■ HAN Siheng CHEN Yong ZHANG Lingzhu

0 引言

城市設(shè)計(jì)關(guān)注城市各個(gè)尺度的功能布局、空間形態(tài)和環(huán)境行為等之間的“關(guān)系”[1]。城市空間可被抽象成為不間斷網(wǎng)絡(luò)中的構(gòu)成元素，彼此之間產(chǎn)生相互作用，從而改變內(nèi)在的活動(dòng)集散分布[2]。在較為微觀的社區(qū)鄰里尺度下，步行活動(dòng)是所有空間活動(dòng)的基礎(chǔ)。近年來(lái)，以圖論為基礎(chǔ)的可達(dá)性指標(biāo)廣泛地應(yīng)用在中微觀城市設(shè)計(jì)研究領(lǐng)域，并且不斷地在實(shí)例中得以驗(yàn)證。步行可達(dá)性作為城市設(shè)計(jì)方案對(duì)空間活力促進(jìn)作用的評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)探究空間元素之間的關(guān)系，分析行人活動(dòng)的分布潛力。

方案的對(duì)比評(píng)價(jià)中，傳統(tǒng)上設(shè)計(jì)師往往根據(jù)所處的社會(huì)環(huán)境、自身儲(chǔ)備和感性認(rèn)識(shí)等定性判斷行人活動(dòng)的分布，選取合適的方案進(jìn)行推進(jìn)，缺少客觀嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩吭u(píng)價(jià)[3]。現(xiàn)今地理信息系統(tǒng)（GIS）的快速發(fā)展，使得城市空間關(guān)系的定量表達(dá)成為可能，通過(guò)計(jì)算得到的流量潛力是定量評(píng)價(jià)的關(guān)鍵指標(biāo)，結(jié)合城市設(shè)計(jì)師的豐富經(jīng)驗(yàn)，可以更加科學(xué)客觀地描述方案的步行可達(dá)性和城市空間活力。

空間網(wǎng)絡(luò)分析為可達(dá)性的量化提供了一個(gè)較為可靠的手段。與傳統(tǒng)的空間分析方法相比較，空間設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)分析（spatial Design Network Analysis，簡(jiǎn)稱sDNA）軟件提供了三維空間分析的新方法[4]。本文從空間網(wǎng)絡(luò)的基本理論出發(fā)，將上海浦東足球場(chǎng)周邊地區(qū)城市設(shè)計(jì)三個(gè)方案的步行系統(tǒng)作為分析案例，采用空間設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)分析（sDNA）軟件，對(duì)方案步行可達(dá)性進(jìn)行三維定量對(duì)比和評(píng)價(jià)，同時(shí)，建立同一方案的多個(gè)模型，探討不同情境下人流潛在分布。不僅通過(guò)案例來(lái)闡述空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的理論和概念，而且從圖論可達(dá)性的角度，探討不同方案的三維步行網(wǎng)絡(luò)空間結(jié)構(gòu)對(duì)于城市活動(dòng)的微妙影響。

1 理論基礎(chǔ)與方法

城市設(shè)計(jì)理論主張用物質(zhì)形體空間的方式影響城市的發(fā)展[5]，諾伯格·舒爾茲提出，場(chǎng)所、路線、領(lǐng)域等空間構(gòu)成要素的組合使得空間開(kāi)始真正成為可測(cè)出人的存在的次元[6]；克里斯托弗·亞歷山大在《城市并非樹(shù)形》中指出，“半網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)”的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性具有豐富的可變性和可選擇性，場(chǎng)所與人的活動(dòng)之間具有多樣的聯(lián)系[7]；希列爾等認(rèn)為，“城市形態(tài)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)”，即城市的道路結(jié)構(gòu)決定著人在城市中的行為[8]；尼科斯·薩林加羅斯的城市網(wǎng)絡(luò)理論提出，城市可被視為不同節(jié)點(diǎn)、模塊及它們之間連接的物質(zhì)形態(tài)路徑所構(gòu)成的整體[9]。城市空間根據(jù)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)等方面的法則，連接城市形態(tài)和城市要素，并通過(guò)它們之間的相互作用，將其整合形成城市空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[10]。因此，城市空間作為動(dòng)態(tài)的、不確定的空間網(wǎng)絡(luò)，某一局部的異化都會(huì)產(chǎn)生聯(lián)動(dòng)的效果，進(jìn)而對(duì)空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所承載的活動(dòng)分布造成影響。

