基于空間句法的城市立體道路網(wǎng)研究

摘

要：南京鼓樓地區(qū)經(jīng)歷了近百年的演變，形成了獨特的網(wǎng)絡(luò)特征。文章旨在通過整理2021年的鼓樓地區(qū)道路網(wǎng)數(shù)據(jù)，并運用空間句法分析方法，選取全局整合度、局部整合度和可理解度作為主要指標(biāo)，來量化分析鼓樓地區(qū)道路網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)。同時，對2021年的平面道路網(wǎng)和立體道路網(wǎng)進行空間句法對比分析，以更準(zhǔn)確地揭示城市道路網(wǎng)的特征。此外，還分析了鼓樓地區(qū)公共事業(yè)單位與道路網(wǎng)之間的空間關(guān)系和作用機制，采用集成核方法進行耦合分析。文章構(gòu)建了鼓樓地區(qū)道路網(wǎng)分析模型，為歷史古城片區(qū)道路網(wǎng)的發(fā)展提供了參考依據(jù)。關(guān)鍵詞：空間句法；立體交通；道路網(wǎng)；南京鼓樓0

引

言道路網(wǎng)承擔(dān)多樣的社會功能，承擔(dān)著日常生活和滿足情感需求，反映人們對未來的期望和對現(xiàn)實生活的追求。因此，從立體道路網(wǎng)的視角來揭示鼓樓地區(qū)道路網(wǎng)的特征，將為改善歷史古城片區(qū)的公共空間和道路網(wǎng)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。空間句法理論把現(xiàn)實環(huán)境抽象為幾何空間，所探討的并不是目標(biāo)和目標(biāo)之間的具體位置，而是與目標(biāo)之間在軸線圖上的拓撲聯(lián)系關(guān)系。在道路網(wǎng)形態(tài)分析中，武凱華等[1]將線密度分析與空間句法相結(jié)合，揭示了交通優(yōu)勢區(qū)域不同集成核之間的關(guān)系；雒占福等[2]基于空間句法分析道路網(wǎng)河谷帶狀組團式空間分布特征；高慧等[3]研究了南京仙林地區(qū)對街區(qū)制和小區(qū)制兩種不同居住模式的道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)與空間感知；JinLv[4]運用空間句法分析松原市不同時間的道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，總結(jié)出各階段空間演變特征和規(guī)律。在分析區(qū)域用地方面，F(xiàn)olteteJCetal[5]以空間句法的整合度量化分析行人移動與土地利用的關(guān)系；TsouKWetal[6]通過空間句法分析城市多種網(wǎng)絡(luò)配置，得知街道配置和公共交通網(wǎng)絡(luò)都會影響零售模式；HillierB[7]則認(rèn)為空間結(jié)構(gòu)通過對城市人流密度分配規(guī)律的塑造，極大地影響了城市土地利用的空間分布。從上述研究來看，學(xué)者們對于道路網(wǎng)形態(tài)的研究大多著眼于城市平面道路空間，針對立體交通分析較少。本文以立體道路網(wǎng)的視角為基礎(chǔ)，將空間句法與公共事業(yè)發(fā)展相結(jié)合，判斷其與句法指標(biāo)的契合程度。1

研究基礎(chǔ)與方法1.1

研究方法概況?？臻g句法的本質(zhì)是將空間劃分為獨立的拓撲元素，結(jié)合圖論的思想，運用數(shù)學(xué)工具，定量分析各元素空間與空間的相互聯(lián)系和相互關(guān)系[8]。在城市研究中，將大尺度空間劃分為可研究的自由空間是空間句法的基礎(chǔ)，其中“自由空間”是指建筑之間的道路與廣場等人可以自由移動的空間?？臻g分割法主要有特征點法、軸線分割法、視區(qū)分割法、凸多邊形分割法，分別對應(yīng)于點、線、面。由于城市道路大多都是線性空間，故一般采用軸線分割法，采用最長且最少的軸線覆蓋整個道路網(wǎng)絡(luò)生成相應(yīng)的軸線圖[9]，根據(jù)各軸線之間的拓撲關(guān)系，進行句法變量計算，其中整合度圖中用不同顏色區(qū)分?jǐn)?shù)值大小，暖色表示較高的數(shù)值、冷色表示較低的數(shù)值。近年來隨著車輛的爆炸式增長，鼓樓地區(qū)高架橋建設(shè)得到快速發(fā)展。為了更好地分析鼓樓地區(qū)道路網(wǎng)。首先對鼓樓地區(qū)現(xiàn)狀地面道路進行空間句法計算；其次在現(xiàn)狀地面道路上累加高架道路和隧道，并運用unlink命令將空間上不連接的道路分開，保持上下兩層的拓撲關(guān)系。軸線法流程示意圖如圖1所示。1.2

