馬芳芳 劉生軍 MA Fangfang,LIU Shengjun

城市形態(tài)是一個城市的政治、經(jīng)濟(jì)、社會結(jié)構(gòu)、文化傳統(tǒng)等要素在外在空間上的顯像特征，在一定程度上影響城市的可持續(xù)發(fā)展。隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的快速發(fā)展，居住用地逐漸成為城市用地結(jié)構(gòu)中占比最大的部分，其空間形態(tài)一直受到多方關(guān)注。同時，街區(qū)制的興起與推廣，打造了一種全新的城市建設(shè)模式，得到諸多認(rèn)可。

居住街區(qū)空間形態(tài)的量化研究對塑造健康有序的街區(qū)空間、調(diào)節(jié)居民與物質(zhì)空間環(huán)境的關(guān)系具有一定的積極意義，同時也為提升居住空間品質(zhì)提供一定的理論依據(jù)。

1 核心概念界定

1.1 高密度居住區(qū)

“密度”（density）一詞在物理意義上是指單位體積下物質(zhì)所具有的質(zhì)量，能夠反映物質(zhì)本身的特性，同時也會受到外界因素的影響。從城市空間環(huán)境來看，密度常作為評價城市物質(zhì)建造環(huán)境的重要指標(biāo)。高密度指所在空間環(huán)境中，高層建筑分布較為密集，有著高建筑容積率、高建筑覆蓋率和低開放空間率的特點，同時也可能包括公共服務(wù)設(shè)施和道路交通網(wǎng)的高密集度。因此，可將高密度物質(zhì)空間環(huán)境特點簡單歸納為：①以高層建筑為主；②高建筑容積率；③低開敞空間率；④高建筑覆蓋率[1]。

1.2 緊湊型街區(qū)

“街區(qū)”（block）指四周由城市街道所圍成的最小區(qū)塊，內(nèi)部涵蓋了建地與建筑物等。緊湊型城市源于可持續(xù)發(fā)展理念，是基于土地資源集約利用的新思想，具體表現(xiàn)為城市用地規(guī)模緊湊、功能緊湊和結(jié)構(gòu)緊湊3方面。本文所指的緊湊型街區(qū)，從空間形態(tài)上講，指由城市街道所圍成的高密度、圍合式街區(qū)的用地集合，內(nèi)部包含建筑、道路、綠地景觀和公共服務(wù)設(shè)施等要素，即由多個街坊和要素共同組成的城市局部區(qū)域[2]。

1.3 城市形態(tài)

形態(tài)（morphology）最早由希臘語中的“morphe”（形）與“l(fā)ogo”（邏輯）發(fā)展而來。城市形態(tài)（urban form）指城市建造環(huán)境的空間組織和布局形式、城市用地的外部幾何形態(tài)，其內(nèi)部包含諸多要素，因而具有錯綜復(fù)雜的特點。隨著時間的推移，城市形態(tài)會發(fā)生一系列變化，為適應(yīng)城市發(fā)展的要求，需要探究和思考。

西方國家對于城市形態(tài)的研究起步較早，早在19世紀(jì)初就已經(jīng)對城市形態(tài)展開了廣泛的研究和討論，提出一系列理論和方法。我國相關(guān)研究的起點則是在20世紀(jì)80年代。近年來隨著我國城市化速度加快，城市空間形態(tài)的研究也越來越受到諸多學(xué)者的關(guān)注。目前國內(nèi)有關(guān)城市空間形態(tài)的研究可大致分為3類：①城市空間形態(tài)的測度研究。任安東等[3]分析了中國36個城市的形狀計量指標(biāo)，并輔以Pearson相關(guān)系數(shù)探求各指標(biāo)間的相關(guān)性；周鵬[4]通過構(gòu)建特征值指標(biāo)體系，研究武漢市多尺度多維度的居住空間分異特征。②城市形態(tài)特征的研究。周在輝等[5]運用分形維數(shù)、城市空間擴(kuò)展速度、各向異性指數(shù)等指標(biāo)對武威市城市用地的演化特征進(jìn)行探索與分析；錢志友等[6]借助遙感影像，采用景觀指數(shù)法和等扇方位法等空間分析方法，對南京市城市擴(kuò)張及其形態(tài)演變進(jìn)行定量分析，在時間和空間上揭示了南京市城市擴(kuò)張與形態(tài)演變特征；熊偉婷等[7]運用年輪分析、全局自相關(guān)分析、圈層分析等方法，以建筑層數(shù)、建筑年代、建筑高度、建筑密度、地塊地價和開發(fā)強度等為評價指標(biāo)，定量分析了無錫市空間形態(tài)“集聚式”分布和“年輪式”增長的演化特征。③城市空間形態(tài)的擴(kuò)張機(jī)制研究。徐銀鳳等[8]利用4個時期的Landsat遙感影像，借助分形理論和空間句法分析，探索蘇州城市外部和內(nèi)部空間形態(tài)演變特征，并揭示其影響機(jī)理；譚雪蘭等[9]基于4個年份的遙感影像，利用GIS分析、等扇分析法和多元回歸分析法，分析了長沙市1989年以來城市空間擴(kuò)展的動態(tài)變化過程、特征及影響因素。

