黃浦江兩岸地區公共空間可達性研究
——基于社會網絡分析的公共交通評價與優化策略

周廣坤

胡英盛*

呂圣東

濱水區域公共空間是城市的重要財富，已日益顯現出比其他資源更為豐富多元的價值。上海黃浦江兩岸地區打造世界級濱水公共空間是政府實現還江于民、提升城市形象、促進城市健康的一項重要舉措。其中，提供便捷、多樣的交通途徑抵達濱江公共空間是這項工作的重點內容之一[1]。在上海新一版總規要求下，實現了楊浦大橋與徐浦大橋之間45km濱江公共空間的內部連通，大大提升了周邊居民對濱江公共空間的使用效率，但從全市角度來看，仍然存在濱江公共空間與濱江腹地之間通達不便的問題。因此，本文從濱江公共空間可達性視角開展深入研究，提供了可量化分析的模型和算法，以便有效評價和優化濱江公共空間的可達性水平。

1 濱江公共空間可達性內涵和研究方法選定

1.1 濱江公共空間可達性內涵

為了便于研究，本文中的濱江公共空間可達性僅限于利用常規公共交通系統抵達濱江公共空間的方式，不涉及地鐵、跨江輪渡、小汽車出行和步行等其他交通方式。本文中的可達性可以從便捷性和多樣性2個方面表述[2]，便捷性指通過最短路徑即可到達想要到達的濱江公共空間，因此濱江公共交通系統應盡可能減少在路途中的時間和換乘成本；多樣性指存在盡可能多的路徑到達濱江公共空間，因此濱江公共交通系統應存在盡可能多的靠近公共空間的站點，以及在濱江腹地中盡可能多的存在與這些站點相連的路徑。

1.2 社會網絡分析方法

20世紀70年代，社會網絡分析逐步成為社會學中的一個新興分支，為研究社會結構提供了全新的社會科學范式[3]。社會網絡分析關注系統結構特征和網絡節點的動態聯系，直接觸及“網絡關系”的本質，如強度、密度、中心性、互惠性和關系的傳遞性等[4]。傳統的交通可達性分析主要通過測量交通系統長度、行程距離和通行成本等因素進行評價。但是，在生活趨向復雜網絡的大城市中，影響居民抵達城市空間可達性的主要因素是交通節點連接的有效性，即便捷性和多樣性，而不是距離和成本等常規因素[5]。因此在濱江區域中評價公共空間的可達性，就是評價城市公共交通系統與濱江公共空間之間所形成的網絡模型的結構屬性和網絡特征。

圖1 典型可達性模型構建

2 濱江公共空間可達性模型構建和相關技術指標

2.1 典型模型構建

根據《黃浦江兩岸地區公共空間建設設計導則》《黃浦江兩岸地區發展“十三五”規劃》等相關技術政策文件的要求，涉及黃浦江兩岸地區公共空間可達性要求的內容如下。

條款一：公交站點與濱江公共空間各出入口的距離一般應控制在50m以內，最遠不超過200m。

條款二：應提高常規公共交通系統的可達性。沿江常規公交的站點間距宜在100～300m。

因此本文在構建網絡模型時，將200m作為確定節點等級和網絡連通的基本依據。

一個典型的社會網絡模型是由節點和邊組成的，邊連接節點形成網絡[6]。在本次研究的語義中，公共交通站點就是節點，將節點類型分為2類：一級站點和二級站點。一級站點指該類型公共交通站點與公共空間的距離在200m以內，可以快速抵達公共空間；二級站點指該類型公共交通站點與公共空間的距離大于200m，需要通過換乘或步行較長距離才能到達公共空間。一級站點和二級站點的主要區別在于是否可以在有效距離內(200m)與公共空間相連，本文將重點評價這2類節點的網絡結構屬性。

在明確節點要求之后，需要確定邊的形成規則。邊的確定是根據公共交通站點之間的連通情況：1)如果2個公交站點在同一條線路上，即可被認為是連通的，稱為路線連通；2)如果2個公交站點不在同一條線路上，但公共交通站點的距離在200m以內，也可被認為是連通的，稱為距離連通。以上2種連通方式均可以形成邊，2個節點的距離按最短距離計算(忽略道路實際路線距離)。通過節點和邊的確定，可以形成可量化分析的網絡模型。圖1展示了一個典型的局部地區公共空間可達性網絡模型。

