基于空間句法的城市立體道路網研究

孫振洋 韓寶睿 王寶樂

摘? 要：南京鼓樓地區經歷了近百年的演變，形成了獨特的網絡特征。文章旨在通過整理2021年的鼓樓地區道路網數據，并運用空間句法分析方法，選取全局整合度、局部整合度和可理解度作為主要指標，來量化分析鼓樓地區道路網的拓撲結構。同時，對2021年的平面道路網和立體道路網進行空間句法對比分析，以更準確地揭示城市道路網的特征。此外，還分析了鼓樓地區公共事業單位與道路網之間的空間關系和作用機制，采用集成核方法進行耦合分析。文章構建了鼓樓地區道路網分析模型，為歷史古城片區道路網的發展提供了參考依據。

關鍵詞：空間句法；立體交通；道路網；南京鼓樓

中圖分類號：U491???? 文獻標志碼：A

DOI：10.13714/j.cnki.1002-3100.2024.13.019

Abstract： Nanjing drum-tower has undergone nearly a century of evolution， resulting in unique network characteristics. This paper aims to analyze the topological structure of the road network in the Nanjing drum-tower by organizing the road network data from 2021 and applying spatial syntax analysis， with the key indicators of global integration， local integration， and intelligibility. Furthermore， a comparative analysis of the planar road network and the three-dimensional road network in 2021 is conducted to accurately reveal the features of the urban road network. Additionally， the spatial relationship and interaction mechanism between public utilities and the road network in Nanjing drum-tower are analyzed， employing an integrated kernel method for coupling analysis. This paper presents a road network analysis model for Nanjing drum-tower providing a reference for the development of road networks in historical and ancient urban areas.

Key words： spatial syntax; three-dimensional traffic; road network; Nanjing drum-tower

0? 引? 言

道路網承擔多樣的社會功能，承擔著日常生活和滿足情感需求，反映人們對未來的期望和對現實生活的追求。因此，從立體道路網的視角來揭示鼓樓地區道路網的特征，將為改善歷史古城片區的公共空間和道路網發展奠定基礎。

空間句法理論把現實環境抽象為幾何空間，所探討的并不是目標和目標之間的具體位置，而是與目標之間在軸線圖上的拓撲聯系關系。在道路網形態分析中，武凱華等[1]將線密度分析與空間句法相結合，揭示了交通優勢區域不同集成核之間的關系；雒占福等[2]基于空間句法分析道路網河谷帶狀組團式空間分布特征；高慧等[3]研究了南京仙林地區對街區制和小區制兩種不同居住模式的道路網結構與空間感知；Jin Lv[4]運用空間句法分析松原市不同時間的道路網結構，總結出各階段空間演變特征和規律。在分析區域用地方面，Foltete J C et al[5]以空間句法的整合度量化分析行人移動與土地利用的關系；Tsou K W et al[6]通過空間句法分析城市多種網絡配置，得知街道配置和公共交通網絡都會影響零售模式；Hillier B[7]則認為空間結構通過對城市人流密度分配規律的塑造，極大地影響了城市土地利用的空間分布。

從上述研究來看，學者們對于道路網形態的研究大多著眼于城市平面道路空間，針對立體交通分析較少。本文以立體道路網的視角為基礎，將空間句法與公共事業發展相結合，判斷其與句法指標的契合程度。

1? 研究基礎與方法

1.1? 研究方法概況。空間句法的本質是將空間劃分為獨立的拓撲元素，結合圖論的思想，運用數學工具，定量分析各元素空間與空間的相互聯系和相互關系[8]。在城市研究中，將大尺度空間劃分為可研究的自由空間是空間句法的基礎，其中“自由空間”是指建筑之間的道路與廣場等人可以自由移動的空間。

空間分割法主要有特征點法、軸線分割法、視區分割法、凸多邊形分割法，分別對應于點、線、面。由于城市道路大多都是線性空間，故一般采用軸線分割法，采用最長且最少的軸線覆蓋整個道路網絡生成相應的軸線圖[9]，根據各軸線之間的拓撲關系，進行句法變量計算，其中整合度圖中用不同顏色區分數值大小，暖色表示較高的數值、冷色表示較低的數值。

近年來隨著車輛的爆炸式增長，鼓樓地區高架橋建設得到快速發展。為了更好地分析鼓樓地區道路網。首先對鼓樓地區現狀地面道路進行空間句法計算；其次在現狀地面道路上累加高架道路和隧道，并運用unlink命令將空間上不連接的道路分開，保持上下兩層的拓撲關系。

