城市老中心區空間形態影響因素的評價理論及方法研究

汪 亮, 王彥輝

(1.南京工程學院 建筑工程學院,江蘇 南京 211167; 2.東南大學 建筑研究所,江蘇 南京 210096)

城市老中心區空間形態影響因素的評價理論及方法研究

汪 亮1,2, 王彥輝2

(1.南京工程學院 建筑工程學院,江蘇 南京 211167; 2.東南大學 建筑研究所,江蘇 南京 210096)

文章在分析影響城市老中心區空間形態主要因素的基礎上,建立了相對應的一級評價指標和二級評價指標,綜合模糊評價方法對城市老中心區建筑模型、公共空間模型和交通模型3個方面進行權重確定,并將權重與城市區域網絡的變化建立函數關系,在函數圖像中與各個一級指標的最佳舒適值進行對比,進而確定在某個合適的區域面積內城市空間形態的最佳狀態。最后,文章以杭州市上城區老中心區為典型案例驗證了該文提出評價方法的科學性,為城市規劃和管理提供了決策依據。

城市老中心區;空間形態;影響因素;綜合模糊評價;函數關系

隨著城市中心區第三產業迅速發展,中心區的區位價值也相繼釋放和顯現出來,多數城市開展了城市中心區的綜合改建工程,如上海中心商業區、天津中心區、廣州中心區、南京中心區和合肥舊城中心區規劃等。然而,近年來伴隨者經濟結構的轉變和國家對城市發展戰略的政策引導,城市中心區再開發迎來了重要轉型期,較之以往,目前城市老中心區再開發面臨的挑戰更加嚴峻,主要體現在功能結構、組織系統、環境要求等各個方面。

面對城市規劃和區域協調的整體框架,目前對于城市老中心區的研究多停留在宏觀層面上,關于其再開發的引導策略和相關具體技術以及問題成因的分析較少。事實上,國內外對于城市形態的研究有較多理論方法。文獻[1]總結了一百多年來國內外城市空間形態研究的譜系及各個時期的基本特征;文獻[2]則基于空間句法，從圖論的角度研究了中微觀層面的城市空間形態,在分析城市空間整體關聯性基礎上通過伯明翰實踐為城市形態的復雜性研究提供了理論基礎和方法;文獻[3]通過實驗方法構建了城市空間形態緊湊度模型,用城市標準化緊湊度指數客觀反映了城市空間形態的利用情況,實驗證明標準指數越接近1,城市形態越趨近圓形,空間利用率越高。文獻[4]從社會、經濟、制度、資源環境等幾個方面列舉對比了中國大量中心城市的空間特征,探析了城市空間績效的變化趨勢、影響因素及變化動力機制。綜上所述,已有相關文獻主要是對城市空間形態的整體性和服務性進行評價以及構建評價體系,本文則從城市老中心區空間形態的影響因素入手,通過建立評價指標和權重,針對老中心區既有的普遍特點,通過函數關系直觀反映適宜的空間形態下各影響因素的狀況,為城市老中心區再開發空間形態的實踐提供理論依據。

1 空間形態影響因素的評價原理

城市老中心區空間形態特征復雜,具有建筑密度大、老舊建筑多、城市公共空間零碎、形態多樣、人均土地少、交通量大、功能結構傾向性明顯等特點,而造成這些特點的主要因素可以具體到建筑模型、公共空間模型、交通模型3個一級評級因子上,3個一級因子又受各自的3個二級因子制約。評價邏輯是從二級因子的數據整理計算中獲得一級因子的實際現狀評價指標,通過專家論證獲得的舒適評價指標值h=(h1,h2,h3)與實際獲得的一級因子評價指標值i=(i1,i2,i3)進行對比,在函數圖像中清晰地描述平均現實狀況在平均水平指標上下的彈性浮動,從而指導對現有空間在科學評價的基礎上實現設計改造。

關于數據的獲取和函數關系的變量劃定是將城市老中心區的地理信息系統(geographic information system,GIS)圖像按照不同大小的方格網狀進行區域劃分(100 ×100,200×200,400×400，800×800,1 600×1 600,3 200×3 200 ),在不同面積的區域內各個評價因子的狀況有所變化,而這種變化與方格大小相關,因此將一級評級因子和方格網作為函數的2個變量。因為有關評價指標因子的評價值和權重數獲得都是基于綜合模糊評價基礎之上的,同時還要在評價的過程中考慮到城市空間形態的動態變化因素[5],所以本文研究在計算過程中加入了動態變化系數g=(g1,g2,g3),g值的確定是根據具體城市的發展狀況而定的,一般情況下城市老中心區的動態變化不會超過原狀的1/2,因此本文g的取值范圍為0.5

2 空間形態影響因素的評價內容

2.1 建筑模型的評價

城市老中心區由于歷史條件的原因,建筑組成多元并存,建筑體量、風格、形態等特征要素共同構成了現行的建筑模型,具體可以劃分為3個二級評價因子，即建筑尺度、建筑高度、建筑密度[6],首先建立3個因子的數據指標。

