基于空間句法的1964年以來赤峰城市內(nèi)部空間形態(tài)特征分析

韓佳霖, 烏 敦, 劉思琴, 張曉燕, 王婉婷

(內(nèi)蒙古師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010022)

城市形態(tài)一般是指城市在某一時(shí)間內(nèi),受自然環(huán)境、歷史、政治、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、文化等因素影響所構(gòu)成的空間形態(tài)特征[1],是城市地理和城市規(guī)劃的重要研究領(lǐng)域[2]。對于城市空間形態(tài)演變的研究有助于發(fā)掘城市擴(kuò)展的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)機(jī)制,預(yù)測城市未來發(fā)展方向,制定科學(xué)合理的城市規(guī)劃政策[3]。當(dāng)前研究側(cè)重城市空間形態(tài)的整體變化特征,如城市邊界形態(tài)演變[4-5]、城市土地利用變化[6-7],而運(yùn)用城市交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系的方式對城市內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)演變研究較少。研究區(qū)域主要集中在經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的東部沿海和少數(shù)內(nèi)陸的大城市[8],邊疆地區(qū)的研究多選取具有特殊歷史意義的城市,如呼和浩特市[9]、烏魯木齊市[10]等,對于北部邊疆地區(qū),特別是內(nèi)蒙古自治區(qū)東部地區(qū)中小城市的研究相對不足。

城市交通網(wǎng)絡(luò)具有引導(dǎo)城市形態(tài)發(fā)展,塑造城市形態(tài)的功能[11],是城市內(nèi)部空間演變的重要表征因素。空間句法(space syntax)作為一種描述城市空間結(jié)構(gòu)特征的計(jì)算機(jī)語言,是研究城市交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演變的重要方法,其基本原理是將城市交通系統(tǒng)抽象為一組彼此相交的線段,通過計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)線段之間的拓?fù)潢P(guān)系來反映其連接性[12]?，F(xiàn)今,空間句法運(yùn)用在城市研究的諸多方面,如城市街道網(wǎng)絡(luò)布局特征[13-14]、城市空間與社會(huì)文化間的聯(lián)系[15]、歷史街道演變[16-17]等,城市空間形態(tài)的研究僅是其諸多研究方向之一?？臻g句法通過計(jì)算得到集成度、深度值等衡量路網(wǎng)形態(tài)的量化指標(biāo),以反映城市內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)的變化。

《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃(2014-2020年)》提出“優(yōu)化城鎮(zhèn)規(guī)模結(jié)構(gòu),增強(qiáng)中心城市輻射帶動(dòng)功能,加快發(fā)展中小城市”。赤峰市作為內(nèi)蒙古東部地區(qū)區(qū)域性中心城市,近年來隨著國家新型城鎮(zhèn)化和振興東北老工業(yè)基地等戰(zhàn)略的實(shí)施,經(jīng)歷了快速城市擴(kuò)張與人口增長并逐漸發(fā)展成為中等規(guī)模城市,對其城市空間形態(tài)演變研究具有一定價(jià)值。因此,本文基于空間句法理論,借助GIS技術(shù)平臺(tái)和Depthmap軟件,計(jì)算1964年以來赤峰市中心城區(qū)共六個(gè)時(shí)期交通網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)變量,分析內(nèi)部城市空間形態(tài)演變特征,以期為未來赤峰市的城市規(guī)劃、土地利用、城市環(huán)境的改善提供科學(xué)依據(jù),并為深化北部邊疆地區(qū)中小城市空間演變過程與機(jī)理的相關(guān)研究提供參考。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究方法

