間隙之間：基于三維可達性的“納涼網(wǎng)絡”設計研究

張靈珠 （法）晴安藍 崔敏榆 曾文馨

1 研究背景與問題

在全球氣候變暖背景下，高溫現(xiàn)象在世界各地頻繁發(fā)生，給人們的生產、生活甚至身心健康造成了嚴重影響[1-2]。由于低蒸發(fā)率、滯風、墊面集聚熱量、人為熱量釋放等原因產生了城市熱島效應，高溫熱浪的影響在城市中尤為嚴重[3]。炎熱潮濕的氣候以及城市密集而立體的開發(fā)更是加劇了這種情況。這些現(xiàn)象將極大影響市民的居住感受，加劇城市基礎設施的脆弱性。

紐約、巴黎和新加坡等世界級大城市均通過制定相應政策和規(guī)劃策略來適應氣候變化，緩解熱浪和城市熱島對特定人群（如老年人等高危人群）造成的影響[4]。其中，通過識別和連接街道中的陰涼場所形成“納涼網(wǎng)絡”便是此類緩解措施之一。例如，為適應氣候變化，紐約于2017年啟動了“紐約酷涼鄰里計劃”（Cool Neighborhoods NYC），通過完善各類設施和社區(qū)服務來降低熱脆弱地區(qū)的溫度，并加強社會網(wǎng)絡，降低炎熱對市民健康的影響[5]；巴黎自2015年提出了新的氣候行動計劃，在高溫期間，除了設置濱水區(qū)、遮陰區(qū)、自然涼爽的地方、有空調的場所4類涼爽地區(qū)，還為民眾提供降溫的公共設施并推薦白天與夜晚出行的涼爽路線[6]；在新加坡，雖然城市綠化程度極高，但都市化程度也極高，近些年氣溫持續(xù)攀升。新加坡政府于2017年成立“新加坡降溫計劃”（Cooling Singapore），旨在研究日照、建筑遮陰、城市通風等多要素影響下的城市氣候和降溫措施。

有學者將步行可達性分析與樹木陰影模擬結合[7]、天空視野與風路設計結合[8]，從夏季高太陽輻射、視覺影響等方面探討城市樹木配置的優(yōu)化，從而輔助樹木種植決策。多項研究表明，增加城市綠地[9]、結合植物進行適當?shù)囊?guī)劃[8]都是降低城市熱島效應的有效措施，同時人們往往傾向于在沒有高太陽輻射的陰涼區(qū)域步行[10-11]。因此，公共空間設計者與管理者需要在炎熱月份提供足夠的遮陰區(qū)，并結合天空視野、風路、樹木陰影等方面探討樹木的遮陽與降溫效果。然而，上述規(guī)劃策略及研究的制定對城市中公共空間的可達性、市民的步行行為及高密度城市的立體化特征等方面鮮有考慮。故本研究基于立體化步行網(wǎng)絡測算公共空間的可達性，探討其使用潛力。

2 挖潛高密度城市小型公共空間

一項針對香港12個小型公共空間的研究表明，不論在白天還是夜晚，小型公共空間都比周圍城市街道涼爽，這意味著小型公共空間可以緩解微觀層面的熱島效應[12]。高密度城市中的小型公共空間因其面積小、形狀及選址靈活的特點得以在寸土寸金的城市中心區(qū)被大量建設，以緩解城市熱島效應，同時也能滿足居民享受鄰里公共空間和進行社交活動的需求[13]。因此，在高樓林立的城市內，利用高樓間的間隙設立小型公共公園，挖掘其步行可達性潛力，可滿足居民對公共開放空間的需求。

由于不同國家和地區(qū)的發(fā)展存在巨大差異，各地區(qū)對小型公共空間的定義有所不同，有學者提出小型公共空間的面積在4 000 m2以下為宜[14]。香港作為典型的高密度城市，城市建成區(qū)內的公共綠地空間十分緊缺，總體人均公共空間面積僅為2.7 m2，遠低于東京（5.8 m2）、首爾（6.1 m2）、新加坡（7.4 m2）和上海（7.6 m2）等亞洲其他主要城市[15]。香港的小型公共空間通常被設計成可提供休息座椅的休憩處（sitting-out area, SOA）或提供游樂設施的兒童游樂場，大部分空間面積不及1 hm2[16]。這些小型公共空間由于數(shù)量較多且位于居住區(qū)附近，往往是居民使用率最高的公共空間[17]，調查顯示，73%的香港居民一年使用此類型的公共空間至少3次[16]。

