紳士化街區城市形態特征與模糊綜合評估

程昊淼，王伯偉

(1.北京工業大學 建筑與城市規劃學院,北京 100124； 2.同濟大學 建筑與城市規劃學院,上海 200092)

在存量規劃的城市發展新模式下，對老舊城區進行可持續化的更新改造是城市規劃與城市建設面臨的新課題.在城市更新改造中，城市紳士化是較為徹底的一類改造方式，這一概念由西方學者在20世紀60年代提出，是指在城市中心區域的空地或拆遷空地進行住房改造和住宅建設，將原有低收入階層居民替換為中產階級或富有群體的過程[1-4].伴隨著中國城市化進程，一些大中城市紳士化改造不可避免.目前，中國城市紳士化相關研究主要從宏觀角度對紳士化現象[5-9]、城市貧困[10]、城市政策[11-12]進行了社會學、經濟學研究，尚未涉及更加直觀反映微觀尺度——街區空間形態特征的定性或定量研究.

上海作為中國經濟最為發達與開放的大城市之一，其紳士化進程給這個海派城市帶來顯著影響.在城市紳士化片區，不但原有的社會關系和歷史文化紐帶幾近消失，同時反映人對城市空間、交通體系以及與周圍區域相互關系認知的城市形態也發生了巨大變化.在這一背景下，對街區城市形態特征的演變分析有助于了解和認識城市紳士化改造對城市社會關系、空間結構的影響，對于可持續發展的城市改造建設與城市發展規劃具有指導作用.

現有城市形態的研究可分為定性和定量研究兩大類.傳統圖形學研究以圖形分析為工具，對城市形態進行定性研究，以文獻綜述、實地調研、類型學等研究方法對城市形態的結構、模式、演變規律進行定性歸納[13-19].城市形態定量研究興起于計算機軟件(AutoCAD、GIS等軟件)和大數據的普及.這類研究所應用的理論可分為空間結構理論和空間強度理論.以BILL HILLER為代表的空間句法研究將拓撲關系應用到對城市形態空間結構的定量研究中，并發展出一套完整的特征值定量分析模型[20]，例如，連接值、集成度和可理解性等.這種定量研究理論可以深入地探究城市空間結構關系，但是不能反映城市空間的高度、密度等強度特征[21].另一種理論是以反映空間強度的各類特征值為主進行城市形態定量研究[22-26]，如計算城市空間中的建筑密度、混合度、綠化率等特征值，探究城市形態對城市居民居住、行為、感受的影響，應用這種理論的研究可以直觀地梳理城市空間的密度、多樣性、綠地面積占比等形態特征，對城市形態的空間強度進行量化描述，但是不能反映城市空間結構上的拓撲關系.以上各項城市形態特征值均能反映城市形態的某一個客觀屬性，但是，對城市形態進行綜合評價時，各項特征值無具體、明確的評價標準，具有一定的不確定性，例如，反映單位面積上建筑面積的密度特征值容積率(RFA)，過高或過低均不利于城市可持續發展.且由于缺少一種統籌各項空間特征的量化方法，已有研究對城市形態特征分析僅限于分項特征值的定量描述或綜合的定性評估，無法量化區分不同城市空間形態的優劣差異.

模糊性是指某些事物或概念的邊界不清楚,這種邊界不清的模糊概念,不是由于人的主觀認識達不到客觀實際造成的,而是事物的一種客觀屬性[27].已有研究指出，對于評價標準沒有明確界定的事物可以應用模糊數學量化處理此類模糊性問題[28-29]：以隸屬函數作為橋梁，使用模糊集合描述指標性能的“亦此亦彼”特征,將模糊性加以量化，可以得到向量形式的綜合評估結果,從而獲得比較精確的定量結果，是對受多因素影響的事物做出全面評價的一種十分有效的多因素決策方法.該方法已被廣泛應用于綠色建筑節能評價、住宅建筑功能性評價、城市交通系統綜合評估、環境質量評價以及食品工程等各個領域[30-37]，可作為解決多因素、多指標綜合評價與決策問題的有效替代方法[30].模糊數學理論應用于城市問題研究較少，有學者在城市土地功能適用性、城市蔓延問題、城市生態系統評價研究中應用該理論[38-40]，取得較為有效的評價結論.目前，關于模糊數學理論用于城市形態評估的研究尚未見文獻報道.本文以上海中心城區兩個典型紳士化片區城市形態為研究對象，基于對兩個典型片區內各個街區的“空間強度特征值”——容積率和混合土地利用率、“空間結構特征值”——連接值和集成度的定量計算，定量分析紳士化街區城市形態特征，探討不同類型街區的空間結構差異；利用模糊數學綜合評估法量化街區空間形態的優劣，探索城市紳士化運動對城市形態的積極與消極影響，為可持續的城市改造、設計和規劃方案制定提供技術參考.

