基于空间句法的山地河谷型城市形态影响力研究

基于空间句法的山地河谷型城市形态影响力研究*

Study on Morphology In? uence of Mountain Valley Cities Based on Space Syntax

赵银兵 杨 华 丁礼萍 赵 星 ZHAO Yinbing, YANG Hua, DING Liping, ZHAO Xing

摘 要 山地河谷型城市是在一定地质地理条件下形成的，城市形态研究可以揭示其发展过程，为优化城市形态、改善城市环境和完善城市功能提供重要依据。选取9个典型山地河谷型城市作为研究对象，以两个典型平原城市为参照，采用基于标准化变量的空间句法线段模型对城市形态影响力进行定量分析。研究发现：与平原城市相比，山地河谷型城市穿行度略高，但可达性极低，反映该类型城市以降低整合度来换取较高穿行度的发展规律；山地河谷型城市前景网络由一条或两条空间影响力高值轴线构成，但其影响力较低，且分布范围有限。山地河谷型城市破碎与分散的形态对城市物质空间具有重要的影响，体现了城市发展的空间特异性。关键词 空间句法；线段模型；空间影响力；城市规划；秦巴山区

Abstract: This paper investigates the urban morphology which may provide important basis for optimizing the urban morphology, improving the urban environment and perfecting the urban function. The paper takes nine typical mountain valley cities as the research objectives, and selects two typical plain cities as the references. A segment model of space syntax based on normalized variables was used to quantify the spatial influence on urban morphology. The results of the study show that compared with the plain city, mountain valley city has the slightly higher NACH while the extremely lower NAIN, which refl ects the development rule that mountain valley city lowers NAIN for higher NACH. The foreground network of mountain valley city consists of one or two high value axes of spatial infl uence, which has small impact and limited distribution range. The fractured and scattered spatial form of mountain valley city has a high infl uence on urban material space, which refl ects the spatial specifi city of urban development.

Keywords: Space Syntax; Segment Model; Space Influence; Urban Planning; Qinling-Daba Mountain Area

0?引?言

我国是典型的多山国家，山区面积约占国土总面积的2/3，在山地环境下形成发展起来的城市约占中国城市数量的1/2，且分布广泛、类型多样，其典型代表便是山地河谷型城市[1]。山地河谷型城市发展受到地质与地理等因素影响，空间形态多呈现破碎与分散状态，由此导致城市发展面临诸多问题，突出表现为城市后备土地资源匮乏、交通拥堵、城市生态环境脆弱，传统的城市空间格局丧失等[2]。因此，研究山地河谷型城市的空间发展规律与特点，有助于改善城市的人居环境[3]。

城市发展具有多变性与复杂性，利用遥感、地理信息系统和大数据等技术方法进行城市研究已成为主要手段。基于图论和网络分析方法的空间句法作为一种量化研究城市空间连接关系的理论模型，为城市形态研究带来了更为精细和定量化描述的语言[4-6]。应用空间句法理论对山地河谷型城市进行定量评价，探究物质空间形态对城市建成空间的影响机制，可为该类型城市规划与建设提供帮助。

DOI: 10.13791/https://www.sodocs.net/doc/e49113487.html,ki.hsfwest.20170410

赵银兵, 杨华, 丁礼萍, 等. 基于空间句法的山地河谷型城市形态影响力研究[J]. 西部人居环境学刊, 2017, 32(04): 60-64.

中图分类号 TU984.11+3文献标识码 B

文 章 编 号 2095-6304（2017）04-0060-05

作者简介赵银兵： 成都理工大学旅游与城乡规划学院，副

教授

杨 华（ 通迅作者）：

成都理工大学旅游与城乡规划学院，本科生，1451832197@https://www.sodocs.net/doc/e49113487.html,

丁礼萍： 成都理工大学旅游与城乡规划学院，硕

士研究生

赵 星：成都理工大学旅游与城乡规划学院，讲师

* 国家社科基金青年项目（14CJL040）；成都理工大学教改项目（11100-16Z056919）； 成都理工大学中青年骨干教师培养计 划（JXGG201213）

◎城市空间与形态研究

1?空间句法与城市形态的关系

1.1 城市形态研究

城市形态（urban morphology）是城市本身所处的自然地理环境、政治、经济、文化和社会等多因素共同影响之下形成的物质形态与非物质形态的有机整体[7]，是人类复杂活动在时空上的投影。研究城市形态的潜在规律，对于丰富和完善城乡规划理论和指导城乡规划建设具有重要作用。

