潘文特，梅洪元,2，費 騰,2

(1. 黑龍江省寒地建筑科學重點實驗室(哈爾濱工業(yè)大學建筑學院)，哈爾濱，150001；2. 哈爾濱工業(yè)大學 建筑設計研究院，哈爾濱，150090)

1 全景敞視及相關研究

全景敞視啟蒙于17世紀人們對于監(jiān)禁機制的探索. 在面對當時西方社會中大量的犯罪問題時，英國社會改革家杰里米·邊沁(Jeremy Bentham)[1]構想出一種能夠進行高效監(jiān)禁的監(jiān)獄模型：監(jiān)獄成圓形平面構圖，四周是一圈彼此相互隔離的囚禁室，監(jiān)獄中心是一個瞭望塔，囚禁室是光亮的，瞭望塔是黑暗的. 這種設計方式使得囚犯的行為能夠被監(jiān)獄中心的獄警看到，而獄警的行為不會被囚犯看到，因此囚犯不得不時刻擔心自己的行為被獄警觀察. 由于采用圓形構圖，該類型監(jiān)獄被稱為“圓形監(jiān)獄”[2](圖1)，位于古巴的新赫羅納監(jiān)獄(Presidio Modelo)是圓形監(jiān)獄的典型代表(圖2). 1975年，法國哲學家米歇爾·福柯(Michel Foucault)[3]在《規(guī)訓與懲罰》一書中針對圓形監(jiān)獄提出了全景敞視概念，即一種通過巧妙設計使權力運作變得更加便捷、高效的機制. ?？耓4]認為人與人之間的視線是一種微權力的體現，當一個人被另外一個人注視時，視覺受體的行為會被影響，并且自發(fā)地表現出對于視覺微權力的避免和反抗. 在圓形監(jiān)獄中，利用全景敞視作用，隱藏的獄警能夠無時無刻對犯人施加微權力，使得犯人在監(jiān)獄中約束自己的行為. 在當代社會中，圓形監(jiān)獄不止是一個建筑實體，更是一種空間原型，是一種可以通過微妙的看不見的力量來實現便捷、高效的權利運作的機制[5].

建筑集群是城市中由多個相鄰建筑共同構成的空間集合，建筑集群具有人口密度大、社會活動密集、外部空間較為私密的特點，諸多犯罪行為在建筑集群中發(fā)生. 繼1975年?？绿岢鋈俺ㄒ曋?一些學者將全景敞視引入建筑集群的研究中. 1993年希利爾(Hillier)[6]論述了環(huán)境中視線對人的自然活動影響，通過視覺深度分析(VGA)，構建了視線與行為的關聯關系；2002年卡蒂亞爾(Katyal)[7]進一步將全景敞視引入到城市犯罪行為的研究中，提出通過環(huán)境減少犯罪的設計策略(CPTED)，將由環(huán)境自發(fā)產生的全景敞視作用定義為自然監(jiān)控(nature surveillance)，卡蒂亞爾認為自然監(jiān)控是通過環(huán)境減少犯罪的有效策略之一；2013年，勇(Yong)[8]對建筑集群中的全景敞視作用進行分類，從分區(qū)、圍合、功能、層級4個層面對環(huán)境中的監(jiān)控模式進行研究，提出環(huán)境安全提升策略. 在我國全景敞視作用同樣受到關注，近些年隨著環(huán)境行為學的發(fā)展，相關研究逐漸涌現. 2008年王輝[9]對我國古代行政空間中的全景敞視作用進行了研究，建立了空間、表征、規(guī)訓之間的聯系；2011年，黃耿志[10]對城市中攤販空間的規(guī)訓機制進行了研究，利用建筑物所形成的全景敞視作用，實現攤販的高效管理.

圖1 圓形監(jiān)獄圖紙

圖2 新赫羅納監(jiān)獄內部

從既往研究中能夠發(fā)現，全景敞視作用作為一種有效的社會機制，能夠通過空間形態(tài)規(guī)訓人的行為. 合理利用全景敞視作用，能夠有效提升城市安全. 然而在這些研究中，對于全景敞視作用多為理論層面的討論，偏向定性分析，相對缺乏定量計算，這使得設計師在實際操作的過程中，難以得到相對準確的設計依據，缺乏把控性，因此將全景敞視作用進行量化成為亟待解決的問題. 通過量化能夠更加理性地評價建筑集群中全景敞視作用強度，對視覺安全程度進行準確判斷；同時能夠計算建筑集群中全景敞視作用盲點，確定相對的安全薄弱區(qū)域，為進一步增強安全措施提供靶向目標.