1 研究區域與研究方法

1.1 研究區域與數據收集

選取上海市兩個典型的紳士化片區——虹鎮老街和世博北岸片區為研究區域，見圖1.虹鎮老街片區面積約1.00 km2，原多為計劃經濟時代的職工家屬區和自建房，隨著20世紀90年代后期改革開放的深入和房地產業的興起，高檔商品房、商業綜合體和配套教育建筑正在逐步替換原有的工廠、棚戶區、公房，同時改變了片區的居民構成，紳士化現象逐漸顯現.世博北岸片區面積約1.94 km2，主要為江南造船廠、上海南市發電廠等多家工業企業用地及其配套家屬區，以及以棚戶、舊式里弄為主要建筑類型的居住用地.為配合2010年上海世博會的建設，片區內90%的居住用地拆遷，所有工業企業搬遷，部分廠房保留結構進行改造.至2015年底，拆遷的棚戶區住戶全部遷出，替換為新建中高檔商品房的購房者；同時，原世博會場館亦改建為文化觀演、展覽等功能建筑，大部分區域已逐步置換為紳士化社區.

圖1 上海市紳士化典型片區區位示意

1.2 研究方法

為揭示典型紳士化街區的城市形態總體特征，將兩個具有不同改造背景和建設目標的紳士化片區合并進行統一分析評估.利用2015年測繪數據和同年衛星影像圖，以400 m×400 m網格并結合城市主干道、空間特征等因素將兩個研究片區劃分為17個街區，并依據各街區改造現狀劃分為保留街區(r)與紳士化街區(g)，見圖2.研究步驟與技術路線見圖3.

圖2 虹鎮老街與世博北岸片區街區劃分示意(來源：作者改繪)

圖3 研究步驟與技術路線

1.2.1 街區空間形態特征值選擇與計算

容積率(floor area ratio，RFA)和混合土地利用率(mixed land use index，IM)是分析城市局部空間形態的基礎參數，能夠反映城市空間的體量、密度與土地利用情況，可作為反映研究區域開發強度的“空間強度特征值”；依據空間句法理論[24]，空間拓撲參數連接值(connectivity，C)、集成度(integration，I)反映了城市空間連通程度、可達性或孤立程度，可作為反映研究區域空間組織結構的“空間結構特征值”.

1.2.1.1 空間強度特征值計算

1)容積率

容積率(RFA)的計算公式為

(1)

式中：At為某一街區內建筑面積之和，Ap為某一街區的總面積.

容積率中的各分項指標具有比較明確的定義和量度，在密度計算和評價中，容積率是一項相對清晰的指標.

2)混合土地利用率

混合土地利用率(IM)的計算公式[23]為

(2)

式中，T為片區總建筑面積，T=r+c+o,其中，r,c和o分別代表居住用地建筑面積(包括公寓和住宅)，商業用地建筑面積(包括零售、辦公和酒店)和其他用地建筑面積(包括工廠、政府機關、學校和醫院);IM介于0和1，當值趨近于1時，表示某一城市空間區域內的不同功能用地面積平均分布，空間形式豐富，多樣性較好.

基于空間地理特征的傳統城市形態特征值從街區層面直觀地展現局部空間形態特征，但是無法表現局部街區與整體城市空間之間聯系.因此，需引入反映局部與整體拓撲關系的空間句法理論進行空間組織結構特征的分析.

