基于因子分析法的寧波慈城古鎮步行友好性評價

文／魏 薇 浙江大學建筑工程學院 副教授 博 士

傅瑩莉 浙江大學建筑工程學院 碩士研究生

引言

步行友好性是指建成環境對于步行的友好程度，是表征街道環境對于步行的鼓勵程度[1]。國際上較為成熟的步行友好性評價主要包括通過問卷獲得使用者直觀感受和通過一系列網絡開放數據進行分析評價，應用最為廣泛的量化指標是步行指數[2]。國內對于步行友好性的評價體系構建側重對街道環境的評價，通過將街道環境拆分為不同的維度并在每個維度內進行指標選取、權重賦值，最終形成對步行友好性的量化指數[3]。指標的來源主要是利用現有的公開統計數據、谷歌地圖或者現場調研所得數據，賦值方法主要為專家打分法、層析分析法[4]。近兩年有學者利用街景圖像識別構建步行友好性的評價體系，研究對象集中在整體城市范圍、城市中心區、濱江步行區域、公園、綠道或具體街道，對于以步行空間為主的歷史街道、歷史古鎮目前研究較少[5,6]。本文將利用多源大數據對現有的評價體系進行改進，并采用軌跡數據進行評價模型的可靠性驗證，以期建立歷史古鎮街道步行友好性的綜合評價方法。

1 研究方案設計

1.1 研究對象

本文以慈城古鎮為研究對象，以慈城外護城河為界，總研究面積約2.0 平方公里（圖1）。慈城古鎮是慈溪縣的老縣城，位于寧波市江北區，至今已有1200 多年歷史，既是京杭大運河浙東運河主線節點之一，也是江南地區唯一保存最為完整的古縣城，享有“江南第一古縣城”美譽，并于2005 年列入中國第二批歷史文化名鎮[7]。

慈城古鎮仍保存著“三山一江”、背山面水的景觀格局以及街巷棋盤布局。全城以中街（解放路）為中軸線，以縣治為制高點[8]。格局方正，城外護城河環繞，城內“三縱四橫”軸線體系呈井字交錯。城內以唐、明、清代的大量官宦宅第群落、祠堂牌坊、學宮書院為主，有傳統建筑近60萬平方米，文物保護建筑33處。

1.2 數據來源及預處理

1.2.1 路網數據

從Open Street Map 平臺導出研究范圍內慈城古鎮道路中心線，結合實際調研完善古鎮路網。以50 米間距對古鎮路網進行分割取樣，形成共計796 個樣本街道。

1.2.2 POI 數據

選用2020 年9 月份高德地圖POI（Point of Interest）數據，獲取研究范圍內共計1074個POI 點，用于后續評價指標計算。

1.2.3 街景圖片

于2020 年9 月利用Python 對接百度全景靜態圖API（Application Programing Interface）按照10米間距抓取前后左右四個視角的街景圖片，獲得共計10423 張街景圖片。再利用基于全卷積神經網絡的視覺影像語義分割軟件對圖片內容進行分類識別[9]。

1.2.4 軌跡數據

通過Python 爬取并整理了某熱門運動紀錄型移動端軟件2011 年2 月22 日—2020 年9月30 日含慈城古鎮關鍵詞共計2352 條軌跡、56.93 萬對經緯度對。按研究范圍進行裁剪，得到最終有效軌跡2143 條，軌跡點6.75 萬個，用于后續對評價模型的驗證。

圖1 研究范圍示意圖

1.3 步行友好性評價指標體系構建

根據不同學者提出的評價指標，結合歷史古鎮的特點，本文基于步行便捷性、服務性、舒適性、安全性原則，選取了共計8 項指標對古鎮的步行友好性進行量化分析。“便捷性”選取了穿行度和接近度兩項指標[10]；“舒適性”選用了街道綠視率和街道開敞度兩項指標[11]；“安全性”選用了機動車安全度和街道人流密度兩項指標[11]；“服務性”選用了街道功能密度和街道文保影響力兩項指標。其中選取指標的具體屬性見表1。

1.4 步行友好性評價方法

1.4.1 評價方法

采用因子分析法確定各級指標權重進而建立評價模型。借助SPSS 軟件對8 項指標進行KMO 和Bartlett 檢驗得出：KMO 值為0.649，大于0.6，同時數據通過Bartlett 球形度檢驗（p ＜0.05），說明數據適合進行因子分析。本研究使用最大方差旋轉法進行旋轉因子，4個因子旋轉后的方差解釋率分別是26.177%、22.038%、18.196%、14.091%，旋累積方差解釋率80.502%，能解釋原指標的絕大多數信息。