道路網(wǎng)評價指標(biāo)1.2.1

整合度。整合度通過分析空間元素之間的拓撲關(guān)系和連接方式，衡量空間結(jié)構(gòu)中各元素的整合程度[10]，包括全局整合度和局部整合度。對于道路網(wǎng)來說，整合度越大，表示該道路在道路網(wǎng)中的吸引能力越強，可達性越高；反之，表明道路在道路網(wǎng)中處于不便捷的位置。整合度的計算與局部平均深度值有關(guān)，通過不確定值來計算整合度[11]，其計算公式為[12]：I==

（1）式中：n為道路編號；RRA為實際相對不對稱值；m為道路網(wǎng)中道路個數(shù)和；為局部平均深度值（即系統(tǒng)中某一節(jié)點到其他節(jié)點最短步數(shù)的平均值）。1.2.2

集成核。集成核通過計算空間元素之間的距離、連接強度或其他相關(guān)性指標(biāo)來確定元素的重要程度，即擁有相對高整合度的空間系統(tǒng)軸線分布區(qū)，代表社會性最強的空間區(qū)域[13]。集成核是將整合度由高到低排列，占據(jù)總量10%的區(qū)域。1.2.3

可理解度?？衫斫舛仁蔷植空隙扰c全局整合度二者相關(guān)水平的度量[10]，數(shù)值上為局部整合度和全局整合度的相關(guān)性R?？衫斫舛仁侵冈诳臻g結(jié)構(gòu)中，人們對于空間元素之間關(guān)系和排列方式的理解程度。它反映了空間句法分析結(jié)果的直觀性和可理解性?？衫斫舛热Q于整體變量和局部變量間的關(guān)系，通過計算全局整合度和局部整合度得知[14]，其表達式如下：R=

（2）式中：R為城市道路可理解度值；I為系統(tǒng)中任意一軸線的局部整合度值；為平均局部整合度值；I為系統(tǒng)中任意一軸線的全局整合度值；為全局整合度值。1.3

核密度分析。核密度衡量了特定區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)點的密度水平，通過將每個數(shù)據(jù)點視為一個核函數(shù)，然后將這些核函數(shù)疊加來計算數(shù)據(jù)點的密度分布[15]。運用核密度分析計算不同時期鼓樓地區(qū)公共事業(yè)單位（醫(yī)院、學(xué)校、商場、政府機關(guān)）空間集聚程度。計算公式為：fx=

（3）式中：n為點要素；h為搜索帶寬；x-x為估計點到樣本點的距離。經(jīng)過多次調(diào)試，確定搜索半徑為1000m。2

鼓樓地區(qū)句法分析本文所選取研究區(qū)域位于南京市鼓樓區(qū)，如圖2所示。從地理位置來看，由主要道路、水系和城墻包圍而成。研究區(qū)西起秦淮河，東至玄武湖，北接建寧路，南臨廣州路，整體位于南京古城西北處，形狀較為規(guī)整，面積約20.62平方千米，包含道路457條，道路網(wǎng)平均密度為7.62千米/平方千米。南京鼓樓片區(qū)在百年歷史中的城市地位不斷變化，該區(qū)域內(nèi)的用地性質(zhì)也隨著時間的推移而發(fā)生明顯變化。2.1

