屠夢慈， 朱 穎， 陳德超

（蘇州科技大學 建筑與城市規(guī)劃學院，江蘇 蘇州215011）

汶川地震后，防災公園成為了城市安全建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施[1]，也是當前城市基礎(chǔ)設(shè)施功能中重要的修補和完善對象之一[2]。 “平災結(jié)合”是防災公園的主要建設(shè)途徑[3-4]，這種建設(shè)方式往往將“城市綜合型公園空間”直接轉(zhuǎn)換為“防災公園空間”，默認了城市公園的空間結(jié)構(gòu)能夠有效的滿足防災避難需求，再輔助相關(guān)防災設(shè)施，形成“城市公園+防災設(shè)施=防災公園”的主要建設(shè)方式[5]。 然而，由于平時與災時對公園的需求不同，因此公園空間結(jié)構(gòu)能否滿足災時的防災避難需求，尚值得探討。

災時人群的避難行為方式會受到平時人群對空間感知的影響[6-7]，因此平時人群對防災公園空間感知將會極大影響其在防災時的效能。防災公園空間結(jié)構(gòu)的有效性，主要體現(xiàn)在其內(nèi)部空間集散功能。因此，通過對防災公園內(nèi)部空間集散功能進行梳理，可以理清其空間結(jié)構(gòu)情況。 空間句法是當前研究空間結(jié)構(gòu)有效性、適宜性的最佳方法[8]，并在城市空間[9]、建筑空間[10]和園林空間[11]分析中廣泛運用，認為空間作為整體參與到人群社會生活之中，空間整體的結(jié)構(gòu)形態(tài)決定著人群認知，從而對人群行為產(chǎn)生巨大的影響[12]。 以此理論為基礎(chǔ)并體現(xiàn)其技術(shù)的Depthmap 分析軟件，從人群行為的角度，分析公園的空間特點和模擬人群分布情況[13]。本文以“綜合公園空間結(jié)構(gòu)”等于“防災公園空間結(jié)構(gòu)”的假設(shè)為前提，運用空間句法建模研究蘇州姑蘇區(qū)6 個防災公園，分析城市公園空間轉(zhuǎn)換為防災公園空間的適宜性和有效性，驗證當前假設(shè)的合理性，并量化對比蘇州防災公園空間結(jié)構(gòu)有效性高低，以期為城市防災公園改造提供借鑒。

1 研究區(qū)概況

姑蘇區(qū)位于蘇州市的中心區(qū)域，是蘇州歷史文化名城的核心部分，延續(xù)了傳統(tǒng)的水陸并行、河街相鄰的“雙棋盤”格局，其空間街坊密布、拓撲復雜，具有巷道空間狹窄和視線不暢的缺點，防災設(shè)施建設(shè)的空間基礎(chǔ)存在嚴重不足，因此防災公園建設(shè)成為其防災建設(shè)的主要內(nèi)容。 同時，姑蘇區(qū)位于蘇州9 大活斷層的蘇州-無錫斷裂帶與湖蘇斷裂帶附近[14]，一旦發(fā)生地震將對其城區(qū)安全產(chǎn)生重大影響。 因此，其防災公園效能的提升已成為當前姑蘇區(qū)城市基礎(chǔ)建設(shè)的重中之重。截止2017 年，姑蘇區(qū)已建成的防災公園8 處（見表1）。這些公園均在原有公園基礎(chǔ)上通過增設(shè)防災設(shè)施形成其現(xiàn)有的防災空間，其原有內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)是否適用于防災公園空間需求值得深入探究。

表1 蘇州市姑蘇區(qū)防災公園一覽表

在對蘇州姑蘇區(qū)防災公園布局分析的基礎(chǔ)上，基于各公園服務域內(nèi)空間特點、周邊用地、空間形態(tài)等綜合分析，選取了以下六個服務域空間布局良好且具有典型性的防災公園作為樣本進行研究（圖1 至圖6）。

