基于空間句法的溧水空間格局研究

文／呂明揚 東南大學建筑學院 博士研究生

引言

空間句法是一種“通過對包括建筑、聚落、城市甚至景觀在內的人居空間結構的量化描述，來研究空間組織與人類社會之間關系的理論和方法”[1]，該方法由比爾·希列爾（Bill Hillier）、朱利安·漢森（Julienne Hanson）等提出[2]。進入2000 年以來，隨著計算機技術的發展，空間句法研究發展迅速。2020 年，以北京國際空間句法大會為契機，國內掀起了新一輪空間句法討論熱潮。在城市研究領域，空間句法多用于多尺度下城市路網可達性、路網結構、城市功能布局等方面的分析，也作為城市規劃和城市設計輔助工具[3]廣泛用于城市交通路網規劃、城市公共空間布局、城市防災疏預案、城市犯罪空間盲區分析等方面。國內已有大量基于空間句法的城市和聚落研究成果，楊滔[4]、段進[5]、盛強[6]、王浩峰[7]、陳思雨[8]等學者在此方面均有較為系統的論述。但是，目前空間句法的指標多依據西方城市的研究成果而來，關鍵指標在中國城市實踐中的適應性還需通過實例做進一步驗證①。

近年來大數據技術的興起使得城市中人的聚集信息可以通過微博或微信打卡數據、手機信令等獲取，城市功能則可以依靠POI 抓取獲得，谷歌地圖或百度地圖等提供的城市航片則可以反映城市的建設情況。基于城市多源數據，城市空間結構可以被更為全面和精確地認知。基于空間句法分析得到的城市模型普遍適用性也可以基于多源數據做進一步驗證。

筆者于2018 年參與了溧水總體城市設計項目。項目過程中，筆者基于空間句法探討溧水城市未來發展的可能，并提出以下問題：多尺度下，溧水空間格局現狀如何？基于空間句法分析得到的溧水空間格局是否具備足夠的代表性？基于空間句法的溧水空間格局預測結果與城市總體規劃是否匹配，能否將其用于深化總體規劃成果？針對上述問題，本文將基于空間句法研究多尺度下的溧水空間格局，并對其未來的發展做出預測。與此同時，基于多源數據，探討空間句法在中國城市中的普遍適應性問題。

1 溧水城市介紹

溧水區位于南京南部，距南京主城45 公里，是南京四大副城之一（圖1）。溧水區域面積1067 平方公里，實有人口51 萬。溧水主城區主要由三部分組成（圖2），包括北部團山開發區，中部老城和南部新城；另有西南部的洪藍鎮、東部靠近高鐵溧水站的東屏鎮和西北部靠近祿口機場的柘塘鎮與主城關系密切。

圖1 溧水區航拍片圖（圖片來源：作者改繪，底圖來自百度地圖）

圖2 溧水城市分區圖（圖片來源：作者自繪）

在歷史上，溧水地處吳楚交界之地，因軍事防御而興城。城市南側“雞籠山-橫山-小茅山-無想山-觀山”一線形成的天然屏障，在抵御南側入侵方面有先天優勢，是拱衛南京的重要據點。時至今日，溧水依然保留部分歷史遺跡，在城市航拍圖中古城范圍清晰可見（圖1）。

溧水的自然環境資源優勢十分突出，山水格局與城市建設關系緊密。溧水區是秦淮河的發源地，具有水鄉風韻、田園風光、山地風貌的特點，林木覆蓋率達35%，城區綠化覆蓋率達42.4%。結合山水資源，溧水形成了“一半山水、一半城”的空間形態（圖1）。

城市用地分布方面（圖3），溧水位于寧杭經濟發展軸上，是長三角地區發展的新增長點，聚集了一批新興產業在此落戶，包含國家重要影視基地、農業科技基地和新能源汽車制造產業新城等。相關產業用地多位于北部團山開發區以及柘塘鎮和東屏鎮周邊區域。居住用地則集中在中部老城和南部新城。中小尺度的商業和辦公服務用地則多集中于老城區，南部新城則以大型商業、文體用地為主。

圖3 溧水用地分布圖（圖片來源：作者自繪）

城市交通方面，溧水交通便利（圖4），有三條城際高速公路在此匯集，東部有寧杭城際鐵路過境，城內有南京地鐵S7 號線聯系南北。城市路網呈現由西北向南的帶狀發展，以珍珠路、淮源大道、秦淮大道等為縱向軸線串聯整個城市，橫向以交通路、機場路、天生橋大道作為主要聯系通道。