小型公共空間的位置往往是隨意決定的，它們的出現(xiàn)看似是巧合，或者說是無意之作，卻成為隱藏在城市間隙之間的新活力。人們在上班或上學途中，或者沿社區(qū)內日常步行路線行走時，可能會經(jīng)過這些公共空間；另外它們在城市中的位置也會影響人們活動的聚集形態(tài)[18]，創(chuàng)造使用者非正式會面的機會，從而影響居民社交生活[19]。與此同時，使用小型公共空間的居民，也在無意識中成為“街道眼”，構成公共空間的安全與品質監(jiān)視系統(tǒng)[20]。對城市規(guī)劃師和設計師來說，如何配置不同種類的公共空間，使其與使用者的日常步行路線相關聯(lián)，并與城市中炎熱月份的涼爽路線相聯(lián)系，意義重大。

香港春夏兩季氣候炎熱，中心區(qū)的人口密度與建筑密度極高，為盡可能地增加居民休憩乘涼的空間，公共空間只能見縫插針地布局。因此本研究以香港中西區(qū)與灣仔區(qū)作為立體化城市設計的一個極端案例，聚焦高密度建成環(huán)境下的小型公共空間，希望在了解小型公共空間的分布、使用和品質之間的關系后，結合公共空間分布、城市通風及行人使用最頻繁的日常路線，連接形成存在于間隙之間的“納涼網(wǎng)絡”，挖掘小型公共空間潛在使用群體。本研究旨在揭示公共空間可達性的復雜性，為其他高密度城市小型公共空間規(guī)劃與空間設計實踐提供支持。

3“納涼網(wǎng)絡”設計研究

3.1 分析框架

研究主要包括4個步驟（圖1）：1）采集與公共空間需求相關的居住人口、就業(yè)人口以及城市三維步行網(wǎng)絡、公共空間位置、公共空間面積等基礎數(shù)據(jù)；2）采用三維空間設計網(wǎng)絡分析（spatial design network analysis,sDNA）[21]，基于認知尋路機制模擬行人路徑選擇，計算公共空間的步行可達性與步行流量潛力，并通過現(xiàn)場調研獲取案例區(qū)域公共空間的設計品質得分；3）利用無監(jiān)督機器學習，根據(jù)小型公共空間的屬性（面積、步行可達性和步行流量潛力）對其進行自動分類，并對分類結果與實際設計品質評分，進行交叉檢驗；4）結合機器分類的結果，提出“納涼網(wǎng)絡”設計構想，為高密度城市公共空間設計導控提供支持。

3.2 研究案例

針對公共空間數(shù)量、景觀和美觀度的滿意度調研發(fā)現(xiàn)，位于香港島中西區(qū)及灣仔區(qū)等區(qū)的受訪者對于公共空間的數(shù)量和品質滿意度較低[22]，且這2個區(qū)域的人口密度與就業(yè)密度都高于香港平均水平[23-24]（表1）。在人口更加稠密的地區(qū)，小型公共空間分布的合理性尤為重要，因此本研究選取中西區(qū)與灣仔區(qū)的小型公共空間進行研究。

表1 全香港、灣仔區(qū)、中西區(qū)基本信息及公共空間使用情況[16,23-24]Tab. 1 Basic information and public space usage of Hong Kong, Wan Chai District and Central and Western District[16,23-24]

根據(jù)《香港規(guī)劃標準與準則》中公共空間用地分類[22]，選取休憩處這一用地類別作為研究對象①。據(jù)統(tǒng)計，灣仔區(qū)與中西區(qū)內共有38處休憩處，休憩處面積范圍為11～1 410 m2。休憩處主要分布在區(qū)域南側的居住區(qū)內，北部濱水辦公區(qū)域內分布較少（圖2）?？紤]到中西區(qū)與灣仔區(qū)作為商業(yè)中心區(qū)，就業(yè)人數(shù)遠超過區(qū)域內居住人數(shù)，上班人群對于小型公共空間也有迫切需求。但南北區(qū)域之間由于機動車主干道分隔，對上班人群來說南邊的公共空間不易到達。

2 中西區(qū)與灣仔區(qū)公共空間分布Distribution of public spaces in Central and Western District and Wan Chai District

