基于空間句法的換乘空間可達性評價方法適用性研究

文／蔡雨杉 陳瑩澤

引言

隨著我國科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和綜合國力的顯著提升，高速鐵路以驚人的態(tài)勢發(fā)展成國家命脈之網(wǎng)。2020 年我國高鐵里程將達3 萬公里以上，覆蓋80%以上的城區(qū)常住人口100 萬以上的城市[1]。鐵路覆蓋率的穩(wěn)步提升、高鐵建筑的不斷建成與發(fā)展也引發(fā)了學(xué)術(shù)界的研究熱潮，國內(nèi)涌現(xiàn)出一批以鐵路客站建筑建成后評價為研究主題的專家學(xué)者[2]，隨著建筑后評價在我國的發(fā)展，新的研究理論和研究方法也被運用到交通建筑上來。其中空間句法作為描述空間關(guān)系的量化方法得到了建筑界和規(guī)劃界一批學(xué)者的廣泛關(guān)注，但其僅僅是數(shù)學(xué)邏輯上的運算，本身便存在很大的爭議和局限性[3]。因此，本文將就空間句法在高鐵換乘空間可達性研究的適用性進行探討。

1 空間句法理論在換乘空間中的運用

1.1 空間句法理論簡介

1984年，Hillier①等人編寫的《空間的社會邏輯》一書中首次提出了空間句法這種用來描述空間與空間之間的拓?fù)潢P(guān)系的研究方法。其運行機制是以數(shù)學(xué)的方式描述空間之間的拓?fù)洹缀巍嶋H距離等關(guān)系，主要被用以研究空間可達性與相關(guān)性。

1.2 交通建筑換乘空間中的句法研究

近年來，我國一批學(xué)者利用空間句法對交通建筑換乘空間的可達性和導(dǎo)向性都做了較為詳盡的研究，西南交通大學(xué)何海榮建立了空間句法與視覺機能理論結(jié)合的研究方法，對廣州南站換乘層標(biāo)識進行量化評價[4]；董玉香等人用空間句法分析了北京西直門站換乘空間的可達性，并提出針對軟件分析結(jié)果的優(yōu)化策略[5]；胡斌等人運用Depthmap 軟件對北京白石橋南站的換乘空間進行分析，并據(jù)此提出相應(yīng)的空間導(dǎo)向性優(yōu)化設(shè)計策略[6]；孫洪濤、劉瑋對三個特大型客運樞紐進行視域分析，優(yōu)化平面并進行數(shù)據(jù)對比，提出改善旅客視域范圍的策略[3]。盡管目前空間句法被運用在諸多建筑與規(guī)劃領(lǐng)域?qū)臻g形態(tài)、屬性等特征的研究中，但其僅僅為理論層面的運算方法，需要結(jié)合實際調(diào)查情況進行綜合分析。

2 基于空間句法與實際調(diào)查的空間可達性評價模型

拓?fù)湫睦韺W(xué)的創(chuàng)始人勒溫（Kurt Lewm）提出的EPB 模型指出：人的行為是“人”（P）和“環(huán)境”（E）的函數(shù)，公式如下：

人的行為受到環(huán)境和需求的共同驅(qū)動，因此可以將空間可達性的評價內(nèi)容分成兩個部分：以換乘空間為客體的空間特性和以換乘旅客為主體的行為需求。

2.1 以換乘空間為客體的可達性分析

可達性是空間中客觀存在的特性，可利用空間句法對空間的形態(tài)變量進行分析，與可達性直接相關(guān)的變量為空間平均深度值和空間整合度數(shù)值：

（1）空間平均深度值

表示絕對深度值，空間平均深度值表示為需要進行空間轉(zhuǎn)換的次數(shù)，數(shù)值越大，空間的可達性越差。計算公式為：

式中：為拓?fù)溥B接圖中某兩個子空間編號，表示子空間的總數(shù)。

（2）空間整合度

空間句法形態(tài)變量中整合度為復(fù)合變量，由空間的平均深度值得來。空間的全局整合度越高，其可達性越高，計算公式為：

式中：為拓?fù)溥B接圖中的某一子空間編號，空間整合度是指空間系統(tǒng)中某一獨立子空間與其他獨立子空間的集散程度，為空間連接拓?fù)鋱D中子空間的總個數(shù)。

根據(jù)空間句法的數(shù)據(jù)分析，可以從理論的角度上分析被評價客體的可達性優(yōu)劣。

2.2 以換乘旅客為主體的可達性需求分析

根據(jù)旅客在換乘空間的聚散特征，將其對空間可達性的需求分為兩個方面：客流分布特征可以體現(xiàn)出旅客的整體出行流線，旅客在空間的主要活動路徑需要具有良好的空間可達性；旅客聚集節(jié)點可以體現(xiàn)出旅客出行流線上主要的活動節(jié)點，需要有針對性的空間可達性優(yōu)化策略。而實際調(diào)查可以客觀地記錄高鐵換乘空間內(nèi)的客流分布規(guī)律，直接反映出客流在空間中對可達性的需求，從實踐的角度對理論分析進行驗證和補充。