以往的城市形态研究主要从城市的历史、地理、交通、经济、社会、文化和城市职能等多因素出发，定性研究特定时间段内城市形态的演变和驱动机制[8]。随着计算机和遥感技术的广泛应用，城市形态研究趋于定量化，目前主要有形状指数、分形理论和数理统计等量化分析方法[9]，但这些方法多是依据几何规律分析城市形态，缺少从城市外部形态特征与规律出发研究其对城市内部空间产生影响的方法，而空间句法是很好的补充。

1.2 空间句法理论及其形态变量

空间句法（space syntax）理论最早由英国伦敦大学学院的比尔·希列尔（Bil l Hillier）于20世纪70年代创立，经过长期发展与完善，现已成为研究城市空间与社会的理论范式。它从图论的数学基础出发，将城市的建成环境抽象简化为包含社会和经济属性的空间元素，称之为“轴线”或“线段”，并以此为分析单元模拟人车流，阐释人与空间“不可言的规律”[10]。轴线模型是基于拓扑结构的早期理论模型，现在已较少采用。线段模型是轴线模型的精细化表达，其米制距离和角度深度的计算原则使它可以对城市进行不同尺度分析，并能测度微小角度变化对城市空间的影响，这相比于轴线模型是极大的提升。因此，本文的空间句法分析均是采用线段模型。

线段模型中最重要的句法变量是整合度（integration）和选择度（choice），而基于米制距离分析的标准化角度选择度（normalized angular choice，简称NACH）和标准化角度整合度（normalized angular integration，简称NAIN）可以对不同规模的城市系统进行直接比较，这对城市空间形

