緊湊型高密度居住形態的量化與測度研究*
——以沈陽市長白街區為例

馬芳芳 劉生軍 MA Fangfang,LIU Shengjun

城市形態是一個城市的政治、經濟、社會結構、文化傳統等要素在外在空間上的顯像特征，在一定程度上影響城市的可持續發展。隨著我國城鎮化進程的快速發展，居住用地逐漸成為城市用地結構中占比最大的部分，其空間形態一直受到多方關注。同時，街區制的興起與推廣，打造了一種全新的城市建設模式，得到諸多認可。

居住街區空間形態的量化研究對塑造健康有序的街區空間、調節居民與物質空間環境的關系具有一定的積極意義，同時也為提升居住空間品質提供一定的理論依據。

1 核心概念界定

1.1 高密度居住區

“密度”（density）一詞在物理意義上是指單位體積下物質所具有的質量，能夠反映物質本身的特性，同時也會受到外界因素的影響。從城市空間環境來看，密度常作為評價城市物質建造環境的重要指標。高密度指所在空間環境中，高層建筑分布較為密集，有著高建筑容積率、高建筑覆蓋率和低開放空間率的特點，同時也可能包括公共服務設施和道路交通網的高密集度。因此，可將高密度物質空間環境特點簡單歸納為：①以高層建筑為主；②高建筑容積率；③低開敞空間率；④高建筑覆蓋率[1]。

1.2 緊湊型街區

“街區”（block）指四周由城市街道所圍成的最小區塊，內部涵蓋了建地與建筑物等。緊湊型城市源于可持續發展理念，是基于土地資源集約利用的新思想，具體表現為城市用地規模緊湊、功能緊湊和結構緊湊3方面。本文所指的緊湊型街區，從空間形態上講，指由城市街道所圍成的高密度、圍合式街區的用地集合，內部包含建筑、道路、綠地景觀和公共服務設施等要素，即由多個街坊和要素共同組成的城市局部區域[2]。

1.3 城市形態

形態（morphology）最早由希臘語中的“morphe”（形）與“logo”（邏輯）發展而來。城市形態（urban form）指城市建造環境的空間組織和布局形式、城市用地的外部幾何形態，其內部包含諸多要素，因而具有錯綜復雜的特點。隨著時間的推移，城市形態會發生一系列變化，為適應城市發展的要求，需要探究和思考。

西方國家對于城市形態的研究起步較早，早在19世紀初就已經對城市形態展開了廣泛的研究和討論，提出一系列理論和方法。我國相關研究的起點則是在20世紀80年代。近年來隨著我國城市化速度加快，城市空間形態的研究也越來越受到諸多學者的關注。目前國內有關城市空間形態的研究可大致分為3類：①城市空間形態的測度研究。任安東等[3]分析了中國36個城市的形狀計量指標，并輔以Pearson相關系數探求各指標間的相關性；周鵬[4]通過構建特征值指標體系，研究武漢市多尺度多維度的居住空間分異特征。②城市形態特征的研究。周在輝等[5]運用分形維數、城市空間擴展速度、各向異性指數等指標對武威市城市用地的演化特征進行探索與分析；錢志友等[6]借助遙感影像，采用景觀指數法和等扇方位法等空間分析方法，對南京市城市擴張及其形態演變進行定量分析，在時間和空間上揭示了南京市城市擴張與形態演變特征；熊偉婷等[7]運用年輪分析、全局自相關分析、圈層分析等方法，以建筑層數、建筑年代、建筑高度、建筑密度、地塊地價和開發強度等為評價指標，定量分析了無錫市空間形態“集聚式”分布和“年輪式”增長的演化特征。③城市空間形態的擴張機制研究。徐銀鳳等[8]利用4個時期的Landsat遙感影像，借助分形理論和空間句法分析，探索蘇州城市外部和內部空間形態演變特征，并揭示其影響機理；譚雪蘭等[9]基于4個年份的遙感影像，利用GIS分析、等扇分析法和多元回歸分析法，分析了長沙市1989年以來城市空間擴展的動態變化過程、特征及影響因素。

