CBD步行廊道與其活力耦合關系研究

[摘 要]文章利用空間句法理論的ArcVIEW3.3定量分析和MATLAB的圖像分析結合，以美國明尼阿波利斯、加拿大多倫多市等CBD為例，對步行廊道在CBD系統中的可達性進行數據圖形分析，并闡述其與CBD活力的耦合關系。

[關鍵詞]空間句法;MATLAB;步行廊道;CBD;活力

[中圖分類號]TU984 [文獻標識碼]A [文章編號]1008-7656（2019）02-0091-06

CBD作為城市的核心區域，其活力的激發與發展對城市活力提升具有重要的意義，其中CBD步行廊道的規劃和設計是影響其活力主要因素之一，步行廊道的可達性直接影響CBD商業中心與城市的聯系內容、強度和方向。如早期曼哈頓的CBD中，華爾街區域因缺乏步行廊道，其活力晝夜差別較大，白天車水馬龍，夜間空無人跡;而具備完善步行廊道的洛克菲勒中心，則是一個不折不扣的“不夜城”。在探索CBD步行廊道與其活力的耦合關系，對我國城市CBD的規劃與發展具有重要意義。

一、研究方法概述

早在20世紀初，據戴維斯等人研究，商業步行街對CBD活力有重要影響，其中步行廊道可達性對CBD活力具有積極、持續的影響，是CBD經濟、社會、文化活力的重要基礎。比如紐約曼哈頓、倫敦金融城、明尼阿波利斯、加拿大多倫多等等。這些城市CBD的步行廊道對其活力產生重大的影響，影響因素主要在于步行廊道的可達性，步行可達性越高，CBD的活力就越大，因此，步行廊道的可達性是研究CBD活力的重要內容。以前在該方面的研究主要側重理論的分析，部分運用數字及信息技術手段，但可視性低。文章利用空間句法與MATLAB的數據圖形結合分析，更能直觀表達步行廊道可達性與CBD活力的關系。

空間句法重在分析由節點間的連接關系組成的步行結構系統，表征這種關系的變量常見的有連接度和集成度。MATLAB是一個功能強大，使用非常漸變的工程計算語言，它能把計算、可視化和程序設計融合到一個交互的環境，利用其強大的數字計算與圖形功能，高效求解各種復雜問題及實現計算結果的可視化。文章以明尼阿波利斯和加拿大多倫多兩個城市CBD的步行廊道為例，通過空間句法ArcVIEW3.3的量化分析再結合MATLAB的圖形可視化分析，探索步行廊道與CBD活力的耦合關系。

二、基于空間句法與MATLAB的CBD步行廊道與活力數據圖形分析

通過對兩個CBD的步行廊道可達性與CBD活力的研究，探討它們之間的耦合關系。具體步驟如下：首先運用ArcVIEW3.3中的空間句法模塊Axwoman4.0提取各個城市CBD的步行廊道軸線圖，然后通過數據的變量分析，再結合MATLAB對數組進行圖像分析，探索對步行廊道及其可達性與CBD活力的耦合關系，并進行原因分析和規律總結。

（一）美國明尼阿波利斯步行廊道與活力耦合關系分析

明尼阿波利斯的步行系統使整個城市中心區域連城一個龐大的“室內”購物中心，許多非商業的建筑物，如教堂、學校等，都可以通過空中步行廊道連接。隨著步行廊道的不斷形成，大量的商店、咖啡館、餐館乃至大小超市都涌入步行廊道的街區內，激活了整個CBD的活力。據統計步行廊道形成后，新增商店200多家，餐館34家，咖啡館10多家，其中步行廊道能到達1500多棟公寓、4000多家旅館，覆蓋大約占地18.58平方公里的各類公司和政府機構，23萬平方米的超市或商店①，有效促進了該區域活力的提升。

