戚廣平 張晨陽 戴一正

QI Guangping，ZHANG Chenyang，DAI Yizheng

1 同濟大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院

2 安徽師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院

3 東南大學(xué)建筑學(xué)院

自1863年世界上第一條地鐵線路——倫敦大都會鐵路開通運行以來，軌道交通開始與城市建成區(qū)緊密地連接起來。隨著城市的擴張，歐洲傳統(tǒng)的火車站也逐漸被城市建成區(qū)所包圍，自20世紀60年代開始，以火車站為中心的內(nèi)城復(fù)興和城市更新成為歐洲城市建設(shè)的一項重要課題，整合交通網(wǎng)絡(luò)的“節(jié)點”和城市空間的“場所”被視為一條有效的途徑。美國，作為小汽車交通形式下城市蔓延發(fā)展的代表，在1990年總結(jié)出了“公共交通引導(dǎo)城市”（TOD）的建設(shè)策略；而遠在1913年，新的紐約中央火車站在曼哈頓的中心建成，形成了包括辦公樓和酒店在內(nèi)的“中央車站區(qū)”，這在實踐中檢驗了軌道交通建設(shè)和城市開發(fā)同步展開的新模式[1]。

站城一體化開發(fā)（Integrated Station-City Development）是日建設(shè)計在日本軌道交通發(fā)達、樞紐地區(qū)高強度開發(fā)的現(xiàn)狀中總結(jié)出的一種開發(fā)模式，它是TOD（Transit-Oriented Development）理論在亞洲城市高密度環(huán)境下的一種在地化的衍生，是交通引導(dǎo)城市發(fā)展的基本原則在鐵路這種交通方式下的具體體現(xiàn)（圖1）。站城一體開發(fā)是東京、大阪、香港等亞洲高密度城市的鐵路交通站區(qū)的典型發(fā)展模式，也是當(dāng)前我國軌道交通站區(qū)的設(shè)計趨勢[2]。

由于站城一體化開發(fā)覆蓋了多種設(shè)計對象，涉及了多重空間領(lǐng)域，設(shè)計者必須通過整體的方式看待問題[3]；且各設(shè)計對象、空間領(lǐng)域之間又不僅是形式上的簡單關(guān)聯(lián)，而是有包括空間、功能等在內(nèi)的多重關(guān)系，因此我們需引入“性能”作為設(shè)計的主要依據(jù)。在此，性能既是設(shè)計的目標(biāo)起點，又是設(shè)計的評價終點，因此可以整合站城一體化開發(fā)中的設(shè)計對象、設(shè)計范圍和設(shè)計過程[4]。

1 站城一體化設(shè)計中的性能化方法

1.1 站城一體化設(shè)計系統(tǒng)

在“站”與“城”高度融合、同步開發(fā)、綜合考慮價值收益的背景下，我們需要將軌道交通客站及其周邊城市區(qū)域作為一個整體來進行設(shè)計，這個整體即“站域”，而這種整體的設(shè)計方法即城市設(shè)計的方法。本文參照高鐵三圈層理論和TOD理論，將站域的范圍界定為：以軌交客站為中心，600～800m步行可達的或被便捷的站區(qū)接駁交通緊密連接的區(qū)域。

站域是一種難以被全面把握和設(shè)計的系統(tǒng)，其最顯著的特征便是它的復(fù)雜性，這表現(xiàn)在：1）包含的設(shè)計要素繁多；2）設(shè)計要素間的相互關(guān)系復(fù)雜；3）從屬于多個權(quán)屬主體；4）包含了多種用地性質(zhì)；5）涉及多種交通方式。由于站域的多數(shù)設(shè)計目標(biāo)都能轉(zhuǎn)化為具體的空間需求，空間的設(shè)計反過來又能決定站域的使用特性；因此，以空間作為站域設(shè)計的操作對象能以空間之間的關(guān)系作用于城市的交通、土地、景觀等物質(zhì)系統(tǒng)，反映和影響城市的制度、文化、交流等社會組織系統(tǒng)；簡化站域空間各要素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，完整地描述出站域中的行為與特征，有效地推動站域中各個維度的整合。

