針對(duì)歷史建筑與歷史街區(qū)的量化分析框架建構(gòu)

徐 冰，劉叢紅

(天津大學(xué)建筑學(xué)院，天津300072)

歷史建筑與歷史街區(qū)是城市文化中最具代表性的部分，既是城市特色的源泉，也是城市更新與可持續(xù)發(fā)展的依據(jù)。改革開放以來，我國針對(duì)歷史建筑與歷史街區(qū)的研究與保護(hù)工作從未間斷，以素有“萬國建筑博物館”之稱的天津?yàn)槔?，?0世紀(jì)60年代起，以盧繩先生的《天津近代城市建筑簡(jiǎn)史》為開端，先后歷經(jīng)國內(nèi)外學(xué)者聯(lián)合測(cè)繪調(diào)研、原始設(shè)計(jì)圖紙集中保護(hù)、研究討論多角度展開等階段，涌現(xiàn)出大批學(xué)術(shù)成果。2003年開始，在天津市國土房管局和歷史風(fēng)貌建筑保護(hù)委員會(huì)辦公室的領(lǐng)導(dǎo)下，天津大學(xué)、天津城市建設(shè)學(xué)院、天津建筑設(shè)計(jì)院等多部門合作開展重新測(cè)繪、校對(duì)工作，形成《歷史風(fēng)貌建筑保護(hù)圖則》400余份，并建立了相應(yīng)的GIS(geographic information system)數(shù)字檔案庫。2005年7月，《天津市歷史風(fēng)貌建筑保護(hù)條例》頒布實(shí)施，天津行政區(qū)域內(nèi)的建筑遺存保護(hù)更新操作進(jìn)入有法可依的階段。此后的幾年間，天津市政府先后確定歷史文化風(fēng)貌保護(hù)區(qū)14片、歷史風(fēng)貌建筑746棟，完成重點(diǎn)建筑、街區(qū)的修復(fù)改造工程若干。

隨著可持續(xù)發(fā)展觀念的深入人心，歷史建筑與歷史街區(qū)的適應(yīng)性再利用受到越來越多的關(guān)注。但受制于傳統(tǒng)研究方法的局限，對(duì)該類歷史遺存的討論多桎梏于美學(xué)討論等主觀經(jīng)驗(yàn)性依據(jù)，不僅使相關(guān)研究難以深化，所獲得的定性的研究成果在設(shè)計(jì)實(shí)踐中的指導(dǎo)作用也十分有限。這直接導(dǎo)致了當(dāng)今歷史建筑與歷史街區(qū)的被動(dòng)式、靜態(tài)、局部的保護(hù)利用方式，以及建筑遺存周邊新建工程中只注重立面形式的模仿和表面化的文脈延續(xù)方法。有理由認(rèn)為，正是由于對(duì)空間關(guān)系、環(huán)境體驗(yàn)、工程構(gòu)造等更具本質(zhì)意義的文化載體的忽視，使目前的更新改造措施被流行趨勢(shì)、新興概念、主觀好惡等不確定性因素所主導(dǎo)，無法充分發(fā)揮歷史遺產(chǎn)的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值。因此，在已取得的“保護(hù)修復(fù)”成果基礎(chǔ)上，拓展對(duì)隱性文化載體的科學(xué)認(rèn)知是規(guī)避“主觀利用”風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)“科學(xué)利用”目標(biāo)的必由之路。

一、量化分析技術(shù)的日臻成熟

近年來，隨著計(jì)算機(jī)繪圖軟件和信息處理手段的不斷發(fā)展，許多城市都依托GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)了建筑文化遺產(chǎn)的數(shù)字化研究，建立起融計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和數(shù)據(jù)庫管理于一體的信息存儲(chǔ)與處理的技術(shù)平臺(tái)，整合各領(lǐng)域相關(guān)數(shù)據(jù)。新的工具與新的視角有力地推進(jìn)了以下兩方面研究的深入發(fā)展:一是對(duì)既有空間現(xiàn)象認(rèn)知理論的拓展與分析技術(shù)的完善;二是對(duì)場(chǎng)所物理環(huán)境及建筑熱工能耗的數(shù)字模擬技術(shù)的精確化。前者的典型代表是以空間句法為代表的空間量化分析理論與技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用。后者則表現(xiàn)為物理環(huán)境和能耗熱工模擬軟件的不斷涌現(xiàn)，如建筑環(huán)境全面分析軟件 ECO-TECT;基于 CFD的氣流通風(fēng)分析軟件 FLUENT、PHOENICS、STAR-CD等;采光照明分析軟件 RADIANCE、CARASOL、DIALUX等;聲學(xué)分析軟件 ODEON、CHAOS、SOUNDPLAN等;能耗與熱工分析軟件HTB2等。量化分析技術(shù)的推廣填補(bǔ)了傳統(tǒng)研究方法的不足，為擺脫建筑表象的囚困而挖掘更本質(zhì)的地域文化資源提供了可靠的技術(shù)支持。

