夏 宇

（中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司 線路站場(chǎng)樞紐設(shè)計(jì)研究院，天津 300308）

可達(dá)性由漢森于1959 年提出，定義交通網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)相互作用機(jī)會(huì)的大小[1]，可達(dá)性被廣泛應(yīng)用于城市規(guī)劃、交通工程、地理信息系統(tǒng)等領(lǐng)域?？臻g句法理論產(chǎn)生于20 世紀(jì)70 年代末，由Bill Hillier 提出[2]，運(yùn)用空間句法對(duì)城市軌道交通線網(wǎng)進(jìn)行分析研究，定量分析城市軌道交通線網(wǎng)節(jié)點(diǎn)可達(dá)性和拓?fù)湫?，?duì)軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃和預(yù)測(cè)城市的空間發(fā)展格局具有一定的參考價(jià)值，使城市充分發(fā)揮其空間效益。張義漢等人[3]以加權(quán)平均旅行時(shí)間為指標(biāo)分析了廣州地鐵網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性；吳一州等人[4]通過空間句法模型分析杭州1 號(hào)線空間整合度，研究軌道交通供需特征；陳明星等人[5]基于空間句法模型，引入通達(dá)能力和集成程度，進(jìn)行城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)特征的定量化研究；劉韶曼[1]基于空間句法對(duì)鄭州市近遠(yuǎn)期軌道交通規(guī)劃線網(wǎng)可達(dá)性進(jìn)行了研究。目前的研究主要集中于某一線路或路網(wǎng)的可達(dá)性，對(duì)城市不同建設(shè)規(guī)劃時(shí)期軌道交通線網(wǎng)的可達(dá)性研究較少，本文基于空間句法，定量分析不同建設(shè)規(guī)劃時(shí)期深圳市城市軌道交通線網(wǎng)的可達(dá)性，預(yù)測(cè)城市未來發(fā)展格局，可為進(jìn)一步優(yōu)化軌道交通線網(wǎng)提供參考。

1 可達(dá)性評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

1.1 空間句法

空間句法的基本原則是將空間系統(tǒng)劃分為各組成單元，并將空間系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)及其相互連接構(gòu)成的連接圖[6]，既反映局部的空間可達(dá)性，同時(shí)強(qiáng)調(diào)整體的空間通達(dá)性和關(guān)聯(lián)性。軸線法是空間句法常用的一種分割方法，基本原則是用最少數(shù)目的最長(zhǎng)直線繪制軸線圖[7]，如圖1 所示。每條軸線代表一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子空間，當(dāng)軸線與軸線有交叉，軸線為直接相連關(guān)系，如圖1（a）所示；由軸線代表的節(jié)點(diǎn)連接關(guān)系可簡(jiǎn)化為圖1（b）；利用軸線圖可計(jì)算各條軸線句法變量值[8]，用暖色到冷色不同顏色表示各軸線句法變量的大小，從而分析研究空間系統(tǒng)組成及空間形態(tài)，如圖1（c）所示。軸線法也是分析城市空間系統(tǒng)常用的方法，可通過城市空間內(nèi)部相對(duì)連續(xù)的軸線結(jié)構(gòu)對(duì)城市軌道交通空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量分析，探討城市空間發(fā)展趨勢(shì)。

圖1 軸線示意

1.2 空間句法變量

根據(jù)軸線圖中節(jié)點(diǎn)之間的連接關(guān)系，可得出基于拓?fù)潢P(guān)系計(jì)算的句法變量[9]，定量分析空間形態(tài)發(fā)展規(guī)律及趨勢(shì)?？臻g句法的基本變量有連接值、平均深度值、整合度等。

（1）連接值

連接值表示系統(tǒng)空間中與第i個(gè)單元空間相交的空間個(gè)數(shù)，連接值越高，表示其空間滲透性越好。在軌道交通線網(wǎng)中表示為第i個(gè)站點(diǎn)與其他站點(diǎn)直接相連的個(gè)數(shù)，例如，圖1（b）中節(jié)點(diǎn)4 的連接值為5。