表1 指標屬性

表2 旋轉后因子載荷系數

圖2 綜合步行友好性指數直方圖及分級圖

圖3 綜合步行友好性指數分布圖

圖4 步行通暢性因子及其主要相關指標分布圖

1.4.2 主要影響因子命名

分析表明8 個慈城古鎮步行友好性評價指標共提取出4 個因子。因子1 主要解釋了穿行度、接近度、街道人流密度，是對各個道路的到達難易程度、道路連接可理解性的綜合表征，命名為步行通暢性因子；因子2 主要解釋了街道開敞度和綠視率，命名為步行環境舒適度因子；因子3 主要解釋了街道功能密度以及機動安全度，是街道的服務提供能力以及步行安全性的體現，由于機動安全度因子載荷系數為負，命名為步行服務與危險性因子；因子4 主要解釋了文保影響力命名為步行文保影響因子。

1.4.3 步行友好性綜合評價模型

各因子方差貢獻率占總方差貢獻率的比例，作為各個因子的權重，得到慈城古鎮步行友好性綜合評價模型，計算古鎮的綜合步行友好性指數。

式中fz為綜合步行友好性指數，f1為步行通暢性因子，f2為步行環境舒適度因子，f3為步行服務與危險性因子，f4為步行文保影響因子。

2 結果分析

2.1 綜合步行友好性評價

2.1.1 綜合步行友好性指數分級評價——整體較差

慈城古鎮綜合步行友好性指數的平均值為0.291。數據分布集中在0.2 ～0.4。將其分為5 個等級，得到分級情況（圖2）。可看出綜合步行友好性極低的占路網總長度的29.17%，綜合步行友好性較低的占51.54%，而步行友好性一般及以上的僅占19.29%，綜上古鎮整體步行友好性較差。

2.1.2 綜合步行友好性指數空間分布特征——雙中心結構、東高西低、主高次低

慈城古鎮的綜合步行友好性指數分布呈明顯的雙中心結構（圖3），分別為中部的“三縱”街道周邊以及慈湖周邊。從全城來看古鎮東側整體的綜合步行友好性較西側高，“三縱四橫”的主要道路較街巷支路的綜合步行友好性高。

2.2 慈城古鎮步行友好性因子分維評價

2.2.1 步行通暢性因子評價

（1）綜合評價

慈城古鎮步行通暢性因子平均值為0.298。數據分布呈“右偏”單峰現象，集中在0.1 ～0.3，整體的步行通暢性較差。

（2）空間特征——單中心結構、“內高外低”

古鎮的步行通暢性分布呈現單中心結構（圖4）。中心為“三縱”街道及其周邊，規模較綜合步行友好性的中心規模小。從古鎮全城來看古鎮內部的步行通暢性較外圍高有“內高外低”的趨勢。

對路網結構進行研究后發現，古鎮主要道路的可達性都較好，但行人的步行選擇卻有針對性。從接近度分布圖上可看到除北部慈湖、東北角尋芳園外，古鎮整體的接近度都較高，即街道的可達性相近。但從穿行度分布圖上看，穿行度最高的道路集中在三條主要縱向街道：中華路、民生路-東鎮橋街、竺蘭東路的鎮中部分，因此在接近度相近的情況下，高穿行度的道路其步行通暢性更高。人流密度分布圖進一步印證了行人步行選擇的針對性，只是街道人流密度與穿行度的核心分布相比整體向東偏移，主要是由于東部太湖路周邊是古鎮目前修繕的歷史文化街區所在人流密度較大。

2.2.2 步行環境舒適度因子評價

（1）綜合評價

慈城古鎮步行環境舒適度因子平均值為0.440，數據分布呈“一高一低”的雙峰現象，數據主要集中在0.2 ～0.6 和0.8 ～1.0 之間，整體的步行環境舒適度一般。

（2）空間特征——“一環雙中心”結構、外高內低空心化

古鎮的環境舒適度分布呈現：“一環雙中心”結構（圖5），即古鎮外環路與北部慈湖周邊、東南角尋芳園周邊；同時還呈現古鎮外圍高內部低的空心化的特征。

慈城古鎮環境舒適度受現有的山水要素和建筑環境影響顯著。現有的山體、水體、綠化，主要有慈湖、尋芳園、外圍護城河。從街道綠視率分布圖可以看到慈湖周邊的街道綠視率最高，接著是南部的尋芳園公園周邊，其余街道綠視率普遍較低（圖5）。護城河周邊環城路僅東北段古城墻周邊，綠化豐富環境舒適度較高；街道開敞度除外圍慈湖以及外環路較高外，中部解放路、人民路進行了道路的展寬，因此也較高。古鎮內部的建筑密集、街巷寬度小，因此街道開敞度與綠視率都呈現外高內低的空心化特征。