2 建筑集群全景敞視作用原理及類型

2.1 建筑集群全景敞視作用原理

如前文所述，全景敞視作用是由建筑集群中“隱形”的監(jiān)控者對于被監(jiān)控者的微權力作用，在當代社會中，這種“隱形”的監(jiān)控者并非是專職人員，而是由處于建筑集群中的普通民眾擔任，這種全景敞視作用遍布整個建筑集群空間之中，因此全景敞視作用泛化為一種建筑集群空間單元之間的視覺作用，即建筑集群中某一空間單元與其他空間單元的視覺關聯程度(圖3). 在同一建筑集群中，與其他空間單元視覺關聯越密切的空間單元被“觀察”的概率值越高，受到全景敞視作用越強；與其他空間單元視覺關聯越疏遠的空間單元被“觀察”的概率值越低，受到全景敞視作用越弱. 因此通過這種方式，可以將建筑集群中監(jiān)控者與被監(jiān)控者的全景敞視作用在空間維度上投影成為一種空間單元與整體空間網絡的視覺關聯程度，使得全景敞視作用可以被賦值量化.

圖3 空間單元全景敞視作用程度決定機制

2.2 建筑集群全景敞視的兩種類型

在建筑集群中主要存在兩種全景敞視作用：一種源自場地之上的，受到廣場或街道上活動人群的視覺作用；另一種源自建筑界面，受建筑內部人群視覺作用. 在建筑集群中，兩種類型同時作用，共同影響建筑集群的公共安全.

1)場地全景敞視作用. 在建筑集群圍合成的廣場或街道上有一定的活動人群，這些人群可以對特定空間單元進行隨機性的觀察，因此這些人群與特定空間單元存在不定時監(jiān)控關系，構成場地全景敞視作用. 為計算場地全景敞視作用，可以將整體場地劃分為若干空間單元，通過與特定空間單元視覺相連的其他空間單元個數來對其進行量化(圖4).

2)界面全景敞視作用. 界面全景敞視來自建筑集群中的建筑的表面，處于建筑內部的人群能夠對場地中特定空間單元進行觀察，并且該觀察行為不易被看到，進而產生界面全景敞視作用. 對于界面全景敞視作用可以通過特定空間單元在周圍界面上的可視面積來實現量化(圖5).

圖4 不同位置空間單元所受場地全景敞視作用

圖5 不同位置空間單元所受界面全景敞視作用

3 建筑集群全景敞視模型構建

由于在建筑集群中存在兩種類型的全景敞視作用，并且可以將這兩種作用轉化為空間單元之間的關聯問題，因此通過建立空間單元之間的視覺關聯模型，可以實現建筑集群全景敞視作用的量化. 對于場地全景敞視作用，可以采用希利爾[11]空間句法中的可視度分析(VGA Analysis)對其量化；對于界面全景敞視作用，可以通過全球地理信息系統(tǒng)(GIS)中的視域分析工具(VIEWSHED TOOL)進行量化.

3.1 基于可視度的場地全景敞視模型建構

可視度是用來描述個體空間在整體空間網絡中被觀察的難易程度的概念. 基于空間句法理論[11]，2001年Alasdair Turner[12]首次提出可視度的概念，并且通過可視分析方法對可視度加以描述. 可視度能夠有效地反映出建筑集群中單一空間所受到的全景敞視作用強度. 本文將建筑集群外部空間分隔為空間單元，通過計算空間單元的可視度來量化全景敞視作用.

可視度模型的建立是通過構建空間單元拓撲網絡實現的. 可將空間進行柵格化處理，每一個柵格作為一個空間單元. 在整體空間單元網絡中，假定有一個空間單元i，其視距深度可以用能夠看到該空間單元i的其他空間單元數量總和來定義空間單元的可視度,即

Ci=∑Vj∈V(Γi).

(1)

其中：Ci為空間單元的可視度值；V(Γi)為對空間單元i無遮擋的全部空間單元集合；Vj為對空間單元i可視的空間單元集合.Vj中的可視空間單元需滿足與空間單元i在距離上小于最大可視距離，即：

(2)

其中：Xj為網絡中空間單元j的橫坐標值；Yj為網絡中空間單元j的縱坐標值；Xi為網絡中空間單元i的橫坐標值；Yi為網絡中空間單元i的縱坐標值；dv為最大可視距離.

