基于空間句法的桂林市公園綠地可達性評價與優化

樊亞明, 田麗瑩, 鄭文俊

(桂林理工大學 旅游與風景園林學院, 廣西 桂林 541006)

0 引 言

塑造“人、 城、 境、 業”和諧統一的城市形態、 營建綠水青山的城市綠韻正成為新時代中國城市發展新方向。因地制宜建設數量合理、 布局均衡的城市公園, 是當前我國踐行生態文明, 貫徹綠色、 共享發展理念, 以人民為中心建設“公園城市”的重要舉措。城市公園作為城市綠地系統的核心組成部分, 兼具生態、 景觀、 文教和應急避險等功能, 是城市居民日常休閑游憩的重要場所, 對提高人們的健康和福祉具有巨大促進作用[1]。隨著人們對美好生活向往需求的不斷增加, 對城市公園的要求也越高, 他們不僅關心城市公園的數量多少與質量高低, 更加關注城市公園的可進入性和使用效率。

空間可達性是影響人們有效利用公園及衡量城市公園布局合理性的主要指標[2]。 作為能有效衡量城市各類服務設施分布的合理性與服務公平性的重要指標, 可達性一般以時間、 距離、 費用等來定量表達, 常用緩沖區分析法、 GIS網絡分析法、 費用加權距離法、 高斯兩步移動搜索法等從不同視角進行測度[3-8], 但各自也存在不足: 緩沖區分析法因忽略了到達目的地過程中的障礙, 容易高估空間的可達性; 費用加權距離法對于阻力存在有主觀性沒有統一的標準; GIS網絡分析法和高斯兩步搜索法忽視了城市形態塑造過程中人性化、 集約化和有機化的理念。而基于拓撲方法的空間句法理論[7], 以道路網絡為基礎, 將人的活動納入城市空間和道路間拓撲關系中, 能更科學、 理性地評價城市公園的空間可達性[3]。

空間句法理論由Bill Hillier等提出, 旨在通過空間組構分析描述空間與社會的關系, 是根據圖論和城市形態學的觀點對空間的構型特征進行客觀地描述和測量的一種理論和方法[9]。空間句法分析的載體是“人”在空間中的運動或活動, 主要通過軸線法、 線段角度法、 凸空間法、 視域分析法等來客觀描述和量化城市形態的內在空間邏輯。軸線法作為最早提出來的分析方法, 因忽略空間尺度與其他現實因素, 主要應用于量化研究城市空間形態的類型、 布局與演變等宏觀抽象問題。而后，Turner提出的線段法因同時考慮了實際距離、 路網偏轉角度以及空間拓撲關系對人(車)流出行的影響[10], 與交通流擬合程度更高, 被認為更貼近城市的空間導航和使用者尋路行為, 且可直接利用城市GIS數據中的道路中心線構建模型單元, 操作性和統一性更強[11-12]，被廣泛應用于區位評價[13]、 商業選址[14-15]、 交通規劃[16]、 公共服務設施布局[17]等城市規劃建設以及建筑[18]、 鄉村聚落[19]、 景觀[20-21]等人居空間結構的研究中。

本文基于空間句法理論, 采用軸線模型校驗后的線段模型方法, 量化評價桂林市城市公園綠地的可達性, 根據評價結果提出針對性的優化提升策略。

1 研究方法

1.1 研究區概況

桂林是國家首批歷史文化名城和世界著名的風景旅游城市, 素有“桂林山水甲天下”美譽, “千峰環野立, 一水抱城流”, 市區分布有漓江、 桃花江、 榕湖、 桂湖、 杉湖、 木龍湖的“兩江四湖”環城水系和以象鼻山、 獨秀峰、 疊彩山、 七星山、 穿山等為代表的自然山體, 形成獨具特色的“城在景中, 景在城中”, “山、 水、 城”相融的城市景觀形態。