立體道路網(wǎng)與平面道路網(wǎng)對比分析。南京市鼓樓地區(qū)2021年現(xiàn)狀地面平面道路網(wǎng)、現(xiàn)狀立體道路網(wǎng)（平面道路網(wǎng)加高架道路和隧道）的各個空間句法指標(biāo)測度結(jié)果如表1所示。總體上，鼓樓地區(qū)的各個句法指標(biāo)在平均值、最大值、最小值和標(biāo)準(zhǔn)差相比，平面道路網(wǎng)和立體道路網(wǎng)的變化較小，說明加入高架和隧道的立體道路網(wǎng)的整體連通度雖然有所提高，但并不明顯。在所示指標(biāo)中，整合度作為空間句法中最基本的指標(biāo)，能夠更準(zhǔn)確、直觀地反映道路網(wǎng)的連通程度，因此重點分析整合度的差異。相較于平面道路網(wǎng)，立體道路網(wǎng)的全局整合度在平均值、最大值、最小值和標(biāo)準(zhǔn)差上分別提高了0.506%、0.532%、1.327%和0.000%，而局部整合度則分別提高了-0.685%、1.694%、0.000%和1.624%，表明立體道路網(wǎng)的連通度得到了一定提升。根據(jù)空間句法的理論特點，整合度作為一個無量綱差異數(shù)值的指標(biāo)，可以進行數(shù)值大小比較。因此按照等距原則將全局整合度和局部整合度劃分為低、較低、中、較高、高五部分，以比較立體道路網(wǎng)是否更好地描述了鼓樓地區(qū)道路網(wǎng)的連通度。根據(jù)表2的數(shù)據(jù)可得知：道路網(wǎng)中較低級別的道路數(shù)量最多，其次是中級道路，而低、較高和高級別的道路數(shù)量差異不大（數(shù)量差都小于10條）。表2表明，平面道路網(wǎng)和立體道路網(wǎng)中數(shù)量最多的為較低等級的道路，其次是中級道路，而低、較高、高等級的道路數(shù)量差別不大（數(shù)量差均小于10條）。較低等級的軸線數(shù)量從平面道路網(wǎng)到立體道路網(wǎng)，由154條增長到172條，占比從34.53%增長到36.44%；較低等級道路的全局整合度從平面道路網(wǎng)的0.625～0.798到立體道路網(wǎng)的0.631～0.804，提高了0.92%～0.72%。而中等級的軸線數(shù)量從平面道路網(wǎng)到立體道路網(wǎng)，由162條增長到163條，占比從36.32%增長到34.53%；中等級道路的全局整合度從平面道路網(wǎng)的0.798～0.971到立體道路網(wǎng)的0.804～0.977，提高了0.72%～0.59%。將較低等級和中級二者結(jié)合起來看，立體道路網(wǎng)在軸線數(shù)量比平面道路網(wǎng)增加了19條，占比則增加了0.12%，全局整合度數(shù)值上升了0.92%～0.72%。由此可知，立體道路網(wǎng)和平面道路網(wǎng)的差異主要體現(xiàn)在較低等級和中等級的道路上，對于低、較高和高等級的道路變化不明顯。這意味著，繪制立體道路網(wǎng)對于鼓樓地區(qū)道路網(wǎng)的連通度具有更好的表現(xiàn)。根據(jù)等距原則將局部整合度也劃分為低、較低、中、較高和高（見表3）。由表3所知，二者的差異性主要來源于較低等級、中等級和較高等級道路，其他等級道路差異較?。ň∮?0）。針對于這兩種道路而言，道路軸線數(shù)量增加23，占比則減少了0.13%，局部整合度數(shù)值上升了1.13%～1.64%，這也表明了繪制立體道路網(wǎng)能夠更準(zhǔn)確描述鼓樓地區(qū)道路網(wǎng)，對局部整合度影響較大。結(jié)合全局整合度和局部整合度的分析結(jié)果表明：首先，最低等級和最高等級的道路軸線數(shù)量相對較少，而中間三個等級的道路軸線數(shù)量較多，呈現(xiàn)出典型的正態(tài)分布趨勢；其次，立體道路網(wǎng)與平面道路網(wǎng)相比低等級和中等級道路軸線和占比均有所提高，說明連通度提高較為明顯；再次，從整體的角度出發(fā)，立體道路網(wǎng)對提高全局整合度的表現(xiàn)更為明顯（平均值提高了0.506%），而對局部整合度則有所下降（平均值下降了0.685%）；最后，從局部的角度出發(fā)，局部整合度較高等級道路軸線減少了10條，局部整合度平均值有所下降，而全局整合度卻恰恰相反，這表明立體道路網(wǎng)對于道路網(wǎng)連通度的整體改善較為良好，但是對于局部道路網(wǎng)的改善不明顯。2.2

