傳統建筑外部空間意象構成要素的視覺量化分析

李曉丹 陳智婷 周 馳 賈麗君

宗教建筑外部空間指的是由宗教建筑物、構筑物等實體圍合或占領的一切活動空間區域[1]。根據城市意象理論，宗教建筑外部空間意象由五種元素構成：邊界、場所、通道、節點和符號[2-4]。

國內外有關建筑外部空間意象的研究目前主要停留在基于美學直覺的定性分析階段[5-17]。本文擬將復雜的建筑外部空間構成要素的視覺特征量化，來分析建筑外部空間意象。以北京市6處典型宗教院落作為研究對象，基于城市意象理論與現代視覺分析技術，借助ArcGIS、MATLAB等數據分析平臺，結合傳統的問卷調查法，對北京宗教建筑外部空間意象各構成元素進行量化研究，為宗教建筑群的保護與擴建工作提供一種新的分析思路同時為新時期如何塑造宗教類建筑的旅游形象提供參考借鑒。

1 研究對象概況

本文選取的研究對象包括北京地區孔廟、白云觀、龍泉寺、妙應寺、牛街禮拜寺和西什庫天主教堂（北堂），對各案例進行了詳細的實地測繪與大量的問卷調研（表1）。

表1 北京地區典型宗教建筑調研結果統計表

2 視覺量化分析方法

本研究擬對北京市6處宗教建筑外部空間意象5種構成要素的視覺特征進行詳細的量化分析。由于篇幅所限，具體的計算過程以白云觀建筑外部空間意象的構成要素分析為例，進行詳細闡述，其他研究對象的分析結果同理可得。

2.1 邊界元素分析

邊界元素包括建筑邊界與景觀邊界（圖1）。邊界輪廓線與天際線一樣具有顯著的分形特征。分形維數的大小代表了邊界輪廓線在分形幾何意義上的復雜程度[18]。其計算公式如下：

圖1 白云觀全景邊界輪廓線示意圖

其中d為分形維數（即計盒維數），δ為每格分形圖形長度，N（δ）為覆蓋住整個分形的盒子數。

2.2 場所元素分析

主殿前的開敞空間作為宗教建筑外部空間的“心臟”，是整個外部空間序列的高潮，本研究稱之為中心場所可用視覺通透指數來衡量宗教建筑外部空間中心場所的空間特征，它決定于橫向的總體觀景深度與縱向的觀景層次面積比。計算公式如下：

T=D'·M

其中，T為視覺通透指數，D’為總體觀景深度值，M為觀景層次比。

（1）總體觀景深度

某一空間的觀景深度決定于它的視域范圍，其大小取決于視域直徑D。宗教建筑外部空間中心場所的總體觀景深度值取其視域直徑平均值D'（圖2），可利用基于ArcView平臺的Isovist Analyst插件來計算（圖3）。其計算公式為：

圖2 視域與平均視域直徑D’

圖3 白云觀觀景深度值計算示意圖

其中S為視域范圍面積。

（2）觀景層次感

觀景層次感是由不同距離范圍內建筑物、構筑物、景觀等的可視面不同而形成，可用觀景層次面積比（M）來表示其特征（圖4）。計算公式為：

圖4 白云觀觀景層次面積比計算示意圖

M=S1/S2

2.3 通道元素分析

通道元素指的是位于相鄰的兩處建筑物或構筑物之間的線性空間。它的整體意象可用空間收斂傾向值X來表示。X值與表示通道連通程度的平均深度值L'呈正相關，與表示通道整體開敞程度的平均寬高比K呈負相關關系。因此通道元素的空間收斂傾向值X可近似表示為：

X=L'/K

（1）平均深度值

在分析某一空間的拓撲學特性時，源于“空間句法”理論的平均深度值是最為常用的空間特征屬性值。通道空間的平均深度值L'代表的是宗教建筑外部空間各通道元素整體的可達程度[7，10]。其計算過程如圖5所示。

圖5 白云觀平均深度值計算過程圖

（2）平均寬高比

寬高比（D/H）指的是在具有單一方向性的空間（如街道、通道等）設計中主體空間寬度與周邊建筑高度的比值[19]（圖6）。可用寬高比來衡量某一通道空間的開敞程度，某一處宗教場所通道空間的整體開敞程度則用平均寬高比K來表示。其計算公式為：

圖6 寬高比概念示意圖

V=V·D/S2

其中V指的是所有通道空間的整體體積，D指的是通道空間平面上人流軸線總長度，S表示通道空間水平面投影面積（圖7～8）。

圖7 平均寬高比計算過程示意圖

圖8 白云觀平均寬高比計算模型

2.4 節點元素分析

宗教建筑外部空間節點有著豐富的表現形式，包括建筑節點和景觀節點：建筑節點指的是各建筑主立面、出入口、通道盡端等有提示空間轉折的元素，形式大多表現為洞口型或斷面型；景觀節點一般出現在副流線的末端，多數表現為小橋、亭榭等形式。

節點元素的視覺特征表現為一組識別性較強的實體圖像，可以稱之為特征面。某一特征面的視覺特征可用熵來度量。設某一特征面中有n個包含顯著邊界的視覺區域或視覺單元，其中第i個視覺區域出現的概率為Pi（i=1，2，……，n），該單元的信息量為Hi=-PilgPi，則對于由n個視覺區域構成的整體特征面來說，其包含的總體信息量可用如下公式來計算：