1.1.1 空間句法與模型構(gòu)建 空間句法于20世紀(jì)70年代由英國倫敦大學(xué)巴格特建筑學(xué)院的Bill Hiller、Julienne Hanson等提出,主要通過對城市系統(tǒng)、建筑、聚落、景觀等的量化描述,表達(dá)空間形態(tài)結(jié)構(gòu)與人類社會(huì)行為之間的關(guān)系[18]?？臻g句法描述了在人類活動(dòng)參與下的城市空間形態(tài)特征[19],將人類社會(huì)活動(dòng)與城市空間相聯(lián)系,體現(xiàn)具有社會(huì)屬性的城市空間[20]?？臻g句法理論的基本思想是對空間進(jìn)行尺度劃分和空間分割[21]。根據(jù)實(shí)際需求主要分為三種方案: 軸線分析法(axial line),適用于建筑密集區(qū); 凸多邊形法(convex spece),主要用于建筑群內(nèi)部或走廊; 視區(qū)分割法(visibility graph analysis),多用于室內(nèi)空間[22]。本文基于城市層面進(jìn)行句法分析,采用軸線分析法。

運(yùn)用空間句法中的軸線分割方法[23],按照“數(shù)量最少、長度最長”的原則,在AcrGIS10.2軟件中提取各時(shí)期的街道軸線數(shù)據(jù)。使用由倫敦大學(xué)學(xué)院空間技術(shù)分析中心開發(fā)的Depthmap10.0軟件,對已提取道路軸線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行空間拓?fù)浞治霾⒂?jì)算全局集成度、局部集成度、協(xié)同度等參數(shù)。對各時(shí)期的城市內(nèi)部空間形態(tài)演變進(jìn)行比較分析,歸納總結(jié)赤峰市近六十年來城市空間形態(tài)演變的規(guī)律。

1.1.2 空間句法量化指標(biāo) (1) 集成度(integration value): 集成度是指在研究區(qū)內(nèi)的所有軸線到達(dá)某條軸線的容易程度,可以反映所研究軸線與系統(tǒng)中其他軸線的集聚或離散程度。當(dāng)某一區(qū)域集成度值越高,代表該區(qū)域交通便捷性越高,相對應(yīng)的軸線多是基礎(chǔ)設(shè)施完備的城市商業(yè)中心、人流量較大的城市主干道; 集成度值越低,表示區(qū)域交通便捷性較低,相對應(yīng)的軸線多是基礎(chǔ)設(shè)施較為薄弱的城市邊緣地帶、人流量較小的支路。

集成度分為全局集成度和局部集成度,全局集成度表示從某一節(jié)點(diǎn)出發(fā)與整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)聯(lián)系的緊密程度,局部集成度則表示某節(jié)點(diǎn)與其附近幾步內(nèi)節(jié)點(diǎn)間的緊密程度[22]。其表達(dá)式為

(2) 集成核: 在整個(gè)軸線體系內(nèi),必然有一部分軸線的集成能力處于支配地位,這部分軸線構(gòu)成了城市的集成核[24]。當(dāng)軸線數(shù)在200以內(nèi),提取集成度值排在前10%的軸線為集成核,當(dāng)軸線數(shù)大于200時(shí),提取集成度值排在前5%的軸線為集成核。集成核代表了城市中可達(dá)性最高的道路集合,是城市中心性最強(qiáng)的區(qū)域。

(3) 協(xié)同度(R2): 是描述整體集成度與局部集成度之間相關(guān)性的變量。當(dāng)某個(gè)軸線系統(tǒng)的協(xié)同度高時(shí),表示該軸線系統(tǒng)局部范圍內(nèi)軸線的可達(dá)性與全局范圍內(nèi)軸線的可達(dá)性一致,即從局部空間就能很好地感知整體空間[25]。

