空間句法在開封市區(qū)路網(wǎng)空間結構中的應用

徐 沖，田 源

（河南大學環(huán)境與規(guī)劃學院，河南開封 475004）

空間句法在開封市區(qū)路網(wǎng)空間結構中的應用

徐 沖，田 源

（河南大學環(huán)境與規(guī)劃學院，河南開封 475004）

基于空間句法模型中的整合度指標計算，借助Arcview與ArcGIS軟件的計算和空間分析功能，分析開封市區(qū)路網(wǎng)空間的可達性和可達性區(qū)域的空間分布特點，對存在問題予以歸納，提出相應的調(diào)控建議。

空間句法；空間路網(wǎng)結構；開封市區(qū)

目前，我國城市化進程已經(jīng)進入了快速發(fā)展階段，城市人口爆發(fā)式的增長導致城市問題的大量出現(xiàn)，如城市功能布局紊亂、人口超密聚集、住房和基礎設施嚴重不足、交通問題、環(huán)境問題等[1]。其中城市交通作為城市形態(tài)的“骨骼”，它的發(fā)展合理與否將直接影響著城市的方方面面，因此城市科學規(guī)劃和管理迫切需要定量化地研究城市交通網(wǎng)絡。作為七朝古都歷史文化名城的開封在進入新千年后，積極融入?yún)^(qū)域的整體發(fā)展戰(zhàn)略，尤其是在“鄭汴一體化”快速推進下，古城迎來了新的發(fā)展機遇，城市進入了快速發(fā)展階段。因此，以古城開封的交通作路網(wǎng)現(xiàn)狀為研究對象具有典型意義。

1 空間句法模型

1.1 空間句法模型簡介

“句法”[2]源于西方語言學的一個基礎概念，其含義是不同單詞或詞組間排列只有通過內(nèi)在排序規(guī)則才能構成完整的語句，形成語句所要表達的內(nèi)涵，這種內(nèi)在規(guī)則就稱為句法。在形態(tài)學的研究發(fā)展過程中，就將句法與空間概念進行結合，認為“空間句法”代表構成空間整體的空間分割單元及單元聯(lián)合體之間的聯(lián)系、組合規(guī)律和法則。

空間句法模型是一種描述現(xiàn)代城市模式的新的“計算語言”，是進行城市空間結構分析的理論和工具，可以對具有社會意義的空間構成關系進行量化分析，是一種重要的空間描述手段和情境分析方法，被廣泛用于探討城市形態(tài)與功能之間的關聯(lián)[3]。學術界一致認為，空間句法分析對于經(jīng)由漫長的歷史演化過程發(fā)展起來的城市更為有效[4]，國內(nèi)的一些學者亦將其嘗試性地應用于復雜的綜合性規(guī)劃實踐當中?？臻g句法作為一種獨特的空間分析理論和方法，在過去的30年里取得了巨大的成就，它能夠充分實現(xiàn)地理學宏觀思想與交通、建筑設計的微觀領域融合，實現(xiàn)交通網(wǎng)絡和城市形態(tài)的定量化研究，因此被廣泛的運用于研究城市交通網(wǎng)絡和城市空間形態(tài)[5]。

1.2 空間句法的原理

空間句法模型的基本觀點認為：任何一個城市系統(tǒng)都由兩部分組成,即空間物體和自由空間?？臻g物體主要是建筑物，而自由空間是指由空間物體隔開的、人可以在其中自由活動的空間。自由空間具有連續(xù)性特征，即從任何一點可以到達空間的任何其他點；自由空間是一個非常重要的概念，有時又叫開空間，空間句法著眼于自由空間的表示[6]。

基本原理是在明確研究區(qū)域之后，需要對研究區(qū)域空間范圍進行分割，按照一定規(guī)則把大尺度空間劃分成小尺度空間單元或單元聯(lián)合體。基于基本分割單元或模型的維度不同，空間分割的方法可以選擇軸線法、凸多邊形法和視區(qū)法3種。