其中H值表示該特征面的視覺復雜程度，稱為視覺熵。其具體計算過程為：首先借助Photoshop軟件降低節點實景圖像的環境噪點（圖9～10），經灰度化處理后導出不同閾值的圖像區域；然后通過AutoCAD軟件計算每個閾值分區的面積；最后將其導入MATLAB軟件計算其視覺熵。

圖9 白云觀各節點視覺熵計算圖像（處理前）

圖10 白云觀各節點視覺熵計算圖像（處理后）

但是，宗教建筑外部空間節點一般以組團的形式出現或沿著中軸線分布在其空間序列中，因此，在計算單個節點元素視覺熵的基礎上，本研究采用各關鍵節點視覺熵的算術平均值來描述宗教建筑外部空間節點元素的整體特征，用視覺熵序列的標準差來表示其變化情況，即衡量整個外部空間節點元素的形式統一性。

2.5 符號元素分析

符號元素的外觀形態與節點元素一樣具有視覺特征面屬性，因此可以用視覺熵來分析其特征。

某一符號元素對環境氛圍的渲染強度即為該符號元素對其所屬特定環境的寓意表達程度，本文稱之為寓意值。研究表明，某一符號元素的寓意值主要包括兩個方面：一是該符號對來訪者的吸引力；二是該符號與其所屬環境的契合度。

本研究為各符號元素對人們的吸引力與契合度設計了調查問卷，均以1～5分計值。某一符號元素的吸引力與契合度取其調研樣本總數的算術平均值（AVG），二者之和則表示某一符號元素的寓意值。所有符號元素寓意值的均值則為某一公共場所所有符號元素的整體寓意值。

白云觀外部空間符號元素主要表現形式有浮雕、雕像、塔、爐等：浮雕類符號元素分為八卦符文類浮雕、生肖鳥獸類和自然植物類；雕像包括石像和銅像；塔類符號元素有華表、雷公塔等；爐類符號元素有各式各樣的焚香爐、銅鼎等。研究團隊針對20歲以上成年人共發放問卷150份，收回問卷135份，其中129份為有效樣本，有效率為95.6%。調研結果如表2所示。

表2 白云觀符號元素問卷調查結果統計表

3 數據分析與討論

3.1 數據匯總

基于以上方法，計算后得到6處研究對象建筑外部空間意象構成要素的視覺特征分析數據如表3所示。

3.2 分析與討論

（1）邊界元素

景觀邊界的分形維數普遍大于建筑邊界的分形維數，顯然景觀邊界的輪廓線比規則的建筑邊界輪廓線更富有變化性與不確定性。孔廟與龍泉寺的植物，尤其高大喬木類明顯多于其他幾處宗教場所，因此它們的景觀邊界分形維數明顯高于其他幾處宗教場所；西什庫天主教堂的建筑邊界分形維數明顯高于其他幾處宗教場所的特征值，這與它高差較大的建筑分布情況和邊界復雜細致的線腳有一定關系。

（2）場所元素

宗教建筑外部空間場所元素的視覺通透性指數與其總體觀景深度和觀景層次比呈正相關關系。孔廟中心場所的規模大約相當于白云觀和妙應寺的兩倍，因此其總體觀景深度值約為后兩者的兩倍。但是，由于孔廟大成殿前碑亭林立、植物眾多，導致場所觀景層次比遠遠低于白云觀與妙應寺。所以，孔廟場所元素的視覺通透性指數與白云觀、妙應寺的相差不大。

（3）通道元素

計算表明，各宗教建筑外部空間通道元素的平均深度值相差不大，一致性較高；平均寬高比與整體通道空間在豎向上的閉合程度呈正相關關系，而西什庫天主教堂的整體通道空間與孔廟的相比更閉塞一些，因而其平均寬高比的值更小一些。因而，孔廟與西什庫天主堂通道元素的收斂傾向值相差較大。

（4）節點元素

西什庫天主教堂的節點元素特征面屬性值明顯高于其他幾處宗教建筑，這與西方教堂節點元素精細復雜的繪畫與雕塑設計息息相關。

（5）符號元素

符號元素寓意值的分布情況則較為復雜。孔廟、妙應寺、西什庫天主教堂等統計結果顯示的數值較高，這可能與他們對應的宗教傳播范圍更廣有關；由于伊斯蘭教禁止偶像崇拜，牛街禮拜寺外部空間的符號元素相對別的宗教場所來說較少一些，因此其寓意值是最低的。

結語

綜上，除了邊界元素與通道元素的特征在整體上具有較高的一致性之外，各宗教建筑外部空間的場所、節點與符號元素表現出一定的差異性，其中與其他差異性最大的是源于西方宗教與建筑文化的伊斯蘭教與基督教建筑。研究結果雖與傳統建筑學和美學視角對宗教建筑外部空間意象的整體判斷類似，但從數據方面詳細闡釋了風格迥異的宗教與建筑文化體現在哪些構成要素的差異性且其差異到底有多大。說明本文的研究方法具有一定的可實施性。

以城市意象理論為指導，借助現代視覺分析技術，可在一定程度上彌補建筑空間分析不夠科學與精確的缺陷，具有很強的應用前景。本文只是對建筑外部空間意象構成要素量化分析的初步探索，更完整、更深入的研究有待后續研究的繼續推進。

資料來源：

圖6：《街道的美學》；

其余圖表均為作者繪制、拍攝。