二、建筑遺存研究中量化分析技術(shù)的應(yīng)用概況

在當(dāng)今能源危機(jī)、文化危機(jī)的國際大背景下，空間句法與數(shù)字模擬等量化分析技術(shù)已成為國外歷史建筑與歷史街區(qū)研究中的關(guān)鍵方法。伴隨世界一體化進(jìn)程，新技術(shù)以譯著、論文、合作交流等方式迅速傳入我國，基于我國國情的相關(guān)研究亦逐漸展開。

1．空間句法技術(shù)相關(guān)應(yīng)用概況

空間句法是形成于20世紀(jì)末的空間形態(tài)分析方法，從整體論與系統(tǒng)論的角度應(yīng)用量化分析技術(shù)研究建筑與城市空間的結(jié)構(gòu)法則，是西方空間研究中充滿活力的范式。歷史建筑與歷史街區(qū)作為典型的既有空間現(xiàn)象而成為其研究主體，并取得了開創(chuàng)性的成果，如通過對(duì)傳統(tǒng)住宅空間模式的量化總結(jié)明晰家居空間對(duì)家庭生活的支持方式［1］、通過對(duì)倫敦老金融城等自組織區(qū)域的量化分析提取普遍存在的空間模式規(guī)律［2］、通過對(duì)伊朗和英國傳統(tǒng)城市空間形態(tài)的量化對(duì)比探索空間文化的差異性表達(dá)等［3］?？臻g句法還多次在西方舊建筑改造和歷史街區(qū)更新項(xiàng)目中發(fā)揮關(guān)鍵性作用，如Tate美術(shù)館改擴(kuò)建項(xiàng)目、倫敦Kings Cross鐵路樞紐站設(shè)計(jì)、Trafalgar廣場(chǎng)改造項(xiàng)目、St Botolph’s Quarter都市更新計(jì)劃等①。

空間句法自1985年以譯文形式被介紹入我國以來，所涉及的討論方向可概括為以下4個(gè)方面:一是介紹評(píng)述空間句法基本原理、技術(shù)方法及實(shí)踐進(jìn)展，引發(fā)對(duì)城市空間問題的關(guān)注討論;二是作為城市交通網(wǎng)絡(luò)的評(píng)測(cè)手段，建立可達(dá)性與土地利用、污染水平等社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的關(guān)聯(lián);三是分析解釋城市空間形態(tài)的演變過程，探索其結(jié)構(gòu)特征與變化動(dòng)因;四是量化解讀建筑或場(chǎng)所的空間結(jié)構(gòu)屬性，揭示空間模式與功能運(yùn)作的潛在關(guān)系。其中，涉及建筑遺存的研究線索如下:1)關(guān)于歷史建筑的研究，主要集中于空間形態(tài)結(jié)構(gòu)與社會(huì)權(quán)力運(yùn)作間耦合關(guān)系的探析［4］和園林空間中“移步換景”手法的量化表達(dá)［5］兩個(gè)方向;2)關(guān)于歷史街區(qū)的研究，從初期的對(duì)既有空間結(jié)構(gòu)的句法圖示呈現(xiàn)［6］，逐步深入到對(duì)傳統(tǒng)街道空間形態(tài)與社會(huì)組織模式相關(guān)性的解讀［7］，并出現(xiàn)以空間句法量化分析結(jié)果為依據(jù)探索歷史街區(qū)優(yōu)化改造措施的針對(duì)性研究［8-9］;3)關(guān)于歷史村落的研究，由最初的以單個(gè)村落為對(duì)象發(fā)展為以一組村落為對(duì)象，由初級(jí)句法參數(shù)的計(jì)算羅列發(fā)展為有規(guī)律性的統(tǒng)計(jì)抽取，由單純的空間結(jié)構(gòu)分析發(fā)展為空間形態(tài)與宗族制度相關(guān)性的分析［10-11］。

