基于空間句法的米脂縣城空間形態優化策略研究

黃嘉穎，劉業鵬，吳左賓

（1.西安建筑科技大學建筑學院，陜西 西安 710055；2.西安建筑科技大學城市規劃設計研究院，陜西 西安 710055）

當前，隨著我國經濟社會的快速發展，城市用地規模急劇擴張，原有的城市空間形態在城鎮化進程中不斷裂變，或快速蔓延不斷突破增長邊界，或囿于自然環境的限制采用組團式布局，這對于生態環境脆弱、用地資源緊缺的陜北黃土高原地區城鎮而言則影響更為顯著.米脂縣城隸屬于陜北榆林市，是黃土高原丘陵溝壑地區的典型城市，整個城區沿著東西兩側山體之間的溝壑川道縱向延伸發展，無定河南北向穿城而過，城區南北向主要軸線沿著銀州路發展，東西向主要軸線通過治黃路、銀河路搭橋跨河發展，商業中心則位于銀州路與治黃路交匯之處.由于經濟社會的快速發展，米脂縣城建設不斷擴張，已逐步將城區南部的臥虎灣片區和無定河以西的官莊片區等納入到建設區域中.面對快速的城市擴張以及空間發展，米脂縣城的空間建設迫切需要進一步優化.本文以《米脂縣縣城總體規劃（2009—2030）》、《米脂縣縣城總體規劃（2014—2030）》，以及根據地形圖及實地調研所整理的現狀資料為基礎數據（圖1），借助空間句法研究城市空間發展過程中的內在規律，對米脂縣城的2009年城市現狀空間形態與2014年城市現狀空間形態、《米脂縣城總體規劃（2009—2030）》（下文簡稱2009版總規）空間形態與《米脂縣城總體規劃（2014—2030）》（下文簡稱2014版總規）空間形態進行定量化分析及分組比較研究，從現狀變化總結其發展趨勢，從規劃變化衡量其應對情況.最終，發現米脂縣城空間建設存在的問題，為其未來的空間形態優化提出建議.

圖1 米脂縣城資料整理圖（示意）Fig.1 Data complication of Mizhi County(sketch map)

1 米脂縣城空間形態軸線特征分析

1.1 空間句法及主要變量內涵

20世紀中后葉，系統理論逐漸成為城市設計者解讀城市空間網絡內在邏輯規律的“新語言”，其中英國倫敦大學巴利特學院的比爾·希列爾（Bill Hiller）教授于1970年提出了一種定量化描述城市空間的理論與技術方法，被稱為空間句法，其以數學、物理等學科為背景，建立系統的抽象模型成為研究城市空間發展、運作等的重要手段[1].本文采用當前研究較為成熟的，在GIS地理信息系統平臺上搭載的Axwoman6.0空間句法軟件，構建米脂縣城的空間句法軸線模型，進而將城市空間的相互聯系抽象為軸線連接圖，再根據空間句法的基本原理，對軸線的空間可達性進行拓撲分析，最終導出相關的形態分析變量.主要包括：(1)連接值(connectivity value).與某節點鄰接的節點個數即為該節點的連接值.在實際空間系統中，某個空間的連接值越高，則表示其空間滲透性越好.(2)集成度（integration value）.表示系統中某一空間與其它空間的集聚程度.對應于整體深度值和局部深度值，包括全局集成度和局部集成度兩類.整體集成度表示節點與整個系統內所有節點聯系的緊密程度；而局部集成度是表示，某節點與其附近3步或10步內的節點間聯系的緊密程度，稱為“半徑-3集成度”或“半徑-10集成度”[2].(3)集成核.集成核是指全局集成度較高的軸線空間范圍，集成核是一個空間系統中最具活力的區域，這部分空間對整體空間起著支配作用.在城市空間系統中，集成核通常是城市中心區所在區域.(4)智能度或可理解度（intelligibility）.智能度是反映空間的全局集成度與局部集成度的相關程度的參數，表示空間的智能性或可理解性.可理解度則是衡量從一個空間所看到的局部空間形態，是否有助于建立起整個空間系統的圖景，即能否作為其看不到的整個空間形態的引導.所以，如果空間系統中連接值高的空間，其集成度也高，那么，這就是一個可理解性好的空間系統[3].智能度越高表明空間局部與全局的特征更為相近，局部空間更容易融入全局空間系統中，從而使空間更為復雜多樣.