1 日本大阪站“站城一體化開發(fā)”圖解

本文中對于空間的研究涉及站域空間中的空間要素和空間屬性兩個方面，并將空間要素歸納在建筑空間系統(tǒng)、交通空間系統(tǒng)和開放空間系統(tǒng)這三組空間系統(tǒng)之中，它們?nèi)呦嗷リP(guān)聯(lián)，但同時又能形成各自的體系（表1）[5]。

本文將站域空間的空間屬性分為空間要素的個體屬性和要素間的關(guān)系屬性，其中個體屬性又分為個體的物質(zhì)屬性和個體的意象屬性（表2）。個體的物質(zhì)屬性即空間的三維特征；個體的意象屬性則借鑒了1960年凱文·林奇在《城市意象》（The Image of the City）一書中歸納的形體環(huán)境五要素[6]，反映了人對于空間的認知；構(gòu)型關(guān)系屬性反映的是空間要素間的兩兩關(guān)系以及多要素中的結(jié)構(gòu)組織。

表1 站域空間的空間要素

表2 站域空間的空間屬性

1.2 站域空間設(shè)計的關(guān)聯(lián)模型

有了空間作為站域空間設(shè)計的操作對象，本文要進一步分析的是如何針對該對象進行設(shè)計。傳統(tǒng)的設(shè)計方法是先根據(jù)設(shè)計的目標(biāo)和邊界條件得到一個大概的方向，然后進行試設(shè)計，再通過站域空間的指標(biāo)體系對其進行評價、反饋和優(yōu)化。但在這種設(shè)計方法中，設(shè)計對象和設(shè)計指標(biāo)之間的關(guān)系不夠緊密，設(shè)計在一種缺乏目的性的狀態(tài)下進行，這導(dǎo)致設(shè)計的結(jié)果無法準(zhǔn)確貼合設(shè)計意圖，從而產(chǎn)生很多反復(fù)；因此本文希望在設(shè)計對象和設(shè)計指標(biāo)之間建立起關(guān)聯(lián)模型，使設(shè)計過程更為快速、精準(zhǔn)和成熟。

本文借鑒性能化設(shè)計的方法來整合站域空間設(shè)計的指標(biāo)層面和對象層面，即以設(shè)計結(jié)果為導(dǎo)向，基于設(shè)計對象和設(shè)計目標(biāo)，面向具體的邊界條件，通過設(shè)定模擬場景、建立關(guān)聯(lián)模型、求解空間屬性和優(yōu)化設(shè)計結(jié)果來進行設(shè)計（圖2）。

由于性能化設(shè)計是一種以性能為導(dǎo)向的設(shè)計，因此作為性能的指標(biāo)也是本文構(gòu)建關(guān)聯(lián)模型的核心。通過單個性能指標(biāo)整合與其相關(guān)的空間系統(tǒng)，再將多個性能指標(biāo)進行聚合，從而將站域空間的指標(biāo)體系和空間系統(tǒng)緊密地關(guān)聯(lián)起來，這個關(guān)聯(lián)的結(jié)果即本文所要建立的“多指標(biāo)關(guān)聯(lián)模型”[7]。

2 站域空間中的性能化設(shè)計方法

1.3 站域空間的指標(biāo)體系

站域空間的指標(biāo)體系涉及諸多方面，如站域空間的交通集散、功能分布、土地開發(fā)、生活環(huán)境、生態(tài)綠化等；站域空間的指標(biāo)體系一般可以分為三個層級：總體目標(biāo)、子目標(biāo)和性能指標(biāo)（圖3）[8]。