1.2.1.2 空間結構特征值計算

空間結構特征值主要取自基于拓撲關系描述城市結構形態的空間句法理論.該理論將城市結構簡化為凸空間和軸線兩種空間，城市形態均可由兩種空間基礎元素描述[24]，由此演化出包括連接值(connectivity)和集成度(integration)等5個空間拓撲參數，用于反映城市空間的連通程度、可達性與集聚離散程度[26].

某節點(空間)i的連接值(Ci)可以表述為[24]

Ci=k.

(3)

式中k為與節點(空間)i直接相連的空間數.

集成度(I)可以由相對不對稱值(relative asymmetry,AR)的倒數計算得出.AR的計算公式如下[24]：

(4)

表示街區空間強度與空間結構的4項特征值參數含義不同，量級上亦有顯著差異，且無統一評價標準的界限，無法實現對各個街區形態特征的量化對比分析.因此，需要一種客觀地綜合評估街區城市形態的定量方法.

1.2.2 城市形態模糊數學綜合評估模型的建立

利用表示空間開發強度的容積率和混合土地利用率，以及表示空間局部組織特征的連接值和表示全局組織特征的集成度，構建城市形態模糊數學綜合評估模型，以城市形態模糊系數(urban fuzzy index，IUF)[42]統籌上述反映不同城市形態的特征值指標，按照最大隸屬度原則，計算各街區的特征值參數與研究區域相對最優(或最劣)標準特征值集合的接近程度，確定各街區的IUF，由此對比分析各街區城市形態的優劣和差異.

IUF=d=ΔωT.

(5)

式中：Δ為特征值數量n=4時m個街區的模糊關系矩陣；ωj=(0.29，0.29，0.23，0.19)，為依據相關系數賦權方法求得的4個特征值權重系數[42]；d= {d1，d2，di，…，dm}，i為某個街區，di表示街區i到標準特征值向量所表示的虛擬街區的拓撲距離，即為i街區的城市形態模糊系數(IUF)，綜合反映了該街區的空間形態特征與標準特征值向量之間的總體差異.若di越小則i街區距離標準特征值向量所表示的虛擬街區形態越接近，空間形態差異越??；故最小值dmin=min(d1,d2,…,dm)街區是研究區域內城市形態相對最優(或最劣)的街區.

1.2.3 城市形態模糊綜合評估標準的確定

確定標準特征值向量f0是城市形態模糊數學綜合評估的關鍵步驟.標準特征值向量f0反映了研究區域城市形態相對最優(或最劣)的虛擬街區的空間形態特征.

目前，包括容積率、混合土地利用率、連接值、集成度在內的一些空間形態特征值尚無具體明確的評判優或劣的界限標準.林奇的環境行為學[13]認為，一個好的城市形態是能夠讓使用者感覺舒適、親切，而決定城市形態質量的要素包括：1)活力(多樣性與混合土地利用)；2)感受(可識別性)；3)適宜(接近人體的空間體量)；4)可達性；5)管理[13].本研究依據環境行為學理論，以活力、感受、適宜和可達性作為評判空間特征值優劣標準的原則.

1)容積率的評價標準因價值取向角度不同而異.于開發商而言，高容積率意味著高收益;于政府角度，高容積率意味著能夠解決更多人口的住房問題;于住戶而言，高容積率則意味著高大的建筑體量和封閉擁擠的空間.但是過低的容積率會降低城市多樣性和城市效率，亦不一定是好的城市形態.在城市規劃相關文件中，一般對容積率上限進行了規定.綜上，高容積率的城市形態違背適宜原則，當其他外部環境條件相同的情況下，高容積率作為較差城市形態的評判標準更具有普遍性.

2)混合土地利用率是衡量城市多樣性的重要指標之一.單位面積內多種使用功能的空間混合分布，可以增加城市局部空間的活力，為不同社會群體相互交往提供空間.在力求城市空間資源充分利用的語境下，多樣性的城市空間形式和功能無疑會有利于城市空間和居民日常生活的活力，而低混合土地利用率對于街區城市形態的影響是消極的.因此，低混合土地利用率將作為較差城市形態的評判標準.