2．?dāng)?shù)字模擬技術(shù)相關(guān)應(yīng)用概況

自90年代中期開始，數(shù)字模擬技術(shù)就因其速度快、成本低、測(cè)試范圍廣、數(shù)據(jù)豐富等優(yōu)勢(shì)，而成為許多國外建筑師在方案形成、遴選及優(yōu)化過程中的必要工具，也被應(yīng)用于舊建筑改造與歷史街區(qū)更新項(xiàng)目之中，從氣流通風(fēng)、能耗表現(xiàn)、日照采光、噪聲控制等方面對(duì)建筑環(huán)境進(jìn)行評(píng)估和對(duì)未來環(huán)境進(jìn)行預(yù)測(cè)。

21世紀(jì)初，我國緊跟國際研究動(dòng)態(tài)，積極嘗試應(yīng)用物理環(huán)境與熱工能耗數(shù)字模擬技術(shù)輔助研究分析與設(shè)計(jì)實(shí)踐，并在兩方面都取得了一定的成果，但涉及歷史建筑與歷史街區(qū)的研究應(yīng)用較少，主要圍繞既有建筑節(jié)能改造項(xiàng)目展開，如上海思南路55號(hào)房、上海揚(yáng)子飯店、天津原大陸銀行等歷史建筑節(jié)能改造項(xiàng)目中均應(yīng)用數(shù)字模擬技術(shù)對(duì)比評(píng)估改造前后的能耗水平［12-14］;上海同濟(jì)大學(xué)旭日樓、文遠(yuǎn)樓的節(jié)能改造研究中也應(yīng)用室內(nèi)采光和自然通風(fēng)模擬技術(shù)探索經(jīng)濟(jì)有效的被動(dòng)式環(huán)境優(yōu)化措施［15-16］;特別值得一提的是西安建筑科技大學(xué)進(jìn)行的西部生態(tài)民居建筑再生設(shè)計(jì)研究，根據(jù)傳統(tǒng)民居室內(nèi)外溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)的動(dòng)態(tài)模擬評(píng)測(cè)結(jié)果研發(fā)新型民居方案，并結(jié)合云南永仁彝族扶貧搬遷房示范工程進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用，有效地推動(dòng)了地域性綠色建筑體系的發(fā)展［17］。

三、建筑遺存研究中量化分析應(yīng)用有待系統(tǒng)化

由以上應(yīng)用概況總結(jié)可以看出，我國已初步進(jìn)入量化分析技術(shù)的推廣應(yīng)用階段，歷史建筑與歷史街區(qū)的課題發(fā)展重心也開始由定性研究向定量研究轉(zhuǎn)變。隨著技術(shù)的普及和研究的深化，量化分析技術(shù)于建筑遺存研究領(lǐng)域中的應(yīng)用有待進(jìn)一步拓展整合。

1．空間句法技術(shù)應(yīng)用有待深入

空間句法逐漸成為我國建筑遺存研究中的關(guān)鍵技術(shù)，但針對(duì)歷史建筑的研究尚未涉及到更廣泛的居住空間結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)生活方式相關(guān)性的討論，而針對(duì)歷史街區(qū)的研究則存在一定的片面性。與歷史村落不同，歷史街區(qū)往往都處于復(fù)雜的城市背景之中。因此，局限于目標(biāo)街區(qū)本身而忽略其與城市背景的互動(dòng)關(guān)系的研究結(jié)論在某種程度上是不完整的?？傮w而言，目前空間句法的應(yīng)用雖已深入到“形式·功能”關(guān)系的討論，但由于缺乏對(duì)所得句法數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析過程，無法得到明確的參數(shù)值域和模式規(guī)律等更具指導(dǎo)意義的成果。

2．?dāng)?shù)字模擬技術(shù)應(yīng)用有待推廣

數(shù)字模擬技術(shù)雖已成為我國設(shè)計(jì)研究中的重要輔助手段，但涉及建筑遺存的研究應(yīng)用還很少，且集中于針對(duì)單個(gè)建筑節(jié)能改造前后性能的對(duì)比評(píng)測(cè)，忽視了對(duì)普遍存在于傳統(tǒng)營造中的既成經(jīng)驗(yàn)的整理挖掘，使傳統(tǒng)工程構(gòu)造工藝難以與現(xiàn)代建設(shè)方式發(fā)生關(guān)聯(lián)。此外，針對(duì)歷史街區(qū)公共場(chǎng)所物理環(huán)境的研究空白，也導(dǎo)致了地域性傳統(tǒng)社會(huì)生活相關(guān)研究的滯后，以及景觀優(yōu)化措施的主觀化、簡(jiǎn)單化傾向。