總體目標(biāo)是一種定性的描述，往往來自于城市總體設(shè)計目標(biāo)、社會綜合的價值理想以及城市規(guī)劃中的相關(guān)內(nèi)容。根據(jù)節(jié)點與場所理論，站域空間的價值可以體現(xiàn)為節(jié)點的交通價值和城市的功能價值；其中，城市的功能主要表現(xiàn)為居民的社會、經(jīng)濟和文化活動，因此城市的功能價值又可分為體現(xiàn)社會和文化活動的場所價值，以及體現(xiàn)經(jīng)濟活動的經(jīng)濟價值。綜上，站城一體化的開發(fā)目標(biāo)可以總結(jié)為交通效益、經(jīng)濟效益和場所效益。

子目標(biāo)往往由城市設(shè)計的投資人和城市環(huán)境的使用者提出，城市設(shè)計師需要進行充分的溝通和調(diào)研，如軌道部門提出的“解決站域空間停車難的問題”。

性能指標(biāo)是城市物質(zhì)空間要素介入子目標(biāo)后的結(jié)果，是設(shè)計師結(jié)合自己的專業(yè)知識列出的既能反映子目標(biāo)的要求，又能評估設(shè)計結(jié)果是否達到子目標(biāo)的一種指標(biāo)，如“停車泊位數(shù)量”[9]。本文以筆者自身實踐經(jīng)驗為基礎(chǔ)，結(jié)合期刊論文、設(shè)計任務(wù)書、設(shè)計資料集以及設(shè)計文本的查閱，歸納出站域空間中53項與空間要素相關(guān)的常見評價指標(biāo)，即本文中的性能指標(biāo)（表3）。

3 站域空間的指標(biāo)體系

表3 站域空間的53項性能指標(biāo)

但是根據(jù)表3列出的當(dāng)前設(shè)計站域空間時最常使用的性能指標(biāo)，只能評價設(shè)計結(jié)果而不能指導(dǎo)設(shè)計的過程，這是因為性能指標(biāo)的數(shù)量過于龐大，對于設(shè)計方向的引導(dǎo)各不相同，甚至相互沖突。例如從指標(biāo)“地產(chǎn)價值收益”的角度來看，城市建筑的建設(shè)自然越多越好，但“建筑工程支出”“采光”“碳排放量”“生態(tài)效益”等性能指標(biāo)又引導(dǎo)設(shè)計師削減城市建筑的開發(fā)容量。

如果以“交通效益”“經(jīng)濟效益”和“場所效益”三項總體目標(biāo)作為指導(dǎo)設(shè)計的指標(biāo)，其指導(dǎo)設(shè)計過程的效果仍不理想，這是因為總體目標(biāo)并不是基于物質(zhì)空間要素進行劃分的，造成的結(jié)果是三項總體目標(biāo)涉及的空間要素過多的重合，使它們在指導(dǎo)站域空間設(shè)計時產(chǎn)生粘連，設(shè)計的結(jié)果相互之間無法獨立（圖4）。

因此我們需要梳理站域空間的53項性能指標(biāo)，基于空間要素和空間屬性重新對它們進行分類，從而為站域空間的城市設(shè)計提供能夠指導(dǎo)設(shè)計過程的綜合性能指標(biāo)。

4 總體目標(biāo)之間的相互關(guān)系

2 站域空間性能指標(biāo)的因子分析

本文采用聚類分析的方法對站域空間性能指標(biāo)進行分類，不需要預(yù)設(shè)類別的數(shù)量和各類別的特點，而是基于指標(biāo)間的底層相關(guān)性進行計算。性能指標(biāo)是一種抽象的分類對象，本節(jié)借鑒了Q型聚類分析中的因子分析方法，通過分析指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)機制，提取關(guān)聯(lián)因子，從而建立性能指標(biāo)的因子分析表，為進一步的聚類分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.1 R型聚類中的因子分析

聚類分析根據(jù)研究對象的區(qū)別可分為Q型聚類分析和R型聚類分析，Q型聚類分析用于劃分實體研究對象的類別，R型聚類用于劃分指標(biāo)或變量的類別，本文采用的聚類分析方法屬于R型聚類分析。