本文以桂林市主要建成區為研究范圍, 基于空間句法分析的封閉空間與阻隔需要, 為消除邊界效應, 實際范圍以西二環路、 兩江大道、 包茂高速、 臨蘇路、 萬福路、 桂林繞城高速等為界(圖1)。該區域旅游景點富集、 城市公園眾多、 道路交通繁忙, 也是桂林市人口密度最大、 城鎮化水平最高、 游客活動最頻繁的地區。城市公園綠地主要由綜合公園、 社區公園、 專類公園(動物園、 植物園、 遺址公園等)和游園組成(據《城市綠地分類標準》(CJJ/T 85—2017))。 本文選取區域內32個公園綠地為研究對象(圖1), 其中, 綜合公園(A1～A19)19個, 專類公園(B1～B8)8個, 社區公園(C1～C4)4個、 游園(D1)1個, 具體名錄從桂林市林業和園林局官方網站(http://lyhylj.guilin.gov.cn)獲取。

圖1 桂林市公園綠地分布及道路線段模型

1.2 模型構建與校驗

1.2.1 模型構建 以omap-vip193影像輔以現場勘察矯正, AutoCAD繪制建立的桂林市矢量路網為底圖, 在ArcGIS 10.5中加載Axwoman 6.0模塊, 基于軸線最長且最少的原則, 將研究范圍內的道路進行軸線數字化, 利用“Get Isolated Lines”工具, 確保無獨立軸線存在后, 構建桂林市道路軸線體系, 而后利用DepthmapX軟件轉換為線段模型(圖1), 根據各公園綠地的空間位置信息, 在線段模型上明確各公園綠地的空間分布。

1.2.2 模型校驗 為驗證線段模型進行城市公園綠地可達性評價的有效性, 需將模型在不同出行距離條件下的整合度值與城市實測交通流量進行相關性分析, 若兩者相關性顯著, 則表明該模型可較好測度可達性。結合桂林市民出行特征和老城區道路狹窄、 交通信號燈分布較密集以及取、 停車時間損耗等情況, 選擇步行10、 15 min的平均距離(500、 1 000 m)、 自行車出行10、 15、 20 min的平均距離(1 000、 2 000、 3 000 m)和電動車出行10、 15、 20 min的平均距離(2 000、 4 000、 6 000 m)為出行距離, 并根據桂林市交通樣點機動車實測數據[22], 利用SPSS軟件將不同出行距離條件下的整合度值與經標準化處理的交通實測流量(表1)進行雙變量相關性分析(表2)。結果顯示: 該模型在不同出行距離條件下的整合度值與經標準化處理的城市實測交通流量具有強相關性, 其中顯著性P(雙側)均小于0.05, Pearson相關性r均為0.4～1.0, 表明該模型能夠有效測度桂林市公園綠地的可達性。

表1 桂林市樣點路段經標準化處理的交通實測流量[22]

表2 不同半徑的句法參數與實測流量的相關性分析

1.3 可達性評價

1.3.1 可達性測度指標 在空間句法的線段模型中, 整合度(Integration, I)被認為是量化測度可達性最有效的指標。整合度是指一定半徑下某單元空間與系統中其他空間的離散程度, 整合度值越大表示該空間在系統中可到達的潛力越大, 反映了該空間在系統中處于較便捷的位置; 反之, 潛力小, 處于不便捷的位置[23]。通過將已構建的線段模型在DepthmapX中進行計算, 線段顏色越明亮, 表示整合度越高, 其可達性越強, 計算公式為

(1)

(2)

其中:ATD(x)指出行距離R內x節點的角度總深度;d(x,y)指線段x到線段y的最短路徑;I指線段x的整合度;NC為出行距離內路網節點的總點數。

1.3.2 可達性評價方法 1)全局可達性評價。全局可達性是指在較大范圍內, 主要以機動車作為出行方式, 從研究區域內任意地方到達某公園綠地的難易程度[24], 通過全局整合度進行測度。全局整合度能反映研究區內任一點到其他節點空間在最短路徑上所消耗的成本, 節點選取距離公園主入口最近且在路網上的點, 有多個主入口則取各臨近節點整合度的平均值, 整合度越高, 可達性越高。利用ArcGIS中自然斷點分級法將各公園綠地的全局整合度進行分級, 得到一級、 二級、 三級全局可達性公園, 其中一級最容易到達, 三級則最不易到達, 同時借助核密度分析功能對測度結果進行可視化表達, 可直觀地反映公園綠地的全局可達性及其空間分布關系。