城市空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為實(shí)現(xiàn)城市形態(tài)的量化建模奠定了理論基礎(chǔ)[9]?？臻g網(wǎng)絡(luò)分析最開(kāi)始應(yīng)用于地理信息和城市規(guī)劃專業(yè)，主要研究網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)以及模擬資源在網(wǎng)絡(luò)上的流動(dòng)分配情況，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化分析計(jì)算。隨著空間網(wǎng)絡(luò)分析的推廣，近年來(lái)也出現(xiàn)了諸多關(guān)于步行可達(dá)性定量分析方面的研究和應(yīng)用，如英國(guó)卡迪夫大學(xué)開(kāi)發(fā)的空間網(wǎng)絡(luò)分析工具——空間設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)分析（sDNA）軟件，其建構(gòu)元素是路徑中心線，它們集合在一起形成的三維空間網(wǎng)絡(luò)成為了空間和活動(dòng)一體化的抽象表達(dá)，因此，空間網(wǎng)絡(luò)分析便具有了與實(shí)際日常生活行為的關(guān)聯(lián)。張靈珠等發(fā)現(xiàn)，基于三維建模的空間網(wǎng)絡(luò)分析能有效捕捉空間形態(tài)與行人活動(dòng)的關(guān)系，幫助城市設(shè)計(jì)師解碼三維的城市空間認(rèn)知[4]；劉吉祥等利用空間設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)分析軟件，研究香港建成環(huán)境對(duì)步行通勤通學(xué)的影響，發(fā)現(xiàn)“地方情境”和人群區(qū)分會(huì)影響空間與行為的關(guān)系[11]；Cooper 等結(jié)合回歸和空間設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)分析方法，以商店零售面積為權(quán)重計(jì)算多元的理論步行流量變量，預(yù)測(cè)了英國(guó)卡迪夫市中心的城市空間布局隨時(shí)間變化對(duì)步行流量的影響[12]?；谏鲜鲅芯?，本文嘗試將空間設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)分析（sDNA）軟件應(yīng)用于實(shí)際項(xiàng)目的方案對(duì)比中，通過(guò)情境模型的構(gòu)建，希望盡可能描述城市的真實(shí)情況，增強(qiáng)步行流量潛力評(píng)估的可靠性。

2 城市設(shè)計(jì)案例概況

浦東足球場(chǎng)周邊地區(qū)城市設(shè)計(jì)項(xiàng)目位于上海市浦東新區(qū)金橋城市副中心，屬于張家浜楔形綠地片區(qū)。城市設(shè)計(jì)區(qū)域西側(cè)緊鄰浦東足球場(chǎng)，區(qū)域內(nèi)東側(cè)和北側(cè)布置有14/21 號(hào)地鐵換乘站——金港路地鐵站，東部分布有南北向河道。該設(shè)計(jì)項(xiàng)目倡導(dǎo)全程步行可達(dá)，根據(jù)周邊交通狀況、功能布局和資源分布等因素，上位規(guī)劃確定東北地塊為商業(yè)辦公區(qū)域，低層商業(yè)街區(qū)與足球場(chǎng)隔路相望，東南地塊分布有商業(yè)設(shè)施和居住小區(qū)。

如圖1 所示，方案1 低層商業(yè)街區(qū)呈現(xiàn)兩軸的布局，二層步行天橋呈環(huán)狀連接足球場(chǎng)和商業(yè)辦公區(qū)，辦公區(qū)集中在設(shè)計(jì)區(qū)域東側(cè)，西部區(qū)域地塊也分布著居住小區(qū)；方案2 低層商業(yè)街區(qū)呈折線單軸布局，二層步行體系呈網(wǎng)狀連接足球場(chǎng)和商業(yè)設(shè)施等，西部區(qū)域地塊同時(shí)分布辦公商業(yè)功能；方案3 低層商業(yè)街區(qū)呈折線單軸布局，二層步行體系呈網(wǎng)狀連接足球場(chǎng)和商業(yè)設(shè)施，西部區(qū)域地塊也分布著居住小區(qū)。

3 空間設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)分析

隨著計(jì)算科學(xué)的不斷發(fā)展，空間網(wǎng)絡(luò)理論和分析手段逐漸從地理信息系統(tǒng)科學(xué)、城市規(guī)劃領(lǐng)域進(jìn)入到更為微觀的城市設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域，其中，具有代表性的空間句法軟件公司已經(jīng)與國(guó)際多家知名設(shè)計(jì)公司協(xié)作，而新興的空間設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)分析（sDNA）軟件作為傳統(tǒng)空間句法的三維視角的強(qiáng)化和補(bǔ)充，也逐漸在科研學(xué)術(shù)以及實(shí)用領(lǐng)域嶄露頭角[4][13]?？蛇_(dá)性的量化是空間網(wǎng)絡(luò)分析的一個(gè)重要部分，在不考慮路徑寬度和使用功能的情況下，研究空間網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系引發(fā)的活動(dòng)潛力。