2.3 可達性評價模型建立

本文將建立基于空間句法和實際調(diào)查的空間可達性評價模型，即分析換乘空間的環(huán)境要素與旅客行為需求之間的相互聯(lián)系，結(jié)合客觀環(huán)境的可達性和旅客需求的可達性兩方面進行綜合分析，最終用于評價換乘空間的可達性。

該模型的評價方法設(shè)計如下：

（1）利用空間句法分析建立換乘空間視域模型，并運用Depthmap 進行空間形態(tài)變量運算，得到換乘空間的客觀可達性評價；

（2）在現(xiàn)場調(diào)研采取行為跟蹤測量法，觀察換乘空間客流高峰時期旅客的分布特征，并對其容易聚集的場所進行記錄，對旅客的換乘尋路行為進行分析，得到基于旅客需求的換乘空間可達性評價；

（3）綜合上述兩方面的內(nèi)容，對換乘空間進行綜合評價，并以客流的實地分析結(jié)果驗證空間句法這一理論分析是在換乘空間可達性評價研究中的適用性。

3 以武漢站換乘空間為例的可達性評價模型驗證

武漢站開通于2009 年12 月，是首個運用“建橋合一”技術(shù)建造的線上式高鐵客運站[7]，客流組織為上進下出，地上三層，自上而下豎向劃分為高架候車層、高架站臺層和出站換乘層，換乘空間位于地面層。

旅客在高鐵站內(nèi)活動的時候，主要靠視覺收集空間引導(dǎo)及尋路信息，良好的視線設(shè)計可以提升空間的可識別性，因此文本運用視域分析法依據(jù)空間平均深度值和全局整合度數(shù)值分析武漢站換乘空間的可達性。

3.1 視域分析結(jié)果

選擇500mm 作為網(wǎng)格的基本單元對平面進行劃分，并在Depthmap 軟件中創(chuàng)建視域模型進行分析，得到視線平均深度分析和可視性整合度分析結(jié)果。

視域分析結(jié)果表明：

（1）武漢站出換乘空間整體的可達性較好，與旅客換乘行為密切相關(guān)的主要進出站口（出站層?xùn)|西兩端）、售票服務(wù)區(qū)（出站層?xùn)|西兩端到達口附近）以及信息標(biāo)志、公告牌等節(jié)點都具有良好的視線通達性。

（2）可達性最好的區(qū)域為武漢站換乘空間東西走向的兩條主要步行通道。該視線平均深度趨向于藍色，可視性整合度趨向于紅色，說明當(dāng)旅客處于東西兩側(cè)通道時，能夠得到最多的空間信息，看到的空間范圍最大。

（3）可達性最差的區(qū)域為武漢站換乘空間連接南北出站口的通道。該區(qū)域可視性整合度趨向于藍色，數(shù)值較低，且平均深度值數(shù)值偏高。和東西兩通道相比，可視性較低，不易被旅客認(rèn)知。

3.2 客流分析結(jié)果

武漢火車站出站層客流較為復(fù)雜，主要為高鐵到站換乘其他公共交通的出站旅客與由公交、地鐵等到站乘坐高鐵站的進站旅客。為了獲取大量的觀察樣本客觀分析武漢站出站層客流的規(guī)律，我們選擇客流量較大的時段對武漢站進行現(xiàn)場調(diào)研。根據(jù)武漢站工作日和周末的熱力圖顯示，武漢站周末的客流呈現(xiàn)出聚集人口多且持續(xù)時間長的特點，因此將現(xiàn)場調(diào)研的時間定為2020年11月7日（周六）中午12 ∶00 到下午18 ∶00。

調(diào)研主要采取照片拍攝記錄和行為跟蹤測量法，武漢站換乘空間的旅客按照出行目的大致可以分為三種類型：出站換乘的旅客、換乘進站的旅客和接送站的旅客。其中出站換乘的旅客作為主要活動人群具有較強的流動性，會出于尋路和疏散的需求，聚集在售票口、高鐵到達口以及地鐵進出站閘機附近等需要停留的區(qū)域。在換乘尋路的過程中，大部分人能夠較快地?fù)Q乘出站，但是也有一部分旅客出現(xiàn)了長時間停滯、來回徘徊等情況，此類行為多出現(xiàn)在武漢站換乘空間地鐵進出站口、南北換乘通道口附近；且當(dāng)大量客流由出站閘機涌出時，各個到達口附近也存在一定程度的客流阻滯、流線混亂的情況。