2.1.1 建筑尺度

建筑尺度體現了中心區建筑在三維空間中與人及其他建筑的體驗對比關系,是一個相對概念,但是在人和建筑互為對象的過程中,將人視為參照對象,將建筑的平均體積作為考量建筑尺度的指標,體積越大說明建筑尺度越大,指標計算公式如下:

由(1)式可以推導出老中心區建筑尺度的指標可以表示為:

2.1.2 建筑高度

建筑高度體現在老中心區建筑輪廓的豎向變化上,不同高度的建筑通過一定的秩序形成豐富的城市天際線,一方面突顯了高出建筑所在區域在整個空間中的核心地位,加強了空間的標示性；另一方面通過突出豎向的高度也指明了平面空間的方向性,設定了空間坐標系。對于給定的建筑總面積,底層建筑面積越小,建筑高度就越大,建筑高度的指標計算公式如下:

2.1.3 建筑密度

建筑密度是反映在一定區域內建筑對總用地面積的占用情況,體現了公共空間與建筑實體部分與所占總用地的配比,在城市老中心區再開發過程中,控制好建筑密度能有效釋放公共空間活力,同時適當的建筑密度能夠起到調節老中心區空間環境的自然通風。建筑密度指標計算公式如下:

其中,ρ0為建筑密度；S2為總用地面積。

2.2 公共空間模型評價

城市老中心區的公共空間普遍存在場地零散、街巷尺度小且曲折多變、空間界面多樣、市民活動集中等特點,在老中心區街巷空間是公共空間的核心,之外還有廣場、綠地以及一些次生空間[6],因此本文將公共空間模型的評價內容歸結為街巷尺度、街巷曲折度、公共空間密度3個二級因子。

2.2.1 街巷尺度

街巷尺度是將街巷和人互為對象形成的動態對比體驗效果,因為與建筑不同,街巷的實體空間部分是拋開建筑界面的二維空間,所以街巷尺度的主要指標體系為街巷面積的分布情況,具體指標計算公式如下:

2.2.2 街巷曲折度

街巷曲折度反映了街巷空間組成的復雜程度,曲折度越大街巷空間形態越豐富,但是在承擔一定功能基礎上,過分復雜的空間形態會帶來交通不利、消防疏散困難等一系列問題,因此對街巷曲折度的控制應該根據實際情況適度確定,影響街巷曲折度的主要因素為街巷總長度和街巷端點直線距離,曲折度指標計算公式如下:

其中,P1為街巷曲折度；l為街巷端點直線距離；L為街巷總長度。

2.2.3 公共空間密度

公共空間密度與建筑密度共同決定了城市空間形態的內外空間分配,一定區域內均衡內外部空間能夠提高城市空間運作效率,在開發過程中對公共空間的疏密設計和更新策略制定,需要借助公共空間密度指標的定量分析來增加實施方案的科學性,具體指標計算公式如下:

2.3 交通模型評價

城市交通是作為城市規劃結構的骨架,通過交通路線、交通站點能夠實現點線結合貫穿縱橫,是城市其他功能協調發展的基礎[7]。對于城市空間形態的影響主要表現在地面道路上,因此本文將交通模型的評價因子設定為道路等級、道路曲折度和道路密度3個方面。

2.3.1 道路等級

道路等級反映了城市中心區道路疏散的流通能力,一般有主干道、次干道和支路,在對空間形態進行整體的評價時，本文采取道路等級的平均值法,以評價方格網范圍內道路的平均寬度作為道路等級的評價數據來源,其計算公式如下:

2.3.2 道路曲折度

道路曲折度與街巷曲折度反映的實際意義相同,但是道路往往和街巷互相銜接,在彼此的數據上具有共性,因此道路曲折度也可以用道路直線距離和道路長度來表示,其計算公式如下:

其中,T1為道路曲折度；l1為道路端點直線距離；L1為道路總長度。

2.3.3 道路密度

道路密度反映了在既定的城市中心區域內,城市道路占總區域面積的比例,用道路密度作為交通模型的評價因子能夠清晰地獲得道路和城市的關系[8],以此來作為中心區道路設計和區域疏散之間的關系求證,方便道路和建筑組團之間的關系確定,其計算公式如下:

3 空間形態影響因素的評價方法

本文將借助綜合模糊評價法建立空間形態影響因素的評價方法,主要是通過建立一級因子和二級因子之間的評價指標矩陣和隸屬度子集，見表1所列,以二級指標的權重獲得來決定一級指標的權重,在已知權重的基礎上，以GIS網格的不同范圍作為相應的函數關系,用圖像來獲得標準指標和現狀指標之間的差異。

