曹明，初建宇，劉喜暖

(1.河北聯(lián)合大學(xué) 建筑工程學(xué)院，河北 唐山063009;2.河北省冀東監(jiān)獄，河北唐山063000)

0 引言

國外有關(guān)城市避難疏散空間規(guī)劃的研究以日本、美國及歐洲國家為主，其中日本進(jìn)行的最為深入且行之有效。早在1998年，日本建設(shè)省制定了《防災(zāi)公園計(jì)劃和設(shè)計(jì)指導(dǎo)方針》，把防災(zāi)公園劃分為五種類型。國內(nèi)對城市防災(zāi)空間和避難疏散空間的研究中，河北聯(lián)合大學(xué)蘇幼坡教授在《城市地震避難所的規(guī)劃原則與要點(diǎn)》中對地震避難場所的規(guī)劃頗有論述。北京工業(yè)大學(xué)呂元博士的《城市防災(zāi)空間系統(tǒng)規(guī)劃策略研究》，主要從防災(zāi)空間系統(tǒng)的宏觀構(gòu)建方面作了論述，側(cè)重于整體性和系統(tǒng)性的研究。在城市避難疏散空間區(qū)位分布這一問題上，有很多規(guī)劃評估方法，隨著GIS在城市規(guī)劃中的應(yīng)用日益成熟，本文以平面點(diǎn)集Voronoi圖為理論基礎(chǔ)，對應(yīng)急避難疏散空間分布進(jìn)行初步規(guī)劃研究。

1 城市應(yīng)急避難疏散空間

開敞空間是指城市公共外部空間，是存在于城市建筑實(shí)體之外的開敞空間體，是比較開闊、向公眾開放、具有一定公共服務(wù)設(shè)施、為多數(shù)民眾服務(wù)的空間，主要包括綠色空間(公園、開放式綠地、附屬綠地等)、廣場空間、親水空間(江湖水體及周圍綠帶)等［1］。

從避難疏散的角度來講，開敞空間是在城市建成區(qū)內(nèi)，距離建筑物有一定距離的、存在于建筑實(shí)體之外的、具有一定面積的空地，主要包括城市中的公園、廣場、體育場等空間［2］。

應(yīng)急避難疏散空間是臨時(shí)性的避震疏散空間，主要是為地震等災(zāi)難發(fā)生前到災(zāi)難發(fā)生后半日這段時(shí)間內(nèi)人們的自發(fā)性短期避難行為提供空間。

結(jié)合開敞空間的觀點(diǎn)，城市應(yīng)急避難疏散空間主要利用城市居住區(qū)、商業(yè)區(qū)等區(qū)域內(nèi)及其附近的小公園、小花園、小廣場、中小學(xué)操場、集中綠地等距離城市居民工作生活地點(diǎn)最近的開敞空間，以便于居民就近避難疏散。而城市水系、建筑內(nèi)部空間、路邊綠化帶、防護(hù)林綠地、面積過小的綠地地塊以及面積較小的地面停車場等都不作為本文的研究對象。城市應(yīng)急避難疏散空間的量化指標(biāo)見表1。

表1 城市應(yīng)急避難疏散空間量化指標(biāo)

2 Voronoi圖的基本理論

Voronoi圖的定義如下［3］:設(shè)平面上的一個(gè)控制點(diǎn)集，其中任意兩點(diǎn)都不共位，即pi≠，且任意四點(diǎn)不共圓，則任意點(diǎn)pi的Voronoi圖定義為:

式中，d為歐氏距離。

平面點(diǎn)集Voronoi圖也稱常規(guī)Voronoi圖、Thiessen多邊形或Dirichlet圖，如圖1所示。

圖1 Voronoi圖

(1)每個(gè)多邊形內(nèi)僅包含有一個(gè)離散點(diǎn);

(2)位于包含離散點(diǎn)(xi，yi)的多邊形內(nèi)的任意點(diǎn)(x，y)，恒滿足:

(3)若 (x，y) 位于離散點(diǎn) (xi，yi)和 (xj，yj)所在多邊形的公共邊上，則以下等式恒成立:

平面點(diǎn)集Voronoi圖的構(gòu)建可以直接基于離散點(diǎn)的矢量坐標(biāo)來實(shí)現(xiàn)，也可以利用基于柵格的擴(kuò)張?jiān)韥磉M(jìn)行。