2.2 相關技術指標

為了評價上述網絡模型特征，選取度分布指標、中心度(介數中心度和緊密中心度)指標、聚類系數和結構洞指標，以及模塊度等開展研究。

度分布指標是指點的活躍程度的指標，即每個點連接了多少條邊。度分布是網絡中所有節點度的概率分布的總結[7]。度分布是整體網絡結構的最直接反映，但它不能反映微觀層面的結構特征。

中心度指標分為2類：介度中心度和緊密中心度。介度中心度用于衡量一個節點出現在網絡中最短路徑上的頻率[8]。一個節點的介度中心度越高，意味著該節點可以更好地控制其他節點之間的信息流動，如果一級站點具有較高的介度中心度，表明該一級站點在提供公共空間可達性方面具有核心作用。緊密中心度用于衡量一個節點到達其他節點的難易程度，也就是到其他所有節點距離的平均值的倒數，該指標中所說的距離是指節點之間的最短路徑[9]。在濱江公共空間的研究背景下，緊密中心度可以從一定程度上反映節點沿江分布的疏密程度，節點的緊密中心度越低，則其沿江分布越分散，反之亦然。

聚類系數是用來描述一個圖中的節點之間結集成團的程度的系數[10]，具體來說，是一個點的鄰接點之間相互連接的程度；結構洞是衡量節點組團中缺失環節的指標[11]，可用冗余度來計算，冗余度越高表明結構洞越多、網絡的連通效率越低。

另外，當一級站點與二級站點有著良好的連通性時，意味著城市居民可以從更多地方抵達公共空間；當一級站點之間有著較好聯系時，表明公共空間有著較高的外部可達性。但是，如果二級站點之間有著較高的連通性，就意味著抵達公共空間需要更多的換乘，需要花費更多的時間和更遠的路程。因此，本文引入模塊度的概念，用于分析一、二級站點之間以及各級站點與公共空間之間的分布情況[12]。

3 濱江公共空間可達性評價及優化算法

3.1 濱江公共空間可達性評價框架

濱江公共空間可達性評價可以分為2個部分：便捷性和多樣性。結合本文所構建的可達性模型，可以更好地理解這2個概念。

便捷性是指在不增加節點的情況下，盡可能提高節點之間連通的有效性。為了提高便捷性，需要所有節點以盡可能少的邊和盡可能低的冗余度進行連接。這里設定的便捷性目標在于使居民以最高效的方式抵達公共空間，避免過多的換乘和復雜的路程。影響便捷性的指標有冗余度(一、二級站點)、介度中心度(一級站點)和模塊度(整圖)。

多樣性是指一級站點和二級站點盡可能多地存在連通路徑。為了提高多樣性，一級站點需要和二級站點存在盡可能多的聯系，即存在盡可能多的最短路徑。影響多樣性的指標主要有點度(一級站點)、緊密中心度(一級站點)、介度中心度(一級站點)和模塊度(整圖)。為了更好地理解便捷性和多樣性，本文將上述技術指標與可達性的關系劃定在表1中，以提供一個全面的公共空間可達性評價框架。

圖2 黃浦江兩岸地區公共空間可達性優化算法流程

3.2 基于Python語言的可達性優化算法

通過增加公交站點以提高公共空間可達性是最直接的方式，因此，如何確定新增公交站點的位置是規劃設計者必須考慮的首要因素。本研究引入計算機算法完成對新增公交站點的選址?？梢哉J為，新增公交站點將對既有可達性帶來量化的變化，變化程度(變化率)定義為△network，公式如下：

式中，△network表示可達性模型指標的整體變化；i表示原有可達性模型中站點的數量；i+1表示新增1個站點后的模型站點量?！鱪etwork的值越高，表示新增節點可以越好地增加原有模型的可達性，值越低則相反。

增設公交站點是提高可達性的有效方式，增設的公交站點應符合2個條件：1)新增公交站點是二級站點；2)新增公交站點必須連接 2個距離合適的站點(不小于200m，同時不大于500m)。

需滿足第一個條件的原因是在傳統公交系統布局中并未將服務城市公共空間作為主要考慮因素，因此增設一級站點的可能性遠低于增設二級站點的可能性；需滿足第二個條件是為了保證增設站點的有效性，若將2個距離過近(小于200m)或過遠(大于500m)的站點相連，在實際場景中并沒有太大意義，反而容易產生較大誤差。這里的不小于200m，同時不大于500m是指站點之間的地理距離，實際距離應考慮步行和換乘通道等因素的影響。