總結(jié)已有研究發(fā)現(xiàn)，目前對城市空間形態(tài)的研究仍有不足。從研究方法來看，單純依靠定量指標(biāo)分析較多，而統(tǒng)一建立量化指標(biāo)體系、探求指標(biāo)相關(guān)性的研究較少；從研究對象來看，以單個城市或多個城市區(qū)域為對象的研究較多，缺乏對某個城市片區(qū)的精細(xì)化尺度的形態(tài)研究；從研究內(nèi)容來看，對城市形態(tài)建立測度模型研究較少，特別是對城市街區(qū)形態(tài)的研究不多。因此，在前人研究的基礎(chǔ)上，本文旨在以城市形態(tài)學(xué)理論為基礎(chǔ)，聚焦居住街區(qū)的微觀尺度，借助地理信息系統(tǒng)（GIS）平臺，對街區(qū)內(nèi)的場地、包含建筑和道路等形態(tài)要素進(jìn)行綜合提取，對相關(guān)指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析，并進(jìn)一步運用全局莫蘭指數(shù)（Global Moran's I）探求指標(biāo)的相關(guān)性分析，最后通過層次分析法（AHP）對居住街區(qū)的緊湊度形態(tài)進(jìn)行評價，為引導(dǎo)街區(qū)向綠色、健康有序的方向發(fā)展提供一定的指導(dǎo)和建議。

2 研究區(qū)概況

本文研究范圍為沈陽市和平區(qū)長白島（見圖1），占地4.3 km2，位于沈陽市渾河南岸，居住用地面積占整個地塊的67.9%（見圖2），被稱為沈陽“一河兩岸”重要的濱水生態(tài)居住板塊，是集生態(tài)宜居、商務(wù)辦公、文化娛樂、運動休閑為一體的大型濱水城市生活區(qū)。由于該街區(qū)同時包含道路、綠地、建筑、公共活動開敞空間和場地等多元空間信息，道路網(wǎng)系統(tǒng)高度密集，其路網(wǎng)密度為21.78 km/km2，具有較強的空間可達(dá)性，且不拘泥于單一功能街區(qū)的形態(tài)，屬于多種類型、功能復(fù)合的街區(qū)，因此具有一定的研究意義。

圖1 研究區(qū)域及區(qū)域內(nèi)小區(qū)點位置Fig.1 Study area and location of residential areas in the study area

圖2 街區(qū)內(nèi)用地性質(zhì)分布圖Fig.2 Land use in the block

3 研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來源及處理

本文主要借助Google、OSM地圖信息平臺獲取城市行政邊界、街區(qū)信息、交通路網(wǎng)等其他相關(guān)城市空間數(shù)據(jù)，結(jié)合遙感影像資料，通過AutoCAD和ArcGIS軟件技術(shù)進(jìn)行圖形的處理和繪制，經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、空間校正、地理配準(zhǔn)等方法，進(jìn)行完善和整理，篩選出可利用的相關(guān)信息。同時在ArcGIS平臺內(nèi)進(jìn)行形態(tài)指標(biāo)的賦值和屬性定義，進(jìn)一步建立基礎(chǔ)形態(tài)數(shù)據(jù)庫，繼而進(jìn)行形態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)的提取、統(tǒng)計和分析。

3.2 指標(biāo)測度模型構(gòu)建

評價體系以“緊湊度”評價識別為基礎(chǔ)。英國學(xué)者波頓（Burton）曾對城市緊湊度的評價指標(biāo)進(jìn)行探究，認(rèn)為高密度的建筑是緊湊城市形成的最重要的空間形態(tài)，容積率則代表了地塊開發(fā)的程度，與街區(qū)緊湊形態(tài)的形成息息相關(guān)。針對以上特點，結(jié)合高密度居住街區(qū)核心概念，根據(jù)定量分析的原則，從平均層數(shù)（Average Layer，AL）、建筑覆蓋率（Building Density Ratio，BDR）、容積率（Floor Area Ratio，F(xiàn)AR）和開敞空間率（Open Square Ratio，OSR）4個指標(biāo)因子構(gòu)建緊湊度測度模型。