3)連接值與集成度均與城市空間的可達性有關.為保證城市居民使用空間資源、進行空間消費的基本權利，其中一個重要的條件是需要空間具有良好的可達性，局部空間與局部空間的隔離程度盡可能縮小.因此，低連接值與低集成度的街區是消極的城市形態.

綜合考慮，與相對最優特征值標準相比，高容積率、低混合土地利用率、低連接值與低集成度作為城市形態相對最劣標準更具有普遍性與合理性.

2 街區城市形態特征值與城市形態模糊系數計算結果

2.1 街區城市形態特征值計算結果

表1為17個街區4項城市形態特征值定量計算結果.可以看出，各街區各項特征值數值差異較大，缺乏明顯的規律性，難于通過各項特征值對比評估街區城市形態的優劣.

2.2 街區城市形態模糊系數計算結果

各街區城市形態模糊系數IUF計算結果如下：

IUF=(0.45,0.26,0.26,0.38,0.39,0.46,0.22,0.41,0.29,0.42,0.31,0.39,0.33,0.39,0.38,0.37,0.40).

各街區IUF如表2所示.其中，蒙自街區的IUF最小(0.22)，表示與相對最劣標準特征值所表示的虛擬街區形態差異較?。蝗鸷缃謪^IUF最大(0.46)，表示與相對最劣標準特征值向量所表示的虛擬街區形態差異較大；各街區IUF平均值為0.36，IUF最大差值為0.24，街區城市形態區分明顯.

表1 街區城市形態特征值計算結果匯總

3 街區城市形態特征模糊綜合評價

為了判斷城市形態模糊綜合評價方法的可行性和客觀性，以及對比分析研究區域各個街區的城市形態特征，將17個街區的4項特征值與城市形態模糊系數IUF進行匯總對比，如圖4所示.可以看出，城市形態模糊系數與各項特征值具有一定的關聯性，能夠綜合反應街區局部形態和空間整體性特征，表明基于模糊數學理論的城市形態特征綜合評估結果能夠客觀地反映研究區域的城市形態特征，用作城市形態綜合定量評估是可行的.

瑞虹街區的模糊綜合評價指數是17個街區中的最大值(0.46)，主要因為該街區處于拆遷新建階段，容積率較低，考慮到該街區現有城市形態的臨時性和未來規劃，下文不再將該街區納入分析樣本中.

在分析樣本中，紳士化街區12個，保留街區4個.其中，IUF最高的街區為保留街區，IUF最低的街區為紳士化街區.總體上，紳士化街區的IUF普遍較低，亦有部分紳士化街區的IUF高于保留街區.

在保留街區中，和平街區城市形態模糊系數為0.45，是分析樣本中的最大值.和平街區以街區內的和平公園命名，公園占地面積17.6萬m2，占據街區的絕大部分.雖然街區內有新建的高容積率的商品房住宅與寫字樓商業綜合體建筑，但是便利的可達性、超大面積的開放空間、多樣性的基礎設施建設以及部分保留的公房住宅，使得這個街區的城市形態較為優良.

圖4 各街區城市形態特征值與城市形態模糊系數對比

制造局街區為保留街區，城市形態模糊系數為0.42.街區西部、中部建筑保留，東部的部分高層塔樓、低層辦公樓、住宅樓因道路拓寬等原因被拆除，后續建設并未跟上，土地處于空置狀態，導致該街區現存建筑容積率低、使用功能單一(基本全部為居住建筑)，但是原有街區的肌理仍然存在，街道巷陌相通，可達性良好，街區較為開放，與周圍城市空間相融合，城市形態良好.

虹鎮街區為17個街區中較少的完整保留了原有城市形態的街區，城市形態模糊系數為0.38.該街區位于虹鎮老街片區的核心地帶，截止2015年底，該街區尚未進行拆遷重建.街區內有3層以下自建住宅和簡易房、多層公房和高層塔樓.街區容積率較低，街巷互相連通，可達性和便利性均較高，但該區域土地利用功能單一，建筑老舊，質量參差不一，街區城市形態在分析樣本中處于中等水平.