依據空間句法理論，人們需要空間來組織人類社會生活的方方面面，而且這些社會生活會在空間上留下痕跡，通過分析“空間本體”有可能發現形式與功能之間的關系[4].因此，本文通過對米脂縣城2009年、2014年的現狀圖，以及2009版總規圖、2014版總規圖進行矢量化處理，在GIS地理信息系統平臺上搭載的Axwoman6.0軟件中進行米脂縣城空間句法的軸線分析，從而得到城市空間的全局集成度、局部集成度、智能度或可理解度等相關變量數值，以定量化、可視化的呈現空間拓撲關系，并進行2009年現狀圖與2014年現狀圖、2009版總規圖與2014版總規圖兩組的空間句法比較研究.

1.2 全局集成度分析

研究采取現狀“全局集成度>0.8”軸線作為全局集成度的集成核，比較2009年和2014年兩個時期可以發現全局集成度集成核的增長與變遷，同時以集成核的位置變遷來判讀米脂縣城中心區的發展趨勢.通過2009年及2014年米脂縣城發展現狀的比較，可以看出隨著縣城空間的擴張，米脂城市空間全局集成度有著較為明顯的變化.

首先，全局集成度的集成核有所擴大，縣城中心區向北向西蔓延.2009年，米脂縣城全局集成度的集成核位于銀州中路、行宮西路與銀河路，僅此三條道路軸線，均位于無定河東岸一側.發展至2014年，集成核軸線數量有所增加，集成核規模擴大.由銀河路向北擴張，包括了行宮西路、銀州中路、銀州北路、治黃路；由銀州路向西擴張，覆蓋210國道并通過治黃路向西跨橋發展.

其次，通過比較集成核內各軸線的全局集成度數值（表1），發現全局集成度數值都有所增長，集成度高的軸線地位進一步得到增強，并且依然保持銀州中路高于銀河路高于行宮西路的梯隊次序.

同樣，比較2009年、2014年兩版米脂縣城總規的空間句法運算結果，采取“規劃全局集成度>0.53”的部分為規劃全局集成度的集成核，可以發現在城市空間發展方向方面，兩版總規都有向西跨河發展的趨勢，但對于跨河路徑的選擇有所不同.空間句法運算結果顯示，2009版總規集成核表現出從治黃路、銀河路同時向西側發展的趨向.而2014版總規全局集成度的集成核則是從銀河路向西，經由九龍橋翻越無定河，進而由米子公路向南北兩側延伸（圖2）.

表1 集成核內軸線全局集成度對比表Tab.1 Global integration value comparison of axial in integration core

圖2 2009、2014年米脂縣城現狀及總規全局集成度圖Fig.2 Global integration value pictures of Mizhi in 2009,2014

1.3 局部集成度分析

局部集成度軸線的變化意味著軸線所在街道社會功能的變化.通過增長中心的區位變化，可以判斷城市空間組團分布，以及中心區位變化的軌跡和趨勢[5].

本文采取“現狀局部集成度>2.5”的部分為現狀局部集成度的集成核，通過比較米脂縣城2009年現狀局部集成度與2014年現狀局部集成度，從中得出以下兩方面特征.

首先，局部集成度的集成核呈現明顯的增長.2009年米脂縣城局部集成度最小值0.211，最大值2.945，平均值1.546；而發展至2014年，米脂縣城局部集成度最小值0.211，最大值已增長至6.896，平均值1.512.幾年間局部集成核發展迅速，局部集成度最大值擴大逾2倍.

其次，局部集成度的集成核分布有著明顯的不均衡性，表現為“東多西少，南多北少”的特征.局部集成度的集成核主要分布在無定河東岸的銀州路、盤龍路、治黃路、銀河路等軸線空間.無定河線也僅有南側官莊片區的米子公路軸線屬于局部集成度的集成核范圍內.