态的定量研究具有重要意义。NACH衡量城

市穿越性交通的潜力，反映系统中每一条

线段元素被行人或司机选择作为最短行动

路径的选择度和穿越性；NAIN反映城市空

间中某一要素与系统中其他要素的连接程

度，可以衡量城市的到达性交通潜力和网络

可达性[11]。

标准化角度选择度（NACH）的计算

公式：

NACH_r=log(ACH_r+1)/log(ATD_r+3) （1）

其中：NACH_r为半径为r的标准化角

度选择度；ACH_r为半径为r的角度选择

度（angular choice）；ATD_r为半径为r的角

度总深度（angular total depth）。

标准化角度整合度（NA I N）的计算

公式：

NAIN_r=(NC_r+2)1.2/ATD_r （2）

其中：NAIN_r为半径为r的标准化角

度整合度；NC_r为半径为r的节点数（node

c o u n t）；AT D_r为半径为r的角度总深

度（angular total depth）。

可达性交通与穿越性交通是出行的两

个最基本要素，也是影响出行的城市空间

网络“硬币的两面”。因此，综合考虑这两

种出行方式将有助于从更深的层次上揭示

城市形态特征。考虑到NACH和NAIN均是

标准化之后的无量纲变量，因此将NACH与

NAIN相乘组成复合变量，称之为空间影响

力，一方面反映同时具备高可达性和高穿越

性的街道对城市空间的影响力，另一方面这

些空间影响力高值轴线也与具体的城市形

态有关[12-13]。高效与可持续的城市形态应该

是空间影响力尽可能大，同时其高值街道

较为均匀地分布。

1.3 空间句法在城市形态研究中的应用

在空间句法理论的发展与完善过程

中，众多学者利用该理论对城市形态进行

了大量的实证研究。比尔·希列尔等人对

比分析了世界上近50个城市的前景网络和

背景网络，并提出城市形态影响下的三种

空间构形[11]；王洁晶等人对比北京、成都

和西安等8个国内大城市的空间形态，认

为集中与分散的城市形态其空间结构差

异较大[14]；杨滔认为可持续发展的城市形

态与城市空间的自组织结构之间有着良性

的互动关系[15]；盛强和杨滔等人利用重庆

市区的地面和地铁交通流量数据深入探

讨了山地城市背景下城市空间形态的超链

接机制[16-17]。此外，许多学者认为空间句

法理论对空间形态的研究具有较强的表

述意义[18-20]。前人多对单个城市进行单时

相或多时相的演变研究，部分涉及不同城

市的形态对比，研究对象也多为发展较为

成熟的大城市，对于特定地理环境下的具

有相同发展条件的中小城市空间形态规

律的研究还涉及较少。

2?研究区概况与数据源

研究区位于秦巴山脉南部，属山地和

丘陵地貌，地表切割深度较大。遵循“体现

城市特征与规模”的原则，选取区内的达

州、广元和巴中3个市级城市，剑阁、旺苍、

苍溪、平昌、南江和万源6个县级城市作为

研究对象。与此同时，考虑到经济发展水

平、行政级别和地域差异等因素[21]，选择位

于成都平原的市级城市德阳市和县级城市

什邡市作为参照样本城市（图1）。

空间句法分析的基础是对空间的划

分，现行的线段模型仍是采用基于轴线

模型的空间分割方法，即将城市道路与街

道抽象为“最短又最长”的轴线[22]。因此

本文的所有空间句法分析均是以样本城

市的最新版高德地图为基础数据，在Arc

GIS软件中对城市道路进行矢量化，并采

用Google Earth的卫星影像进行补充与校

正，获取各样本城市的轴线地图，并通过

Depth Map软件将轴线地图转化为分析所

需的线段地图。

图1?研究对象分布图

Fig.1 the distribution map of study object

3?结果分析

3.1 城市前景网络与背景网络

城市可以抽象为一个拥有不同层级的动态变化的“网络”，人与建成空间共同构成这个网络的空间结构与形态。前景网络（foreg round net work）与背景网 络（background network）是基于线段模型的对深层次城市空间的新定义。空间句法理论认为，城市本质上存在“双重网络结构”，即 “前景网络”和“背景网络”。前景网络是指城市系统中少量的长街道段以小角度连接而成的高等级空间结构，并在各个尺度下连接城市的不同中心，其特点是连续性强，常与城市主要干道或繁华路段相匹配；背景网络则是前景网络遗留下来的网络结构，由大量的相互打断的短街道段以近乎直角的方式连接而成，常对应于居住区，是构成城市网络的最基本结构。城市的“双重网络”是对大多数城市发展背后数学法则的总结，体现了城市“结构化”程度，这将有助于揭示山地河谷型城市形态的一般性规律[23]。理论上讲，句法变量的最大值和平均值分别代表城市的前景网络和背景网络，数值大小反映网络的穿越性与可达性交通潜力和空