式中：Ci為節(jié)點(diǎn)i的連接值；

k為與節(jié)點(diǎn)i連接的節(jié)點(diǎn)數(shù)。

（2）平均深度值

假定兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)間為一步，則節(jié)點(diǎn)i到另一節(jié)點(diǎn)的最少步數(shù)即為這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的深度，表示空間系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)間轉(zhuǎn)換次數(shù)。在軌道交通線網(wǎng)中，表示站點(diǎn)i到另一站點(diǎn)所經(jīng)過的最少站點(diǎn)數(shù)。

式中：Di為節(jié)點(diǎn)i的深度值；

Ni為節(jié)點(diǎn)i的最少步數(shù)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；

di為節(jié)點(diǎn)i到另一節(jié)點(diǎn)的最少步數(shù)。

1≤k≤n；n＜空間系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)總數(shù)。當(dāng)k=1 時(shí)，Di等于節(jié)點(diǎn)i的連接值；當(dāng)k＜n時(shí)，Di為節(jié)點(diǎn)i的局部深度值；當(dāng)k=n時(shí)，Di為節(jié)點(diǎn)i的全局深度值。

實(shí)際應(yīng)用中，多采取平均深度值，節(jié)點(diǎn)i的平均深度值是節(jié)點(diǎn)i到其他所有節(jié)點(diǎn)的最少步數(shù)的平均值。在軌道交通線網(wǎng)中，表示從一個(gè)站點(diǎn)平均經(jīng)過幾個(gè)站點(diǎn)可以到達(dá)另一站點(diǎn)。

式中：MDi為節(jié)點(diǎn)i的平均深度值；

m為空間系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)總數(shù)，m＞1。

（3）整合度

整合度與平均深度值成反比，表征空間系統(tǒng)中某一節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)間的聚集或離散程度。

式中：Ii為節(jié)點(diǎn)i的整合度。

1.3 可達(dá)性評(píng)價(jià)指標(biāo)

整合度反映整體空間或局部空間的關(guān)系，即全局整合度和局部整合度，整合度越高則可達(dá)性越高。連接值與全局整合度相關(guān)關(guān)系決定了可理解度，全局整合度與局部整合度相關(guān)關(guān)系決定了空間智能度，可理解度和空間智能度反映了空間的分布規(guī)律及結(jié)構(gòu)合理性。因此，選用全局整合度、局部整合度、可理解度和空間智能度作為可達(dá)性評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建可達(dá)性評(píng)價(jià)體系。

（1）全局整合度

全局整合度以整個(gè)空間系統(tǒng)為角度，用以表示節(jié)點(diǎn)與整個(gè)空間結(jié)構(gòu)其他所有節(jié)點(diǎn)聯(lián)系的緊密程度和到達(dá)其他節(jié)點(diǎn)的難易程度，反映節(jié)點(diǎn)在空間系統(tǒng)中的可達(dá)性。

（2）局部整合度

局部整合度是指某節(jié)點(diǎn)與其附近幾步內(nèi)可達(dá)節(jié)點(diǎn)聯(lián)系的緊密程度，是以局部空間范圍為角度，反映出在幾步范圍內(nèi)到達(dá)節(jié)點(diǎn)的難易程度，是衡量可達(dá)性的重要指標(biāo)[10]。例如，當(dāng)選取di=3 且n＞3 時(shí)，則稱為“3 步整合度”。

（3）可理解度

可理解度是空間系統(tǒng)連接值與全局整合度的相關(guān)關(guān)系，其值是局部參數(shù)與整體參數(shù)線性回歸方程的回歸系數(shù)?？衫斫舛仍礁?，則表示局部空間與整體空間的相似度越高，局部與整體越協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

式中：R2為可理解度；

Cˉ為連接值的均值，

Ii為節(jié)點(diǎn)i的全局整合度；

Iˉ為全局整合度的均值

（4）空間智能度

空間智能度是局部空間與整體空間之間的相互關(guān)系[10]?？臻g智能度反映了通過局部范圍的空間連通性得到整體空間信息的程度，空間智能度越高，則局部空間與整體空間的相似度越高。

式中：r2為空間智能度；

Iˉ′為局部整合度的均值，

2 深圳市軌道交通可達(dá)性評(píng)價(jià)

2.1 深圳市軌道交通規(guī)劃

軌道交通作為支撐深圳市“極點(diǎn)帶動(dòng)、軸帶支撐”網(wǎng)絡(luò)空間布局[11]、強(qiáng)化都市協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，在區(qū)域綜合交通中處于骨干地位。

