結(jié)構(gòu)中心與城市的發(fā)開、POI 和人的聚集中心位置大致匹配?；诖耍芯扛鶕?jù)3000m 半徑下的規(guī)劃路網(wǎng)整合度計(jì)算結(jié)果，預(yù)測(cè)溧水未來的城市開發(fā)建設(shè)、POI 以及人的聚集中心所處位置，分析基于空間句法的未來城市空間結(jié)構(gòu)，并將其與總體規(guī)劃中的布局結(jié)構(gòu)作對(duì)比。

由規(guī)劃路網(wǎng)形態(tài)（圖9）可知，規(guī)劃中的溧水城市路網(wǎng)向東、南、北三個(gè)方向延伸，分別對(duì)應(yīng)東部高鐵站周邊、南部新城和北部會(huì)展產(chǎn)業(yè)新區(qū)的發(fā)展建設(shè)。除向外擴(kuò)張外，路網(wǎng)密度相對(duì)于現(xiàn)狀提升明顯，尤其是部分會(huì)展產(chǎn)業(yè)新區(qū)中心位置，路網(wǎng)密度超過主城區(qū)中心水平。由規(guī)劃路網(wǎng)的空間句法整合度計(jì)算結(jié)果（圖9）可知，整合度極大值同時(shí)出現(xiàn)在南部新城北側(cè)和會(huì)展產(chǎn)業(yè)新區(qū)。其中，南部新城北側(cè)的整合度極大值稍高，影響范圍更大，以天生橋大道和地鐵S7 號(hào)線（秦淮大道）交匯處為中心，包含老城和南部新城大部分區(qū)域，整合度由中心向周邊平緩降低。另一個(gè)中心則出現(xiàn)在會(huì)展產(chǎn)業(yè)區(qū)中心，規(guī)劃中城市北部路網(wǎng)在規(guī)模和密度方面與主城區(qū)相仿，這足夠支持新中心的形成。團(tuán)山開發(fā)區(qū)整合度稍低，有形成次等中心的潛力。高鐵站周邊與其他城市邊緣區(qū)域的整合度水平相當(dāng)，以目前規(guī)劃路網(wǎng)情況形成次級(jí)中心較為困難。綜上，由空間句法預(yù)測(cè)的溧水未來將形成雙中心格局，南北雙子城并列。

圖9 基于規(guī)劃路網(wǎng)的空間句法整合度計(jì)算結(jié)果圖（圖片來源：作者自繪）

基于空間句法的溧水空間結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)與總體規(guī)劃中的布局結(jié)構(gòu)存在一定差距。在溧水總體規(guī)劃（圖10）中，明確提出“一主三副”的布局結(jié)構(gòu)，即以南部新城為主中心，老城、會(huì)展產(chǎn)業(yè)區(qū)和高鐵周邊為副中心的城市格局。就路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的整合度而言，老城和南部新城會(huì)合并為同一主中心，北部會(huì)展產(chǎn)業(yè)區(qū)也會(huì)形成一個(gè)主中心，高鐵站周邊則難以形成副中心。由于北部會(huì)展產(chǎn)業(yè)區(qū)尚在規(guī)劃中，距離形成主中心仍有很大差距，因此總規(guī)中將其作為副中心。高鐵周邊區(qū)域受到寧杭高速的阻隔，難以與主城區(qū)連成一片，不太適合作為城市副中心發(fā)展。綜合總體規(guī)劃和空間句法預(yù)測(cè)結(jié)果，溧水未來可能發(fā)展為帶形城市，即以南部新城和中部老城區(qū)結(jié)合為主中心，串聯(lián)團(tuán)山開發(fā)區(qū)和北部會(huì)展產(chǎn)業(yè)區(qū)，形成由南向西北延伸的城市主軸。

圖10 溧水城鄉(xiāng)總體規(guī)劃空間結(jié)構(gòu)圖（圖片來源：《南京市溧水區(qū)城鄉(xiāng)總體規(guī)劃（2015-2030）》）

5 結(jié)論

（1）基于多尺度空間句法分析得到溧水空間結(jié)構(gòu)的中心所在。在步行尺度上，城市中心依然位于老城中部；在車行尺度上，城市中心位于南部新城天生橋大道與地鐵S7 號(hào)線交匯處。

（2）基于多源數(shù)據(jù)相關(guān)性分析驗(yàn)證了由空間句法分析得到的空間結(jié)構(gòu)具有一定的普遍適用性。在與整合度相關(guān)性排序方面，人的聚集度≈容積率＞POI 熱度。在3000m 半徑下，基于空間句法的空間結(jié)構(gòu)與城市多要素的聚集情況最為接近。

（3）由空間句法預(yù)測(cè)的溧水未來將形成雙中心格局。綜合總體規(guī)劃和空間句法預(yù)測(cè)結(jié)果，溧水未來可能發(fā)展為帶形城市，即以南部新城和老城區(qū)結(jié)合為主中心，形成由南向西北延伸的城市主軸。

致謝：

感謝劉博敏教授對(duì)本研究的支持。

注釋：

①國(guó)外研究多以800～1200米作為行人可認(rèn)知范圍，國(guó)內(nèi)這方面研究較少，多直接運(yùn)用國(guó)外相關(guān)研究成果。

②空間句法中計(jì)算半徑指的是以目標(biāo)（街道）單元為中心納入計(jì)算的其他單元（街道）距離中心的最大長(zhǎng)度。

③在數(shù)學(xué)上接近于互為倒數(shù)關(guān)系。

④國(guó)內(nèi)城市尤其是新城的路網(wǎng)密度相對(duì)較低，在半徑較小的情況下，部分街道單元長(zhǎng)度大于半徑，這會(huì)影響部分路段計(jì)算結(jié)果。該情況在500～750米較為嚴(yán)重，這部分計(jì)算結(jié)果將不會(huì)用于后續(xù)相關(guān)性分析。

⑤調(diào)研時(shí)間為2018年12月。

⑥包含微信用戶朋友圈狀態(tài)中體現(xiàn)的位置信息。