一般的R型聚類分析是通過統(tǒng)計樣本的指標(biāo)數(shù)據(jù)進行，如對于“步行安全感”和“空間圍合度”兩項性能指標(biāo)，我們可以通過測量、調(diào)研、問卷等方式獲取多個站域的數(shù)據(jù)，將“步行安全感”的數(shù)據(jù)作為y值，“空間圍合度”的數(shù)據(jù)作為x值，計算兩者的相關(guān)性[10]（圖5）。以此類推，可計算53項性能指標(biāo)間的兩兩相關(guān)性系數(shù)，再根據(jù)相關(guān)性系數(shù)的大小，對指標(biāo)進行分類。

然而對于本研究而言，這種R型聚類方法并不適用，這是因為站域空間是由設(shè)計師規(guī)劃和設(shè)計出來的，其各項性能指標(biāo)在數(shù)值方面的關(guān)聯(lián)受到主觀決策的影響，它是一種設(shè)計結(jié)果，而非內(nèi)在關(guān)聯(lián)的表現(xiàn)；基于指標(biāo)數(shù)值進行的聚類分析，沒有考慮空間要素和空間屬性的影響，其結(jié)果僅是一種簡化了的指標(biāo)體系，仍然不能指導(dǎo)設(shè)計的過程[11]。

因此本研究創(chuàng)新性地研究了一套基于因子分析的R型聚類算法，將性能指標(biāo)從數(shù)個關(guān)聯(lián)因子的角度進行分析，分別計算性能指標(biāo)在這些因子中的相關(guān)性系數(shù)，最后再進行綜合解算。這種因子分析法不同于Q型聚類分析中的因子分析法，它不是基于數(shù)據(jù)的測量和調(diào)研，而是基于關(guān)聯(lián)因子的類型。

5 回歸分析示意圖

2.2 性能指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)機制

要對性能指標(biāo)進行因子分析，首先要分析性能指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)機制，并從中提取出關(guān)聯(lián)因子；而性能指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)機制取決于性能指標(biāo)對站域空間設(shè)計過程的指導(dǎo)機制。

性能指標(biāo)對站域空間設(shè)計過程的指導(dǎo)機制可以簡化為：明確設(shè)計的總體目標(biāo)——提取該指標(biāo)涉及的空間要素——求解符合總體目標(biāo)時空間各項屬性的數(shù)據(jù)。因此我們可以將性能指標(biāo)間的相同之處歸為以下三類：面向相似的總體目標(biāo)、基于相似的空間要素、影響相似的空間屬性。由此，得出性能指標(biāo)間的三種關(guān)聯(lián)機制，即目標(biāo)關(guān)聯(lián)、對象關(guān)聯(lián)和過程關(guān)聯(lián)，性能指標(biāo)之間是否具有相關(guān)性取決于它們之間是否有上述三種關(guān)聯(lián)（圖6）。

6 性能指標(biāo)的關(guān)聯(lián)示意圖

具體分析上述三種關(guān)聯(lián)機制：

（1）目標(biāo)關(guān)聯(lián)。當(dāng)兩項性能指標(biāo)有相同的總體目標(biāo)時便需要綜合考慮，例如“建筑工程支出”和“交通工程支出”，它們雖然基于完全不同的空間要素，但是都面向“經(jīng)濟效益”的總體目標(biāo)，可以通過削減“交通工程支出”來彌補“建筑工程支出”的缺口，而保持總的“經(jīng)濟效益”不虧損。性能指標(biāo)所屬的總體目標(biāo)并非是絕對的，如“旅客的出行時間”既關(guān)乎交通效益中交通的便捷程度，又涉及場所效益中旅客的感受，因此我們將性能指標(biāo)所屬的總體目標(biāo)分為主要總體目標(biāo)和次要總體目標(biāo)兩項關(guān)聯(lián)因子。

（2）對象關(guān)聯(lián)。當(dāng)兩個性能指標(biāo)基于相似的空間要素時，我們即可以認為它們有對象的關(guān)聯(lián)；對象的關(guān)聯(lián)不能單獨作用，必須與過程的關(guān)聯(lián)結(jié)合起來考慮，如“建筑面積”和“采光”雖然都基于建筑，但因驅(qū)動不同的空間屬性使二者在指導(dǎo)設(shè)計的過程中不具備關(guān)聯(lián)。