间影响力，与具体的城市形态有关[11]。

3.2 NACH和NAIN分析

以平原城市德阳市和什邡市作为参照

对象，对山地河谷型城市的空间句法指标进

行分析。从统计数值看（表1），山地河谷型

城市的NACH和NAIN值基本分布在0.8~1.5

之间，且NACH和NAIN的最大值数值偏高，

而NACH和NAIN的平均值数值偏低，表明该

类型城市的前景网络强于背景网络。从具体

指标上看，河谷型城市NACH的平均值略高

于平原城市，特别是巴中市、苍溪县和万源

市，其平均值在0.9以上，表明河谷型城市背

景网络的穿行度要优于平原城市；从NACH

的最大值来看，河谷型城市前景网络的穿行

度大致与平原城市持平，但苍溪县和旺苍县

除外，表明其具体的城市形态对城市网络穿

行度的影响较大。从NAIN数值看，河谷型城

市前景网络和背景网络的整合度均远低于

平原城市，特别是平昌县和南江县的整合度

仅为平原城市的50%，表明山地河谷型城市

网络系统的不整合和不连续，其前景网络整

合不同尺度下城市各部分与各中心的效能较

低，平原城市网络之间的整合度要优于山地

河谷型城市。

3.3 空间影响力分析

通过表1可知，山地河谷型城市网络的

空间影响力总体低于平原城市；背景网络的

空间影响力平均值为0.790，远低于平原城

市德阳市（1.147）和什邡市（1.066）；前景

网络的空间影响力平均值为1.804，远低于

德阳市（2.803）和什邡市（2.628）；除苍溪

县、万源市和旺苍县等少数城市的空间影

响力接近平原城市外，其余山地河谷型城市

均与平原城市有较大差距，特别是达州市、

南江县和平昌县。

对山地河谷型城市空间影响力值进行

系统聚类分析后发现（图2），类间距离为5

时，样本城市大致可以分为空间影响力“偏

低”和“偏高”两种类型；类间距离为2时，

可以进一步划分为“偏低”、“中间”和“偏

高”三种类型（表2）。结合山地河谷型城市

具体的城市形态，故采用三种类型的划分方

法比较适宜。

在具体分析山地河谷型城市形态影响

力之前，先对两个平原城市进行分析，从而

图2?山地河谷型城市空间影响力聚类谱系图

Fig.2 the cluster pedigree diagram of spatial influence of

mountain valley cities

样本城市NACH NAIN空间影响力

城市类别城市等级名称平均值最大值平均值最大值平均值最大值

山地河谷型

城市市级城市

达州市0.822 1.497 0.716 1.056 0.619 1.570

广元市0.864 1.541 0.870 1.352 0.796 2.019

巴中市0.907 1.463 0.978 1.324 0.932 1.840 县级城市

苍溪县0.969 1.516 1.028 1.507 1.046 2.285

剑阁县0.823 1.492 0.872 1.359 0.772 1.995

南江县0.866 1.337 0.581 0.750 0.521 1.001

平昌县0.859 1.352 0.546 0.713 0.488 0.956

万源市0.953 1.507 0.984 1.399 0.993 2.109

旺苍县0.878 1.593 0.990 1.555 0.940 2.458

最小值0.822 1.337 0.546 0.713 0.488 0.956

最大值0.969 1.593 1.028 1.555 1.046 2.458

平均值0.882 1.478 0.840 1.224 0.790 1.804

平原参照城市市级城市德阳市0.860 1.518 1.243 1.870 1.147 2.803 县级城市什邡市0.873 1.544 1.135 1.705 1.066 2.628

表1?样本城市NACH、NAIN和空间影响力指标

Tab.1 the NACH、ANIN and spatial influence index of sample cities

表2?山地河谷型城市空间影响力聚类分析

Tab.2 cluster analysis of spatial influence of mountain

valley cities

欧式距离类别城市

5偏低型南江县、平昌县、达州市

偏高型

苍溪县、万源市、旺苍县、

广元市、剑阁县、巴中市

2偏低型南江县、平昌县、达州市中间型广元市、剑阁县、巴中市偏高型苍溪县、万源市、旺苍县

建立参考标准。德阳市和什邡市均位于成都平原，无山脉与河流阻隔，城市形态呈典型的团块状，城市空间整体性与连续性很强，加之城市内部路网结构体系以“环形放射式”为主，城市形成众多连续的空间影响力高值轴线，背景网络的正交格网特征显著，城市网络的空间影响力很高。

德阳市和什邡市的前景网络基本对应“环形放射式”的路网结构，第二层级前景网络多对应于连续性强，但转弯处容易被打断的环形绕城干道，而第一层级网络则对应联系城市中心区与边缘区和第二层级前景网络的放射状道路，这些道路十分平直和连续，是社会经济活动最活跃的区域。如德阳市的第一层级网络是连接东部主城区与西部工业区的三条东西向主干道嘉陵江西路（2.596）、沱江路（2.510）和长江西路（2.503），与连接主城区内部南北端的两条南北向主干道芦山南路（2.672）和泰山南路（2.594）（图3a）；什邡市的第一

层级网络则是连接第一、二环城干道与城市中心区的北东—南西走向主干道金河南路（2.579）（图3b ）。

达州市、平昌县和南江县属于空间影响力“偏低型”的山地河谷型城市，数值仅为平原城市的一半左右，如此低的空间影响力水平与其分散的带状城市形态有关。达州市被河流分隔为东城区和朝阳区两区，中间连接处十分狭窄，城区产生朝阳东路—通川中路—西环路（1.431）、通达西路—南坝路（1.477）两条不连续的空间影响力高值轴线，形成不均质的前景网络,且分布有限，对西部的朝阳区和东城区的东部区域辐射作用有限（图4a ）。与达州市类似，南江县与平昌县的城市发展用地有限，形态狭长，城市的空间连续性很低，且自由式和大角度连接的道路居多，其城市网络的空间影响力自然低下（图4b-4c ）。

三者的共同点是城市前景网络具有集中性，这有利于强化整个城市的中心性，但对于分散的带状城市是不利的，城市的边缘区域缺乏空间影响力高值轴线与城市中心相连，只能通过次一级网络进行连接，如达州市朝阳区内部的金龙大道（1.009）和东城区的汉兴街-杨柳路（1.317），其空间价值没有得到很好的体现。