同樣對2009版與2014版米脂縣城總規進行空間句法分析，采取“規劃局部集成度＞3”的部分為規劃局部集成度的集成核（圖3）.可以發現兩版總規對于上文現狀比較所得出的兩方面問題，并未做出應對，無定河西岸北側仍然是局部集成度“洼地”.

圖3 2009、2014年米脂縣城現狀及總規局部集成度圖Fig.3 Local integration value pictures of Mizhi in 2009,2014

1.4 智能度分析

智能度是反映城市空間局部集成度與全局集成度之間關系的參數，通過城市智能度的分析，可以科學的判讀城市空間的多樣性與復雜性[6].根據已有的研究分析顯示，秩序規整的平面，如方格網或理想城，其幾何形式雖清晰可辨，但可理解度可能較低，如果沒有地圖指引，人們在其中很容易迷路[7].本文通過GIS地理信息系統平臺結合Excel軟件將全局集成度和局部集成度數值進行擬合，可以得到一條散點走勢線y=ax+b，以及擬合度R2，其中R2為擬合度值.一般認為R2>0.5時，認為擬合程度較好，而R2>0.7時，認為非常吻合，可以用直線去近似模擬散點分布情況.當R2<0.5時，說明走勢線擬合效果不理想.則全局集成度和局部集成度關聯性較弱或不相關.而當全局集成度與局部集成度存在相關性時，走勢線中的相關系數a的平方數即表示智能度值，其變化趨勢與a相同.

首先，通過空間句法運算比較米脂縣城2009年現狀空間體系智能度與2014年現狀空間體系智能度.從智能度計算結果可以發現，2009年的R2值為0.633，大于0.5，全局集成度與局部集成度關聯性較好，城市空間智能度相關系數a值達到0.197.而到2014年，R2值為0.343，小于0.5，米脂縣城的空間全局集成度與局部集成度關聯性較好，城市空間智能度相關系數a值降至0.097.可以認為，從2009年到2014年，雖然米脂縣城的空間全局集成度有所上升，但其結構智能度不升反降，縣城城市空間社會性減弱，城市空間變得單一，城市局部與全局之間的相容性降低.這將使得米脂縣城空間結構不易識別，使得游客等外來群體對空間結構認知較為混亂，同時也不利于米脂縣城不同區域的居民在生活中的社會交往.

運用同樣方法，對2009版與2014版米脂縣城總規進行智能度的空間句法擬合分析，得圖（圖4）.2009版縣城總規的“全局集成度-局部集成度”擬合曲線的擬合系數R2=0.412，小于0.5.2014版縣城總規的擬合度R2=0.343，同樣小于0.5，表明兩版總規的空間全局集成度與局部集成度之間的關聯性差.與同時期規劃現狀相比，雖然全局集成度普遍上升，全局集成度集成核的范圍有所擴大，但空間智能度不升反降，這說明兩版總規中的米脂縣城空間將會面臨社會性減弱的風險，這一點值得深入思索.

圖4 2009、2014年米脂縣城現狀及總規智能度圖Fig.4 Intelligebility pictures of Mizhi 2009,2014

2 存在問題剖析

2.1 分析結論

綜上，關于全局集成度的分析表明，米脂縣城現狀空間形態全局集成度分布特征較為明顯，集成核呈單中心分布，主要位于銀河路-銀州路-治黃路處.2009年及2014年兩個時期現狀的比較發現，全局集成度最大值及平均值都有所增加，全局集成度的集成核有向外擴張的趨勢，擴張方向為向西至210國道的部分路段（銀州中路西側），向北擴張將銀州北路納入其中.

另一方面，局部集成度的分析結果表明，米脂縣城組團發展不平衡，呈現為“無定河東岸南部>無定河西岸官莊片區>無定河西岸北部及無定河東岸北門川片區”，同時也表現出城市中心向無定河西岸發展的趨勢.此外，關于智能度的測算，米脂現狀智能度值從2009年到2014年呈現增長趨勢.