3.3 空間相關(guān)性檢驗

評價體系中，為探求各評價因子之間的空間相關(guān)性，采用全局莫蘭指數(shù)對其進(jìn)行檢驗，主要統(tǒng)計相鄰的空間分布對象屬性取值之間的關(guān)系，范圍為[-1，1]，如果高值與高值聚集在一起，低值與低值聚集在一起，則為“空間正相關(guān)”。反之，則為“空間負(fù)相關(guān)”。越接近-1和1，就表明空間相關(guān)性越強，0表示該屬性值不存在空間相關(guān)性。其計算公式如下：

式中：n為指標(biāo)點數(shù)目；yi和yj分別為空間對象在第i和第j點的屬性值；w為空間權(quán)矩陣。根據(jù)正態(tài)分布檢驗值，當(dāng)Z得分處于-1.65—1.65之間，在統(tǒng)計上呈現(xiàn)隨機(jī)分布的趨勢；反之如果Z得分大于1.65（或小于-1.65），表明區(qū)域之間的空間正相關(guān)（或負(fù)相關(guān)）具有顯著意義。

從測定結(jié)果來看（見表1），可以發(fā)現(xiàn)全局莫蘭指數(shù)均大于0，且Z得分均大于1.65，數(shù)據(jù)聚集的可能性大于隨機(jī)分布的可能，且4個指標(biāo)因子之間存在空間正相關(guān)關(guān)系，符合緊湊型街區(qū)的特征，且能夠顯著拒絕零假設(shè)。

表1 各個指標(biāo)的空間自相關(guān)檢驗結(jié)果Tab.1 Spatial autocorrelation test results of various in dicators

3.4 數(shù)據(jù)歸一化

由于評價體系中各指標(biāo)因子量綱不同，借助GIS平臺，利用重分類工具將各單因子去綱量化，進(jìn)行歸一化處理，并按1—10級采取自然間斷分級法（Jenks）進(jìn)行量化分級。

3.5 權(quán)重計算

為準(zhǔn)確判斷各類別因子對其形態(tài)的影響程度，本文采用層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP），參考相關(guān)文獻(xiàn)以及專家打分法，運用Saaty9級標(biāo)度法進(jìn)行賦值，構(gòu)建判斷矩陣，并對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗，公式如下：

式中：CR表示一致性檢驗比例；CI；RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)。通過以上公式可以計算出上述判斷矩陣的一致性比例為0.0077，通過一致性檢驗，具體指標(biāo)詳見表2。

表2 街區(qū)緊湊度評價矩陣及因子權(quán)重Tab.2 Evaluation matrix of block compactness and factor weights

其中W1、W2、W3、W4分別代表平均層數(shù)、建筑覆蓋率、容積率和開敞空間率的加權(quán)影響系數(shù)。可以看出，建筑覆蓋率對于街區(qū)形態(tài)的影響程度最大，其次為開敞空間率，影響最小的為平均層數(shù)。由此，街區(qū)緊湊度指數(shù)（Residential Compact Index，RCI）公 式如下：

3.6 評價方法

本文采用綜合評價指數(shù)法，以80 m×80 m的漁網(wǎng)網(wǎng)格為數(shù)據(jù)單元，借助ArcGIS地理信息系統(tǒng)對各項評價指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行空間疊加，由此計算出研究區(qū)內(nèi)緊湊度指數(shù)，并對其空間分布規(guī)律進(jìn)行量化描述。

4 結(jié)果與分析

4.1 指標(biāo)因子分析結(jié)果

本文按照定量分析的原則，借助ArcGIS中的漁網(wǎng)工具，將居住街區(qū)分為80 m×80 m的網(wǎng)格，共708個。再通過提取街區(qū)內(nèi)建筑物質(zhì)心點與生成的漁網(wǎng)做相交分析，對街區(qū)內(nèi)的形態(tài)進(jìn)行展現(xiàn)。

在平均層數(shù)這一指標(biāo)中，其界定直接影響到住區(qū)的空間容量。結(jié)果顯示，該研究區(qū)北部以高層建筑為主，南部多層建筑占比較大。較為符合新版居住規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)中建筑高度不超80 m的要求；其次為25—40層，占比13.8%。其高度較為明顯的地區(qū)主要集中于地塊北部，分布于長白中路北側(cè)的萬科城小區(qū)、格林玫瑰灣小區(qū)以及南側(cè)的格林生活坊小區(qū)，平均層數(shù)為32層，最高為40層的匯錦金融中心；其次為南京南街東側(cè)的中海國際社區(qū)以及恒大半島天境小區(qū)，平均層數(shù)為30層。這是由于該地塊位于渾河南岸，其昂貴的地價促使建筑集約式發(fā)展。