2)局部可達性評價。局部可達性是指從某公園綠地較近的地方到達該公園綠地的難易程度[23], 主要以步行、 自行車、 電動車作為出行方式, 如周邊居民日常去公園休閑散步, 通過局部整合度進行測度。局部整合度是指距離公園綠地主入口最近節點到周邊范圍內任一節點在最短路徑上所消耗的成本。利用ArcGIS中的自然斷點分級法將各公園綠地的局部整合度進行分級, 得到一級、 二級、 三級局部可達性公園, 同時借助核密度分析對測度結果進行可視化表達, 可直觀反映在不同出行距離下公園綠地的局部可達性及其空間分布關系。

2 研究結果

2.1 全局可達性評價與分析

將構建的線段模型通過DepthmapX進行計算, 得到桂林市公園綠地的全局整合度圖(圖2), 將研究區內各公園綠地的全局整合度數據導入ArcGIS中進行自然斷點分級, 按照從高到低劃分為3個等級(表3)。結果顯示: ① 桂林市公園綠地全局整合度的均值為690.134, 高于研究區域道路全局整合度的均值(636.828), 表明全局可達性總體較好。全局可達性最高(一級)的綜合公園5個, 為南溪山公園(A2)、 七星公園(A3)、 木龍湖公園(A10)、 象山公園(A5)、 桂林中央公園(A13); 專類公園2個, 為體育公園(B1)、 王城公園(B7); 社區公園4個, 為泗洲公園(C3)、 燕湖公園(C2)、 石家灣公園(C1)、 琴潭公園(C4); 1個游園即瓦窯小游園(D1), 主要分布在城市快速路附近, 機動車出行條件下, 上述公園綠地容易到達。全局可達性最低(三級)的綜合公園有6個, 主要是以老城區的自然山體、 水系為依托而建設的凈瓶山公園(A15)、 疊彩公園(A9)、 寶積山公園(A17)、 榕杉湖公園(A7)、 伏龍洲公園(A14)、 日月雙塔文化公園(A6), 機動車出行條件下, 上述公園綠地非常不易到達。

圖2 桂林市公園綠地全局整合度圖

表3 桂林市公園綠地全局、 局部整合度及其分級表

將研究區域的道路全局整合度值通過ArcGIS核密度分析并疊加公園綠地空間位置進行制圖(圖3), 可直觀看出: 桂林市道路全局整合度呈圈層分布特征, 各類公園綠地集中分布在核密度高的老城區, 表明其全局可達性較好; 但也存在部分空間“錯位”現象, 在核密度強度較高的北部、 西部區域綜合公園分布較少, 僅有南洲公園(A18)、 桂林中央公園(A13), 而在核密度低的南部邊緣區域分布有飛虎公園(B5)、 桂林國家森林公園(B8)、 甄皮巖遺址公園(B3)等3個專類公園。