2.2 存在問題

總體上，依據米脂縣城空間的句法分析結論，其空間發展呈現出以下問題：

(1)封閉式的單中心區發展.米脂縣城整體全局集成度水平較低，集成核區域范圍小，全局集成度的集成核主要分布區域始終在銀河路-銀州路-治黃路之間徘徊，城市發展呈現出明顯的單中心區態勢.同時，城市中心區表現出明顯的封閉性，對外的輻射影響十分有限.雖然在兩版總規中都有拓展城市中心區的嘗試，但均淺嘗輒止，其力度顯然不足，未能根本上改變米脂縣城空間發展局面.

(2)無定河對城市的分割作用明顯.無定河從米脂縣城南北向穿城而過，形成一條自然地理分界線，將縣城從中切割成東西兩個部分.現狀建設主要集中于無定河東岸，而河流西側均為集成度較低的區域，東岸的城市空間發展也均為背水式發展.無定河原本作為良好的自然資源條件，卻在米脂縣城的建設過程中成為了背離城市中心的消極灰色空間，這無疑是米脂縣城發展的一大缺失.通過上文對2009版及2014版米脂縣城總規的空間句法分析，可以發現，兩版總規對于無定河東西兩側城市空間的連接有待進一步加強.

(3)局部集成度發展不均衡，片區間聯系薄弱.米脂縣城空間發展呈現出“東強西弱，南強北弱”的發展態勢，北部北門川片區、以及無定河西岸的空間發展與河流東岸相比可以說是望其項背.此外，同為無定河西側城市空間，位于銀河西路南側的官莊片區的局部集成度也明顯高于治黃西路以北的片區，并且這些片區間缺乏良好的空間聯系.各片區內部集成度發展的不均衡以及片區間聯系的缺乏極有可能導致城市片區的空間割裂.

(4)城市智能度較低，城市空間生活性特征弱，城市空間局部與全局之間的相容性較差.這一點在2009版及2014版的兩版米脂縣城總規中都重視不夠，2009版總規及2014版總規的城市空間智能度數值都相對較小，說明規劃中的米脂縣城空間結構不易識別，這不利于外來群體對空間結構的快速認知以及本地居民在生活中的社會交往.

3 米脂縣城空間形態優化策略

3.1 空間形態優化策略

空間句法通過對空間關聯的抽象化描述，將自下而上所涌現的城市空間系統的內在邏輯，通過不同尺度的界面的分析滲入到城市設計與發展過程中，使城市空間形態的自然演化與人為策劃形成積極的雙重互動[8].根據上文中空間句法研究發現的米脂空間形態問題，提出如下空間形態優化策略.

(1)多中心區發展，打開中心區空間界面，引導城市中心向無定河兩岸發展.相對于米脂縣城當前的封閉式單中心區發展模式，建議在全局集成度僅次于當前中心區集成度的銀州南路段，結合現有的行政辦公職能形成城市次中心.遠期可以考慮在無定河以西地區形成次級中心區的可能.此外，對當前“銀河路-銀州路-治黃路”城市中心區，通過增加橫向道路的方式，打通與210國道的聯系，以形成開放的中心區空間界面，進而引導城市中心區向無定河沿岸偏移.

(2)跨越與連接，激活無定河西岸城市空間.為打破米脂城市空間發展被無定河割裂的桎梏，建議以架設橋梁、建設濱河步道、拉接城市慢行環線等方式加強無定河兩岸的城市空間的聯系，使其空間活躍程度提升.

(3)優化分區，加強各片區之間的聯系.在米脂縣城的建設現狀中，無定河西岸明顯的分為南部官莊片區和北部片區.中間由于鐵路站場以及農業用地的分布，交通聯系相當不便，形成了相對的隔離狀態.又從全局集成度、局部集成度計算數值可知，各片區內部空間集成度有待提高.各片區內部通過加設道路、優化現有空間的連通、打通部分空間等方式提高片區內部的空間聯系.而片區之間的連接優化問題，本文建議結合濱水空間的建設利用，以濱水空間聯系南北，以橋梁建設拉接東西.

(4)提高城市空間相容性，打造“智能”城市.城市規劃與建設的最終服務對象是人，城市空間的使用主體是人，以人為本的思想應當貫穿城市建設發展的始終.提高集成核軸線空間的連接度值，由此提高城市空間的智能度，建設擁有生活性的城市，創造豐富多樣的城市空間，只有這樣的城市才能讓人們擁有舒適的生活.