容積率是地塊內(nèi)總建筑面積與用地面積的比值，反映建筑空間環(huán)境的密度狀況，且通常二者呈正相關(guān)關(guān)系，建筑容積率高的地區(qū)其環(huán)境密度也較高。在規(guī)劃與建筑設(shè)計研究領(lǐng)域，認(rèn)定評價密度高的標(biāo)準(zhǔn)為：容積率高于1.6為高密度。在這一指標(biāo)中，整個地塊的容積率平均值為2.51。包括道路及未建設(shè)用地在內(nèi)，0.000000—0.760044這一區(qū)間所占比例最大，高達(dá)41.8%，主要集中于南京南街西側(cè)，分布有和眾人口文化公園和周邊教育類設(shè)施；南堤西路的西側(cè)有大面積未建設(shè)用地以及地塊南側(cè)的中海龍灣小區(qū)，其建筑層數(shù)都較低，總建筑面積較小，故容積率較低；其次為容積率在0.76—2.13區(qū)間，占比25%，主要集中于長白中路北部的格林觀堂小區(qū)，南側(cè)的銀河灣家園、天河家園以及和泓國際小區(qū)。除維華商業(yè)廣場等商業(yè)用地，其他區(qū)域容積率值較為適中，小區(qū)內(nèi)建筑物分布較為均勻，層數(shù)設(shè)置也較為合理，這無疑為社區(qū)內(nèi)居民的生活帶來了較好的感受和體驗，增強了居民之間的信息交流。

建筑覆蓋率不僅能夠反映住區(qū)內(nèi)建筑物的密集程度，還可以反映出住區(qū)的土地利用效率。隨著住區(qū)功能逐漸多樣化、混合化和綜合化，該地區(qū)的建筑覆蓋率較為均勻，平均值為15.5%，且數(shù)值在30%以下的地塊占比84%，可以得出該地區(qū)在城市用地的擴(kuò)張上發(fā)展較為充分，土地利用率較高，具有均質(zhì)化特征。這主要是由于長白居住地塊開發(fā)年份較晚，且該地塊南北鄰水，區(qū)位因素較為優(yōu)越，建設(shè)的高檔小區(qū)數(shù)量也較多，對于居住小區(qū)建設(shè)的指標(biāo)也越來越嚴(yán)格，但也存在分布較為密集的小區(qū)，主要位于北部的遠(yuǎn)洋和平府小區(qū)及中部華潤幸福里小區(qū)，覆蓋率平均值可達(dá)50%。

開敞空間率這一指標(biāo)對于整個社區(qū)的鄰里交往氛圍的營造以及活化閑置空間等都有一定的積極意義。其與建筑覆蓋率指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)，開敞空間率越大，地塊內(nèi)的建筑覆蓋率就越低。此次分析可得出，除主要道路和南堤西路旁的未開發(fā)用地外，該地區(qū)的開敞空間率平均值為70.2%，說明其開敞空間及景觀綠地等開發(fā)建設(shè)較為人性化，在一定程度上能夠滿足社區(qū)居民的心理需求，提供相應(yīng)的日?；顒涌臻g和生活服務(wù)。從圖3中可看出長白四街西側(cè)的地塊開發(fā)較東側(cè)更為充分，主要因為西側(cè)開發(fā)小區(qū)數(shù)量較多，而東側(cè)集中于南部的中海國際社區(qū)與恒大半島社區(qū)。

圖3 平均層數(shù)、建筑覆蓋率、容積率和開敞空間率的分析結(jié)果Fig.3 Analysis results of AL,BDR,FAR,and OSR

4.2 街區(qū)緊湊度模型結(jié)果分析

在上述研究基礎(chǔ)上，為更加系統(tǒng)綜合地評價街區(qū)的緊湊度指數(shù)并進(jìn)行分析，借助GIS平臺，利用重分類工具將各單因子值去綱量化，進(jìn)行歸一化處理，按1—5級采取自然間斷分級法進(jìn)行量化分級，再通過屬性字段的加權(quán)計算工具對各個形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)疊加，得到街區(qū)緊湊度的總體分布圖（見圖4），該圖反映了街區(qū)內(nèi)緊湊度的高低。