（3）過程關(guān)聯(lián)。當(dāng)兩個性能指標(biāo)基于相似的空間要素又影響著相似的空間屬性時，它們自然存在著關(guān)聯(lián)；當(dāng)兩個性能指標(biāo)影響著相似的空間屬性，但基于不同的空間要素時，它們同樣有可能存在著關(guān)聯(lián)，這是因為不同的空間要素之間也會存在著相互影響，如街區(qū)尺寸的變化會影響道路長度的變化。因此我們需要將空間屬性分為兩類，一類是會對其他空間要素產(chǎn)生影響的屬性（表2中有下劃線的屬性），另一類是只對此要素本身產(chǎn)生作用的屬性（表2中無下劃線的屬性），而后者必須基于相似的空間要素才能產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。

7 聚類譜系圖

2.3 性能指標(biāo)的因子分析表

基于性能指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)機制，我們可以提取出五項關(guān)聯(lián)因子，分別是：主要總體目標(biāo)、次要總體目標(biāo)、空間要素、構(gòu)型影響屬性、構(gòu)型自身屬性。依照這五項關(guān)聯(lián)因子制作53項性能指標(biāo)的因子分析表（表4）。用數(shù)字和字母對關(guān)聯(lián)因子進行編號，從而將通過文字描述的表4轉(zhuǎn)化為計算機可以識別的表5。

表4 性能指標(biāo)的因子分析表（局部）

表5 性能指標(biāo)的因子計算表（局部）

3 站域空間性能指標(biāo)的聚類分析

根據(jù)因子分析計算表，便可以分別計算性能指標(biāo)在各關(guān)聯(lián)因子中的相關(guān)性，再綜合解算便可求得性能指標(biāo)間的相關(guān)性系數(shù)，最后根據(jù)相關(guān)性系數(shù)完成聚類分析。

3.1 相關(guān)性系數(shù)的計算

本文中關(guān)聯(lián)因子相關(guān)性系數(shù)的計算，是將兩個指標(biāo)相同的因子數(shù)量作為分子，兩個指標(biāo)中因子個數(shù)較多的那個指標(biāo)的因子個數(shù)作為分母，這個比值可以描述兩個指標(biāo)相似部分占總體的比例，即兩個指標(biāo)在該因子方面的相關(guān)性系數(shù)。

對于性能指標(biāo)間的五個關(guān)聯(lián)因子，由于關(guān)聯(lián)因子間存在著相互的作用機制，我們根據(jù)2.2節(jié)對于關(guān)聯(lián)機制的分析，將這五個關(guān)聯(lián)因子分為兩組分別求解其相關(guān)性系數(shù)。

第一組關(guān)聯(lián)因子是“主要總體目標(biāo)”和“次要總體目標(biāo)”，其相關(guān)性系數(shù)計算公式為：

其中rp為目標(biāo)相關(guān)性系數(shù)，nfn代表b指標(biāo)的總體目標(biāo)中與a指標(biāo)的主要總體目標(biāo)一致的份數(shù)，nsn代表b指標(biāo)的總體目標(biāo)中與a指標(biāo)的次要總體目標(biāo)一致的份數(shù)。

第二組關(guān)聯(lián)因子是“空間要素”“空間影響屬性”和“空間自身屬性”，根據(jù)2.2節(jié)對三項因子間相互作用機制的分析，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)邏輯，可以推演出其相關(guān)性系數(shù)計算公式：

其中rx為空間要素相關(guān)性系數(shù)，可以用公式三來計算；ry為空間自身屬性相關(guān)性系數(shù)，rz為空間影響屬性相關(guān)性系數(shù)，計算公式同上；ny1是第一個指標(biāo)空間自身屬性的個數(shù)，ny2是第二個指標(biāo)空間自身屬性的個數(shù)，nz1和nz2同理。