以城市內(nèi)部路網(wǎng)作為研究對象，由于城市內(nèi)部建筑物密度較大，一般選用軸線法進行空間的分割，具體步驟為:先畫一條最長的軸線來代表一條街道，然后畫第二長的軸線與第一線相交，依次直至整個自由空間或者街道網(wǎng)由一系列軸線連接，所畫的軸線圖稱作軸線地圖。也就是說，軸線地圖是由最少數(shù)目的最長直線組成，這可以保證軸線圖可以代表城市形態(tài)的基本結構特征，然后再由得到的軸線圖進一步轉化生成連接圖。在這過程中忽略了道路的寬度以及道路兩側的土地使用性質(zhì)等幾何因素，只對其進行抽象簡化處理（見圖1）。

圖1圖件的轉換過程

1.3 空間句法變量指標及計算

空間句法模型主要有以下幾個形態(tài)變量：連接度Ci、控制度Ctrli、深度值Di、整體集成度RAi。

1）連接度 (Connectivity)。連接度Ci，計算公式為Ci=k，式中，k表示與第i個結點相連的結點個數(shù)；相應的Ci表征與第i個部分空間相交的其他部分空間數(shù)；Ci的計算較為方便，轉化為連接圖后，可從連接圖中可直接讀出。

一般認為，空間句法眾多的空間分析中最有效的是被稱為整合度（Integration）的指標，不同的空間具有不同的整合度值[3]，運用整合度分析城市道路形式的線性網(wǎng)絡，線段的整合度值越高，意味著它的可達性越強；反之，整合度值較低的道路，其可達性較差[7]。下面的實證研究都將以該指標來為研究基礎。

2 空間句法模型在空間路網(wǎng)中的應用

2.1 開封市區(qū)路網(wǎng)現(xiàn)狀分析

結合空間句法技術方法后的分析步驟如下：①軸線地圖的制作。選擇市區(qū)最新旅游地圖為底圖，結合內(nèi)部承擔主要交通功能的干路和部分支路作為路網(wǎng)系統(tǒng)的道路要素，提取道路網(wǎng)系統(tǒng)的結構圖。②利用Arcview 3.2中加載的Axwoman3.0模塊進行整合度指標運算，輸入開封市區(qū)的道路網(wǎng)系統(tǒng)結構圖，對生成的軸線地圖進行圖示分析，生成專題地圖（見圖2）；并將得到的市區(qū)道路網(wǎng)系統(tǒng)的整合度數(shù)值存入相應的數(shù)據(jù)庫文件（*.dbf）。③分析市區(qū)路網(wǎng)中道路整合度指標值的統(tǒng)計特征，獲取道路網(wǎng)系統(tǒng)通達性的結構特征。

圖2 道路網(wǎng)底圖生成整合度專題軸線地圖

從圖上可以看出：①市區(qū)道路網(wǎng)系統(tǒng)的軸線地圖中，整合度值較高的道路集中在舊城區(qū)區(qū)，城墻以內(nèi)最為突出。表明舊城區(qū)的道路承擔著開封市內(nèi)的主要交通流量負荷，西區(qū)目前仍是城市向外拓展的核心區(qū)域，承擔著市區(qū)內(nèi)部較大比重的過境來往交通流量，來自西區(qū)、東區(qū)的東西方向較高的交通流造成舊城區(qū)東西向交通走廊壓力很大。大梁路-西門大街-東西大街-新曹路，濱河路，向陽路-西司門街-省府街-寺后街-鼓樓街-汴京路、觀前街-大紙坊街-自由路等東西向干路的現(xiàn)狀交通承載量非常大，舊城區(qū)的通勤活動主要集中在這幾條交通干道上。由于開封市不同行政分區(qū)的功能定位過于單一、發(fā)展不夠均衡，東區(qū)突出工業(yè)區(qū)的生產(chǎn)功能，西區(qū)目前以較單純的居住生活功能為主，不同行政區(qū)的功能差別較大，產(chǎn)生了市區(qū)內(nèi)部較大的頻繁通勤交通流量，造成了舊城區(qū)道路網(wǎng)絡交通流量較大的局面，加重了市區(qū)內(nèi)部的交通壓力。②圖中市區(qū)道路網(wǎng)系統(tǒng)南北方向干路的交通承載情況，發(fā)現(xiàn)仍是舊城區(qū)內(nèi)的道路交通負荷量最重，區(qū)內(nèi)的解放大道、中山路的交通壓力非常大，舊城區(qū)南北城區(qū)之間的通勤流量主要集中在這兩條干路上；隨著居住人口密度的增加，黃河大街南端改造工程的竣工，這兩條南北向干路上的通勤壓力應該得到適度的緩解。③市區(qū)交通系統(tǒng)內(nèi)部的流量分配極不均衡。與舊城區(qū)繁重的區(qū)內(nèi)、過境交通壓力完全不同，西區(qū)內(nèi)部道路網(wǎng)連通性較好，但道路網(wǎng)的交通壓力實際情況并不大；通過現(xiàn)場踏勘發(fā)現(xiàn)，舊城區(qū)內(nèi)的人口密度雖然較高，但區(qū)內(nèi)道路網(wǎng)的交通運輸壓力較大程度上來自于其他區(qū)間的過境交通流，舊城區(qū)內(nèi)自身路網(wǎng)連通性較好，能夠滿足區(qū)內(nèi)基本通行需求。④受地形、鐵路、高速公路等客觀條件限制，城市形態(tài)呈東西帶狀分布，城市交通東西方向壓力較大，但目前東西方向能夠貫通的僅有東京大道，大梁路-西門大街-東西大街-新曹路以及宋城路-濱河路3條主干路。由于東京大道處在了道路網(wǎng)的最北端，所以通達性相對小于其余 2條。隨著鄭汴一體化建設，特別是汴西新區(qū)的建設，東西方向的交通需求將進一步增加，現(xiàn)有的通道服務水平將不足以支撐城市東西軸線的發(fā)展。