圖1 東匯公園防災功能分區(qū)圖

圖2 桂花公園防災功能分區(qū)圖

圖3 蘇州公園防災功能分區(qū)圖

圖4 桐涇公園防災功能分區(qū)圖

圖5 白洋灣公園防災功能分區(qū)圖

圖6 東園公園防災功能分區(qū)圖

2 基于空間句法的防災公園空間結(jié)構(gòu)研究方法

在空間分析前，通過調(diào)研進行實地空間感知，得到防災公園空間中供人群使用的空間范圍，同時結(jié)合公園防災平面圖和衛(wèi)星遙感對公園人群使用空間進行CAD 建模。 考慮到人群對于空間的感知情況，分別建立視線網(wǎng)格（Visibility Graph）模型和軸線（Axial Graph）模型對公園空間進行抽象概括，以考察集散節(jié)點和疏散路徑兩種不同的空間使用方式[15]，并導入Depthmap 軟件進行相關(guān)指標計算。在視線網(wǎng)格模型分析的基礎(chǔ)上，使用Depthmap 進一步建立空間中智能行動者（EVAS）分析模型，通過放置以“感知—行動”規(guī)律進行空間運動的智能代理（Agent）進行公園空間的人群模擬分析，進而得出人群分布與公園空間結(jié)構(gòu)的內(nèi)在聯(lián)系。 綜合考慮防災公園結(jié)構(gòu)的特點，本文選取以下四個指標進行計算：

（1） 整合度：該指標是一個優(yōu)化算法，計算空間節(jié)點在整體系統(tǒng)拓撲中被其他所有空間到達的步數(shù)，用于評判集散節(jié)點空間的被到達能力的強弱。整合度越高，空間可達性越高[16]。根據(jù)空間句法的定義，假設(shè)s為s為空間系統(tǒng)中單元空間的數(shù)量，i為空間拓撲中的一個節(jié)點，MD代表著系統(tǒng)中子空間到達其他所有空間的拓撲路數(shù)總和的平均值，則該節(jié)點i的整合度的計算公式為

（2）穿行度：指單一空間被周邊空間節(jié)點間最短路徑覆蓋的次數(shù)，是選擇度的優(yōu)化算法[16]。用于評判疏散路徑空間被通過能力的強弱。 穿行度越高，空間交通性越高[17]。 根據(jù)空間句法的定義，若Nach 代表穿行度，Choice 代表選擇度，R代表參與計算的系統(tǒng)拓撲半徑，TD 代表全局深度，其計算公式為

（3）連接度：指與某空間節(jié)點直接相連的節(jié)點的數(shù)量，計算時可直接通過軟件進行數(shù)量統(tǒng)計。 用于評判集散節(jié)點空間相互連接能力的強弱。 連接度越高，空間滲透性越高。

（4）協(xié)同度：指局部空間整合度與全局整合度的相關(guān)性指數(shù)大小，使用Depthmap 對不同拓撲半徑內(nèi)的整合度數(shù)值進行相關(guān)性計算，用于評判整體空間與局部空間的融合能力。協(xié)同度越高，空間整體協(xié)同性越高。

3 姑蘇區(qū)防災公園空間結(jié)構(gòu)有效性研究

防災公園空間結(jié)構(gòu)的有效性，受到空間結(jié)構(gòu)中集散節(jié)點與疏散路徑的效能高低，以及防災功能與空間特征是否匹配這兩點因素的影響。 因此，分別從集聚、疏散效能的角度分析其空間特征，并通過人群模擬分析其功能與空間的匹配程度。

3.1 集聚效能分析

空間的集聚效能指個體空間在其整體結(jié)構(gòu)中集聚人流的能力，體現(xiàn)在空間的可達性和協(xié)同性兩個方面，使用整合度和協(xié)同度進行表達。 在研究整合度指數(shù)時，通過選取其平均值、最大值和標準偏差，分別計算公園空間可達性的平均水平、最高水平和離散情況進行對比，以客觀評價不同結(jié)構(gòu)的可達性。

3.1.1 整合度

整合度代表著空間被到達能力的強弱，整合度越高的空間可達性越高。 通過對整合度的分析和整理（見表2），發(fā)現(xiàn)桂花公園、蘇州公園、桐涇公園空間的平均值和表明公園內(nèi)空間的平均防災集聚能力高于東匯公園、白洋灣公園、東園公園。 其中蘇州公園的平均值和標準偏差均最高，即空間的平均可達性最高，兩極數(shù)據(jù)相差程度最大，集聚核心空間能夠最大限度的集聚人群，集聚效果最為明顯。