舉例說明，假設有4個空間單元，分別是A,B,C,D,圖6中連線表示空間單元之間可見關系. 通過計算可知，D空間可以被3個空間觀察到，可視度為3，A,B可以被2個空間觀察到，可視度為2，C可以被一個空間觀察到，可視度記為1(表1). 依據希利爾[13]空間句法理論可視空間單元總數越多，空間單元可視度值越大，代表其全景敞視作用越大，在整體網絡中其越容易被觀察，通過該方法能夠實現對場地全景敞視的量化.

3.2 基于視域的界面全景敞視模型建構

視域分析是一種針對特定點群計算可見范圍的分析方法，可以通過地理信息系統(tǒng)(GIS)中的視域工具(VIEWSHED TOOL)實現，2017年塞維利亞(Cervilla)[14]對該方法進行了系統(tǒng)論述. 通過視域分析能夠計算建筑界面與空間單元的可視區(qū)域并計算出空間單元的視域面積，該視域面積能夠量化空間單元受到界面全景敞視作用強度. 在ArcGIS視域工具中，一個或者多個點可以作為該工具的輸入條件，作為輸出結果，每一個點的視域范圍會被標定出來. 視域分析工具將空間點與環(huán)境柵格文件中的每一個像素點進行連線，通過比較兩點距離及兩點連線與水平面的夾角來確定遮擋關系(圖7)，即：

di+1>di時，當tanβ>tanα，Pi+1點對P0點可視，當tanβ≤tanα，Pi+1點對P0點不可視. 其中：di+1為Pi+1到P0的距離；di為Pi到P0的距離；α為Pi+1與P0連線與水平面的夾角；β為Pi與P0連線與水平面的夾角.

圖6 空間單元的視覺關聯

表1 空間單元的視覺拓撲深度

圖7 視域分析中的遮擋關系[15]

2011年塔貝克(Tabik)[16]論述了視域分析方法，本文在視域分析中將空間點為空間單元的幾何中心,將建筑集群建筑三維模型的柵格文件作為分析環(huán)境條件,計算出對空間單元可見的建筑集群界面柵格數量，從而實現界面全景敞視作用的量化.

3.3 空間單元尺度及可視距離確立

在場地全景敞視模型和界面全景敞視模型中，空間單元是進行分析的基礎，確定空間單元的尺度是進行分析的先決條件. 在本研究中，依據人體在三維空間中活動尺度大小，綜合考慮研究對象的整體尺度及實際運行計算的可行性，將可視度分析中建筑集群中的基本單元尺寸定位2 m*2 m.

全景敞視作用主要依靠視線，視線成為關鍵要素. 在建筑集群中視線受到多重要素的影響，其中包含實體要素和視覺要素(圖8). 首先實體要素包含建筑物、景觀樹木、構筑物等，可以對視線產生的遮擋，減小空間單元的可視范圍. 其次人眼視覺的范圍受到如距離、角度、空氣能見度等多種要素共同影響，變化性強. 為進行全景敞視作用量化，需要對這些影響要素控制變量. 2011年，施特拉斯布格爾(Strasburger)[17]對人視距離進行研究，提出視距與清晰程度的比例關系，本研究中以此為依據，將人眼的可視距離定為30 m，該距離作為建筑集群中2個空間單元之間具有全景敞視作用的前提條件. 值得注意的是，30 m僅作一般條件下的人眼視覺范圍，該距離須根據具體案例研究中的場地條件進行調整.

圖8 影響空間單元可視的要素

4 建筑集群全景敞視作用綜合計算——以夏洛茨維爾中心區(qū)為例

本文選取美國弗吉尼亞州夏洛茨維爾(Charlottesville)的城市中心區(qū)作為研究案例(圖9). 夏洛茨維爾城市中心是2017年騷亂事件的發(fā)生地，該區(qū)域數據較為完整，為研究分析提供了較好數據基礎. 本研究中的分析通過GIS平臺進行，GIS能夠有效地進行空間數據的收集、篩選、分析和可視化處理. 建筑集群外部空間由建筑物及景觀構筑物圍合而成，這些所需要的基礎數據可以通過夏洛茨維爾的GIS Database 數據庫獲取，該數據庫較為準確地整理了夏洛茨維爾中心區(qū)的建筑輪廓的polygon數據. 基于建筑集群中2 m*2 m基本單元尺寸，針對建筑數據，為簡化模型便于計算將相臨間距小于2 m的建筑合并為一棟整體建筑計算；針對景觀數據，僅考慮最大平面長度大于2 m的景觀元素. 將篩選處理后的建筑輪廓和景觀輪廓合并后，可獲得用于分析的建筑集群外部空間輪廓(圖10).