總結已有研究發現，目前對城市空間形態的研究仍有不足。從研究方法來看，單純依靠定量指標分析較多，而統一建立量化指標體系、探求指標相關性的研究較少；從研究對象來看，以單個城市或多個城市區域為對象的研究較多，缺乏對某個城市片區的精細化尺度的形態研究；從研究內容來看，對城市形態建立測度模型研究較少，特別是對城市街區形態的研究不多。因此，在前人研究的基礎上，本文旨在以城市形態學理論為基礎，聚焦居住街區的微觀尺度，借助地理信息系統（GIS）平臺，對街區內的場地、包含建筑和道路等形態要素進行綜合提取，對相關指標參數進行統計和分析，并進一步運用全局莫蘭指數（Global Moran's I）探求指標的相關性分析，最后通過層次分析法（AHP）對居住街區的緊湊度形態進行評價，為引導街區向綠色、健康有序的方向發展提供一定的指導和建議。

2 研究區概況

本文研究范圍為沈陽市和平區長白島（見圖1），占地4.3 km2，位于沈陽市渾河南岸，居住用地面積占整個地塊的67.9%（見圖2），被稱為沈陽“一河兩岸”重要的濱水生態居住板塊，是集生態宜居、商務辦公、文化娛樂、運動休閑為一體的大型濱水城市生活區。由于該街區同時包含道路、綠地、建筑、公共活動開敞空間和場地等多元空間信息，道路網系統高度密集，其路網密度為21.78 km/km2，具有較強的空間可達性，且不拘泥于單一功能街區的形態，屬于多種類型、功能復合的街區，因此具有一定的研究意義。

圖1 研究區域及區域內小區點位置Fig.1 Study area and location of residential areas in the study area

圖2 街區內用地性質分布圖Fig.2 Land use in the block

3 研究方法

3.1 數據來源及處理

本文主要借助Google、OSM地圖信息平臺獲取城市行政邊界、街區信息、交通路網等其他相關城市空間數據，結合遙感影像資料，通過AutoCAD和ArcGIS軟件技術進行圖形的處理和繪制，經過坐標轉換、空間校正、地理配準等方法，進行完善和整理，篩選出可利用的相關信息。同時在ArcGIS平臺內進行形態指標的賦值和屬性定義，進一步建立基礎形態數據庫，繼而進行形態相關數據的提取、統計和分析。

3.2 指標測度模型構建

評價體系以“緊湊度”評價識別為基礎。英國學者波頓（Burton）曾對城市緊湊度的評價指標進行探究，認為高密度的建筑是緊湊城市形成的最重要的空間形態，容積率則代表了地塊開發的程度，與街區緊湊形態的形成息息相關。針對以上特點，結合高密度居住街區核心概念，根據定量分析的原則，從平均層數（Average Layer，AL）、建筑覆蓋率（Building Density Ratio，BDR）、容積率（Floor Area Ratio，FAR）和開敞空間率（Open Square Ratio，OSR）4個指標因子構建緊湊度測度模型。

3.3 空間相關性檢驗

評價體系中，為探求各評價因子之間的空間相關性，采用全局莫蘭指數對其進行檢驗，主要統計相鄰的空間分布對象屬性取值之間的關系，范圍為[-1，1]，如果高值與高值聚集在一起，低值與低值聚集在一起，則為“空間正相關”。反之，則為“空間負相關”。越接近-1和1，就表明空間相關性越強，0表示該屬性值不存在空間相關性。其計算公式如下：

式中：n為指標點數目；yi和yj分別為空間對象在第i和第j點的屬性值；w為空間權矩陣。根據正態分布檢驗值，當Z得分處于-1.65—1.65之間，在統計上呈現隨機分布的趨勢；反之如果Z得分大于1.65（或小于-1.65），表明區域之間的空間正相關（或負相關）具有顯著意義。

從測定結果來看（見表1），可以發現全局莫蘭指數均大于0，且Z得分均大于1.65，數據聚集的可能性大于隨機分布的可能，且4個指標因子之間存在空間正相關關系，符合緊湊型街區的特征，且能夠顯著拒絕零假設。

表1 各個指標的空間自相關檢驗結果Tab.1 Spatial autocorrelation test results of various in dicators

3.4 數據歸一化

由于評價體系中各指標因子量綱不同，借助GIS平臺，利用重分類工具將各單因子去綱量化，進行歸一化處理，并按1—10級采取自然間斷分級法（Jenks）進行量化分級。

3.5 權重計算

為準確判斷各類別因子對其形態的影響程度，本文采用層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP），參考相關文獻以及專家打分法，運用Saaty9級標度法進行賦值，構建判斷矩陣，并對判斷矩陣進行一致性檢驗，公式如下：