3.3 公共空間特征測度指標

公共空間可達性的測量方式有許多種，不同方法的測量精確度有所區(qū)別，較為常見的有緩沖區(qū)分析法和鄰近距離法，前者計算某一點出發(fā)一定半徑的輻射范圍，后者以道路網(wǎng)絡為基準，計算某一點出發(fā)沿道路實際可達的范圍。既有研究表明，相較于鄰近距離法，傳統(tǒng)緩沖區(qū)分析法很大程度高估了可達性測量結果，而在使用鄰近距離法時，采用不同道路網(wǎng)絡為基礎進行可達性測量也會產生不同程度的誤差[25]。大多數(shù)城市中，機動車道和人行道通常是平行的，共享相同道路路徑，這意味著道路中心線可以較好地代表步行路線。但香港受地形及城市高密度集約化發(fā)展的影響，公共空間通過地面街道、臺階和人行道網(wǎng)絡，以及室內外天橋連廊、地下通道，與周圍社區(qū)緊密地連接起來。行人既能在水平面上前后左右移動，也能通過樓梯、扶梯、電梯、坡道和臺階上下移動，并且其活動范圍還包含了室內和室外的所有公共和準公共空間。鑒于這種復雜的多層次城市環(huán)境，道路中心線的路徑信息并不能反映出實際的步行路徑。從行人的角度出發(fā)，研究采用室內外三維步行網(wǎng)絡進行可達性分析以貼合實際步行情況。步行可達性的分析采用基于ArcGIS平臺的sDNA軟件，同時考慮最短米制距離和最小角度變化，采用能較好代表可達性的“鄰近度”（closeness）和步行流量的“中介性”（betweenness）作為指標[26-27]。

針對公共空間品質的評價，本研究采取實地考察評分的方式衡量。評分內容涉及主題設計、雕塑配置、座位布置、植被分布、空間設計與場地獨特性的結合程度5個方面[28]。評分范圍介于“品質極佳”（5分）和“品質極差”（1分）之間，由3名建筑、規(guī)劃領域的專家對每個休憩處進行獨立評分，最后取平均值得到各公共空間的用地品質分數(shù)。為識別公共空間的不同特性，本研究進一步采集了公共空間的相關特征數(shù)據(jù)，其中，就業(yè)-居住配比對于中西區(qū)與灣仔區(qū)來說非常關鍵，因為這2個區(qū)域居住人口稀少卻擁有大量就業(yè)人口，如果僅使用居住密度進行測算會導致結果嚴重偏差。

4 中西區(qū)和灣仔區(qū)無監(jiān)督機器學習聚類分析Cluster analysis based on unsupervised machine learning in Central and Western District and Wan Chai District

5 香港休憩處所處區(qū)域的就業(yè)-居住配比Jobs-housing ratio in sitting-out areas in Hong Kong

4 突破局限性：（重新）分類與連接

4.1 無監(jiān)督機器學習：空間分布、使用、品質之間的關系

采用層次聚類這一無監(jiān)督機器學習方法，根據(jù)休憩處的特有屬性，包括面積、步行可達性和步行流量潛力，系統(tǒng)地識別各數(shù)據(jù)之間的相似性和獨特性，將中西區(qū)與灣仔區(qū)的所有休憩處歸為4個類別（圖3、4）。

回顧世界經(jīng)濟發(fā)展的脈絡可見，試圖打造在資源配置中統(tǒng)管一切的全能政府是不切實際的。因為，全能政府模式是通過行政權的運用來達致經(jīng)濟決策與執(zhí)行的高度統(tǒng)一，而不是考慮如何通過市場促進社會經(jīng)濟的協(xié)調發(fā)展。與此相反，負面清單管理模式以一種相對消極的權力模式對待新的經(jīng)濟發(fā)展形態(tài)，主動將管理權部分地讓渡給社會民眾，通過社會民眾自發(fā)自為的管理替代強力約束。但是，如若一味地追求無為而過度推崇負面清單模式，也可能會產生混亂。

3 以400 m為分析半徑的室內外三維步行網(wǎng)絡步行流量水平Pedestrian flow level of indoor and outdoor 3D pedestrian network with an analysis radius of 400 m

第1類（47%）和第2類（34%）包含了大部分休憩處，第3類（8%）和第4類（11%）則包含剩余的少量休憩處。其中，第1類（藍）大部分位于住宅區(qū)內，這部分休憩處面積較小，就業(yè)-居住配比較低，品質較差，步行可達性和流量潛力較低。第2類（紅）休憩處地處上環(huán)至銅鑼灣之間，大部分位于辦公區(qū)，該類別休憩處面積較大，就業(yè)-居住配比較高，品質較好，步行可達性和流量潛力較高；第3類（綠）和第4類（橙）休憩處面積為中等水平，其中第3類雖然步行可達性非常低，但步行流量潛力較高，空間品質也高于平均水平；而第4類休憩處位于高就業(yè)-居住配比區(qū)域，具有較高步行可達性和步行流量，空間品質也較好。