空間設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)分析（sDNA）中，最重要的兩項(xiàng)可達(dá)性分析指標(biāo)為接近度（Closeness）和穿行度（Betweenness）。接近度描述的是某路徑到計(jì)算范圍內(nèi)其他所有路徑的難易程度，穿行度描述的是某路徑在計(jì)算范圍內(nèi)被其他兩兩路徑之間的最短路徑穿過(guò)的次數(shù)[14]。計(jì)算公式如下：

圖1 浦東足球場(chǎng)周邊地區(qū)城市設(shè)計(jì)三個(gè)方案圖

式（1）中，C為接近度指標(biāo)，p（y）為計(jì)算范圍半徑R內(nèi)節(jié)點(diǎn)y的權(quán)重；d（x，y）為節(jié)點(diǎn)x到節(jié)點(diǎn)y的最短距離；式（2）中，B為穿行度指標(biāo)，OD（y，z，x）為計(jì)算范圍半徑R內(nèi)通過(guò)節(jié)點(diǎn)x的節(jié)點(diǎn)y與z之間最短距離[15]。

對(duì)于具體的城市空間而言，接近度和穿行度分別對(duì)應(yīng)目的性步行活動(dòng)和穿行性步行活動(dòng)[16]，這兩種步行活動(dòng)的結(jié)果，即到達(dá)和穿行。接近度高的路徑更有可能吸引人流、聚集交往活動(dòng)；穿行度高的路徑可能會(huì)經(jīng)過(guò)更多的人流量，吸引非目的性的活動(dòng)。在生活中，到達(dá)和穿行這兩個(gè)結(jié)果是可以互相轉(zhuǎn)換的：到達(dá)某個(gè)空間的過(guò)程中可能穿過(guò)了其他空間，而穿過(guò)某些空間的過(guò)程可能也完成了進(jìn)入從而到達(dá)的動(dòng)作。這兩種活動(dòng)密不可分，共同參與營(yíng)造了城市空間的活力[17]。因此，對(duì)步行可達(dá)性的探討中，將會(huì)同時(shí)分析這兩個(gè)計(jì)算指標(biāo)，綜合評(píng)估方案對(duì)活力提升的促進(jìn)作用。

計(jì)算分析半徑代表著某路徑對(duì)應(yīng)的相應(yīng)距離活動(dòng)范圍內(nèi)的路徑相互關(guān)系,根據(jù)楊·蓋爾的觀點(diǎn)，500 m 左右的距離對(duì)于多數(shù)行人是可接受的路程[18]，同時(shí)，上海市民步行舒適距離為500 m[19]。因此，設(shè)定城市步行系統(tǒng)的計(jì)算分析半徑為500 m?？臻g網(wǎng)絡(luò)分析模型需要構(gòu)建由城市快速路、主干路或自然地貌分割形成的完整區(qū)域，且整體計(jì)算模型范圍應(yīng)設(shè)置在主要研究行為活動(dòng)的30 min 可達(dá)范圍內(nèi)。本文以城市設(shè)計(jì)區(qū)域?yàn)槠瘘c(diǎn)，上海市民步行30 min 可達(dá)的2 km 距離作為半徑，總體計(jì)算建模范圍處于主干路和城市快速路以內(nèi)，主要展示設(shè)計(jì)區(qū)域范圍的計(jì)算結(jié)果。

3.1 不同情境模型

在相同的城市環(huán)境中，不同情境（context）可能會(huì)導(dǎo)致不同的步行行為分布模式[11]。浦東足球場(chǎng)周邊地區(qū)的人群流動(dòng)情況比較復(fù)雜，包含體育場(chǎng)賽時(shí)的瞬時(shí)大量人流[20]、地鐵站長(zhǎng)期的持續(xù)人流和辦公區(qū)上下班高峰時(shí)期的大量人流，針對(duì)不同的情境建立模型，以期較為準(zhǔn)確地描述人們可能的步行路徑以及流量分布（圖2）。

情境模型分別對(duì)應(yīng)三個(gè)典型時(shí)段的場(chǎng)景：上下班、無(wú)足球體育比賽活動(dòng)時(shí)段；非上下班、有足球體育比賽活動(dòng)時(shí)段；非上下班、無(wú)足球體育比賽活動(dòng)時(shí)段，分別命名為情境1、情境2、情境3（表1）。