式中：CR表示一致性檢驗比例；CI；RI為平均隨機一致性指標。通過以上公式可以計算出上述判斷矩陣的一致性比例為0.0077，通過一致性檢驗，具體指標詳見表2。

表2 街區緊湊度評價矩陣及因子權重Tab.2 Evaluation matrix of block compactness and factor weights

其中W1、W2、W3、W4分別代表平均層數、建筑覆蓋率、容積率和開敞空間率的加權影響系數。可以看出，建筑覆蓋率對于街區形態的影響程度最大，其次為開敞空間率，影響最小的為平均層數。由此，街區緊湊度指數（Residential Compact Index，RCI）公 式如下：

3.6 評價方法

本文采用綜合評價指數法，以80 m×80 m的漁網網格為數據單元，借助ArcGIS地理信息系統對各項評價指標權重進行空間疊加，由此計算出研究區內緊湊度指數，并對其空間分布規律進行量化描述。

4 結果與分析

4.1 指標因子分析結果

本文按照定量分析的原則，借助ArcGIS中的漁網工具，將居住街區分為80 m×80 m的網格，共708個。再通過提取街區內建筑物質心點與生成的漁網做相交分析，對街區內的形態進行展現。

在平均層數這一指標中，其界定直接影響到住區的空間容量。結果顯示，該研究區北部以高層建筑為主，南部多層建筑占比較大。較為符合新版居住規劃標準中建筑高度不超80 m的要求；其次為25—40層，占比13.8%。其高度較為明顯的地區主要集中于地塊北部，分布于長白中路北側的萬科城小區、格林玫瑰灣小區以及南側的格林生活坊小區，平均層數為32層，最高為40層的匯錦金融中心；其次為南京南街東側的中海國際社區以及恒大半島天境小區，平均層數為30層。這是由于該地塊位于渾河南岸，其昂貴的地價促使建筑集約式發展。

容積率是地塊內總建筑面積與用地面積的比值，反映建筑空間環境的密度狀況，且通常二者呈正相關關系，建筑容積率高的地區其環境密度也較高。在規劃與建筑設計研究領域，認定評價密度高的標準為：容積率高于1.6為高密度。在這一指標中，整個地塊的容積率平均值為2.51。包括道路及未建設用地在內，0.000000—0.760044這一區間所占比例最大，高達41.8%，主要集中于南京南街西側，分布有和眾人口文化公園和周邊教育類設施；南堤西路的西側有大面積未建設用地以及地塊南側的中海龍灣小區，其建筑層數都較低，總建筑面積較小，故容積率較低；其次為容積率在0.76—2.13區間，占比25%，主要集中于長白中路北部的格林觀堂小區，南側的銀河灣家園、天河家園以及和泓國際小區。除維華商業廣場等商業用地，其他區域容積率值較為適中，小區內建筑物分布較為均勻，層數設置也較為合理，這無疑為社區內居民的生活帶來了較好的感受和體驗，增強了居民之間的信息交流。

建筑覆蓋率不僅能夠反映住區內建筑物的密集程度，還可以反映出住區的土地利用效率。隨著住區功能逐漸多樣化、混合化和綜合化，該地區的建筑覆蓋率較為均勻，平均值為15.5%，且數值在30%以下的地塊占比84%，可以得出該地區在城市用地的擴張上發展較為充分，土地利用率較高，具有均質化特征。這主要是由于長白居住地塊開發年份較晚，且該地塊南北鄰水，區位因素較為優越，建設的高檔小區數量也較多，對于居住小區建設的指標也越來越嚴格，但也存在分布較為密集的小區，主要位于北部的遠洋和平府小區及中部華潤幸福里小區，覆蓋率平均值可達50%。

開敞空間率這一指標對于整個社區的鄰里交往氛圍的營造以及活化閑置空間等都有一定的積極意義。其與建筑覆蓋率指標呈負相關，開敞空間率越大，地塊內的建筑覆蓋率就越低。此次分析可得出，除主要道路和南堤西路旁的未開發用地外，該地區的開敞空間率平均值為70.2%，說明其開敞空間及景觀綠地等開發建設較為人性化，在一定程度上能夠滿足社區居民的心理需求，提供相應的日常活動空間和生活服務。從圖3中可看出長白四街西側的地塊開發較東側更為充分，主要因為西側開發小區數量較多，而東側集中于南部的中海國際社區與恒大半島社區。