3.2 空間形態優化方案及檢驗

根據前文中面向米脂縣城所提出的空間形態優化策略，綜合當前建設現狀，在《米脂縣城總體規劃(2014—2030)》規劃方案的基礎之上進行調整，形成米脂縣城空間形態優化方案，并運用空間句法對優化方案進行檢驗.

優化方式可以分為完善連接空間、延長連通空間、以及新建空間等三類，優化措施具體包括：(1)完善“治黃路—星月橋—北三路”的軸線空間，保持空間暢通.(2)將處于國道210與銀州路之間的福樂路延長，北至自強路、南至行宮西路；將無定河西側北部組團的部分軸線空間延長打通.(3)拉接城市慢行系統，在無定河兩岸新建濱河慢行道，以此增強河流東西兩岸的聯系，同時通過空間的組構，提高了濱水游憩空間被不同游憩者所認知的空間意象[9].西岸沿河西南路與天仙橋的交匯處向北側新建道路，經過九龍橋橋頭，進而繼續向北，發展至河西北側組團.東岸則由洞玄橋向南，沿濱河北路（即國道210）西側修建慢行綠道，經星月橋、九龍橋、天仙橋至南側的地靈橋.利用新建的濱河綠道結合城市道路，形成較為完整的城市慢行環.通過以上措施，最終形成米脂縣城的空間形態優化方案軸線圖（圖5）.

圖5 對米脂縣城2014版總規路網軸線優化圖Fig.5 Optimization of road axial based on 2014 Master

進而，運用空間句法對所形成的米脂縣城空間形態優化方案進行檢驗，得出如下圖所示的優化方案全局集成度、局部集成度（圖6）.

圖6 優化方案空間句法全局集成度、局部集成度圖Fig.6 Global and local integration in optimism plan

與2014版總規的空間句法分析結果相比較，可以發現優化方案的全局集成度、局部集成度的最大值有所增大.同樣，計算優化方案的智能度結果，可以發現智能度也得到了提升（圖7），通過原有方案及優化方案的空間句法參數數值上的比較，同樣可以得出全局集成度、局部集成度、智能度得到提升的結論（表2）.由圖表分析可知，空間集成核范圍明顯擴張，城市中心區域覆蓋了無定河東西兩岸，兩岸的空間聯系得到了改善.因此可以得出，前文中所提及的米脂縣城空間形態問題在優化方案中得到了較好的解決.

圖7 優化方案空間句法智能度圖Fig.7 Intelligibility in optimism plan

表2 優化方案的空間句法主要參數對比表Tab.2 Comparison table of the main data in optimism plan

4 結論

從《周禮·考工記》的古代營城思想到中國近現代城市空間的研究，從希波丹姆的棋盤式布局到霍華德的田園城市構想，城市空間形態的研究可謂由來已久.本文運用空間句法理論與方法，對米脂縣城空間形態進行定量化可視化的分析，從而發現其存在的問題，針對問題提出相應的優化策略，進而根據策略具體提出空間優化方案并檢驗.

結果發現，通過片區內部加設道路以提高空間集成度、通過架設橋梁以優化無定河兩岸空間的連通、通過打通濱河空間以增強各片區間的聯系等方式，能夠有效的解決米脂縣城空間發展中的現實問題.然而在研究中也仍然存在一些不足之處，即本文提出的米脂縣城空間形態優化方案中，主要以道路空間為指引，而未能提出用地布局調整方案.這是因為在空間句法中，用地功能與空間緊湊度變化是一個單向關聯的關系，無法直接反向推導.空間句法相關研究指出，只有當用地性質的變化導致了城市空間格網發生變更，才會影響到軸線空間集成度.而反向的，空間集成度的高低并不能簡單決定用地性質[10].這一問題將在后續的研究中做進一步探討.總體而言，通過本文的分析研究，為米脂縣城的空間形態發展提供了參考，對米脂縣城的空間形態優化、以及城市的健康可持續發展有所幫助.

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