2.2 空間路網(wǎng)通達性插值分析

考慮到空間插值的均勻性、特征性、可行性等因素,選取已提取的開封市交通網(wǎng)絡中每條路段的中間點為空間插值的特征點,利用空間句法的變量指標中的整合度值對開封目前市交通網(wǎng)絡特征進行空間差值分析，利用已有數(shù)據(jù),在ArcGIS9.3中通過樣條插值法(Spline),得出開封市交通網(wǎng)絡和整合度指標值RAi的Grid專題圖像 (見圖3)。

圖3 整合度值的spline插值空間分布

2.2.1 開封市交通網(wǎng)絡空間通達性特征分析

整合度值可以較全面地評價空間網(wǎng)絡通達狀況,因此也在一定程度上表明城市人流、物流的空間分布趨勢[7]。根據(jù)整合度值 RAi的插值模擬空間分布圖（見圖3），開封交通網(wǎng)絡基本上以經(jīng)濟發(fā)展程度表現(xiàn)出差異性，與開封市目前的城市發(fā)展走向基本一致。首先舊城區(qū)交通網(wǎng)絡通達能力以馬道街、中山路、東西大街與寺后街所組成的商業(yè)街區(qū)為中心向四周遞減，西區(qū)以大梁門以西的西環(huán)路十字路口、黃河路十字路口為中心向四周遞減，與實際情況較為吻合。以上 2個區(qū)域整合度值明顯高于其他空間,表明這里是開封市交通網(wǎng)絡條件最優(yōu)的地帶,也是居民活動最劇烈的區(qū)域。其次，我們看到圖上A、B兩處明顯處于整合度最低值處，與周圍區(qū)域的整合度出現(xiàn)較大落差。A處為龍亭湖游覽區(qū)域，分布著龍亭公園、翰園碑林、天波楊府、清明上河園4處旅游景區(qū)；B處為包公湖游覽區(qū)，分布著包公祠、開封府景區(qū)，2處既有面積較大的湖泊，又有景區(qū)的阻隔，僅有環(huán)湖公路，缺少連同東西的道路，所以便導致這兩處整合度值較低。

2.2.2 開封市交通網(wǎng)絡存在問題

目前開封市區(qū)的交通路網(wǎng)干道整體表現(xiàn)為“六橫七縱”的路網(wǎng)，但從圖 3中可以明顯看出開封市區(qū)交通路網(wǎng)的問題：①由于A、B兩處的通達性受限，直接導致城市東西向交通壓力集中于大梁路兩側區(qū)域內(nèi)，尤其是大梁路上。隨著鄭汴一體化建設，特別是汴西新區(qū)的建設，東西方向的交通需求將進一步增加，現(xiàn)有的通道服務水平將不足以支撐城市東西軸線的發(fā)展。城市最北側的東京大道雖然在一定程度上緩解大梁路上的壓力，但由于其處在城市北部的最外緣，因此通達能力較弱，并未能有效地分擔大梁路區(qū)域的交通壓力。②空間句法只考慮道路的拓撲關系的通達性而未能考慮道路的實有寬度與路況的通達情況。道路通達性最高值的區(qū)域為舊城區(qū)的商業(yè)中心地帶，表示這一區(qū)域承受著巨大的交通流壓力。但這一區(qū)域的道路實際路況難以匹配，舊城區(qū)作為歷史文化名城的精華所在，改造的過程中步履艱難，尤其是道路的整改。