道路網(wǎng)評價。改革開放以來，城市發(fā)展中的道路建設(shè)活動明顯增加。例如，20世紀(jì)90年代出臺土地有償使用制度改革，小區(qū)和學(xué)校的建立形成了大院模式，部分道路轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)部道路。鼓樓地區(qū)隨著商業(yè)發(fā)展壯大，道路建設(shè)加快，道路網(wǎng)逐步完善，城市整合度提高。觀察全局整合度，中山北路、模范馬路和中央路等道路具有較高整合度。新模范馬路擁有較高的全局整合度，說明其在整個道路系統(tǒng)中具有較高的可達性，所以新模范馬路才能成為貫穿鼓樓地區(qū)連接浦口區(qū)和玄武區(qū)的城市主干道。全局集成核形成“軸線雙核”的空間形態(tài)，與道路建設(shè)促進整體整合度提升密切相關(guān)。鼓樓地區(qū)2021年全局與局部整合度如圖3所示。將2021年的句法參數(shù)值導(dǎo)入統(tǒng)計分析軟件Spss里生成散點圖（見圖4），即“局部整合度-全局整合度”散點圖（其中X軸為整體整合度，Y軸為局部整合度）?？梢钥闯觯?021年的全局整合度和局部整合度的相關(guān)系數(shù)R為0.687，呈現(xiàn)中相關(guān)性。這表明較好，可以從局部空間特征來感受整個城市的空間形態(tài)。鼓樓地區(qū)形成的大院制路網(wǎng)格局，沒有其他支路的干擾，標(biāo)志性建筑多，居民更容易從其所屬的局部感知整體的空間格局。3

公共事業(yè)單位核密度分析基于POI數(shù)據(jù)，運用Arcgis進行核密度分析，研究公共事業(yè)空間的集聚特征（見圖5）。2021年公共事業(yè)空間集聚格局更加趨于多元化，形成“一軸雙核多點”空間格局。一軸即中山北路作為中軸線，兩核為公共事業(yè)高度聚類核心（鼓樓廣場、湖南路）；多點即在鼓樓地區(qū)草場門區(qū)域形成公共事業(yè)集聚點，核心趨向明顯。隨著北京西路的建設(shè)，公共事業(yè)的分布已經(jīng)不再受限于中山北路，而是向南部區(qū)域擴展和集聚。然而，公共事業(yè)的集聚區(qū)仍主要集中在政策優(yōu)勢明顯、基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)達以及文化氛圍濃厚的城市綜合功能區(qū)。2021年公共事業(yè)空間形態(tài)形成“雙核心”的空間格局，草場門區(qū)域發(fā)展成新的公共事業(yè)集聚點。綜上所述，公共事業(yè)空間的集聚格局與城市道路網(wǎng)的形態(tài)存在高度的耦合關(guān)系。具體而言，公共事業(yè)空間的集聚形態(tài)，如軸線、帶狀區(qū)域和核心區(qū)域，與城市道路網(wǎng)的全局集成核、高值全局整合度軸線在空間上呈現(xiàn)高度的耦合性。這些集聚形態(tài)主要位于鼓樓地區(qū)的中山北路核心地段，并依靠城市的結(jié)構(gòu)性干道交通優(yōu)勢實現(xiàn)連通和便捷的交通網(wǎng)絡(luò)。4

結(jié)論與討論本文采用立體道路網(wǎng)的視角，結(jié)合空間句法和GIS數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，以整合度作為衡量道路重要程度的指標(biāo)，對道路網(wǎng)絡(luò)進行研究。同時，將公共事業(yè)單位數(shù)據(jù)與集成核軸線進行對比分析，完善了以往學(xué)者的相關(guān)研究，結(jié)論如下：（1）相較于平面道路網(wǎng)，運用立體道路網(wǎng)進行空間句法分析，更加符合實際貼近現(xiàn)實，立體道路網(wǎng)與平面道路網(wǎng)相比連通性有所提升。立體道路網(wǎng)對全局整合度的提升明顯，但對局部整合度則有所下降。這說明立體道路網(wǎng)對于道路網(wǎng)連通度的整體改善較為良好，但是對于局部道路網(wǎng)的改善較差。（2）將集成核與核密度圖相結(jié)合，分析表明2021年公共事業(yè)單位與城市道路網(wǎng)空間形態(tài)基本一致，公共事業(yè)空間集聚格局與鼓樓地區(qū)道路網(wǎng)形態(tài)高度耦合。通過分析道路網(wǎng)的整合度與公共事業(yè)之間的契合程度，可以將公共事業(yè)單位進行合理規(guī)劃布局。研究結(jié)果表明，本文對于鼓樓地區(qū)道路與用地建設(shè)具有積極的指導(dǎo)意義，并為新城區(qū)規(guī)劃提供了新思路。在道路網(wǎng)絡(luò)特征分