軸線法流程示意圖如圖1所示。

1.2? 道路網評價指標

1.2.1? 整合度。整合度通過分析空間元素之間的拓撲關系和連接方式，衡量空間結構中各元素的整合程度[10]，包括全局整合度和局部整合度。對于道路網來說，整合度越大，表示該道路在道路網中的吸引能力越強，可達性越高；反之，表明道路在道路網中處于不便捷的位置。整合度的計算與局部平均深度值有關，通過不確定值來計算整合度[11]，其計算公式為[12]：

I==????????????????????????????????????? （1）

式中：n為道路編號；RRA為實際相對不對稱值；m為道路網中道路個數和；為局部平均深度值（即系統中某一節點到其他節點最短步數的平均值）。

1.2.2? 集成核。集成核通過計算空間元素之間的距離、連接強度或其他相關性指標來確定元素的重要程度，即擁有相對高整合度的空間系統軸線分布區，代表社會性最強的空間區域[13]。集成核是將整合度由高到低排列，占據總量10%的區域。

1.2.3? 可理解度。可理解度是局部整合度與全局整合度二者相關水平的度量[10]，數值上為局部整合度和全局整合度的相關性

R。可理解度是指在空間結構中，人們對于空間元素之間關系和排列方式的理解程度。它反映了空間句法分析結果的直觀性和可理解性。可理解度取決于整體變量和局部變量間的關系，通過計算全局整合度和局部整合度得知[14]，其表達式如下：

R=??????????????????????????????????? ?????（2）

式中：R為城市道路可理解度值；I為系統中任意一軸線的局部整合度值；為平均局部整合度值；I為系統中任意一軸線的全局整合度值；為全局整合度值。

1.3? 核密度分析。核密度衡量了特定區域內數據點的密度水平，通過將每個數據點視為一個核函數，然后將這些核函數疊加來計算數據點的密度分布[15]。運用核密度分析計算不同時期鼓樓地區公共事業單位（醫院、學校、商場、政府機關）空間集聚程度。計算公式為：

fx=????????????????????????????????????????? （3）

式中：n為點要素；h為搜索帶寬；x-x為估計點到樣本點的距離。經過多次調試，確定搜索半徑為1 000m。

2? 鼓樓地區句法分析

本文所選取研究區域位于南京市鼓樓區，如圖2所示。從地理位置來看，由主要道路、水系和城墻包圍而成。研究區西起秦淮河，東至玄武湖，北接建寧路，南臨廣州路，整體位于南京古城西北處，形狀較為規整，面積約20.62平方千米，包含道路457條，道路網平均密度為7.62千米/平方千米。南京鼓樓片區在百年歷史中的城市地位不斷變化，該區域內的用地性質也隨著時間的推移而發生明顯變化。

2.1? 立體道路網與平面道路網對比分析。南京市鼓樓地區2021年現狀地面平面道路網、現狀立體道路網（平面道路網加高架道路和隧道）的各個空間句法指標測度結果如表1所示。總體上，鼓樓地區的各個句法指標在平均值、最大值、最小值和標準差相比，平面道路網和立體道路網的變化較小，說明加入高架和隧道的立體道路網的整體連通度雖然有所提高，但并不明顯。

在所示指標中，整合度作為空間句法中最基本的指標，能夠更準確、直觀地反映道路網的連通程度，因此重點分析整合度的差異。相較于平面道路網，立體道路網的全局整合度在平均值、最大值、最小值和標準差上分別提高了0.506%、0.532%、1.327%和0.000%，而局部整合度則分別提高了

-0.685%、1.694%、0.000%和1.624%，表明立體道路網的連通度得到了一定提升。

根據空間句法的理論特點，整合度作為一個無量綱差異數值的指標，可以進行數值大小比較。因此按照等距原則將全局整合度和局部整合度劃分為低、較低、中、較高、高五部分，以比較立體道路網是否更好地描述了鼓樓地區道路網的連通度。根據表2的數據可得知：道路網中較低級別的道路數量最多，其次是中級道路，而低、較高和高級別的道路數量差異不大（數量差都小于10條）。