1.2 數(shù)據(jù)來源

選取1964年社會(huì)主義建設(shè)時(shí)期,1984年改革開放初期及1996年、2003年、2009年、2018年快速城市化時(shí)期共六個(gè)時(shí)間段,反映赤峰市近六十年來的城市內(nèi)部空間擴(kuò)展過程及階段性特征。軸線圖底圖來源于內(nèi)蒙古自治區(qū)測繪局編制《昭烏達(dá)盟行政區(qū)劃圖》所附1964年的赤峰市城區(qū)圖; 《內(nèi)蒙古地名志》赤峰市分冊所附1984年赤峰市城區(qū)圖; 中國地圖出版社出版《赤峰地理》所附1996年赤峰市城區(qū)圖; 同時(shí)選擇2003年、2009年、2018年的谷歌地圖高清影像對路網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量化以建立數(shù)據(jù)庫,并結(jié)合內(nèi)蒙古自治區(qū)地圖院編制的2003年、2009年、2018年赤峰市城區(qū)圖輔助判斷。查找《赤峰市建設(shè)志》《赤峰市志》《內(nèi)蒙古地名志》赤峰市分冊中對于市區(qū)道路的描述以進(jìn)一步精確確定和建模,參照各個(gè)時(shí)期的地圖添加道路名稱等屬性。

1.3 研究區(qū)概況

赤峰市位于內(nèi)蒙古自治區(qū)的東部,蒙冀遼三省交匯處,內(nèi)蒙古高原、冀北丘陵和遼寧平原復(fù)合部位,三面環(huán)山、西高東低、呈現(xiàn)多山多丘陵的地貌特征,屬中溫帶半干旱大陸性氣候區(qū)。赤峰市是內(nèi)蒙古東部地區(qū)的中心城市,京津遼沈通往內(nèi)蒙古草原的通道和走廊,也是內(nèi)蒙古東部地區(qū)與津京冀地區(qū)和東北地區(qū)的重要門戶,素有“塞北通衢”之稱。2018年,赤峰市常住人口433.09萬人,其中中心城區(qū)總?cè)丝跒?05.74萬人。全市地區(qū)生產(chǎn)總值1 708.4億元,人均GDP為3.95萬元。內(nèi)蒙古自治區(qū)“十三五”新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃提出未來赤峰市將建成蒙東冀北遼西地區(qū)的區(qū)域性中心城市,并成為以有色金屬、能源化工、商貿(mào)物流、文化旅游為特色的生態(tài)宜居文化名城。

2 赤峰市空間句法軸線特征分析

2.1 赤峰市全局集成核演變特征分析

全局集成度是研究城市整體的交通網(wǎng)絡(luò),集成核代表城市整體的中心區(qū)域,也是城市中心性最強(qiáng)的區(qū)域。1964-2018年赤峰市全局集成度及集成度核心分布情況如圖1和圖2所示。

圖1 1964-2018年全局集成度分布圖

1964年集成核以東西向的哈達(dá)街、三道街,南北向的新華路、昭烏達(dá)路為主要發(fā)展軸線,呈樹枝形態(tài)向外擴(kuò)張,集成核范圍較小。1964-1984年集成核范圍逐步擴(kuò)大,東西向的鋼鐵街、長青街集成度值增高,軸線呈向南擴(kuò)張的趨勢。1984-1996年,集成核范圍變化不大,但東西兩側(cè)軸線數(shù)量增加,南北向街道園林路、清河路集成度值較高,表明這一時(shí)期城市以東西方向擴(kuò)展為主,城市中心略向南移。至2003年,這一時(shí)期與1996年集成度值高的分布區(qū)域相比,集成核范圍無明顯變化,仍以老城區(qū)為主。2003-2009年,集成核范圍大幅擴(kuò)大,向西擴(kuò)展至新城區(qū)的寶山路和臨潢大街,向北擴(kuò)展至松山區(qū)的松山大街和迎金路。集成核在新城區(qū)及松山區(qū)呈樹枝形態(tài)向外擴(kuò)展,并進(jìn)一步向四周滲透,集成核的環(huán)狀型集成特征初步形成。2009-2018年,該時(shí)期內(nèi)向西向北軸線數(shù)量增加明顯,集成核范圍繼續(xù)擴(kuò)大,新城區(qū)、松山區(qū)與老城區(qū)的軸線開始連成一片,呈環(huán)網(wǎng)狀分布格局,城市向西向北擴(kuò)展態(tài)勢明顯。