3 調(diào)控建議

通過對開封市區(qū)目前的交通路網(wǎng)的整合度分析的基礎上，得出以下結論：

1)由表1分析可得，路網(wǎng)整體的通達能力有待提升，尤其是通達性較高的路段數(shù)量有待提高。必須提高路網(wǎng)密度，合理的安排干道，支路與次干道之間布局，調(diào)整三者之間的比例，才能真正實現(xiàn)路網(wǎng)整體的通達能力的提高；

表1 開封市區(qū)道路網(wǎng)整合度指標值的分段統(tǒng)計

2)城市東西向交通流壓力較大，且過于集中于大梁路一線，建議在新一輪的城市規(guī)劃中新增東西向干道，例如可以將圖3中A處幾段東西向支路予以統(tǒng)一整改，形成一條新的貫穿城市東西的干道；

3)舊城區(qū)商業(yè)中心區(qū)域通道度雖高，但實際道路情況又難以支撐巨大的交通流，所以一方面對這一地區(qū)的道路情況進行整改，另一方面鑒于目前開封城區(qū)的人口分布與經(jīng)濟發(fā)展情況，應當在西區(qū)建設新的通達性高的商業(yè)中心區(qū)域，從根本解決舊城區(qū)商業(yè)中心區(qū)域的交通問題。

4展 望

從空間分析的角度上，空間句法提供了一種嶄新的空間視角，是基于圖論的表達方式。空間句法計算道路可達性只考慮道路的空間位置的拓撲位置關系，所以數(shù)據(jù)獲取容易，計算結果穩(wěn)定且可靠性高。但單從拓撲空間結構來分析路網(wǎng)通達性的模型方法，并不能完全反映現(xiàn)實情況。例如通過空間句法計算可以得出某一區(qū)域的可達性值，但現(xiàn)實中這一地區(qū)的通達性還與它本身的幾何屬性，如路面的整體情況，道路兩旁的用地類型的具體情況相關?？臻g句法不能當成解決交通問題的萬能解藥，必須秉持清醒的頭腦，在深刻的理論認識基礎之上，正確使用空間句法，在合適的范圍內(nèi)將其功效發(fā)揮到極致。

[1] 周春山.城市空間結構與形態(tài)[M].北京：科學出版社2007

[3] Hillier B.Space Is the Machine：A Configurational Theory of Architecture[M].Cambridge Cambridge University Press，1996

[2] Hillier B，Leaman A，Stansall P，etal.Space Syntax[J].Environmentand Planning B：Planning and Design,1976,3:147-185

[4] 段進，比爾·希列爾.空間研究3：空間句法與城市規(guī)劃[M].南京：東南大學出版社，2006

[5] 陳明星，沈非.基于空間句法的城市交通網(wǎng)絡特征研究-以安徽省蕪湖市為例[J].地理與地理信息科學，2005,21（2）：39-41

[6] 江斌，黃波.GIS環(huán)境下的空間分析和地學視覺化[M].北京:高等教育出版社,2002

[7] Hillier B，Hanson J.The Social Logic of Space[M].Cambridge：Cambridge University Press，1984

Research on Space Road Network of Kaifeng Based on the Model of Space Syntax

by XU Chong

The model of space syntax analysis is an objective method of analyzing road network.This paper analyzed the accessibility and the spatial distribution of accessibility regional of Kaifeng w ith the analysis functions of Arcview and ArcGIS.And then discussed the problem of Kaifeng road network and give some improvement measures.

space syntax，space road network，Kaifeng （Page:69）

F290

B

1672-4623(2011)02-0069-04

2010-09-17

項目來源：國家自然科學基金資助項目（40771065）；2010年度河南省政府決策研究課題資助項目（A238）。

徐沖，碩士，研究方向為城市區(qū)域綜合發(fā)展與RS、GIS應用研究。