3.3 綜合分析結(jié)果

武漢站出站層換乘空間的現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果與軟件分析結(jié)果在整體上呈現(xiàn)出相似性，布局分析存在差異性，證明空間句法理論在武漢站換乘空間可達性的評價研究中同時存在適應(yīng)性與局限性。

相似性：根據(jù)分布圖顯示，武漢換乘空間的主要聚集趨勢集中在東西向的兩條交通空間，與視域分析結(jié)果一致；客流的主要聚集節(jié)點有：地鐵出站口附近、地鐵進站口及其售票窗口附近以及靠近地鐵換乘節(jié)點的高鐵到達口附近。高鐵到達口和地鐵進站口附近區(qū)域的視域分析結(jié)果與客流分布結(jié)果基本一致，但是由于兩個地鐵進站口中部設(shè)置了商業(yè)區(qū)域，具有較強的視線遮擋性，進行現(xiàn)場跟蹤記錄時發(fā)現(xiàn)，部分旅客會在此處形成折返、迂回的流線，可以將此處的商業(yè)由集中式改為分散式，增強平面布局的可視性。

差異性：地鐵出站口也是客流主要聚集節(jié)點之一，而在視域分析中，此處的可達性并不佳，這就導(dǎo)致由地鐵送入站點的旅客大量在出站口涌出之后，難以快速接收空間的可達信息，容易造成一定范圍的擁堵。現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，地鐵出站口附近空間限定性強，指向明確，對于出地鐵之后直行進站的旅客較為友好；然而當(dāng)旅客需要在空間內(nèi)進行其他活動時，受到兩側(cè)限定界面的影響，再加上此處的導(dǎo)向標(biāo)識懸掛的位置較遠(yuǎn)，難以迅速找到目標(biāo)路徑。

此外，連接南北出站口的通道在視域分析上表現(xiàn)出較差的可達性，客流的分布情況也與之一致。通過現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)有三處可以改善的方面：（1）在連續(xù)性較強的東西通道中，南北兩側(cè)的通道不易被旅客感知，應(yīng)考慮改善圍合南北通道的商業(yè)建筑的界面或者拐角，使其更有辨識性；（2）指引南北通道的標(biāo)識牌為自發(fā)光白色底牌，亮度過大且字體顏色過小，在有效視距范圍內(nèi)也不易看清，因此更換該區(qū)域標(biāo)識牌的字體大小和底牌亮度將是提升可達性的有效途徑；（3）站內(nèi)懸掛式標(biāo)識牌的設(shè)計也是造成南北換乘通道不易尋找的原因之一，武漢站換乘空間東西向的換乘通廊作為主要疏散道路十分寬敞，而集中式的標(biāo)識牌設(shè)計造成旅客的步行流線集中在通廊的中部，容易造成一定程度的客流混亂，可以參考北京南站出站層空間的懸掛式標(biāo)識牌設(shè)計，將不同方向的引導(dǎo)信息劃分為三段式，旅客就能夠根據(jù)自身需求被標(biāo)識自動劃分到不同的流線。

結(jié)語

高鐵承擔(dān)著與城市內(nèi)外多種不同方式銜接與換乘的重要功能，是構(gòu)建城市客運交通體系的關(guān)鍵性節(jié)點，良好的換乘空間設(shè)計是促進城市與城市之間的聯(lián)系、保障交通系統(tǒng)的高效運行核心內(nèi)容。本文對空間句法理論在交通建筑換乘空間的研究進行梳理，并利用視域分析法結(jié)合實際調(diào)查建立空間可達性評價模型，研究以武漢站出站換乘空間為對象，并以現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果驗證了空間句法理論在武漢站這類大型高鐵換乘空間可達性的研究中適用性與局限性兼具，而隨著計算機科學(xué)和大數(shù)據(jù)的發(fā)展，人工智能、機器學(xué)習(xí)等用于模擬、延伸和擴展人的智能的技術(shù)手段的廣泛運用也將成為未來的趨勢，用于承擔(dān)更加復(fù)雜、更具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。而在建筑設(shè)計中，仿真模擬、虛擬現(xiàn)實等輔助技術(shù)具有廣闊的運用前景，在對建筑空間進行評價之余，存在巨大的開發(fā)潛能，勢必會實現(xiàn)良好的商業(yè)價值，輔助建筑師們創(chuàng)造出更加優(yōu)秀的設(shè)計。文本建立的評價模型可以結(jié)合虛擬現(xiàn)實等新技術(shù)進一步深化，為空間可達性評價研究提供新的參考和思路。

注釋：

①比爾·希列爾（Bill Hillier）：英國倫敦大學(xué)，建筑與城市形態(tài)學(xué)教授，于20 世紀(jì)70 年代提出空間句法概念。