表2表明，平面道路網和立體道路網中數量最多的為較低等級的道路，其次是中級道路，而低、較高、高等級的道路數量差別不大（數量差均小于10條）。較低等級的軸線數量從平面道路網到立體道路網，由154條增長到172條，占比從34.53%增長到36.44%；較低等級道路的全局整合度從平面道路網的0.625～0.798到立體道路網的0.631～0.804，提高了0.92%～0.72%。而中等級的軸線數量從平面道路網到立體道路網，由162條增長到163條，占比從36.32%增長到34.53%；中等級道路的全局整合度從平面道路網的0.798～0.971到立體道路網的0.804～0.977，提高了0.72%～0.59%。將較低等級和中級二者結合起來看，立體道路網在軸線數量比平面道路網增加了19條，占比則增加了0.12%，全局整合度數值上升了0.92%～0.72%。由此可知，立體道路網和平面道路網的差異主要體現在較低等級和中等級的道路上，對于低、較高和高等級的道路變化不明顯。這意味著，繪制立體道路網對于鼓樓地區道路網的連通度具有更好的表現。

根據等距原則將局部整合度也劃分為低、較低、中、較高和高（見表3）。由表3所知，二者的差異性主要來源于較低等級、中等級和較高等級道路，其他等級道路差異較小（均小于10）。針對于這兩種道路而言，道路軸線數量增加23，占比則減少了0.13%，局部整合度數值上升了1.13%～1.64%，這也表明了繪制立體道路網能夠更準確描述鼓樓地區道路網，對局部整合度影響較大。

結合全局整合度和局部整合度的分析結果表明：首先，最低等級和最高等級的道路軸線數量相對較少，而中間三個等級的道路軸線數量較多，呈現出典型的正態分布趨勢；其次，立體道路網與平面道路網相比低等級和中等級道路軸線和占比均有所提高，說明連通度提高較為明顯；再次，從整體的角度出發，立體道路網對提高全局整合度的表現更為明顯（平均值提高了0.506%），而對局部整合度則有所下降（平均值下降了0.685%）；最后，從局部的角度出發，局部整合度較高等級道路軸線減少了10條，局部整合度平均值有所下降，而全局整合度卻恰恰相反，這表明立體道路網對于道路網連通度的整體改善較為良好，但是對于局部道路網的改善不明顯。

2.2? 道路網評價。改革開放以來，城市發展中的道路建設活動明顯增加。例如，20世紀90年代出臺土地有償使用制度改革，小區和學校的建立形成了大院模式，部分道路轉變為內部道路。鼓樓地區隨著商業發展壯大，道路建設加快，道路網逐步完善，城市整合度提高。觀察全局整合度，中山北路、模范馬路和中央路等道路具有較高整合度。新模范馬路擁有較高的全局整合度，說明其在整個道路系統中具有較高的可達性，所以新模范馬路才能成為貫穿鼓樓地區連接浦口區和玄武區的城市主干道。全局集成核形成“軸線雙核”的空間形態，與道路建設促進整體整合度提升密切相關。鼓樓地區2021年全局與局部整合度如圖3所示。

將2021年的句法參數值導入統計分析軟件Spss里生成散點圖（見圖4），即“局部整合度-全局整合度”散點圖（其中X軸為整體整合度，Y軸為局部整合度）。可以看出，2021年的全局整合度和局部整合度的相關系數R為0.687，呈現中相關性。這表明較好，可以從局部空間特征來感受整個城市的空間形態。鼓樓地區形成的大院制路網格局，沒有其他支路的干擾，標志性建筑多，居民更容易從其所屬的局部感知整體的空間格局。

3? 公共事業單位核密度分析

基于POI數據，運用Arcgis進行核密度分析，研究公共事業空間的集聚特征（見圖5）。2021年公共事業空間集聚格局更加趨于多元化，形成“一軸雙核多點”空間格局。一軸即中山北路作為中軸線，兩核為公共事業高度聚類核心（鼓樓廣場、湖南路）；多點即在鼓樓地區草場門區域形成公共事業集聚點，核心趨向明顯。隨著北京西路的建設，公共事業的分布已經不再受限于中山北路，而是向南部區域擴展和集聚。然而，公共事業的集聚區仍主要集中在政策優勢明顯、基礎設施發達以及文化氛圍濃厚的城市綜合功能區。2021年公共事業空間形態形成“雙核心”的空間格局，草場門區域發展成新的公共事業集聚點。