深圳市城市軌道交通第3 期建設(shè)規(guī)劃周期為2011—2020 年，12 條線路運(yùn)營(yíng)，線路長(zhǎng)度約438 km；根據(jù)文獻(xiàn)[12]和文獻(xiàn)[13]，第4 期建設(shè)規(guī)劃周期完成后，將形成18 條線路運(yùn)營(yíng)的城市軌道交通線網(wǎng)，線路長(zhǎng)度共計(jì)約664 km；結(jié)合深圳市近期城際鐵路建設(shè)規(guī)劃，至2025 年，深圳市將形成21 條線路運(yùn)營(yíng)的城市軌道交通線網(wǎng)，線路長(zhǎng)度共計(jì)約869 km。

2.2 可達(dá)性評(píng)價(jià)

以深圳市城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)為例，根據(jù)深圳市城市軌道交通第3 期建設(shè)規(guī)劃、第4 期建設(shè)規(guī)劃及近期城際鐵路建設(shè)規(guī)劃，利用AutoCAD 繪制軌道交通線網(wǎng)，將其轉(zhuǎn)化為dxf 格式，導(dǎo)入到Depthmap 空間句法分析軟件，利用Convert 功能將軌道交通線網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行Axial 轉(zhuǎn)換，構(gòu)建空間句法軸線圖，如圖2（a）所示。運(yùn)行Run GraphAnalysis 功能，將di設(shè)置為n，3，5，7，9，11，如圖2（b）所示，表示以di為步數(shù)進(jìn)行句法變量計(jì)算，分別得到全局整合度、3 步整合度、5 步整合度、7 步整合度、9 步整合度、11 步整合度。根據(jù)可達(dá)性指標(biāo)和軸線圖，對(duì)軌道交通可達(dá)性進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，最后得出空間句法在軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用結(jié)論。

圖2 軸線圖句法變量計(jì)算界面

（1）全局整合度

深圳市城市軌道交通第3 期建設(shè)規(guī)劃線網(wǎng)、第4 期建設(shè)規(guī)劃線網(wǎng)及近期城際鐵路建設(shè)規(guī)劃線網(wǎng)的全局整合度計(jì)算結(jié)果如表1、圖3～圖5 所示。圖中，由暖色到冷色代表全局整合度的值由大到小，紅色表示最大值，藍(lán)色表示最小值。

圖5 近期城際鐵路建設(shè)規(guī)劃線網(wǎng)全局整合度

表1 全局整合度

圖3 第3 期建設(shè)規(guī)劃線網(wǎng)全局整合度

圖4 第4 期建設(shè)規(guī)劃線網(wǎng)全局整合度

一般認(rèn)為，整合度大于1 時(shí)，空間聚集性較強(qiáng)，整合度介于0.4～0.6，則空間分布較為分散[14]。上述3 個(gè)建設(shè)規(guī)劃時(shí)期線網(wǎng)空間聚集性均較強(qiáng)，其中，第3 期和第4 期建設(shè)規(guī)劃線網(wǎng)的整合度呈現(xiàn)出中心聚集，四周發(fā)散的形狀特征，第3 期與第4 期建設(shè)規(guī)劃線網(wǎng)相比，全局整合度變化不大；近期城際鐵路的修建將大幅度提升線網(wǎng)的全局整合度，連接都市核心城區(qū)和城市組團(tuán)的整合度得到提升，城市邊緣的可達(dá)性得到進(jìn)一步提升，將構(gòu)建多中心、網(wǎng)絡(luò)化、組團(tuán)式市域空間格局。

（2）局部整合度

3 個(gè)不同時(shí)期建設(shè)規(guī)劃線網(wǎng)的局部整合度計(jì)算結(jié)果如表2 所示。其中，3 步整合度示意圖如圖6～圖8 所示。