根據(jù)盛強(qiáng)和羅克乾等學(xué)者總結(jié)的軌道交通站點(diǎn)周邊的步行流量規(guī)律[21-22]，以及足球場(chǎng)容量與上海軌交站點(diǎn)高峰時(shí)期30 min 客流量的比值[23-24]，本文在計(jì)算中，對(duì)地鐵站點(diǎn)和足球場(chǎng)步行路徑進(jìn)行加權(quán)賦值，具體而言，通過(guò)繪制高層辦公樓室內(nèi)路徑以模擬上下班活動(dòng)，設(shè)定足球場(chǎng)疏散平臺(tái)路徑為吸引點(diǎn)，在OD輸入權(quán)值，模擬進(jìn)行足球體育比賽活動(dòng)，以此盡可能使得人流聚集部分的預(yù)測(cè)流量與周圍部分的預(yù)測(cè)流量比值符合軌交站點(diǎn)、足球場(chǎng)附近的人群活動(dòng)規(guī)律，從而能夠在一定程度反映不同情境下人流集散的真實(shí)情況。

3.2 計(jì)算結(jié)果分析

3.2.1 接近度

圖2 三個(gè)方案不同情境的步行路徑建模圖

表1 不同情境所代表的活動(dòng)時(shí)段以及建模范圍

如圖3所示，三個(gè)方案到達(dá)性步行潛力最大的空間（圖3 紅色部分）都聚集在商業(yè)區(qū)和東北部辦公區(qū)。情境1 中，方案1 的東南部地塊的辦公區(qū)、方案2 酒店和西南部商業(yè)辦公區(qū)、方案3 東南部地塊的商業(yè)區(qū)和酒店區(qū)以及部分居住小區(qū)也有一定的到達(dá)性步行潛力分布（圖3 橙黃色部分）。情境2 中，方案1 和方案3 的西南部區(qū)塊居住小區(qū)到達(dá)性步行潛力較高（圖3 紅色部分），方案2 酒店部分和西南部區(qū)塊辦公有一定到達(dá)性潛力（圖3 橙黃色部分）而居住小區(qū)部分潛力很低（圖3 藍(lán)色部分），方案3酒店部分到達(dá)性步行潛力較高。情境3 中，方案1、方案2 東部地鐵站到達(dá)性步行潛力較大（圖3 紅色部分），方案3 潛力分布較平均。

對(duì)設(shè)計(jì)區(qū)域和商業(yè)區(qū)域各路徑接近度分別取均值，結(jié)果如表2 所示，方案2 的預(yù)測(cè)到達(dá)性步行流量在三種情境下比值均最高，其中，情境1 上下班時(shí)最占優(yōu)勢(shì)（是方案3的2倍）。這說(shuō)明方案2 不管是設(shè)計(jì)區(qū)域總體還是商業(yè)部分都具有更強(qiáng)的到達(dá)性步行活動(dòng)潛力，并且也符合辦公樓業(yè)態(tài)最影響人目的性交通的規(guī)律。對(duì)比其他兩個(gè)方案，首先，方案2 的功能布局更為合理，居住區(qū)位于東南部緊鄰周邊居住小區(qū)，賽時(shí)足球場(chǎng)大量聚集性人流并不會(huì)影響居住人群的進(jìn)出；其次，與地鐵站建立了有效的聯(lián)系，利用地鐵的高可達(dá)性促進(jìn)設(shè)計(jì)區(qū)域到達(dá)性活動(dòng)的增多。

3.2.2 穿行度

如圖4 所示，情境1 中，三個(gè)方案穿過(guò)性步行潛力最大的空間（圖4紅色部分）都聚集在兩個(gè)地鐵站到各辦公樓之間，然而，方案3 的低層商業(yè)區(qū)和周邊的住宅區(qū)部分也有一定的穿過(guò)性步行活動(dòng)的潛力分布（圖4 黃色部分）。情境2 中，方案1 和方案3 除足球場(chǎng)的賽時(shí)人群穿過(guò)性潛力極強(qiáng)外（圖4 紅色部分），經(jīng)過(guò)低層商業(yè)區(qū)和辦公區(qū)的穿過(guò)性步行潛力與足球場(chǎng)二層平臺(tái)等級(jí)相似，而方案2 賽時(shí)穿過(guò)性潛力人流，主要從足球場(chǎng)直達(dá)地鐵站或者疏散到人行道和沿河景觀廊道（圖4 橙黃色部分）。情境3 中，三個(gè)方案中沿河景觀廊道穿過(guò)性潛力均較高（圖4 紅色部分），高潛力空間還分布在：方案1 低層商業(yè)中軸和辦公區(qū)，方案2 東北部地塊通向周邊居住小區(qū)的東西向人行道，方案3 東北部地塊中間的南北向和東西向人行道。