圖3 桂林市公園綠地空間分布與全局整合度核密度關系

2.2 局部可達性評價與分析

根據前述的模型校驗結果(表2),出行距離(R)為500、 1 000、 2 000 m的線段模型與實測交通流量相關性最顯著,也是桂林市民日常公園游憩選擇短距離出行方式的平均距離, 即步行、 自行車、 電動自行車10 min的平均距離(500、 1 000、 2 000 m)。通過DepthmapX進行計算, 得到研究區內公園綠地500、 1 000、 2 000 m整合度圖(圖4)。將各公園綠地的局部整合度數據導入ArcGIS進行自然斷點分級, 按照從高到低的順序分為3個等級(表3)。結果顯示: ① 500 、 1 000 、 2 000 m出行距離下公園綠地整合度的平均值分別為39.921、 106.827、 286.663, 表明隨著出行距離的增加, 公園綠地的局部可達性逐漸增強, 即一級可達性公園數量逐漸增多, 三級可達性公園數量逐漸減少。在老城區, 有5個綜合公園在遠距離出行時可達性最差(三級), 而在短距離出行時其可達性均有所增強, 其中榕杉湖公園(A7)的局部可達性最強(一級), 疊彩公園(A9)、 寶積山公園(A17)、 伏龍洲公園(A14)、 日月雙塔文化公園(A6)的局部可達性為二級, 表明市民宜步行, 或選擇自行車、 電動自行車等交通工具到達上述公園綠地。500、 1 000 m出行距離下公園綠地局部整合度的平均值分別為39.921、 106.827, 略低于研究區域道路局部整合度的平均值(44.335、 109.3); 2 000 m出行距離下公園綠地局部整合度的平均值為286.663, 略高于研究區域道路局部整合度的平均值(259.845), 表明公園綠地的局部可達性有較大的提升空間。

圖4 桂林市公園綠地局部整合度圖

將研究區域道路的局部整合度值通過ArcGIS核密度分析并疊加公園綠地空間位置進行制圖(圖5), 可直觀看出: 不同出行距離條件下研究區域道路局部整合度也呈圈層分布特征, 核密度高值區均集中在老城區, 并向新城區逐漸降低; 隨著出行距離的增加, 局部整合度核密度高值區的圈層由老城區逐漸擴大, 分布在核密度高值區的公園綠地不斷增多, 表明桂林市公園綠地的局部可達性不斷增強; 桂林市公園綠地空間分布與道路局部可達性也存在部分“空間”錯位, 核密度較高的北部區域僅分布有泗洲公園(C3), 而南部、 北部核密度低值區則分布有岳山公園(A19)和飛虎公園(B5)、 桂林國家森林公園(B8)、 甄皮巖遺址公園(B3)等3個專類公園。

圖5 桂林市公園綠地空間分布與局部整合度核密度關系圖

2.3 可達性提升與優化措施

根據前述分析結果, 結合桂林市自然景觀環境特征, 建議采取以下優化措施提升公園綠地的可達性: ①完善城市路網空間結構, 即在不破壞山體、 水系的條件下, 對現狀道路網梳理與加密, 重點增強老城區水系周邊路網的密度, 增加支路, 打通街區內支路與次干道的聯系, 避免“斷頭路”; ②加強公園綠地互聯互通, 即通過建設綠道、 綠帶、 景觀道等, 打通現狀公園綠地的連接, 構筑較為完善的公園綠地體系; ③強化藍綠空間融合通達, 即在山水阻隔地段建設游船碼頭或景觀橋梁、 隧道、 涵洞等, 連接藍綠阻隔空間, 提供市民、 游客便捷且多樣化體驗的游憩出行。

為驗證上述優化措施的合理性, 將綜合優化方案(圖6)進行句法測度。結果顯示: ①優化后桂林市公園綠地全局可達性有所提升, 整合度平均值為790.334(較優化前690.134高), 而局部可達性提升顯著, 500、 1 000、 2 000 m出行距離條件下的局部整合度平均值分別為359.853、 625.552、 779.952(優化前分別為39.921、 106.827、 286.663); ②500 m出行距離時, 可達性提升的公園綠地增加了6個, 其中由二級升為一級的為泗洲公園(C3)、 燕湖公園(C2)和黑山公園(B2), 三級升為二級的為岳山公園(A19)、 蘆笛公園(B4)和石家灣公園(C1); ③1 000 m出行距離時, 可達性提升的公園綠地增加了14個, 其中二級升為一級的有穿山公園(A1)、 體育公園(B1)、 獅子巖公園(B6)、 黑山公園(B2)、 泗洲公園(C3)、 燕湖公園(C2)、 瓦窯小游園(D1)等6個, 三級升為一級的有琴潭公園(C4)、 石家灣公園(C1), 三級升為二級的有岳山公園(A19)、 斗雞山公園(A16)、 南洲公園(A18)、 凈瓶山公園(A15)、 蘆笛公園(B4)、 甑皮巖遺址公園(B3)等6個; ④2 000 m出行距離時, 可達性提升的公園綠地增加了11個, 其中琴潭公園(C4)、 石家灣公園(C1)、 燕湖公園(C2)、 體育公園(B1)、 瓦窯小游園(D1)的可達性由二級升為一級, 斗雞山公園(A11)和岳山公園(A19)的可達性由三級升為一級, 桂林中央公園(A13)、 南洲公園(A18)、 桂林國家森林公園(B8)、 甑皮巖遺址公園(B3)的可達性則由三級升為二級。