圖4 溧水城市交通圖（圖片來源：作者自繪）

2 基于空間句法的多尺度空間結構分析

該部分內容是利用Depthmap 軟件中的線段（segment）模型對溧水的路網做空間句法分析。通過設置不同的計算半徑②，研究基于線段模型對路網結構做多尺度分析。研究對半徑為500 ～20000m 范圍以及無窮大共計12 種情況做計算，涉及步行適用范圍（500 ～1500m）、車行適用范圍（2000 ～5000m）和市域范圍（7000m 以上）三種城市尺度上的分析。計算指標選擇方面，整合度是本研究的核心指標。整合度由空間句法中的空間深度（Depth）指標轉化而來③[1]。整合度指標多用于量化某街道單元在整個網絡系統中的可達性。一般來說，整合度越高，對應單元越可能是網絡的中心[2]，在城市中整合度最高的位置往往與城市中心重合[4]。結果的可視化方面（圖5），軸線顏色越暖，則其整合度越高，可達性越好，中心性越強；軸線顏色冷則代表整合度較低。路網模型構建方面，考慮到模型邊界對于計算結果的影響，建模時適當擴大路網范圍，圖中僅截取了溧水城區部分的整合度計算結果。

圖5 基于空間句法的溧水路網多尺度整合度分析結果（圖片來源：作者自繪）

由計算結果可知，500 ～1500m 半徑內以中部老城的整合度相對較高，整合度極大值出現在中大街沿線，這也是溧水老城的中心。在此尺度下，步行20 分鐘以內可達，是步行者的可認知范圍。老城核心區至今依然是溧水的商業中心，這里也是溧水步行尺度的中心④。

從半徑2000m 開始，整合度的極大值向東南方向移動，逐步靠近南部新城，并沿地鐵線展開。當半徑在3000 ～5000m 之間時，整合度極大值穩定在地鐵S7號線與天生橋大道交界位置，這也是南部新城的核心區域。在此尺度下，開車15 分鐘以內可達。對于重視車行交通的新城而言，這是大部分新城居民可以實際感知到的城市中心。

從半徑7000m 開始，整合度極大值進一步東移，秦淮大道（地鐵沿線）成為統合城市南北的最主要軸線。至半徑20000m 時，其結果與不設半徑限制的結果相似，整合度極大值北移至整個路網模型的中心位置——團山開發區，也是市域范圍的幾何中心。由于尺度較大，該中心的居民感知度較低。

由空間句法分析可知，步行尺度下（500 ～2000m），城市中心在老城；車行尺度下（2000 ～5000m），城市中心則移動至南部新城；市域尺度下（7000m 以上），城市中心則位于團山開發區。不同尺度下，基于空間句法的路網結構（整合度中心位置）區別明顯。下面將討論在何種尺度下，路網結構與城市現狀（人、功能和建筑的聚集情況）更為契合。

3 多源數據相關性分析

該部分內容是對多尺度空間句法分析結果與城市多種類數據作相關性分析，驗證基于空間句法得到的城市模型的普遍適應性。城市數據包含各地塊的容積率、POI 分布以及人的聚集情況，上述數據將被轉換至線段模型（segment model）上，并以街段為單元進行相關性分析。

3.1 容積率

溧水的地塊容積率數據來自于筆者參與的溧水總體城市設計項目提供的地形圖，并以現場調研方式完成數據的校正⑤。在此基礎上，將地塊容積率賦值到與其直接相鄰的街段單元上。賦值的具體方式為：首先以街段線為中心向外拓展100m，得到一個圓角矩形范圍；然后記錄該范圍內包含所有地塊的容積率，再根據各地塊在圓角矩形范圍中全部地塊面積占比加權計算出街段單元的平均容積率，算法參見公式1。其中FARsegment指的是街段單元的平均容積率，Splot指的是街段單元的圓角矩形范圍內全部地段區域的面積和，Sn指的是圓角矩形范圍內某地塊的面積，FARn指的是對應地塊的容積率。

（圖6）。由各地塊的容積率情況可見，南部新城的居住和商業地塊容積率普遍高于其他區域。天生橋大道沿線和地鐵S7 號線（秦淮大道）沿線的容積率最高，容積率多在2.5 以上，這些地塊多為新開發的高層住區或大型商業綜合體。另有老城中心區域中大街沿線少量地塊的容積率較高，這里是老城的商業中心。老城其他區域和團山片區的地塊容積率多在1 ～2 之間，這部分地塊以多層居住區和產業園為主。主城區以外的三個鎮容積率則多在1 以下。