這些由計算機生成的分組與簡·雅各布斯（Jane Jacobs）的假設相呼應，如果休憩處所在街道的步行流量提高，即“街道眼”增加，它們的品質往往也隨著可見性的提高而改善。第1類與第2類的結果表明，休憩處的面積大小、地理位置可見性和良好品質三者之間存在關聯(lián)：面積較大、鄰近高步行流量區(qū)域的休憩處，更容易被該地區(qū)的就業(yè)和居住人口看見和使用，因而往往擁有更好的空間品質。香港島上環(huán)至銅鑼灣區(qū)域人口密度高，且就業(yè)-居住配比超過全港平均水平（圖5），然而通過聚類分析可知，高可見性、高品質的休憩處主要分布在工作場所附近，而低可見性、低品質的休憩處主要分布在居住區(qū)附近，可以解釋為何該片區(qū)居民對公共空間的評價滿意度不高。

4.2 間隙之間：（重新）連接灣仔分區(qū)的公共空間

針對公共空間與日常生活關聯(lián)性的調研顯示，公共空間重要的功能依次是健身、舒緩壓力、社交活動、與日常散步路線的融合[16]。根據(jù)上述觀點，設計品質和可達性并非這些公共空間的必須屬性，但它們確實為不同年齡層的居民提供了會面、聊天、鍛煉和休息的場所。由此，這些公共空間是應該位于遠離外界視線的居住區(qū)之中，還是應該位于熱鬧的交匯處，這十分具有探討的意義[29]。

根據(jù)灣仔區(qū)空氣流通專家評估，灣仔區(qū)的全年盛行風來自東部和東北部，夏季盛行風來自南部和東部，配合盛行風的風向，規(guī)劃署提出應在保留南北向主風道與東西向風道的同時連接城市內部空曠區(qū)域，拓寬并延長南北向主風道[30]。結合盛行風方向及前述分析的休憩處特征，本研究以灣仔區(qū)的灣仔分區(qū)②為例，提出一份設計提案：將流量潛力最高的步行路徑，即使用最頻繁的日常出行路線（圖6-1），與公共空間結合，建立一個有遮蓋的步行網(wǎng)絡，連接休憩處與中大型公共空間。同時，步行網(wǎng)絡盡可能地連接城市廣場、海濱步道、行道樹等線性公共空間以及提供空調的商業(yè)中心室內場所等，形成步行易達的連續(xù)性公共空間網(wǎng)絡（圖6-2），使得各年齡層的人群均可使用和享受。

6 基于步行流量潛力分析形成“納涼網(wǎng)絡”“Cool network” based on pedestrian flow potential analysis6-1灣仔分區(qū)步行流量潛力分析Pedestrian flow potential analysis in Wan Chai6-2“納涼網(wǎng)絡”“Cool network”

灣仔分區(qū)約有18萬人口，其中1/3為居住人口，其余為就業(yè)人口，約20%居住人口年齡超過60歲。一方面，老年群體及與長輩同住的人群是使用小型公共空間最頻繁的群體[16]，因此上文描述的連續(xù)性公共空間網(wǎng)絡，可以在香港炎熱的夏季為老年群體提供陰涼的日常步行路徑，提高老年群體往返休憩處與居住地的便利度，成為群眾日常使用的“納涼網(wǎng)絡”。另一方面，由于這一區(qū)域的高就業(yè)人口比例，這種相互連接的“納涼網(wǎng)絡”也有益于社會和經(jīng)濟發(fā)展，保障居民健康和生態(tài)環(huán)境。為使居民健康和生態(tài)環(huán)境收益最大化，要在現(xiàn)有行道樹的基礎上增加樹木的種植，尤其是增加高流量潛力步行網(wǎng)絡的遮陰面積，連接休憩處和公共可達的提供空調的室內空間，以最大效率增加步行路徑遮陰面積。此外，該網(wǎng)絡的設計也將濱水區(qū)未來發(fā)展藍圖中的海濱公共空間納入考慮，通過提供整體性步行網(wǎng)絡，增加附近地區(qū)與海濱聯(lián)系，讓市民更容易前往海濱，從而延伸城市中心活力[31]。