△network可以通過一個二維矩陣進行表達，矩陣的橫軸和縱軸都是所有的站點編號，其矩陣中對應的值就是這組點對所對應的可達性變化率。例如△5，6=0.194可以理解為新增站點在連接站點5和6之后所帶來的可達性變化率為19.4%。因為從GIS中抽象出的可達性模型是無向的，所以這個二維矩陣也是對稱的。通過可視化二維矩陣可以找到最優點對，即最大幅度提升可達性變化率的站點組合。繼續新增站點，直到最優點對對可達性變化率的邊界效用遞減至最小，這時新增站點將不會繼續有效提升可達性。圖2為優化算法的基本流程。

將算法引入的目的是尋找最優點對，算法可以遍歷所有可能的點對組合并進行迭代，直到所有的最優點對組合都被發現，這樣可以更好地輔助規劃設計者完成新增站點的選址工作，以增加濱江公共空間可達性。

4 實例分析與主要結論

為了說明上述模型框架，本文選取黃浦江兩岸的虹口區和徐匯區作為典型代表。虹口區置陽段濱江公共空間位于上海城市中心區，較早配備了完善的公交系統；徐匯區濱江樣板段公共空間為新近建設完成，公交系統仍有較大發展潛力。這2種典型的公共空間可以更加全面地詮釋本文構建的可達性模型。

表1 黃浦江兩岸地區公共空間可達性評價指標相關性

圖3 虹口區置陽段濱江公共空間可達性模型

圖4 徐匯區濱江樣板段公共空間可達性模型

圖5 虹口區置陽段濱江公共空間可達性網絡模型點度分析

圖6 徐匯區濱江樣板段公共空間可達性網絡模型點度分析

4.1 虹口區、徐匯區典型區段濱江公共空間可達性模型構建

1)虹口區置陽段濱江公共空間可達性模型。

虹口區置陽段濱江公共空間(以下簡稱“虹口濱江”)位于虹口區內，空間范圍東至大連路、西至吳凇路、北至周家嘴路，該地段共有公交站點57個，通過GIS位置分析工具，區分出一級站點和二級站點，將公交站點進行路徑連通和距離連通，得到一級站點11個、二級站點46個。可達性模型的建立過程如圖3所示。

2)徐匯區濱江樣板段公共空間可達性模型。

徐匯區濱江樣板段公共空間(以下簡稱“徐匯濱江”)位于徐匯區內，空間范圍北至魯班路、南至龍華西路、西至中山南二路，該地段共有公交站點52個，通過GIS位置分析工具，區分出一級站點和二級站點，將公交站點進行路徑連通和距離連通，得到一級站點7個、二級站點45個?？蛇_性模型的建立過程如圖4所示。

4.2 主要結論

2個地區的公共空間可達性評價可以通過網絡模型進行量化分析。

1)可達性模型點度分析。

對2個網絡模型進行整體的點度分析。結合圖5、6，綠色節點代表一級站點，其余為二級站點，可以看出虹口濱江的一級站點與二級站點之間邊的數量大于徐匯濱江，說明虹口濱江一級站點與最大連通子圖①有較好聯系，而徐匯濱江聯系較弱。從點度等級分布可以看出2個網絡模型均不符合無尺度網絡結構②(紅色虛線)的特點，這意味著盡管大多數節點的度較小，但去除任意節點均會對網絡的可達性產生較大影響。在點度頻率分布中可以看出，2個網絡的平均點度頻率分布相近(分別為4.1和3.9)，平均點度頻率越高則便捷性和多樣性越好，因此，2個網絡模型的可達性均有一定的提升空間。此外，2個網絡模型的點度分布并不均勻，需要對一級站點進行重點分析，新增站點需要盡可能地將一級站點與最大連通子圖相聯系，提升區域整體可達性。