圖4 區(qū)域內(nèi)緊湊度指數(shù)評價結(jié)果Fig.4 Evaluation results of the compactness index in the region

可以看出，該地區(qū)范圍內(nèi)緊湊度指數(shù)平均值為37.7，其中，除主要道路和未開發(fā)用地，整個地塊的緊湊度主要集中在37.075485，占整個地塊的43.8%，與均值相差無幾。但同時也存在指數(shù)較高的區(qū)域，位于三好橋北側(cè)的麗灣國際小區(qū)和南京南街東側(cè)的維華商業(yè)廣場區(qū)域，緊湊度指數(shù)分別為59.7和72.0。這主要是由于臨街城市快速路，周邊的商業(yè)服務(wù)類設(shè)施較為齊全，其他教育類、生活服務(wù)類設(shè)施分布都較為密集，在空間上反映不同層面的社會經(jīng)濟(jì)需求。數(shù)值較低的是位于南部的銀河灣家園及恒大半島社區(qū)，緊湊度較為均一，無明顯多樣化特征（見圖5）。

圖5 地塊三維立體化形態(tài)圖Fig.5 Three-dimensional morphology of the area

5 結(jié)論

本文基于緊湊型住區(qū)的指導(dǎo)思想，從中微觀視角出發(fā)，選取沈陽市長白街區(qū)地塊進(jìn)行空間形態(tài)的量化分析，構(gòu)建緊湊度測度模型，并使用緊湊度指數(shù)來刻畫地塊內(nèi)的高密度形態(tài)。研究結(jié)論如下：

（1）通過對平均層數(shù)、建筑覆蓋率、容積率和開敞空間率指標(biāo)進(jìn)行量化分析，發(fā)現(xiàn)除未開發(fā)用地外，研究區(qū)內(nèi)平均層數(shù)均值為13層，且北部及東南部區(qū)域建筑高度差異化較為明顯，容積率均值在2.51，建筑覆蓋率與開敞空間率的分布有較強的隨機(jī)性，說明該研究區(qū)富有潛在性社會活力，能較大程度上滿足高品質(zhì)的居住和生活需求。

（2）通過對4個指標(biāo)進(jìn)行空間自相關(guān)檢驗，結(jié)果顯示平均層數(shù)呈現(xiàn)的集聚性特征最為顯著，約為開敞空間率的2倍，其次為容積率，建筑覆蓋率與緊湊度相關(guān)性最弱。表明該研究區(qū)在建筑高度控制上較為良好，呈現(xiàn)較好的連通性特征，同時也大大提升了土地利用效率。

（3）基于“緊湊度測度模型”的建立，可以發(fā)現(xiàn)該研究區(qū)整體上呈現(xiàn)高密度的形態(tài)特征，總體趨勢是“西北—東南高，西南較低”。由于該區(qū)域為沿河地帶，其建設(shè)考慮到沿河天際線及城市風(fēng)貌，因此城市用地都較為緊湊，土地利用率較高，使其發(fā)揮了較大的開發(fā)價值。這不僅有利于實現(xiàn)住區(qū)資源環(huán)境的合理分配，減少浪費，而且可以為居民提供高效、高品質(zhì)的生活空間，從而加強整個地區(qū)的集聚效應(yīng)，在保障生態(tài)效益的同時促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益的提升，實現(xiàn)城市的健康持續(xù)發(fā)展。

綜上所述，沈陽市長白街區(qū)處于存量更新的階段，面向高密度、集約化方向發(fā)展仍有較大提升空間；同時要結(jié)合以人為核心的新型城鎮(zhèn)化建設(shè)，綜合考慮居住街區(qū)建設(shè)的適宜尺度及空間，有利于促進(jìn)城市更加緊湊、綠色地發(fā)展和富有活力。

本文系統(tǒng)分析了高密度居住街區(qū)空間形態(tài)的量化特征，建立了定量研究的測度模型和住區(qū)空間形態(tài)定量化研究框架，不僅考慮了住區(qū)的內(nèi)部物質(zhì)空間環(huán)境，而且融入了對三維立體空間使用的思考。這對未來城市居住空間的形態(tài)學(xué)研究提供了一定的理論基礎(chǔ)，也為居住空間品質(zhì)的提升提供了依據(jù)，同時也為其他城市，尤其是北方地區(qū)的居住街區(qū)規(guī)劃管控提供了參考。由于城市系統(tǒng)的復(fù)雜性和資料收集的局限性，本文缺乏對城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會文化要素的探討，對街區(qū)緊湊度的影響有待深入研究。