表2 姑蘇區(qū)防災公園整合度統(tǒng)計表

3.1.2 協(xié)同度

協(xié)同度是公園局部空間與整體空間的相關(guān)性數(shù)值，代表著空間被人群快速理解的程度。 協(xié)同度越高的空間，人群越容易通過局部理解整體空間結(jié)構(gòu)，則整體空間的人流集聚能力越強。 如表3 所列，通過對六個公園的協(xié)同度分析，發(fā)現(xiàn)蘇州公園和桐涇公園的協(xié)同度均非常高，說明其空間整體結(jié)構(gòu)易于快速集聚人群。而東匯公園、白洋灣公園和東園公園的空間協(xié)同性較差，說明其空間整體結(jié)構(gòu)較為松散，不易于人群的快速集聚。

表3 姑蘇區(qū)防災公園協(xié)同度統(tǒng)計表

3.2 疏散效能分析

空間的疏散效能指個體空間在其整體結(jié)構(gòu)中疏散人流的能力，根據(jù)不同的空間形態(tài)，又分為作為疏散路徑的線形空間的交通性和作為集散節(jié)點的面狀空間的滲透性兩個方面，使用穿行度和連接度進行表達。 與整合度分析相同，在分析時取平均值、最大值和標準偏差研究數(shù)據(jù)的平均水平、最高水平和離散情況，以做出客觀全面的分析。

3.2.1 穿行度

穿行度代表著疏散路徑在整體結(jié)構(gòu)中被最短的交通流線所穿過的次數(shù)，一般通過軸線模型法進行計算。如表4 所列，通過對穿行度數(shù)值的整理，可以得出各公園疏散通道的特點和差異。 從表中發(fā)現(xiàn)桂花公園軸線數(shù)量和平均值最小，標準偏差最大，說明其整體空間更加依賴重要通道完成疏散，整體結(jié)構(gòu)的疏散能力較弱。而東匯公園則正好相反，更加偏向于多路線疏散方式，整體疏散能力強。 對比各空間穿行度最大值和標準偏差可以發(fā)現(xiàn)，白洋灣公園標準差和平均值較高，最大值卻偏低，說明其內(nèi)部疏散通道交通性差異非常明顯，部分通道疏散能力過低。

表4 姑蘇區(qū)防災公園穿行度統(tǒng)計表

3.2.2 連接度

連接度代表著節(jié)點與周邊空間相連的程度，通過比較空間連接度的高低，可以評判出公園集散節(jié)點疏散能力的強弱。 如表5 所列，通過整理發(fā)現(xiàn)在面積相似的情況下，蘇州公園、桐涇公園和東園公園空間的連接度平均值和標準偏差均較高，說明這三個公園里有著疏散能力較強較好的集散空間。 白洋灣公園空間連接度的平均值和標準偏差最低，說明其集散空間的疏散能力較弱，集聚于此的人群不易再次疏散出去。

表5 姑蘇區(qū)防災公園連接度統(tǒng)計表

3.3 人群行動模擬分析

人群行動模擬分析中，通過建立空間中智能行動者（EVAS）分析模型，在不同公園中放入相同流量的智能代理（Agent），設(shè)定相同的視野、轉(zhuǎn)折步數(shù)和運算次數(shù)進行模擬，得出人群活動的情況和方式[14]，并以此為基礎(chǔ)分析災時人群行為。 通過假設(shè)公園每秒進入10 人，進行500 s 模擬的數(shù)量統(tǒng)計（見表6），發(fā)現(xiàn)東匯公園和白洋灣公園平均值最高，蘇州公園、桐涇公園和東園公園平均值較低，說明在相同人數(shù)進入公園空間避難的情況下，東匯公園、白洋灣公園空間擁擠程度較高。 比較人流量的最大值和標準偏差，發(fā)現(xiàn)東匯、白洋灣公園的園內(nèi)人流最大值和標準差較大，表明其空間結(jié)構(gòu)導致了人流分布不均，災時易產(chǎn)生擁擠；而桐涇、東園和蘇州公園的人流分布相對均勻，災時不易產(chǎn)生擁擠現(xiàn)象。 同時，發(fā)現(xiàn)東匯公園、桂花公園、白洋灣公園和東園公園中人流較高的空間與其空間大小、防災功能均存在一定的錯位現(xiàn)象，證明這些公園空間結(jié)構(gòu)和功能布局存在一定問題，使得防災有效性受到影響。