圖7 虹口區置陽段濱江公共空間可達性網絡模型優化矩陣

圖8 徐匯區濱江樣板段公共空間可達性網絡模型優化矩陣

圖9 虹口區置陽段濱江公共空間可達性網絡模型優化過程的指標變化

圖10 徐匯區濱江樣板段公共空間可達性網絡模型優化過程的指標變化

2)可達性模型一級站點各項指標分析。

整體而言，徐匯濱江的一級站點數量不足，抵達濱江公共空間的多樣性低于虹口濱江；雖然徐匯濱江的整體聚類系數較高，但模塊度明顯低于虹口濱江(分別為0.116和0.175)，說明徐匯濱江的一級站點與二級站點的聯系程度較弱，因此整體可達性也低于虹口濱江。需要指出的是，一個良好的網絡模型，其模塊度應在0.3～0.7[13]，而上述2個模型均遠低于該水平，說明公交站點與濱江公共空間之間的聯系非常弱，公共交通系統對城市公共空間的可達性缺乏預先考慮和規劃布局。

3)可達性模型優化算法分析。

圖7、8分別表示新增一個站點后，虹口濱江和徐匯濱江的可達性模型指標的整體變化程度，即上文所述的△network，在這2個矩陣模型中，用紅色圓圈標注的地方為△network最大值所對應的點對，顏色越深表示△network中所對應的值越大，即可達性提升幅度越大。圖7中△network最大值為△11，43=0.194，說明新增站點連通白渡橋站和吳淞路天潼路下客站這一點對組合后可以提高虹口濱江整體可達性的幅度為19.4%；圖8中△network最大值為△23，48=0.254，說明新增站點連通打浦路中山南一路站和江濱路日暉東路站這一點對組合后可以提高徐匯濱江整體可達性的幅度為25.4%。通過對比可以發現新增站點后，虹口濱江所有點對組合的△network值普遍低于徐匯濱江，說明徐匯濱江的可達性相對于虹口濱江有更大的提升空間。

圖9、10分別代表在不斷增加公交站點的情況下，虹口濱江和徐匯濱江的整體可達性及各項指標的變化程度。綠色粗虛線代表整體可達性△network的變化趨勢。通過上文所建立的濱江公共空間優化算法，每增加一個站點就選擇最優點對作為新的可達性模型，直到整體可達性△network的變化趨勢趨于穩定，即增加新站點的邊際效用達到最低，增加站點不再能有效提升整體可達性為止。最終得出，虹口濱江在原有57個站點的基礎上，增加到70個站點時(連通白渡橋路站、吳淞路閔行路站點對組合)△network值為1.6%，其可達性優化邊際效用趨于穩定；徐匯濱江在原有52個站點的基礎上，增加到65個站點時(連通龍騰大道豐谷路、云錦路后馬路站點對組合)△network值為5.7%，其可達性優化邊際效用趨于穩定，但相較于虹口濱江仍有較大的提升空間。

5 結語

本文提供的研究方法鼓勵政府部門、規劃設計師和研究人員等對如何有效提升濱江公共空間可達性進行更加深入的思考。本文認為影響濱江公共空間可達性的主要因素是便捷性和多樣性，而不是傳統交通系統規劃中關注的距離、交通流動和成本等。居民會盡可能采用最短路徑，以最少換乘、最近出入口的方式接近濱江公共空間[14]。在此理論基礎上，通過構建濱江可達性網絡模型評價現狀可達性問題，并提出可達性優化算法和策略，通過對虹口區、徐匯區濱江段進行實證研究，提供了一種可量化、可重復運用的優化設計工具[15]，輔助城鄉規劃師在濱江地區開展規劃設計時，在一定程度上對現有濱江公共空間的可達性進行精準優化和調整。

本文所建立的模型具有可重復、可擴展的特點。可達性模型可以適用于分析地鐵、輪渡等其他交通方式，研究范圍同樣可以擴大到城市或地區級別，而不僅僅是濱江腹地。例如，將地鐵站納入可達性模型中，作為城市級別的一、二級站點，研究城市級別公共空間(公共綠地)的可達性問題[16]。但本文提供的優化算法也存在一定局限和不足：優化算法是基于一定的假設條件，是對現實情況的簡化處理，在一定程度上影響了優化算法的準確性，需要在以后的研究中予以深入和完善。

注：文中圖片均由周廣坤繪制。

注釋：

① 最大連通子圖，指圖的所有節點用最少的邊將其連接起來的子圖。

② 無尺度網絡結構，指在網絡結構模型中，少部分節點的點度極大，而大部分節點的點度較小。