1.明尼阿波利斯步行廊道可達性與活力關系分析過程

步驟一，提取明尼阿波利斯步行廊道軸線圖。

根據明尼阿波利斯CBD的步行廊道系統，首先用ArcVIEW3.3繪制步行廊道的軸線圖，其中軸線代表了它穿越的空間特征;然后將每條軸線抽象為個節點，用軸線的彼此之間的關系作為它們所代表的空間之間的關系。這些節點和它們的連接轉換為連接圖，以分析該空間系統的組構，并計算各種空間句法的變量。

在圖2中軸線越大越清晰，連接值越大，即跟其他的空間直接的關系越大，如1號軸線從圖中可看出，連接值相對較大的，這是西北中心與城市中心的中間地段，是人流比較集中的路線。

步驟二，形態變量數據的提取。

根據圖2，運行 Arcview3.3下axwoman4.0模塊中的DOIT，得到步行廊道空間句法形態分析變量數據，如圖3。

在圖3中，研究的重點有兩組數據，一個是連接值，即整個步行廊道系統的空間關系圖，是衡量步行可達性的直接指標。另一個是集成度，描述的是軸線網絡中某一節點與其他節點積聚或離散程度，反映從某一節點到其他各個節點所需的總步數。集成度越大，步行廊道的便捷程度越高，可達性就越強。故，在形態分析變量圖中，連接值跟集成度是一種直接的正比關系。

步驟三，結合MATLAB進行曲線分析。

通過圖3連接度與集成度數據，結合MATLAB，利用圖形函數plot（ ）計算出兩者的關系曲線，同時對程序②和曲線進行優化，優化后的曲線如下頁圖4所示。

在圖4中，左邊曲線的連接值不斷變化，主導著右邊曲線集成度的不斷變化，而這種關聯經過優化后呈現一種跳躍式正相關，集成度隨著連接值越多而跳躍式變大，這種關系經過MATLAB程序擬合后，計算出如下連接值與集成度的函數關系式。

y=897521667015325/268435456*x^6-681625720 3726737/134217728*x^5+2463583835301781/8388608*x^4-6761436695858075/8388608*x^3+8878157883203885/8388608*x^2-4818671757847251/8388608*x+5090682067400409/67108864? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

在式（1）中，x表示步行廊道的連接數即為可達性，y表示活力（集成度）。

在上述分析中，空間句法更好的對明尼阿波利斯步行廊道空間的變量進行分析， MATLAB通過變量分析數據把步行廊道的連接值即可達性和活力（集成度）的關系更直觀、科學的表示出來。

2.明尼阿波利斯CBD步行廊道與活力的原因分析

通過對明尼阿波利斯步行廊道的連接度和集成度關系進行研究，從而有效的評價其可達性，集成度越高，可達性越好，在圖1和圖2的分析結果中，城市中心與西北中心、西北中心與富豪廣場、復活廣場與政府中心、西北中心——IDS等步行廊道段具有較高的連接度，可達性較好，同時，這些地區也是人們活動最活躍的地帶，步行廊道聚集較大的交 通量，如圖3所示，其步行集成度較大，形成交通集中的集成核，這些集成核不僅是聯系城市中心和周邊各個地區的紐帶，而且如圖4所示，其活力與可達性形成跳躍式正相關，步行廊道的可達性帶動了整個區域的活力提升，且可達性的增加帶來活力的跳躍式增加。實際上，這些步行廊道的客流類型是綜合性的，包括了旅游、休閑、購物、上班族等。表1為圖2各個步行廊道客流類型的比較，根據生態學原理，其中可達性指標較高的路線，其客流類型多為綜合性，多樣化的客流客觀上也激發了該路線及區域的活力。

（二）加拿大多倫多步行廊道與活力耦合關系分析

加拿大多倫多市CBD，以室內和地下步行廊道為主，如伊頓中心位于加拿大多倫多城市商業區， 1967年開始設計， 一期工程興建了一條131米長的、有玻璃頂的步行街。建成后的步行廊道新增125商店及餐館，300多家店鋪，每周來訪人數超達75萬人次③。

