街道網絡的空間形態量化研究
——多種類型城市街道比較分析

胡 揚

王 雷

田中貴宏

1 背景

1.1 街道網絡的重要性

街道是構成城市空間的重要部分，它由街道網絡本身和街道周邊附屬的建筑物、公共設施、植物等立體要素組成。街道空間是人們經濟和生活的重要載體，對其進行研究可以幫助我們客觀地認知街道空間的現狀，通過認知來發現規律、發現問題，并指導實踐。已有大量研究通過分析街道當中的各種要素，總結出一些良好的街道空間的特點，例如Cervero等[1]提出混合的土地利用情況帶來街道活力；Aloys等[2]發現小零售商業模式更吸引人群到訪；Bruno等[3]發現人們更偏好交通量少的街道；Guo等[4]驗證更寬的步道受步行者喜愛。而在各個要素中，街道網絡是不容忽視的重要部分。這里把街道間的連接方式所構成的街區整體，以及街道本身的寬窄、曲直形狀稱為街道網絡。其他建筑物、綠化等需要圍繞街道網絡在其形成的基礎上進行建設，因此可以說街道網絡是一個城市的骨架，是構成城市道路最基礎的要素。特別是整個街道建成定型后很難再改變街道網絡的布局，所以需要在規劃設計時慎重考慮。

1.2 空間句法理論

在街道網絡的分析方法中，空間句法理論（Space Syntax Theory）是最具代表性的方法之一。該理論于20世紀70年代被比爾·希利爾（Bill Hillier）等人提出，可以用來解析從小規模室內到街區，甚至更大規模的城市等不同尺度的空間構造[5-6]。該理論主要強調空間的拓撲關系，比如各個空間之間的連接性、通達性等，自提出以來已在國內外的相關研究領域積累了眾多研究成果。例如，何等[7]以廈門為例，對本島和全市域兩種尺度進行了空間句法分析，比較了1931年—2004年間的集成度（Integration Va lue）分布變化趨勢，總結了廈門城市形態發展的特征。Perver等[8]使用空間句法調查社區街道空間，得出更高的控制度（Control Value）和整體集成度可以促進休閑步行。木川等[9-10]以京都、滋賀大津等地為對象，通過空間句法理論解析空間構造分別對地區的發展與衰退的影響。

這些研究成果對于理解街道構造提供了豐富的知識與經驗。然而，除了街道間的連接方式，街道本身的形狀也是構成街道網絡的空間形態的重要屬性，會給使用者帶來不同的感受并影響城市的形象。比如直線形的街道便于交通流動，容易成為一個區域的軸線；而曲線形的街道容易識別，可以形成地域特有的意象。目前已有部分研究者在分析街道空間構成時考慮了街道形狀的特性，比如三浦等[11]以威尼斯為對象，通過分析當地的街道密度、交叉口的連接形態、街道寬度、視距等，嘗試解釋城市空間構成的一般性原理。高野等[12]除了使用空間句法的集成度指標以外，還使用了街區的面積、矩形程度等指標，嘗試定量描述街道網絡的特性。然而如前文所述，通過空間句法分析街道空間的連接性是目前主要的研究方式，對于街道本身的形狀的探討還有待積累。

表1 各對象地的街道網絡指標值

表2 各類型對象地的特征概況

1.3 研究目的與構成

本研究歸納總結了用來描述街道間的連接方式、街道形狀的相關指標，并提案增加了描述街道形狀的指標，目的是定量地解析街道網絡的空間形態，并進行類型化。

2 對象地選擇

本研究為了數據的多樣性，從《世界ふxvffXIV街 ffi（行走在與世界接觸的街道上）》[13]節目當中列舉的世界各國的城市街道當中，選擇了12個城市的部分街道作為研究對象地。這些對象地來自不同國家，并且涵蓋了網格型、放射型、不規則型等不同類型的街道。各對象地的街道網絡和城市名（國家名）見圖1，使用GIS地理信息系統提取街道網絡并加工繪制。對象地1～11的面積為大約1.0 km2，對象地12由于受到周圍地貌的影響，采集到的有效面積為大約0.6km2。

3 分析指標

對分析上述對象地時將使用的街道網絡相關指標做以下歸納說明。

3.1 街道整體指標

為了把握對象地的街道網絡的特性，將采用7指標。首先，為了描述街道整體的特性使用“總單位街道數”“總單位街道長”“網格軸線度（Grid Axiality）”這3個指標。單位街道是指一個交叉路口的中心到下一個交叉路口的中心之間的街道。其中，網格軸線度是空間句法理論中的指標，用來表示和正交網絡比較時街道網絡構成的變形程度，值在0～1之間，越接近1則街區的變形越少，越趨向于正交網格，反之越接近0則街區的形狀越不規則[14]。該值由公式（1）求得。

I：網格數（Islands，這里Islands是指街區（Blocks），表示周圍被包圍的連續的建筑群）。

L：軸線數（Axial lines，這里軸線是表示了最長視線、直線移動的軸線）。

3.2 單位街道指標

圖1 對象地圖的街道網絡

圖2 單位街道彎曲度計算例（黑色實線表示街道。 灰色虛線表示軸線，原始軸線由Depthmap軟件 計算生成。）

圖3 對象地的聚類分析

為了描述單位街道的特性使用“長度”“寬度”“集成度”“彎曲度”這4個指標。其中，集成度是空間句法理論中的重要指標，表示街道構造。值高于1時表示該空間是整合的，容易從其他空間抵達，在對象范圍內中心性高；反之，值低于1時表示該空間處于較深的位置，與其他空間分離不易抵達。集成度值用表示了最長視線與直線移動距離的軸線（Axial line）為基本單位，由以下式（2）～（4）求得[6]。