圖6 溧水地塊及街道周邊容積率分布圖（圖片來源：作者自繪）

相關性分析方面（表1），容積率與空間句法分析結果相關性較強，相關系數（R 值）均在0.30 ～0.62 之間。具體到各個尺度，當半徑在2000 ～4000m 區間時，容積率與整合度的相關性更強；半徑為3000m 時相關系數最高，達到0.616。這說明城市的建設開發情況與車行尺度下的空間結構更為接近。

表1 不同半徑下整合度與容積率、POI、活力的相關性分析（表格來源：作者自繪）

3.2 POI 熱度

溧水的POI 數據抓取自高德地圖，抓取時間為2018 年7 月26 日。經數據清洗后，共有18285 條POI 數據以點要素形式整合到溧水GIS模型上。本文關注于POI 在街段單元周邊的聚集情況，因此以街道POI 熱度指標描述之。在量化方法上，首先以街段線為中心向外拓展100m，得到圓角矩形范圍；然后統計該范圍內包含的POI 的數量，作為街道POI 熱度指標的結果。經統計，溧水的街道POI 熱度結果詳見圖7。

圖7 溧水街道POI 熱度圖（圖片來源：作者自繪）

由街道POI 熱度分布圖可知，城市中部的中大街、中山路和珍珠路沿線區域的POI 熱度最高。除溧水老城和南部新城POI 熱度相對較高以外，團山開發區以及周邊三鎮的POI 熱度較低，POI 熱度由中心向邊緣的衰減迅速。溧水老城聚集了大量中小規模的商業業態，地塊尺度較小，是POI 熱度高的主要原因，南部新城雖然開發強度更高，但是由于地塊尺度較大且功能相對單一，因此該區域的街道POI 熱度不如老城。

相關性分析方面（表1），街道POI 熱度與空間句法分析結果相關性較強，相關系數（R 值）多在0.28 ～0.54 之間。具體到各個尺度，當半徑在2000 ～4000m 區間時，POI 熱度與整合度的相關性更強；半徑為2000m 時相關系數最高，達到0.573；半徑為3000m 時相關系數為0.56，這十分接近于最高值。街道POI 的聚集依然與車行尺度下的城市結構最為接近。

3.3 人的聚集度

溧水的人的聚集情況基于微信位置服務⑥抓取，抓取時間為2018 年7 月5 日全體。經數據清洗后，共有27208 條位置數據以點要素形式整合到溧水GIS 模型上。本文關注于人在街道周邊的聚集情況，因此以街道中人的聚集度描述之。在量化方法上，首先以街段線為中心向外拓展100m，得到圓角矩形范圍；然后統計該范圍內包含的人的定位點數量作為聚集度指標的結果。經統計，溧水各街道人的聚集度詳見圖8。

圖8 溧水街道上人的聚集度分布圖（圖片來源：作者自繪）

由各街道的聚集度分布情況可知，城市中部和南部的中大街、中山路、珍珠路、天生橋大道和秦淮大道沿線區域的聚集度最高。團山開發區以及周邊三鎮也有一定人流聚集，聚集度由中心向邊緣的衰減相對緩和。這說明尺度宜人的老城區和新建設的南部新城對于人口均有較強的吸引力。從用地功能角度來看，相對集中居住區和商業區是城市人口聚集的主要區域。

相關性分析方面（表1），街道中人的聚集度與空間句法分析結果相關性較強，相關系數（R值）多在0.37 ～0.64 之間。具體到各個尺度，當半徑在2000 ～4000m 區間時，聚集度與整合度的相關性更強；半徑為3000m 時相關系數最高，達到0.635，在所有相關分析中表現最好。這說明溧水的人的聚集情況與車行尺度下的城市結構最為接近。

綜上所述，多尺度下的整合度與城市地塊容積率、街道POI 熱度和人的聚集度均有較強的相關性。這也驗證了基于空間句法的城市空間結構具有一定的普遍適用性。相關性排序方面，聚集度≈容積率＞POI 熱度。這說明人的聚集和地塊開發情況與基于空間句法的空間結構更為匹配；POI則多聚集在在商業為主的地塊，聚集中心位于老城，與空間結構的匹配度稍低。尺度方面，當計算半徑在1500 ～7000m 之間時，三個指標的相關性均在0.3 以上；當計算半徑在2000 ～4000m 之間時，三個指標的相關性均在0.5 以上。容積率和聚集度的相關性極值出現中3000m 尺度下，POI 熱度的相關性極值雖然出現在2000m 尺度，但是其在3000m尺度的表現十分接近極值。因此，3000m 尺度下的空間結構最具普遍適用性，能夠在一定程度上反映城市多要素的聚集情況。