3 實(shí)例應(yīng)用

3.1 開敞空間篩選

作為分析實(shí)例的城市位于華北地區(qū)，是一座受多種地質(zhì)災(zāi)害影響的城市，其中主要有地震地質(zhì)和地面塌陷等。該市所處區(qū)域可劃分為華北平原活動(dòng)構(gòu)造帶、郯廬活動(dòng)構(gòu)造帶和疊加在NE向構(gòu)造帶上的張家口——蓬萊活動(dòng)構(gòu)造帶［4］。該市地面塌陷主要是由巖溶裂隙發(fā)育和破碎以及地下采煤引起的。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，該市中心區(qū)范圍內(nèi)共發(fā)生過80余次由巖溶裂隙引起的地面塌陷。另外，由于采煤、超量開采地下水、重力和地震力等多種因素的綜合作用，使巖溶內(nèi)所充填的泥土和水減少或流失，也是造成該市地面塌陷的重要原因［4］。

在實(shí)例分析中，主要選取該市符合地質(zhì)條件要求的公園、綠地和學(xué)校作為應(yīng)急避難疏散空間，并進(jìn)行空間分布分析和服務(wù)范圍劃分，探索GIS方法在場所分布規(guī)劃中的實(shí)用性。通過走訪有關(guān)單位收集到dwg格式的某市城市總體規(guī)劃(2009－2020)中心城區(qū)地質(zhì)條件圖［4］，使用Arcgis軟件將此dwg格式圖轉(zhuǎn)化為shp格式的文件并繪制相應(yīng)的圖層，其中斷裂帶為線狀要素圖層;塌陷區(qū)為該市的塌陷點(diǎn)集中區(qū)，為面狀要素圖層;液化區(qū)包括8度和9度液化區(qū)，為面狀要素圖層。由GIS得到的某市中心區(qū)地質(zhì)環(huán)境圖如圖2所示。

按照該市城市總體規(guī)劃中心城區(qū)用地布局規(guī)劃圖［4］，結(jié)合人口分布，應(yīng)用Arcgis軟件的圖層編輯功能，并對該市的開敞空間進(jìn)行篩選，去掉路邊綠化帶、地面停車場、面積的過小的綠地地塊等開敞區(qū)域，綜合圖2使用Arcgis的圖層疊加功能，對受地質(zhì)環(huán)境影響較小的公園、綠地和學(xué)校進(jìn)行選取，繪制公園與綠地分布專題地圖和學(xué)校分布專題地圖，如圖3和圖4所示。圖3和圖4中公園與綠地為面狀要素，學(xué)校為點(diǎn)狀要素，人口集中為面狀要素，包括該市的二類居住用地、行政辦公用地、商業(yè)金融用地、文化娛樂用地、醫(yī)療衛(wèi)生用地、教育科研設(shè)計(jì)用地。

3.2 城市應(yīng)急避難疏散空間Voronoi分析

根據(jù)Voronoi圖的理論，應(yīng)用Arcgis軟件創(chuàng)建Thiessen邊形的功能對可作為應(yīng)急避難疏散空間的公園、綠地、學(xué)校進(jìn)行Thiessen多邊形劃分，從幾何角度分析其分布的合理性，如圖5所示。

圖2 某市中心區(qū)地質(zhì)環(huán)境圖

由圖5可以看出，研究范圍內(nèi)中心區(qū)域多邊形分布相對均勻，說明應(yīng)急避難疏散空間分布合理。而其它區(qū)域均出現(xiàn)較多面積較大的多邊形，說明該區(qū)域應(yīng)急避難疏散空間的數(shù)目少，所分擔(dān)的服務(wù)范圍過大，容易出現(xiàn)服務(wù)盲區(qū)。例如，北部、西部、南部地區(qū)的多邊形面積較大，應(yīng)急避難疏散空間數(shù)目較少、分布稀疏，需要進(jìn)一步合理規(guī)劃。建議在上述區(qū)域的規(guī)劃中注重應(yīng)急避難疏散空間的配置，并在其分布稀疏的區(qū)域添加適量數(shù)目的可用于應(yīng)急避難疏散的場地。

3.3 城市應(yīng)急避難疏散空間的服務(wù)范圍劃分

采用凸角圓弧法對應(yīng)急防災(zāi)避難疏散場所進(jìn)行緩沖分析，該算法的原理是首先對邊線做其平行線，然后在線狀要素的首尾點(diǎn)處，作其垂線并按緩沖區(qū)半徑r截出左右邊線的起止點(diǎn)，然后以r為半徑分別以首尾點(diǎn)為圓心，以垂線截出的起止點(diǎn)為圓得起點(diǎn)和終點(diǎn)作半圓弧，在其它的折點(diǎn)處，首先判斷該點(diǎn)的凹凸性，在凸側(cè)用圓弧彌合，在凹側(cè)用與該點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的兩個(gè)相鄰線段的平行線的交點(diǎn)來確定［5］。