綜上所述，公共事業空間的集聚格局與城市道路網的形態存在高度的耦合關系。具體而言，公共事業空間的集聚形態，如軸線、帶狀區域和核心區域，與城市道路網的全局集成核、高值全局整合度軸線在空間上呈現高度的耦合性。這些集聚形態主要位于鼓樓地區的中山北路核心地段，并依靠城市的結構性干道交通優勢實現連通和便捷的交通網絡。

4? 結論與討論

本文采用立體道路網的視角，結合空間句法和GIS數據可視化技術，以整合度作為衡量道路重要程度的指標，對道路網絡進行研究。同時，將公共事業單位數據與集成核軸線進行對比分析，完善了以往學者的相關研究，結論如下：（1）相較于平面道路網，運用立體道路網進行空間句法分析，更加符合實際貼近現實，立體道路網與平面道路網相比連通性有所提升。立體道路網對全局整合度的提升明顯，但對局部整合度則有所下降。這說明立體道路網對于道路網連通度的整體改善較為良好，但是對于局部道路網的改善較差。（2）將集成核與核密度圖相結合，分析表明2021年公共事業單位與城市道路網空間形態基本一致，公共事業空間集聚格局與鼓樓地區道路網形態高度耦合。通過分析道路網的整合度與公共事業之間的契合程度，可以將公共事業單位進行合理規劃布局。

研究結果表明，本文對于鼓樓地區道路與用地建設具有積極的指導意義，并為新城區規劃提供了新思路。在道路網絡特征分析方面，本文主要從機動車的視角出發進行了研究。在后續研究中，可以進一步結合非機動車交通與城市道路網絡，對其影響進行更詳細的分析，以提供更全面的研究視角。

參考文獻：

[1] 武凱華，李朝奎，劉俊杰，等. 空間句法理論在城市交通網絡分析中的應用[J]. 測繪科學技術學報，2018，35（6）：637-642.

[2] 雒占福，徐靜，鞏蕭，等. 基于空間句法的蘭州市城市道路網絡特征分析[J]. 西北師范大學學報（自然科學版），2018，54（3）：105-111，118.

[3] 高慧，楊山，王玉娟，等. 基于空間句法的街區制與小區制路網結構與空間感知研究——以南京仙林地區為例[J]. 長江流域資源與環境，2018，27（4）：745-755.

[4]? JING LV， LU LUGU， FENG WENYANG. Analysis of spatial evolution characteristics in songyuan main urban area based on space syntax[J]. Applied Mechanics and Materials， 2014，507：561-565.

[5]? JEAN-CHRISTOPHE FOLT？魭TE， ARNAUD PIOMBINI. Urban layout， landscape features and pedestrian usage[J]. Landsc Urban Plan， 2006，81（3）：225-234.

[6]? TSOU K W， CHENG H T. The effect of multiple urban network structures on retail patterns-A case study in Taipei， Taiwan[J]. Cities， 2013，32：13-23.

[7]? BILL HILLIER. Credible mechanisms or spatial determinism[J]. Cities， 2013，34：75-77.

[8] 何韶瑤，陳舒. 基于空間句法的城市交通空間形態研究——以長沙大學城為例[J]. 湖南師范大學自然科學學報，2015，38（5）：64-69.

[9] 谷康，梁冰. 基于空間句法的南京明城墻沿線公園綠地可達性研究[J]. 現代城市研究，2020（8）：11-17.

[10] 喬文怡，管衛華，王曉歌，等. 基于空間句法的長沙市空間多中心性演化研究[J]. 城市與區域規劃研究，2018，10（1）：45-59.

[11] 李江，郭慶勝. 基于句法分析的城市空間形態定量研究[J]. 武漢大學學報（工學版），2003（2）：69-73.

[12] 張娟，王茂軍. 北京市典型鄉村居住空間分化研究——以蓮花池村為例[J]. 城市發展研究，2020，27（6）：35-42.

[13] 陳崗，黃震方. 基于交通集成度分析的城市飯店空間布局研究——以風景旅游城市桂林主城區為例[J]. 旅游學刊，2009，24（4）：61-66.

[14] 吳志軍，田逢軍. 基于空間句法的城市游憩空間形態特征分析——以南昌市主城區為例[J]. 經濟地理，2012，32（6）：156-161.

[15] 李留通，張森森，趙新正，等. 文化產業成長對城市空間形態演變的影響——以西安市核心區為例[J]. 地理研究，2021，40（2）：431-445.