RA（Relative Asymmetry）：地域全體的相對深度（RA的值越大，空間在對象地域中越處于相對深的位置）。

MD（Mean Depth）：平均深度（指系統中某個節點到其他所有節點的最少步數的平均值）。

k：軸線的總數。

RRA（Real Relative Asymmetry）：RA標準化后的值（為了排除地域規模的影響而進行標準化）。

Dk：標準化時使用的值，D值隨k的取值而變化，通常在解析時k值限定在5以上。該值由以下式（5）求得。

另外，為了表示單位街道的曲直程度，本研究提案彎曲度指標，計算方法基于空間句法中表示了最長直線移動距離的軸線概念（圖2），由加算單位街道中的軸線數目得出，值越高街道越曲折[15]。

4 街道網絡的空間形態分析

接下來使用上述7項指標分析各對象地的街道網絡特性。每個對象地的各指標的計算結果匯總見表1。概觀各指標值的特點，1薩凡納（美國）的總單位街道數與總單位街道長、網格軸線度都取得了較高值，另一方面單位街道集成度的平均值最高而彎曲度的平均值最低，可以看出該地域的街道數量多，由格子型的街道網絡構成，特別是擁有直線形狀的街道、街道間的連接較強的特征。與之相對的是2戈爾德（法國）、9熱那亞（意大利）等地，街道數量少并且呈現出不規則的街道網絡形態。4福岡（日本）、8阿雷基帕（秘魯）和其他對象地相比，單位街道寬度的平均值高且標準偏差也大，由圖1可以發現這兩個對象地中存在非常寬的顯眼的大道。另外，6鹿港（中國臺灣）、10青島（中國）的各指標值基本處于全部對象地中的平均水平，其中10青島（中國）的街道數略少。

5 街道網絡的類型化

根據表1的結果，將各對象地的7項指標值進行標準化，用所得數據做聚類分析（ward法），把12對象地分為3大群集（圖3）。

各類的特征描述見表2。群集1與群集2分別包含5個對象地，它們在街道網絡形狀、空間連接、街道形狀和街道分布是否均勻等方面都呈現類型的傾向。但是從相同面積的區域內的單位街道數來看，群集2的平均單位街道數（385.80個，對象地12按面積比例換算后為426.20個）比群集1的平均單位街道數（205.20個）更多，另外群集2的平均單位街道長度（64.00m）也比群集1的平均單位街道長度（92.48m）更短，這表明群集2由許多的短街道構成，并且交叉口的數量更多。根據鄧等[16]的既往研究成果顯示，群集2這類交叉口數量多且道路短的街區能給步行者帶來更好的視覺豐富程度，讓街道更加具有活力。

另一方面，群集3僅有2個對象地，并且和前兩個群集相比表現出較大的區別。群集3的街道少且部分街道非常長，幾乎沒有直線形狀道路，特別是9熱那亞（意大利）的一部分街道十分曲折，這類街道網絡的空間連接性較弱，不論對于步行者還是交通移動都缺乏便利性，在一般城市中并不多見。

其原因在于，群集3的對象地都位于山地，其中2戈爾德（法國）依靠山頭而建，9熱那亞（意大利）緊靠北部的山脈，由于地勢原因在街道建設時保留了原有的自然地貌，因此形成了這種稀疏、長而曲折的街道形狀。而其他對象地多位于平原、丘陵或盆地，地形較平坦適合發展城市街道，形成了常見的網格型或比較規則的街道網絡，有許多直線型的街道，甚至有些地區根據行政需求建造了區域道路軸線、圓形或菱形等人工幾何形態。另外，雖然像群集2里的5佩魯賈（意大利）和12東廣島（日本），也被地貌圍合出了獨有的地域邊界形狀，但和群集3相比街道密度較高，形成了相對便捷的街道網絡形態。

結語

研究通過對世界各國城市的街道網絡形態進行探討，總結了各類街道網絡的特征及其形成原因。由研究結果可知，街道網絡的形成在一定程度上受到地形地貌的影響，產生了豐富多樣的空間形態，并且可以根據它們的形態進行量化分類，不同的形態將對移動便捷性產生不同影響。

城市街道的建設和城市的發展有著密不可分的關系，如何科學地創造出通行更便捷、更具有城市本身特點、能反映出當地精神面貌的街道網絡是我們需要考慮的重要課題。目前我國已在相關理論研究與實踐方面有了長足的發展，還期待將來有更豐富的成果積累。本研究成果將在相關領域的理論研究中提供認知街道空間形態的知識，在規劃設計、解析街道網絡的發展過程等方面提供參考資料。

例如在城市街道在規劃設計時，需要確保移動便捷的同時注重表達城市意象；在平坦的地形上建設直線型網格道路，將有利于便捷地移動；對于水平面起伏較大的地勢，如果改造成直線型道路會造成經濟成本增加，這時可以順應其原有的地貌，把突出地域特有的意向作為建設的重點；另外，對于需要增加城市活力的地區，可以在原有道路的基礎上增設一些小路，通過縮短街道長度增加交叉點的方法提高空間之間的連通性，誘導步行者動線，豐富步行者的視覺感官，創造出豐富的城市意象。

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文中圖片均為作者繪制。