圖3 接近度分布（顏色從暖到冷表示數(shù)值從大到小）

表2 三個(gè)方案接近度均值和比值

對(duì)設(shè)計(jì)區(qū)域和商業(yè)區(qū)域各路徑穿行度分別取均值，表3 結(jié)果表明，方案2 的預(yù)測(cè)穿行性步行流量在三種情境下比值均最高，其中，情境1 上下班時(shí)最占優(yōu)勢(shì)（是方案3 的2.6 倍）。這說(shuō)明方案2 不管是設(shè)計(jì)區(qū)域總體還是商業(yè)部分都具有更強(qiáng)的穿行性步行活動(dòng)潛力。對(duì)比其他兩個(gè)方案，首先，對(duì)賽時(shí)足球場(chǎng)二層平臺(tái)的大量聚集性人流，方案2 采取了直接通向地鐵站的步行路徑引導(dǎo)，有利于觀賽人群的安全疏散；其次，呈網(wǎng)狀分布的、較為密集的空中—地面—地下立體步行體系，使得商業(yè)部分更吸引人們穿行其中，從而提升了商業(yè)的可達(dá)性，帶來(lái)更多商機(jī)的潛力；第三，方案2 沿河周邊的二層步行廊道結(jié)合景觀和商業(yè)形態(tài)多變（折線形和鋸齒線形）的設(shè)計(jì)，有利于吸引更多的潛在穿行人流；第四，方案2 和方案3 東北部區(qū)塊與居住小區(qū)的東西向人行道銜接，有助于引導(dǎo)周邊居住人群對(duì)設(shè)計(jì)區(qū)域的穿過(guò)性步行活動(dòng)。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)空間網(wǎng)絡(luò)分析方法，對(duì)浦東足球場(chǎng)周邊城市設(shè)計(jì)中的三個(gè)方案進(jìn)行三維定量評(píng)價(jià)，通過(guò)建立不同情境的分析模型，結(jié)合接近度和穿行度兩個(gè)指標(biāo)所繪制的圖像與表格，評(píng)估上述三個(gè)方案的三維步行空間可達(dá)性，以評(píng)價(jià)其城市設(shè)計(jì)方案聚集交往活動(dòng)的潛力。同時(shí)，進(jìn)一步了解不同功能布局所導(dǎo)致的步行空間形態(tài)結(jié)構(gòu)的局部區(qū)別對(duì)步行活動(dòng)潛力分布的影響，表明城市空間形態(tài)與人們的聚集活動(dòng)的相互關(guān)系。

城市空間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與活動(dòng)聚集密切相關(guān)，它們之間的規(guī)律蘊(yùn)含在城市空間的物質(zhì)形態(tài)中，通過(guò)抽象出來(lái)的三維空間網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析闡釋，從而根據(jù)具體數(shù)值，客觀、清晰地展現(xiàn)不同空間位置和空間關(guān)系所導(dǎo)致的不同步行潛力。本文為方案的對(duì)比評(píng)估提供了除依據(jù)經(jīng)驗(yàn)定性描述外的三維定量評(píng)估的嘗試，然而，城市空間中的步行活動(dòng)不僅會(huì)受到空間形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響，還會(huì)因?yàn)榧姺睆?fù)雜的城市活動(dòng)、內(nèi)部具體的功能業(yè)態(tài)分布、后期運(yùn)營(yíng)和維護(hù)、周邊活力的相互關(guān)系等造成城市空間活力的變化。因此，空間網(wǎng)絡(luò)分析僅能在一定程度上描述步行人群的潛在活動(dòng)聚集，在方案的對(duì)比評(píng)估中還需更多實(shí)際案例來(lái)驗(yàn)證。

（圖表來(lái)源：方案1、3 為張旭、郝雅瀅、胡嘉偉團(tuán)隊(duì)和賴庭蓁、倪曉峰、鄭樺團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)完成，方案2 為陳泳教授項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)完成。）

圖4 穿行度分布（顏色從暖到冷表示數(shù)值從大到?。?/p>

表3 三個(gè)方案穿行度均值和比值