1.加拿大多倫多步行廊道可達性與活力關系分析過程

步驟一，提取加拿大多倫多步行廊道軸線圖。

如圖5是加拿大多倫多市CBD地下與室內步行廊道系統圖，在Arcview3.3 中繪制軸線圖表示線路的走向，運行軟件計算出空間句法軸線分析圖，如圖6。

同樣，在圖6中，軸線的關系表示空間之間的關系，軸線越粗，它與周圍的軸線的關系就越多，其連接值越大。

步驟二，形態變量數據的提取。

根據圖6的軸線圖，通過運行ArcVIEW3.3下axwoman3模塊中的DOIT，得出圖7的形態變量數據圖，如圖所示，在多倫多CBD步行系統中，可達性與活力，也呈現一種近似正比的關系。

步驟三，結合MATLAB進行曲線分析。

根據圖7中的連接值與集成度兩組數據，利用MATLAB圖形函數plot（）進行計算分析，同時對程序④、圖形進行優化，如圖8。

圖8中，左側圖形兩種曲線經合優化后，呈現一種跳躍式正相關，正相關曲線經過MATLAB擬合后計算出其函數關系式，如下式：

y=4345264367964707/4194304*x^6-1425789870 738543/65536*x^5+5940791128077943/32768*x^4-6237830684482757/8192*x^3+3445658854286299/2048*x^2-7485396821381403/4096*x+6110528017457523/8192? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

在式（2）中，x表示步行廊道的連接數即為可達性，y活力（集成度）。

如圖8所示，多倫多CBD的可達性（連接值）與活力（集成度）曲線與香港中環是同類型，都是一種跳躍式正相關，但正相關的幅度更大，說明步行廊道對活力的影響更加敏感，而且隨連接值的上升，集成度仍在跳躍式上升，變化幅度減少較慢，也從另一方面說明多倫多CBD步行廊道的規劃與建設仍有很大潛力。

2.加拿大多倫多市CBD步行廊道可達性評價及其原因分析

加拿大步行廊道最有活力的區域就是圖6中的1、2、3號線，這幾條路線的可達性是最好的，它們的活力指數也是最高的。原因在于1號線貫穿著從證券交易所、雪里頓中心、市政廳和加拿大第一廣場、商務法庭，是整個系統最重要的路段，在圖7的變量分析數據圖中體現出來的集成度也是比較高的，而在圖8中更表現出可達性與活力的跳躍式正相關性，這足以說明步行廊道可達性對活力的影響。事實上，這條步行廊道承載著來至各種類型的客流。同理2、3號線。而其他的路線可達性差，客流量比較單一，因此活力指數相當一般。表2是圖6歸納的各個主要路段的客流信息。

三、小結與借鑒

通過對明尼阿波利斯、加拿大多倫多CBD兩個步行廊道系統的數據圖形分析，可以直觀地顯示步行廊道對CBD活力的直接影響。雖然兩個城市各有特點，但也有統一規律：一般在步行可達性（連接值）高的線路，城市活力（集成度）相對較高，客流也多為綜合性、多樣化的人流。而且這種影響通過函數關系式與數據圖形呈現出了可達性與活力的跳躍式正相關的耦合關系。在連接值（可達性）較低時這種正相關的耦合幅度越大，隨連接值（可達性）得增大，其與集成度（活力）的正相關耦合幅度逐漸減少，城市活力形成一定穩定的狀態。

在我國CBD快速發展的時期，其步行可達性相對較弱，因此步行廊道的規劃與建設對城市活力的激發有著重要的現實意義，CBD的步行廊道的體系化設計，CBD活力的激發及其耦合關系研究成為一個重要的研究課題。

[注釋]

①劉海巖.明尼阿波利斯的skyway[J].城市，2005（4）.

②④參考附錄

③萬鐘英，許家珍，關道詢.加拿大多倫多伊頓中心[J].世界建筑，1982（3）.

[參考文獻]

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[7]蘇金明，張蓮花，劉波，等.MATLAB工具箱應用[M].北京：電子工業出版社，2004.

[作者簡介]黃文進（1987-），男，壯族，廣西靖西人，廣西廣播電視大學文理學院教師，碩士，研究方向：建筑學。

[責任編輯 吳 榮]