圖6 第3 期建設(shè)規(guī)劃線網(wǎng)3 步整合度

圖7 第4 期建設(shè)規(guī)劃線網(wǎng)3 步整合度

圖8 近期城際鐵路建設(shè)規(guī)劃線網(wǎng)3 步整合度

表2 局部整合度

隨著軌道交通線網(wǎng)的完善，線網(wǎng)的3 步整合度、5 步整合度、7 步整合度、9 步整合度、11 步整合度都得到提升，且近期城際鐵路的修建將大幅度提升線網(wǎng)的局部整合度。第3 期和第4 期建設(shè)規(guī)劃線網(wǎng)的局部整合度呈現(xiàn)出中心聚集、四周發(fā)散的特征，近期城際鐵路建設(shè)規(guī)劃線網(wǎng)局部的空間聚集性進(jìn)一步增強(qiáng)，由中心城區(qū)的聚集向多區(qū)域、多中心、多組團(tuán)的方向發(fā)展。

（3）可理解度

運(yùn)用Depthmap 空間句法分析軟件中Scatter Plot工具，選取全局整合度和連接值進(jìn)行相關(guān)性分析，3個(gè)不同時(shí)期建設(shè)規(guī)劃線網(wǎng)的可理解度計(jì)算結(jié)果如表3、圖9～圖11 所示。圖中，橫坐標(biāo)軸為連接值，縱坐標(biāo)軸為全局整合度。

表3 可理解度

圖9 第3 期建設(shè)規(guī)劃線網(wǎng)可理解度

圖10 第4 期建設(shè)規(guī)劃線網(wǎng)可理解度

圖11 近期城際鐵路建設(shè)規(guī)劃線網(wǎng)可理解度

3 個(gè)不同時(shí)期軌道交通線網(wǎng)的可理解度均一般，表明通過連接值反映整體空間信息的程度均一般。隨著線網(wǎng)的不斷完善，可理解度不斷下降；由于線網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市由中心城區(qū)發(fā)展到外圍多個(gè)組團(tuán)區(qū)域，結(jié)構(gòu)的不一致降低了整個(gè)線網(wǎng)的可理解度，局部與整體的相似性一般。

（4）空間智能度

利用Scatter Plot 工具，選取全局整合度和3 步整合度進(jìn)行相關(guān)性分析，3 個(gè)不同時(shí)期建設(shè)規(guī)劃線網(wǎng)的空間智能度計(jì)算結(jié)果如表4、圖12～圖14 所示。圖中，橫坐標(biāo)軸為全局整合度，縱坐標(biāo)軸為3 步整合度。

表4 空間智能度

圖12 第3 期建設(shè)規(guī)劃線網(wǎng)空間智能度

圖13 第4 期建設(shè)規(guī)劃線網(wǎng)空間智能度

圖14 近期城際鐵路建設(shè)規(guī)劃線網(wǎng)空間智能度

3 個(gè)不同時(shí)期軌道交通線網(wǎng)的空間智能度水平均較高，表明線網(wǎng)空間整體性較強(qiáng)，3 步整合度較高程度地反映了整體空間信息。隨著線網(wǎng)的不斷完善，空間智能度不斷下降，說明局部和整體的關(guān)聯(lián)性在下降，表明深圳市仍處于高速發(fā)展時(shí)期，因城市規(guī)模增長(zhǎng)迅速，使得城市形態(tài)結(jié)構(gòu)在急劇變化，但城市軌道交通線網(wǎng)的空間智能度仍維持在較高水平。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于空間句法，對(duì)深圳市城市軌道交通第3 期建設(shè)規(guī)劃、第4 期建設(shè)規(guī)劃及近期城際鐵路建設(shè)規(guī)劃線網(wǎng)進(jìn)行可達(dá)性評(píng)價(jià)，城市呈現(xiàn)出由都市核心區(qū)向多區(qū)域、多中心、多組團(tuán)方向發(fā)展的趨勢(shì)，且都市核心區(qū)與組團(tuán)間、區(qū)域組團(tuán)之間空間結(jié)構(gòu)存在較大差異，符合深圳市全域平衡發(fā)展，構(gòu)建“多中心、網(wǎng)絡(luò)化、組團(tuán)式”空間格局的規(guī)劃。空間句法能夠定量描述軌道交通線網(wǎng)的可達(dá)性，預(yù)測(cè)城市未來發(fā)展格局，可為城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃提供一定的借鑒。今后將綜合考慮乘客換乘時(shí)間、列車運(yùn)行速度，旅客出行需求等因素，進(jìn)一步完善城市軌道交通線網(wǎng)的可達(dá)性評(píng)價(jià)。