以研究范圍內(nèi)的應(yīng)急避難疏散空間為中心，以500m為服務(wù)半徑為緩沖距離，得到服務(wù)范圍覆蓋圖，如圖6(a)所示。在規(guī)劃范圍內(nèi)，可用于應(yīng)急避難疏散的空間距離較近，各緩沖區(qū)之間很多都有重疊的情況，表明在重疊的區(qū)域，市民可選擇2個(gè)以上的場所進(jìn)行避難，但這也顯示出可作為應(yīng)急防災(zāi)避難疏散空間的場地在一些區(qū)域的分布不均勻，空間配置不合理。

以適宜作為應(yīng)急避難疏散場所的公園綠地和學(xué)校為中心，路網(wǎng)中的道路中心線為邊線，基于道路長度的避難場所服務(wù)半徑為阻力，構(gòu)建出應(yīng)急避難疏散場所的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集，應(yīng)用Arcgis基于路網(wǎng)對應(yīng)急防災(zāi)避難疏散場所的服務(wù)范圍進(jìn)行分析。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集中必須至少有一個(gè)類型的cost在此設(shè)置為Meters:5min和Minutes:500m，cost屬性特點(diǎn)是沿著道路比例分布，其類型可以是時(shí)間，也可以是距離;hierarchy為道路等級，網(wǎng)絡(luò)分析設(shè)置時(shí)支持三個(gè)等級，primary roads、secondary roads、local roads，在此設(shè)置為默認(rèn);restriction為被限制的網(wǎng)絡(luò)元素在分析的時(shí)候是不連通的，道路的大部分通行狀況都是由restriction屬性模擬的，在此采用單向限制Oneway;descriptor描述網(wǎng)絡(luò)元素的整體特征，比如車道數(shù)、路面材質(zhì)，一般descriptor是不會(huì)影響路徑計(jì)算的結(jié)果［6-7］?；诰W(wǎng)絡(luò)分析的應(yīng)急避難疏散場所服務(wù)范圍如圖6(b)所示。

圖6 應(yīng)急避難疏散空間服務(wù)范圍圖

基于相同服務(wù)半徑，兩種方法得到的服務(wù)范圍不同，緩沖分析得到的服務(wù)范圍大于基于路網(wǎng)劃分得到的服務(wù)范圍。這是由于兩種方法對距離的計(jì)算方法不同。前者以應(yīng)急防災(zāi)避難疏散場所為中心，服務(wù)半徑為各自的500m直線距離為半徑;后者以規(guī)劃中真實(shí)的路網(wǎng)為基礎(chǔ)，考慮實(shí)際的道路交通情況，因此其避災(zāi)路徑要大于直線距離。比較而言，基于路網(wǎng)的服務(wù)范圍劃分較為合理。而無論是緩沖分析還是網(wǎng)絡(luò)分析，圖中均有未被服務(wù)范圍覆蓋的區(qū)域，需要規(guī)劃相應(yīng)的應(yīng)急避難疏散場地。

4 結(jié)束語

本文通過對某市中心城區(qū)應(yīng)急避難疏散空間的GIS分析，初步探討了其分布情況。將廣場綠地、學(xué)校操場等開闊區(qū)域用點(diǎn)來標(biāo)記，進(jìn)行Voronoi圖劃分。通過緩沖分析和網(wǎng)絡(luò)分析，進(jìn)行了應(yīng)急避難疏散空間服務(wù)范圍的劃分。結(jié)果顯示該市規(guī)劃中現(xiàn)有應(yīng)急避難疏散開敞空間尚不能滿足城市應(yīng)急避難需求，建議進(jìn)一步合理規(guī)劃應(yīng)急避難疏散開敞空間。本文城市避難疏散空間Voronoi圖劃分基于點(diǎn)狀標(biāo)記，在區(qū)域面積的表現(xiàn)上略顯不足，可結(jié)合加權(quán)Voronoi圖面狀劃分算法，進(jìn)一步研究。

［1］ 尹海偉.城市開敞空間［M］.南京:東南大學(xué)出版社，2008.

［2］ 袁勇.關(guān)于開敞空間在城市避難疏散過程中的若干問題初探［D］.重慶:重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009.5.

［3］ Kabe A O，Boots B，Sugihara K.Nearest Neighborhood Operation with Generalized VoronoiDiagram［J］，International Journal of Geographical Information Science ，1994，8:43-71.

［4］ 某市人民政府.某市總體規(guī)劃(2008年 －2020年)，2008.12.

［5］ 鄭貴州，晁怡.地理信息系統(tǒng)分析與應(yīng)用［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2010.

［6］ Oh K，Jeong S.Assessing the spatial distribution of urban park using GIS［J］.Landscape and Urban Planning，2007，82(122):25-32.

［7］ Comber A，Brunsdon C，Green E.Using a GISbased network analysis to determine urban green space accessibility for different ethnic and religious groups［J］.Landscape and Urban Planning，2008，86(1):103-114.