4.1 場地全景敞視作用計算

提取建筑集群外部空間輪廓數據后，結合前文所述的場地全景敞視模型，將建筑集群外部空間進行柵格處理，形成2 m*2 m柵格網絡，網絡中的每一個柵格為基本空間單元. 通過計算空間中與某一柵格視覺關聯的其他柵格數量，來確定該柵格的可視性數值，利用計算機對場地內全部每柵格的可視性進行計算，獲得場地的可視性分析圖像(圖11). 具體計算可以通過空間句法軟件Depthmap中的視覺深度分析工具(Visibility Graph Analysis Tool)實現，并得到可視性分析結果.

圖9 美國夏洛茨維爾中心區(qū)

圖10 通過GIS系統(tǒng)整理的建筑輪廓

圖11 場地全景敞視作用計算結果

在計算結果中，紅色區(qū)域表示具有較高可視性的空間單元，受到場地全景敞視作用相對較強；藍色區(qū)域代表具有較低可視性的空間單元，受到場地全景敞視相對較弱. 該圖能夠整體反映研究區(qū)域的場地全景敞視作用情況.

4.2 界面全景敞視作用計算

對于界面全景敞視作用的分析，同樣基于2 m*2 m的柵格網絡單元. 通過計算以每一個柵格中心點為球心，以人眼視覺距離(30 m)為半徑的球體，在建筑集群界面中的投影面積來確定該柵格受到的界面全景敞視作用強度. 具體操作可以通過ARCGIS中的柵格轉化點工具(Raster to point)將外部空間的輪廓柵格數據轉換為點群數據，并將得到的點群數據進行視域分析，獲得點在建筑集群界面上投影面積的數值，形成界面全景敞視量化結果.

圖12為柵格網絡的界面全景敞視作用量化結果的可視化圖像. 圖中紅色區(qū)域表示在建筑界面中有較高視域的空間單元，受到界面全景敞視作用較強；圖中藍色區(qū)域代表在建筑界面中具有較低視域的空間單元，受到界面全景敞視作用較弱.

圖12 界面全景敞視作用計算結果

4.3 計算結果的討論

通過對建筑集群全景敞視作用的量化，能夠更加準確地解讀建筑集群中全景敞視作用，從計算結果中能夠發(fā)現：

1) 建筑集群相對中心區(qū)域所受的場地全景敞視作用強于相對邊緣的區(qū)域.

2) 建筑集群中廣場區(qū)域所受的場地全景敞視作用較強；建筑體量和街區(qū)尺度相對大的區(qū)域受到場地全景敞視作用較強.

3) 建筑內部庭院和狹窄街道所受到的場地全景敞視作用較弱.

4) 建筑集群中廣場區(qū)域所受到界面全景敞視作用明顯大于街道區(qū)域.

5)對于面積相對較大的廣場區(qū)域，其中心區(qū)域受到的界面全景敞視作用小于次中心區(qū)域；建筑密度較高的區(qū)域受到界面全景敞視作用較強.

6) 建筑邊緣處界面全景敞視作用相對較弱.

5 結 論

本文從圓形監(jiān)獄切入，對米切爾·福柯的全景敞視理論進行了闡述，并以建筑視角對其進行解讀，建立了全景敞視與建筑集群安全的聯系，明晰了視線是一種能夠影響犯罪者行為的微權力. 通過對全景敞視作用原理的剖析，將人與人之間的視覺作用轉化為空間單元之間的可視關系，并將建筑集群中全景敞視作用歸納為場地和界面兩種類型. 以GIS為分析平臺，通過可視性分析和視域分析工具建立了建筑集群全景敞視模型，實現對建筑集群全景敞視作用的量化. 在城市設計實踐過程中，設計師能夠利用全景敞視量化模型，對設計方案進行分析計算，評測其在全景敞視作用下的安全程度，通過對建筑形態(tài)的調整，設計師能夠實現對全景敞視作用的整體把控. 另外，在既有城區(qū)的安全改造方面，可以通過全景敞視模型對目標區(qū)域進行分析，將全景敞視作用相對薄弱的區(qū)域提取出來，為進一步增強安全措施提供靶向目標，為提升城市公共安全打下基礎.