3．量化分析技術(shù)應(yīng)用有待系統(tǒng)化

目前，我國針對(duì)歷史建筑與歷史街區(qū)的量化分析研究比較零散，加之設(shè)計(jì)周期短促的客觀原因，使歷史遺存更新改造措施脫離實(shí)證性研究依據(jù)，而被主觀經(jīng)驗(yàn)所主導(dǎo)和以形式模仿為核心。因此，只有進(jìn)行有針對(duì)性的、系統(tǒng)化的深入研究，全面認(rèn)知建筑遺存中所蘊(yùn)含的豐富資源，量化性地挖掘空間關(guān)系、環(huán)境體驗(yàn)、工程構(gòu)造等更具本質(zhì)意義的文化載體，并整合形成具有客觀操作性的成果儲(chǔ)備，才能為設(shè)計(jì)人員廣泛采用，催生更具科學(xué)性的保護(hù)利用新舉措。

四、針對(duì)歷史建筑與歷史街區(qū)的量化分析框架

響應(yīng)我國量化分析技術(shù)進(jìn)一步拓展整合的趨勢(shì)，以歷史建筑與歷史街區(qū)為研究對(duì)象，分別從空間形態(tài)結(jié)構(gòu)、外部物理環(huán)境、建筑單體性能3個(gè)層面構(gòu)建起具有針對(duì)性的多維量化分析框架，作為傳統(tǒng)研究方法與定性研究成果的必要補(bǔ)充，基于量化分析技術(shù)的歷史建筑與歷史街區(qū)研究框架見圖1。

圖1 基于量化分析技術(shù)的歷史建筑與歷史街區(qū)研究框架

1．歷史街區(qū)空間結(jié)構(gòu)層面的空間句法技術(shù)量化分析研究

針對(duì)作為局部城市空間的歷史街區(qū)本身，運(yùn)算各種句法變量，量化歷史街區(qū)自身的空間模式演變歷程，提取局部空間結(jié)構(gòu)模式規(guī)律、建立歷史街區(qū)空間屬性數(shù)據(jù)庫;針對(duì)作為整體的更大范圍的城市空間，運(yùn)算局部與整體間句法變量的線性相關(guān)度，量化作為局部的歷史街區(qū)與作為整體的城市背景間的互動(dòng)關(guān)系，提取城市空間系統(tǒng)中“局部·整體”關(guān)系的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代量化分析技術(shù)與傳統(tǒng)研究方法的耦合，展開城市空間特征的數(shù)據(jù)化積累與研究，從“形式·功能”關(guān)系角度促進(jìn)更加科學(xué)理性的歷史街區(qū)更新改造策略的出現(xiàn)，并為更大范圍的城市建設(shè)提供依據(jù)(見圖2)。

2．重點(diǎn)場(chǎng)所物理環(huán)境層面的數(shù)字模擬技術(shù)量化分析研究

以歷史街區(qū)重點(diǎn)公共活動(dòng)場(chǎng)所的物理環(huán)境性能為分析對(duì)象，建立起各重點(diǎn)公共活動(dòng)場(chǎng)所的數(shù)字模型，針對(duì)全年各季節(jié)氣候條件下的日照采光、氣流通風(fēng)、噪聲輻射等指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)算，形成體現(xiàn)地理環(huán)境、氣候條件、公眾生活等特征的地域性物理環(huán)境指標(biāo)體系。實(shí)現(xiàn)數(shù)字模擬技術(shù)與物理觀測(cè)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，展開地域生活特征的數(shù)據(jù)化積累與研究，從物理環(huán)境角度促進(jìn)更具人文關(guān)懷的歷史街區(qū)更新改造策略的出現(xiàn)，使其更好地融入現(xiàn)代城市生活(見圖3)。

圖2 天津歷史風(fēng)貌保護(hù)區(qū)及城市空間結(jié)構(gòu)

圖3 天津市中心公園地區(qū)及全年照度分析

3．歷史建筑空間與構(gòu)造層面的多技術(shù)量化分析研究

以歷史建筑的空間布局和構(gòu)造做法為分析對(duì)象，建立歷史建筑空間布局的句法模型，運(yùn)算各種句法變量，量化歷史建筑的空間使用模式，提取居住模式規(guī)律、形成空間屬性數(shù)據(jù)庫;建立歷史建筑構(gòu)造做法的數(shù)字模型，運(yùn)用采光、通風(fēng)等物理屬性與熱工能耗指標(biāo)，量化歷史建筑中傳統(tǒng)工藝的物理性能，形成建筑構(gòu)造做法與傳統(tǒng)工藝數(shù)據(jù)庫。從而實(shí)現(xiàn)多種量化分析技術(shù)的耦合，展開居住生活特征與傳統(tǒng)工藝做法的數(shù)據(jù)化積累與研究，從居住模式與工程構(gòu)造角度促進(jìn)更加準(zhǔn)確細(xì)化的歷史建筑保護(hù)更新策略的出現(xiàn)，使其真正服務(wù)于當(dāng)今的城市建設(shè)(見圖4)。