其中nxn代表兩個指標(biāo)間共有的空間要素的個數(shù)，nx1、nx2同上。

由于以上兩組關(guān)聯(lián)因子之間不具備過多的相互作用，因此可以通過加權(quán)的方式進行解算（權(quán)重系數(shù)的推導(dǎo)過程略去）：

上述的數(shù)學(xué)公式可轉(zhuǎn)化為Excel中的計算程序用來處理表5，從而得出53項性能指標(biāo)間的相關(guān)性系數(shù)表格（表6）。

表6 相關(guān)性系數(shù)表（局部，僅展示到小數(shù)點后1位）

3.2 聚類譜系圖的分析

將表6導(dǎo)入MATLAB軟件中，可繪制出53項性能指標(biāo)的聚類譜系圖（圖7），經(jīng)過對聚類結(jié)果的分析，作者認為相關(guān)性系數(shù)為0.3時，每一種類型都具備較為明確的指向，類型間的區(qū)別也可以清晰地顯現(xiàn)，因此將相關(guān)性大于0.3的指標(biāo)聚為一類，于是將53項性能指標(biāo)劃分入10種類型里。將每種類型都定義為一種綜合性能指標(biāo)，并根據(jù)該種指標(biāo)的特點為其命名，可得綜合性能指標(biāo)匯總表（表7）。

表7 綜合性能指標(biāo)匯總表

4 綜合性能指標(biāo)詳解——以城市開發(fā)綜合指標(biāo)為例

多項性能指標(biāo)聚類而成的綜合性能指標(biāo)將會影響哪些空間要素的哪項空間屬性，又將指導(dǎo)該屬性向哪個方向優(yōu)化，本文將以表7中的Group1（城市開發(fā)綜合指標(biāo)）為例說明這個問題。

根據(jù)表7可知，城市開發(fā)綜合指標(biāo)包含了14個性能指標(biāo)分項，為了進一步闡述城市開發(fā)綜合指標(biāo)與其涉及的性能指標(biāo)、空間要素以及空間屬性之間的關(guān)系，筆者根據(jù)表4制作了城市開發(fā)綜合指標(biāo)的分項關(guān)系表（表8）[12]。

其中“+”意為正相關(guān)，“-”意為負相關(guān)，“0”意為該屬性雖然影響性能評價，但其本身不可變動；由于空間屬性并非全部能夠量化，所以需要界定屬性正負的定義，但限于篇幅此處略去，僅在表9中展示最終結(jié)論，讀者亦可通過表9反推此處的定義。

根據(jù)表8我們可以清晰地看出各項性能指標(biāo)與城市開發(fā)綜合指標(biāo)之間的關(guān)系，以及具體到某一個空間要素的某一項空間屬性與各項性能指標(biāo)之間的關(guān)系。更進一步，我們可以將性能指標(biāo)這一層級抽離，直接分析城市開發(fā)綜合指標(biāo)與站域空間構(gòu)型系統(tǒng)之間的關(guān)系，從而得到真正能夠用于指導(dǎo)站域空間設(shè)計過程的關(guān)聯(lián)模型（表9）。

表8 城市開發(fā)綜合指標(biāo)的分項關(guān)系表（局部）

表9 城市開發(fā)綜合指標(biāo)的關(guān)聯(lián)模型

5 結(jié)語

本文在站城一體化開發(fā)的背景下，打破站與城之間的界限，將其空間要素和空間屬性進一步分解，再通過性能指標(biāo)的梳理將各種空間要素和空間屬性重新組合起來，建立起了一套以多個綜合評價指標(biāo)為核心的設(shè)計體系——關(guān)聯(lián)模型。

從最終梳理的結(jié)果來看，本文將指標(biāo)體系與設(shè)計系統(tǒng)緊密聯(lián)系在一起，并分析出了具體的設(shè)計建議，使綜合性能指標(biāo)可以在站域空間設(shè)計過程中起到評價設(shè)計和指導(dǎo)設(shè)計兩方面的作用，為站域空間的設(shè)計提供了一條簡化路徑。