巴中市、剑阁县和广元市属于空间影响力“中间型”的山地河谷型城市，三者的典型特征是城市受河流的分隔作用明显，城市被分割为多个部分，城市形态破碎和不连续，特别是剑阁县和广元市，基本形成了正交格网式的路网结构，其空间影响力要优于达州市等城市。巴中市的城市空间形态相对完整和紧凑，城市整体沿南江发展，初步

形成了网状的前景网络结构，形成江北大道（1.760）和红军路（1.770）两条沿江的高值轴线（图5a）。剑阁县和广元市城市发展沿河流两岸呈带状延伸，利州大道（1.894）和剑门大道（1.774）分别是剑阁县和广元市的第一层级前景网络轴线，连接了带状城市的两端，并由次一层级的前景网络连接其余部分，也存在较多的隔离空间（图5b-5c ）。

苍溪县、万源市和旺苍县属于空间影响力“较高型”的山地河谷型城市，三个城市规模较小，城市系统相对简单，城市中的隔离与过渡空间较少，其空间结构由一条贯穿整个线性城市形态的主要街道主导，这些街道因为承担了城市主要的穿越性交通和可达性交通，往往是城市中相对繁华和重要的路段，因而小型的山地河谷型城市前景网络的空间影响力高（图6）。3.4 讨论

真实的城市形态不会出现无限延伸的均质方格网，而会适度地出现断点与分区[24]。山地河谷型城市由于发展条件制约，呈现出“多中心组团式”发展模式，其城市形态具有分散和破碎的带状组团式特征。总体来说，山地河谷型城市的NACH水平略高于平原城市，但NAIN水平甚至不足平原城市的一半，空间影响力水平也远低于平原城市，表明该类型城市具有以降低城市的高整合度来形成较高的穿行度的形态特征，以山地河谷型城市为代表的带状组团型城市形态相比于平原城市那种团状集中型城市形态更有利于穿行，这是带状组团型城市连接不同组团、增强城市整体性的客观需要，但这也暴露出山地河谷型城市会出现更

图3?平原城市空间影响力图谱（a.德阳市；b.什邡市）

Fig.3 spatial influence map of plain cities （a.Deyang City; b.Shifang City ）

图4?“偏低型”山地河谷型城市空间影响力图谱（a.达州市；b.平昌县；c.南江县）

Fig.4 the low spatial influence map of mountain valley cities (a.Dazhou City; b.Pingchang

County; c.Nanjiang County)

a b

a

c

b

图5?“中间型”山地河谷型城市空间影响力图谱

（a.巴中市；b.剑阁县；c.广元市）

Fig.5 the middle spatial influence map of mountain valley cities (a.Bazhong City; b.Jiange County;

c.Guangyuan City)

a

b

c

图6?“偏高型”山地河谷型城市空间影响力图谱（a.旺苍县；b.苍溪县；c.万源市）

Fig.6 the high spatial influence map of mountain valley cities (a.Wangcang County; b.Cangxi County; c.Wanyuan County)

多的隔离空间。山地河谷型城市空间影响力较低，一方面表明行人或司机到达性或穿越性交通出行选择性较低，另一方面因人车流聚集而提升社会经济效益的作用也没有充分发挥，由此制约城市中心性的提升。

4?结?论

本文从空间句法指标值入手，重点分析四川东北部山地河谷型城市形态的潜在规律，得出以下认识：空间句法理论能够较好地揭示特殊网络结构背景下的山地河谷型城市形态；山地河谷型城市的可达性和穿越性基本处于0.8~1.5的区间，且具有前景网络强势、背景网络弱势和整合度极低的特征；对于空间影响力，山地河谷型城市低于平原城市，且平原城市具有明显的“环形放射式”结构，山地河谷型城市的前景网络结构较为简单，体现为连接城市各部分的少数不均质且分布范围有限的长轴线，城市中尚有大量的空间与城市整体脱离。

集中与分散是山地河谷型城市发展的固有矛盾，而解决这个矛盾的关键在于“度”的把握，要在山地城市主义理论的指导下，遵循“有机分散和适度集中”原则，既要把握城市内外部形态的互动规律，又要有效和有序地组织城市空间，建立适应山地河谷发展条件的路网体系和城市分区，促进城市“依山沿河”良性扩展，将山地河谷型城市形态的特异性与空间的合理性有机地整合，创造可持续发展的城市系统。

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图表来源：

图1-6：作者根据相关数据绘制

表1-2：作者绘制

收稿日期：2017-03-12

（编辑：苏小亨）

a b c