圖6 可達性提升(a)與優化措施(b)

研究結果還表明, 桂林市公園綠地空間結構與形態有待進一步優化: ①在居住空間集中、 道路網較完善的北部區域(八里街)、 東南部區域(高新區)以及西部區域(臨桂新城區)等公園綠地分布稀少, 建議結合區域自然山地、 河流湖塘等藍綠空間建設綜合公園、 社區公園或專類公園, “見縫插綠地”建設“口袋公園”或小游園, 以拓展綠色公共空間; ②從建設世界旅游城市視角, 以城市公園、 郊野公園、 自然公園、 風景名勝區、 自然保護區等為核心, 通過綠道、 碧道、 綠環等建設融通山水、 連接城鄉, 構筑市民、 游客共建共享, 布局均衡, 覆蓋全域的綠色游憩空間體系。

3 結論與討論

3.1 結論

本文基于空間句法理論, 結合ArcGIS自然斷點分級和核密度分析, 從全局可達性與局部可達性兩個維度對桂林市公園綠地可達性進行量化評價， 得到了以下主要結論: (1)桂林市公園綠地全局可達性總體較好, 南溪山公園、 七星公園、 木龍湖公園、 體育公園等分布在城市快速路附近的綜合公園、 專類公園的全局可達性最高(一級), 表明在機動車出行條件下, 該類公園綠地容易到達; 而分布在老城區的山體、 水系周邊的疊彩公園、 榕杉湖公園、 日月雙塔文化公園、 伏龍洲公園等綜合公園全局可達性最低(三級), 表明在機動車出行條件下, 該類公園綠地不容易到達。(2)桂林市公園綠地局部可達性總體較差, 但隨出行距離的增加, 公園綠地的局部可達性逐漸增強。榕杉湖公園、 疊彩公園、 寶積山公園、 蘆笛公園、 伏龍洲公園、 日月雙塔文化公園等分布在老城區的綜合公園、 專類公園在遠距離出行時可達性最低(三級), 而在短距離出行時其可達性均有所增強, 表明在老城區, 步行、 自行車、 電動車等出行方式能便捷到達該公園綠地。(3)桂林市公園綠地空間分布與研究區道路的全局可達性、 局部可達性均存在部分空間“錯位”現象, 全局可達性和局部可達性高的北部、 西部區域, 綜合公園分布很少且沒有社區公園; 而全局可達性和局部可達性低的南部邊緣區, 專類公園分布相對較多。(4)在通過完善城市路網空間結構、 加強公園綠地互聯互通、 強化藍綠空間融合通達等系列措施綜合優化后并量化測度, 桂林市公園綠地的全局可達性有所提升, 而局部可達性則提升顯著。

3.2 討論

城市公園綠地建設是創造美好宜居的現代城市空間的重要基礎。在傳統規劃中, 偏向社會經濟意義的宏觀空間規劃和偏向形態意義的局部空間結構主要依賴于經驗判斷。基于空間句法的諸多研究表明城市空間組織對市民活動與行為模式的影響是有明確規律的[23]。利用空間句法以空間結構為切入點, 以道路網絡為基礎, 從空間關系出發對空間結構進行量化評價與分析, 為科學、 合理進行城市公園綠地的規劃布局提供理性支持與參考。隨著新一代信息技術深入發展, 如何更好地融入POI、 熱力圖、 街景地圖以及游憩者行為偏好等多源數據進行關聯分析與綜合評價, 探討其影響因素與機制, 并以此科學、 理性地優化城市公園綠地空間布局還需進一步研究。