五、結(jié) 語

通過針對(duì)歷史建筑與歷史街區(qū)量化分析框架的建構(gòu)，拓展傳統(tǒng)研究的維度與范疇，實(shí)現(xiàn)建筑遺存的全面化、深入化認(rèn)知，展開包括城市空間、地域生活、傳統(tǒng)居住與工程構(gòu)造等方面的城市特征數(shù)據(jù)庫的建設(shè)與研究，作為更新改造項(xiàng)目的必要依據(jù)和發(fā)展城市特色的必要積累，從而有效地彌合缺環(huán)，形成“保護(hù)修復(fù)—量化分析—科學(xué)利用”的科學(xué)化鏈條，催生主動(dòng)式、動(dòng)態(tài)、全面的保護(hù)利用方式，摒棄單純追求形似和模仿的初級(jí)做法，推動(dòng)城市文化的健康發(fā)展。

就如沈葦先生所指出的“作為文化資源的地域性，只有一小部分是直觀的、顯現(xiàn)的，而大部分則是隱秘的、緘默的，就像自然的奧秘總是隱藏在風(fēng)景背后一樣”。量化分析技術(shù)的推廣應(yīng)用將幫助我們透過表象的物質(zhì)形式，解讀內(nèi)在的文化深意。

圖4 天津東方匯理銀行及首層整合度分析

注釋:

① http://www．spacesyntax．com/en/projects-and-clients．html。

［1］Hillier B．場(chǎng)所藝術(shù)與空間科學(xué)［J］．世界建筑，2005(11):24-34．

［2］Hillier B．Space is the Machine［M］．Cambridge:Cambridge University Pr，1996．

［3］Karimi K．The spatial logic of organic cities in Iran and the United Kingdom［C］//Major M，Amorim L．Proceedings of the 1st International Space Syntax Symposium．London:University College London，1997:1-17．

［4］ZHU Jianfei．A celestial battlefield［J］．AA Files，1994(28):48-60．

［5］張 愚．空間的可見性分析［J］．室內(nèi)設(shè)計(jì)與裝修，2005(1):14-17．

［6］劉 賓，潘麗珍，孫麗萍．青島市老城區(qū)街道空間體系“類型”化研究［J］．規(guī)劃師，2006(22):52-54．

［7］王靜文，毛其智，黨安榮．居住區(qū)公共空間社會(huì)維度的句法釋義［J］．華中建筑，2007(11):166-169．

［8］劉叢紅，劉定偉，夏 青．歷史街區(qū)的有機(jī)更新與持續(xù)發(fā)展［J］．建筑學(xué)報(bào)，2006(12):34-36．

［9］陳仲光，徐建剛，蔣海兵．基于空間句法的歷史街區(qū)多尺度空間分析研究［J］．城市規(guī)劃，2009(8):92-96．

［10］王浩鋒．徽州傳統(tǒng)村落的空間規(guī)劃［J］．建筑學(xué)報(bào)，2008(4):81-84．

［11］王靜文．傳統(tǒng)聚落環(huán)境句法視域的人文透析［J］．建筑學(xué)報(bào)，2010(S1):58-61．

［12］曹毅然，李德榮，劉明明，等．既有風(fēng)貌建筑節(jié)能改造技術(shù)研究［J］．上海節(jié)能，2008(5):17-20．

［13］杜曉輝．玻璃在傳統(tǒng)歷史建筑保護(hù)和更新中的利用［J］．建筑學(xué)報(bào)，2009(6):37-39．

［14］趙為民，楊 靖，古小英．歷史建筑節(jié)能技術(shù)在上海大廈保護(hù)修繕中的探究［J］．建筑節(jié)能，2011(6):78-80．

［15］顧 勇，壽青云，陳汝東．旭日樓建筑節(jié)能改造的分析研究［J］．制冷與空調(diào)，2008(1):62-64．

［16］錢 鋒，楊 麗．風(fēng)環(huán)境設(shè)計(jì)對(duì)建筑節(jié)能影響的分析與研究［J］．建筑學(xué)報(bào)，2009(S1):6-8．

［17］劉加平，譚良斌，閆增峰，等．西部生土民居建筑的再生設(shè)計(jì)研究［J］．建筑與文化，2007(6):42-44．