圖5 步行環境舒適度因子及其主要相關指標分布圖

圖6 步行服務與危險性因子及其主要相關指標分布圖

圖7 步行文保影響因子分布圖

圖8 實際到訪強度與綜合步行友好性指數分布對比圖

表4 Spearman 相關系數分析結果

2.2.3 步行服務與危險性因子評價

（1）分級評價

慈城古鎮步行服務與危險性因子平均值為0.208，數據呈“右偏”單峰現象，主要集中在0.1 ～0.2。可見古鎮整體的服務水平較差而步行的安全性較高。

（2）空間特征——“一路單中心”結構、北高南低

古鎮服務與危險性分布呈現“一路單中心”結構（圖6），即人民路周邊、中部十字相交的民主路和解放路周邊。

將古鎮的街道功能密度和機動安全度分布進行對比發現，兩者的空間分布近乎相反。從功能密度圖上看，古鎮功能密度的高值空間主要集中在解放路南側和民生路東側，該區域是古鎮主要的商業服務區域，聚集大量的市場、各類金融機構、商鋪、酒店等。且解放路南側是目前古鎮的主要入口之一，又是中軸線道路，寬度較大更利于行車，因此形成了功能密度高而機動安全度低這一“矛盾”的現象。類似的還有古鎮另一主入口人民路，其街道的機動安全度也較低。由于古鎮內停車空間缺乏，存在較多沿街停車。因此機動安全度還存在低值多點散布的形態。

2.2.4 步行文保影響因子評價

（1）分級評價

慈城古鎮步行文保影響因子的平均值為0.183。數據分布呈“右偏”單峰現象，主要集中在0 ～0.4，整體的文保影響處于較差水平。

（2）空間特征——雙中心結構、北高南低

古鎮文保影響分布呈現雙中心結構，且古鎮北側文保影響整體高于南側（圖7）。

文保影響力分布主要受現狀文保的等級和分布影響。文保影響分布的雙中心分別是兩個全國性文保慈城古縣衙和馮俞宅周邊，并圍繞兩個中心向外圍遞減。南側目前主要是以現代風貌為主，因此文保分布較多且風貌更完整的北側文保影響力更高。

2.3 軌跡數據與綜合步行友好性指數關系研究

利用GIS 對軌跡數據進行核密度分析并與綜合步行友好性指數分布圖進行對比，兩者在空間分布上存在一定同步性（圖8）。進一步驗證兩者相關性，用古鎮街道中心線30 米緩沖區范圍內的軌跡點數量除以街道長度，計算街道實際到訪強度，再利用SPSS 軟件進行相關性分析發現：相關系數值為0.520，并呈現0.01水平的顯著性，因此兩者有著顯著的正相關關系（表4），驗證了綜合步行友好性指數與行人實際到訪的直接聯系。

結語

通過對研究區步行友好性的分析，得出以下結論：從方差貢獻率上看，慈城古鎮的步行友好性受步行通暢性因子的影響最大；其次是步行環境舒適度、步行服務與危險性；最后是文保影響力。可見即使是文化功能突出的歷史文化名鎮，對步行友好性影響最大的依然是最基本的通暢性；在接近度相近的情況下，高穿行度的街道其步行通暢性更高，步行友好性更強。

由于慈城古鎮整體的步行友好性整體較差，根據以上研究，為未來古鎮的步行友好性提升提出以下建議：

（1）支路巷道梳理，提升路網通暢。古鎮中部的穿行度較外圍高，通過對古鎮外圍區域支路巷道的梳理提升與其相接的主要道路的穿行度，進而提升整體的路網通暢性。

（2）見縫插綠，完善綠化系統。結合古建筑修繕、街道改造、危房違建拆除對古鎮進行空間梳理，見縫插針地布置口袋公園，完善古鎮的綠化系統。

（3）設施分層完善，車行入口管控。現有的服務設施集中在中軸線附近，構建5-10-15分鐘生活圈，提升步行服務性。主要入口在外環路周邊設多個小型分散停車場減少進鎮的車輛，同時滿足居民停車需要。

（4）挖掘慈城特色，平衡人文建設。現有的歷史建筑修繕主要集中在東北側，挖掘西側的名人故事、修繕傳統民居并進行功能置換，與東側官宦文化的歷史街區錯位互補。

圖表來源：

文中圖片、表格均由作者自繪