5 討論與啟示

由于香港是一個具有多層次步行網(wǎng)絡的城市，研究首先采用符合行人認知的米制距離結合角度距離度量方法，測度三維步行網(wǎng)絡中休憩處的步行可達與流量分布；其次利用無監(jiān)督機器學習，根據(jù)休憩處的客觀屬性（面積、步行可達性、步行流量潛力）對它們進行自動分類；最后，在休憩處的評價中加入包含美學標準在內的主觀性評價，對分類結果與實際設計品質評分進行交叉檢驗。機器分類的結果體現(xiàn)了休憩處的設計品質與休憩處對該地區(qū)居民或就業(yè)人員的可見性之間的關聯(lián)性，這也印證了簡·雅各布斯的假設：步行流量潛力可被視為休憩處的“街道眼”。這一方法旨在同時考量公共空間的可達性及特殊性，在香港，這種方法有利于更好地了解城市的復雜特性，從而找到更合理的設計空間干預方法。

公共空間的規(guī)模通常和使用頻率成反比，相比于數(shù)量較少的大型公園，小型公共空間的數(shù)量較多且在居住區(qū)附近，因而使用者的訪問頻率更高[17]。小型公共空間得益于尺度小、選址靈活等特征，成為立體化高密度城市里綠地空間體系的一個有力補充，對于改善城市居住環(huán)境以及豐富居民日常休閑生活起到重大作用。同時，小型公共空間作為社區(qū)和鄰里的共享空間，是人們最易接近、最易感知的城市公共空間類型，充足合理地設置有助于市民更加安全、平等、方便地享用城市公共空間，更有利于實現(xiàn)空間公平，因此在設計過程中需要考慮良好的可達性以及滿足人們停留的需求[14]。

盡管小型公共空間的設計品質和可達性常被公眾忽略，但這些因素卻潛在地影響著居民的使用行為。小型公共空間為各年齡層使用者提供了一個會面、聊天、鍛煉和休息的場所，正是這些在空間中發(fā)生的具有選擇性、社交性的活動，對城市活力貢獻最大[32]。研究結果充分證明，日常出行路線可以與休憩處相結合。在此基礎上，本研究提出了一份“有理可循”的灣仔分區(qū)設計提案，即通過一個有遮蓋的步行網(wǎng)絡將休憩處與中大型公共空間連接。鑒于香港無處不在的購物商場已成為城市形態(tài)的主要元素，可進一步連接購物商場、城市廣場和海濱步道，形成“納涼網(wǎng)絡”，由于它連接了使用最為頻繁的日常步行路線，且整合了具有不同開放空間使用偏好的不同群體，因此不僅為休憩處的日常使用者，也為更多居民、就業(yè)者及游客提供了便利。存在于高樓間隙之間的“納涼網(wǎng)絡”與城市主風道相輔，能夠增強香港這個高密度亞熱帶城市的社區(qū)活力與舒適度。

小型公共空間占城市總體空間比重極小，但由于分布廣且深入社區(qū)，其影響區(qū)域占城市總空間比例是大型公共空間的兩倍[33]。因此，增加小型公共空間總量、提高可達性、改善空間品質，能有效滿足人們對公共空間的需求；但中國現(xiàn)有公共空間建設機制在小型公共空間方面存在過于宏觀或無法以公共利益為導向等盲區(qū)[33]。伴隨著中國城市建設步入存量更新階段，城市公共空間微更新逐步聚焦在空間重構、公眾參與和社區(qū)激活方面[34]，結合連通的步行網(wǎng)絡構建小型公共空間網(wǎng)絡系統(tǒng)，既可提供舒適的城市交往空間，也可通過公共空間系統(tǒng)帶動城市中碎片空間的再利用，是城市精細化發(fā)展要求中不可缺少的一步。

（本文獲2021年第二屆LA青年學者論文獎二等獎）

利益沖突聲明(Statement for Conflict of Interest)：

晴安藍（Alain Chiaradia）為sDNA+的開發(fā)者之一，但通過軟件獲得的所有收益均重新投入到sDNA+開發(fā)。

注釋(Notes)：

①《香港規(guī)劃標準與準則》中將用地較小的公共空間定義為“鄰舍休憩用地”。鄰舍休憩用地以較靜態(tài)的活動為主，設有休憩處和兒童游樂場。

② 灣仔區(qū)包括灣仔、銅鑼灣、跑馬地、大坑、渣甸山及灣仔峽等分區(qū)。

圖表來源(Sources of Figures and Table)：

文中圖片均為作者繪制；其中圖2～6底圖來自香港政府資料一線通網(wǎng)站（https://data.gov.hk/）；表1中居住人口與就業(yè)人數(shù)引自參考文獻[23-24]，公共空間數(shù)據(jù)引自參考文獻[16]。