在紳士化改造街區中，虹口區政府街區(IUF=0.39)原為棚戶區、工廠和文化觀演類建筑共存，經過拆遷改造，該街區內的用地功能改變：原工廠、棚戶區和公共建筑被替換為區政府、商品房住宅和配套教育設施.雖然容積率顯著增高，但因為街區內公共空間增加，街區內的可達性較高，可識別性高，是區域內少數紳士化改造比較成功的街區.

江南造船廠街區(IUF=0.29)為世博會企業展區，現有多座場館封閉管理，出入口單一，場館毗鄰的濱水公共空間亦不對公眾開放，街區較為孤立.與之情況相似的還有花園港街區(IUF=0.37)，該街區整體為南市水廠辦公與生產用地，僅供工作人員出入，出入口較少，空間較為孤立.上述2個街區城市形態模糊系數值較低，空間形態相對較差.

蒙自街區的城市形態模糊系數最小(IUF=0.22)，表明其與研究區域相對最劣標準特征值所表示的虛擬街區城市形態最為接近，其城市形態在兩個紳士化片區范圍內最差.該街區位于世博北岸片區，原為工廠、棚戶區，在籌建世博會和城市整體改造的運動中全部拆遷，建設有高檔商品房住宅與豪華寫字樓，街區的容積率較高，土地利用極為單一，可達性中等，相對孤立于周圍片區.究其原因應為街區內各個地塊之間互不連通，出入口較少，建筑高度較高，且缺乏配套公建.這些因素在其他城市形態相對較差的紳士化街區，如東沙虹港街區、西藏街區內亦存在.

根據17個街區的模糊綜合評估結果可知，紳士化運動對城市街區形態有明顯的影響.與保留街區相比，大部分紳士化改造完成后的街區(如蒙自、東沙虹港、西藏街區)呈現出消極的城市形態特征，主要表現為：建筑物高、體量大，致使街區容積率過高；街區土地利用多以居住功能為主,相關配套設施尚不健全；各地塊之間互不連通，街區整體封閉，孤立于周圍城市空間.這些街區的紳士化改造不僅影響了整體城市形態，同時改變了原有片區的社會關系和歷史文化紐帶，以及伴隨而來的高房價、社區隔離、不斷攀升的服務業費用以及社會多樣性缺失等社會問題.

在17個街區中，改造較為成功的紳士化街區(如虹口區政府街區)表現出了積極的城市形態特征：雖然紳士化改造后的街區建筑物高度、體量與保留街區相比有顯著升高，但其建筑空間疏密有致、體量適中，容積率適宜、可識別度高；較高的混合土地利用率；良好的可達性.多功能、多形式的土地利用，良好的街區可達性、開放性，能夠帶來社會結構與經濟結構的多樣性，使得街區具有活力與生氣.

4 結 論

1)紳士化改造對街區空間形態有顯著影響，紳士化街區的城市形態普遍低于保留街區，表現為街區封閉、用地類型單一等消極城市形態特征；少數紳士化改造比較成功的街區(如虹口區政府)表現出多樣性與易達性等積極城市形態特征.

2)積極的城市形態特征主要表現為良好的可達性、多功能的土地開發利用、尺度適宜與開放的空間形態，這種形態特征有利于活力度高、可識別性高的城市空間與多樣性的社會經濟結構.反之，消極的城市形態特征則表現在街區居住建筑的容積率與封閉性均較高，相對孤立于區域周圍空間，土地開發利用功能較為單一，配套設施不完善，這種形態特征不利于城市街區的可持續發展，存量規劃背景下的城市更新應注意避免令城市街區形成此類消極的城市形態特征.

3)采用城市形態模糊系數(IUF)統籌各項城市形態特征值指標，用于街區城市形態的定量綜合評估具有客觀性和可行性，街區IUF與其各項特征值具有一定的關聯性，能夠綜合反應街區局部形態和空間整體性特征，為城市形態特征的綜合定量分析提供了一種有效途徑.

上述城市紳士化改造對城市形態積極或消極影響的歸納分析對于存量規劃背景下的城市更新改造具有借鑒作用.