表1 老中心區空間形態影響因素模糊評價的隸屬度矩陣

表1中的動態指標系數是依據不同的城市發展狀況確定的,舒適指標權重是通過在1 000 m2的城市老中心區中發放有關對建筑環境、公共空間環境、道路狀況滿意度的調查問卷中獲得的,最終統計得到這三者相對應滿意度比為2∶3∶5,這說明對建筑環境的滿意度最低,也表明相應的舒適指標要提高,因此三者的舒適指標為:

h=[0.5,0.3,0.2]

其中,一級指標權重的計算如下:

其中0<[I1,I2,I3]<1,將最終I值與不同面積的GIS圖像方格網作為2個變量建立函數關系,并與h值進行比較,測定城市老中心區空間形態在不同面積中的各因素變化控制狀況。本文以杭州上城區為案例,在調研所獲得的數據基礎上按照上述方法進行驗證。首先建立杭州上城區城市空間圖像的GIS圖像網格,具體如圖1所示。在圖1建立的方格坐標中,按照從小到大的范圍進行數據遞增變化,由于街道和建筑分布狀況不同,因此每個網格內的具體數據需分別計算。截止2016年底,本文得到整個上城區恒定的總體數據見表2所列。

圖1 杭州上城區網格坐標

表2 上城區總體建設面積數據統計 km2

考慮到上城區是杭州市的老城中心區,有很多歷史地段的保護條例限制,因此整個城區的空間形態波動不大,本文根據文獻[9]確定的二級指標權重的標度值,動態系數的確定則根據城區發展而綜合評定,其中

選取網格包含范圍大小,并將數據分別帶入(11)～(13)式進行計算,從而得到杭州上城區建筑模型指標、公共空間模型指標和交通模型指標的函數圖像，如圖2～圖4所示。

從圖2可以看出,隨著網格面積的增大建筑模型指標也逐漸增大,網格面積在6 400 m2時建筑模型達到空間形態的最佳舒適指標,從而確定最佳二級因子的數值。

從圖3可以看出,公共空間模型的指標在某個范圍內波動,在不同網格面積的參照中有多次接近最佳值,說明公共空間模型對空間形態的影響是基于網格面積的動態數值,可以依據不同的范圍確定相應的二級因子數值。

從圖4可以看出,交通模型的指標數值在不同的網格區域內圍繞最佳值上下波動,這說明杭州上城區交通模型對空間形態的影響總體上趨于最佳。

圖2 杭州上城區建筑模型指標函數圖像

圖3 杭州上城區公共空間模型指標函數圖像

圖4 杭州上城區交通模型指標函數圖像

5 結 論

本文基于對城市老中心區空間形態控制要素的具體分析,得出以下結論:

(1) 建筑模型、公共空間模型和交通模型可以依據相對應的二級控制因子建立數值矩陣,進而可用現狀數據來獲得對城市空間形態進行評價分析。

(2) 通過綜合模糊評價矩陣的建立,能夠建立標準值和參照值之間的函數關系,并能夠在各個指標計算和函數關系中清晰反映各自的影響程度。

(3) 通過杭州上城區的具體實例研究發現,建筑模型對城市空間的影響最佳值對應一個方格網面積,能夠按照這個方格網對應的數值確定具體的S0、h0、ρ0的值。同樣能夠根據公共空間模型和交通模型的函數關系圖像確定具體的P0、P1、ρ1、T0、T1、ρ2值。

(4) 公共空間模型和交通模型的評價值是動態的,說明在不同網格內公共空間和交通的二級因子對應數值不是恒定的,但在偏離最佳值的區間內能夠根據最近最佳值對應的數值進行調整。

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Researchonevaluationtheoryandmethodoffactorsinfluencingspatialforminoldurbancentralarea

WANG Liang1，2, WANG Yanhui2

(1.School of Architecture Engineering, Nanjing Institute of Technology, Nanjing 211167, China; 2.Research Institute of Architecture, Southeast University, Nanjing 210096, China)

Based on the analysis of the main factors influencing the spatial form in old urban central area, the corresponding first-level evaluation index and second-level evaluation index are established, and the weight determination of the building model, public space model and traffic model in old urban central area is conducted by using comprehensive fuzzy evaluation method. The function relation between the weight and the changes of area mesh is established, and the actual value is compared with the best comfort value of each first-level index in the function graph, and then the best spatial form in a certain area of the city can be found out. Finally, taking the Shangcheng District in Hangzhou City as an example, the scientificity of the proposed evaluation method is validated, hoping to provide a basis for making decisions about urban planning and management.

old urban central area; spatial form; influence factor; comprehensive fuzzy evaluation; function relation

2017-09-18；

2017-10-18

國家自然科學基金資助項目(51578124);教育部人文社會科學研究青年基金項目資助(15YJCZH158)

汪 亮(1980-),男,安徽樅陽人,博士,南京工程學院副教授;

王彥輝(1972-),男,河北石家莊人,博士,東南大學教授,博士生導師.

10.3969/j.issn.1003-5060.2017.12.024

TU984

A

1003-5060(2017)12-1709-03

(責任編輯萬倫來)