圖3 平均層數、建筑覆蓋率、容積率和開敞空間率的分析結果Fig.3 Analysis results of AL,BDR,FAR,and OSR

4.2 街區緊湊度模型結果分析

在上述研究基礎上，為更加系統綜合地評價街區的緊湊度指數并進行分析，借助GIS平臺，利用重分類工具將各單因子值去綱量化，進行歸一化處理，按1—5級采取自然間斷分級法進行量化分級，再通過屬性字段的加權計算工具對各個形態指標進行加權疊加，得到街區緊湊度的總體分布圖（見圖4），該圖反映了街區內緊湊度的高低。

圖4 區域內緊湊度指數評價結果Fig.4 Evaluation results of the compactness index in the region

可以看出，該地區范圍內緊湊度指數平均值為37.7，其中，除主要道路和未開發用地，整個地塊的緊湊度主要集中在37.075485，占整個地塊的43.8%，與均值相差無幾。但同時也存在指數較高的區域，位于三好橋北側的麗灣國際小區和南京南街東側的維華商業廣場區域，緊湊度指數分別為59.7和72.0。這主要是由于臨街城市快速路，周邊的商業服務類設施較為齊全，其他教育類、生活服務類設施分布都較為密集，在空間上反映不同層面的社會經濟需求。數值較低的是位于南部的銀河灣家園及恒大半島社區，緊湊度較為均一，無明顯多樣化特征（見圖5）。

圖5 地塊三維立體化形態圖Fig.5 Three-dimensional morphology of the area

5 結論

本文基于緊湊型住區的指導思想，從中微觀視角出發，選取沈陽市長白街區地塊進行空間形態的量化分析，構建緊湊度測度模型，并使用緊湊度指數來刻畫地塊內的高密度形態。研究結論如下：

（1）通過對平均層數、建筑覆蓋率、容積率和開敞空間率指標進行量化分析，發現除未開發用地外，研究區內平均層數均值為13層，且北部及東南部區域建筑高度差異化較為明顯，容積率均值在2.51，建筑覆蓋率與開敞空間率的分布有較強的隨機性，說明該研究區富有潛在性社會活力，能較大程度上滿足高品質的居住和生活需求。

（2）通過對4個指標進行空間自相關檢驗，結果顯示平均層數呈現的集聚性特征最為顯著，約為開敞空間率的2倍，其次為容積率，建筑覆蓋率與緊湊度相關性最弱。表明該研究區在建筑高度控制上較為良好，呈現較好的連通性特征，同時也大大提升了土地利用效率。

（3）基于“緊湊度測度模型”的建立，可以發現該研究區整體上呈現高密度的形態特征，總體趨勢是“西北—東南高，西南較低”。由于該區域為沿河地帶，其建設考慮到沿河天際線及城市風貌，因此城市用地都較為緊湊，土地利用率較高，使其發揮了較大的開發價值。這不僅有利于實現住區資源環境的合理分配，減少浪費，而且可以為居民提供高效、高品質的生活空間，從而加強整個地區的集聚效應，在保障生態效益的同時促進經濟效益的提升，實現城市的健康持續發展。

綜上所述，沈陽市長白街區處于存量更新的階段，面向高密度、集約化方向發展仍有較大提升空間；同時要結合以人為核心的新型城鎮化建設，綜合考慮居住街區建設的適宜尺度及空間，有利于促進城市更加緊湊、綠色地發展和富有活力。

本文系統分析了高密度居住街區空間形態的量化特征，建立了定量研究的測度模型和住區空間形態定量化研究框架，不僅考慮了住區的內部物質空間環境，而且融入了對三維立體空間使用的思考。這對未來城市居住空間的形態學研究提供了一定的理論基礎，也為居住空間品質的提升提供了依據，同時也為其他城市，尤其是北方地區的居住街區規劃管控提供了參考。由于城市系統的復雜性和資料收集的局限性，本文缺乏對城市經濟發展和社會文化要素的探討，對街區緊湊度的影響有待深入研究。