表6 姑蘇區(qū)防災公園人群行動模擬流量統(tǒng)計表

4 結(jié)論和討論

4.1 結(jié)論

（1） 從集聚效能分析中，發(fā)現(xiàn)蘇州公園整合度平均值、最大值和標準差最高，桂花公園、桐涇公園次之，說明三者整體可達性較強；同時，協(xié)同度也是此三者處于較高數(shù)值水平，說明三者的空間結(jié)構(gòu)融合性也較為良好，由此推斷出蘇州公園、桂花公園和桐涇公園的空間集聚效能處于較高的水平。

（2） 在疏散效能的分析中， 發(fā)現(xiàn)東匯公園的穿行度平均值最高且標準差最低， 說明其整體通道分布均勻，而蘇州公園的穿行度最大值最大，說明其中存在重要的避難通道；同時發(fā)現(xiàn)蘇州公園、桐涇公園和東園公園連接度的平均值、最大值和標準差均相對較高，因此說明其中也存在重要的避難節(jié)點。 綜上所述，推斷蘇州公園、桐涇公園的空間節(jié)點、避難通道穿行效能均較好，而東匯公園、東園公園分別具有通道和節(jié)點的一項疏散優(yōu)勢。

（3） 通過人群模擬分析，發(fā)現(xiàn)當前各防災公園避難人流數(shù)量的擁擠程度呈現(xiàn)“蘇州公園和桐涇公園的擁擠程度最低，東匯公園和白洋灣公園擁擠程度最高”的情況，這是由于其不同的空間尺度和拓撲結(jié)構(gòu)促成了不同類型的人群分布方式，因此間接導致了避災時的人群流線不暢和空間擁堵。

（4） 綜上所述，發(fā)現(xiàn)蘇州公園，桐涇公園的空間結(jié)構(gòu)基本滿足了防災公園的快速可達和疏散需求，而東匯公園、桂花公園、白洋灣公園和東園公園的空間結(jié)構(gòu)在不同程度上出現(xiàn)了部分場地或通道的防災疏散不暢和集聚場地可達性不高等問題，僅依靠原有公園空間結(jié)構(gòu)不能滿足人群快速避難需求，需要通過對結(jié)構(gòu)的微調(diào)進行改善。 因此，當前建設(shè)中僅僅通過增加防災設(shè)施改造形成“平災結(jié)合”的防災公園的改造方式在空間結(jié)構(gòu)層面存在較大的問題。 “城市公園空間結(jié)構(gòu)”與“防災公園空間結(jié)構(gòu)”在建設(shè)中不能畫上等號，依然需要對空間結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化和調(diào)整。

4.2 討論

（1） 本文提出了防災公園空間結(jié)構(gòu)有效性的量化分析方法并量化對比了各公園防災結(jié)構(gòu)的效能高低。在此基礎(chǔ)上結(jié)合公園其他空間要素的綜合分析，能夠從空間角度進一步歸納不同公園結(jié)構(gòu)模式，尋求不同模式公園改造為防災公園的適宜程度高低，以有針對地為不同類型的防災公園改建提供準確依據(jù)，仍有深入的研究空間與價值。

（2） 利用空間句法EVAS 人群行動模擬分析的方法，能夠創(chuàng)建根據(jù)“感知-行為”規(guī)律在空間范圍內(nèi)自由活動的智能行動者，并較為準確的對人群情況進行預測和量化，彌補了在以往防災空間分析中較難取得人群活動數(shù)據(jù)的缺憾。 然而災時人群行為的強目的性，使得其真實情況與模擬結(jié)果存在一定誤差，仍需要進行更進一步的驗證和探討。