4 溧水的城市發展預測

空間句法可以通過對規劃路網的建模計算預測城市未來的發展情況[4]。經過前文研究發現，當半徑為3000m 時，溧水的整合度計算結果最具代表性，由此得到的空間結構中心與城市的發開、POI 和人的聚集中心位置大致匹配。基于此，研究根據3000m 半徑下的規劃路網整合度計算結果，預測溧水未來的城市開發建設、POI 以及人的聚集中心所處位置，分析基于空間句法的未來城市空間結構，并將其與總體規劃中的布局結構作對比。

由規劃路網形態（圖9）可知，規劃中的溧水城市路網向東、南、北三個方向延伸，分別對應東部高鐵站周邊、南部新城和北部會展產業新區的發展建設。除向外擴張外，路網密度相對于現狀提升明顯，尤其是部分會展產業新區中心位置，路網密度超過主城區中心水平。由規劃路網的空間句法整合度計算結果（圖9）可知，整合度極大值同時出現在南部新城北側和會展產業新區。其中，南部新城北側的整合度極大值稍高，影響范圍更大，以天生橋大道和地鐵S7 號線（秦淮大道）交匯處為中心，包含老城和南部新城大部分區域，整合度由中心向周邊平緩降低。另一個中心則出現在會展產業區中心，規劃中城市北部路網在規模和密度方面與主城區相仿，這足夠支持新中心的形成。團山開發區整合度稍低，有形成次等中心的潛力。高鐵站周邊與其他城市邊緣區域的整合度水平相當，以目前規劃路網情況形成次級中心較為困難。綜上，由空間句法預測的溧水未來將形成雙中心格局，南北雙子城并列。

圖9 基于規劃路網的空間句法整合度計算結果圖（圖片來源：作者自繪）

基于空間句法的溧水空間結構預測與總體規劃中的布局結構存在一定差距。在溧水總體規劃（圖10）中，明確提出“一主三副”的布局結構，即以南部新城為主中心，老城、會展產業區和高鐵周邊為副中心的城市格局。就路網結構的整合度而言，老城和南部新城會合并為同一主中心，北部會展產業區也會形成一個主中心，高鐵站周邊則難以形成副中心。由于北部會展產業區尚在規劃中，距離形成主中心仍有很大差距，因此總規中將其作為副中心。高鐵周邊區域受到寧杭高速的阻隔，難以與主城區連成一片，不太適合作為城市副中心發展。綜合總體規劃和空間句法預測結果，溧水未來可能發展為帶形城市，即以南部新城和中部老城區結合為主中心，串聯團山開發區和北部會展產業區，形成由南向西北延伸的城市主軸。

圖10 溧水城鄉總體規劃空間結構圖（圖片來源：《南京市溧水區城鄉總體規劃（2015-2030）》）

5 結論

（1）基于多尺度空間句法分析得到溧水空間結構的中心所在。在步行尺度上，城市中心依然位于老城中部；在車行尺度上，城市中心位于南部新城天生橋大道與地鐵S7 號線交匯處。

（2）基于多源數據相關性分析驗證了由空間句法分析得到的空間結構具有一定的普遍適用性。在與整合度相關性排序方面，人的聚集度≈容積率＞POI 熱度。在3000m 半徑下，基于空間句法的空間結構與城市多要素的聚集情況最為接近。

（3）由空間句法預測的溧水未來將形成雙中心格局。綜合總體規劃和空間句法預測結果，溧水未來可能發展為帶形城市，即以南部新城和老城區結合為主中心，形成由南向西北延伸的城市主軸。

致謝：

感謝劉博敏教授對本研究的支持。

注釋：

①國外研究多以800～1200米作為行人可認知范圍，國內這方面研究較少，多直接運用國外相關研究成果。

②空間句法中計算半徑指的是以目標（街道）單元為中心納入計算的其他單元（街道）距離中心的最大長度。

③在數學上接近于互為倒數關系。

④國內城市尤其是新城的路網密度相對較低，在半徑較小的情況下，部分街道單元長度大于半徑，這會影響部分路段計算結果。該情況在500～750米較為嚴重，這部分計算結果將不會用于后續相關性分析。

⑤調研時間為2018年12月。

⑥包含微信用戶朋友圈狀態中體現的位置信息。