圖2 1964-2018年全局集成度核心分布圖

梳理1964年以來赤峰市全局集成核發(fā)生的變化,可判斷城市核心區(qū)域變化的軌跡和趨勢。1964-2003年,城市受北部英金河、錫伯河的阻礙,其擴(kuò)展方向主要以向南擴(kuò)展為主,表現(xiàn)為集成度值高的軸線不斷南移,集成核呈現(xiàn)先向南,再向東西方向擴(kuò)展的趨勢,這一時(shí)期集成核范圍變化不大,擴(kuò)展形式表現(xiàn)為由樹枝狀擴(kuò)展向環(huán)狀擴(kuò)展轉(zhuǎn)變。2003-2018年,集成核范圍大幅擴(kuò)大,此時(shí)城市開始突破河流限制,全局集成度值較高的軸線開始向西部新城區(qū)、北部松山區(qū)呈樹枝狀擴(kuò)展。向西、向北的集成核軸線逐漸發(fā)展為新的增長中心,集成核由環(huán)狀型向網(wǎng)狀型發(fā)展過渡,但全局集成度高的軸線仍以老城區(qū)為主?？傊?赤峰市在城市空間擴(kuò)展過程中,隨著集成核范圍的不斷增大,以老城區(qū)為中心向北、向西擴(kuò)展,形式上集成核由樹枝狀逐漸向網(wǎng)格狀轉(zhuǎn)變,城市整體結(jié)構(gòu)趨于規(guī)整。

2.2 赤峰市局部集成核演變特征分析

局部集成度研究的是一定范圍的交通網(wǎng)絡(luò),其集成核代表了一定范圍內(nèi)區(qū)域的中心。1964-2018年赤峰市局部集成度及集成度核心分布情況如圖3和圖4所示。1964年集成核主要以東西向的三道街、哈達(dá)街、鋼鐵街及南北向昭烏達(dá)路和新華路為發(fā)展軸線,呈樹枝狀擴(kuò)展。1964-1984年,向南、向東的軸線數(shù)量增多,即集成核向東、向南擴(kuò)展明顯,街道形態(tài)較上一時(shí)期規(guī)整,網(wǎng)格狀集成特征基本形成。1984-1996年,老城紅山區(qū)集成核范圍變化不大,西北向的英金路局部集成度值增高,表明該地區(qū)有發(fā)展成集成核的潛力。1996-2003年,向西、向北的軸線數(shù)量增加,表明該時(shí)期集成核向西、向北擴(kuò)展明顯,此外,松山區(qū)方向的英金路與向陽大街組成十字型集成核,局部集成度值繼續(xù)增加。至2009年,集成核范圍大幅擴(kuò)展,向北、向南的松山區(qū)與新城區(qū)軸線數(shù)量增加并發(fā)展為次一級核心區(qū),但各分區(qū)間僅通過臨潢大街、鋼鐵街等少數(shù)集成度較高的軸線相連,表明各分區(qū)之間的相互聯(lián)系較弱,獨(dú)立且呈網(wǎng)格狀發(fā)展。2009-2018年,北部松山區(qū)、西部新城區(qū)軸線數(shù)增加,集成核繼續(xù)向北向南擴(kuò)展,同時(shí),橋北地區(qū)的赤錫路、清河北路局部集成度值不斷增加,有潛在集成核出現(xiàn)的趨勢。

圖3 1964-2018年局部集成度分布圖

圖4 1964-2018年局部集成度核心分布圖

分析不同時(shí)期局部集成核演變情況可以看出,1964-1984年赤峰市集成核的位置相對穩(wěn)定,集成度高的軸線向南遷移,局部集成核與全局集成核變化趨勢基本保持一致,即先向南,再向東西兩方向擴(kuò)展。1984-2003年,進(jìn)入快速城市化時(shí)期,集成核大幅向北擴(kuò)展,老城區(qū)集成核范圍變化不大,松山區(qū)以英金路、向陽大街為核心呈樹枝狀擴(kuò)展,城市開始打破單核心擴(kuò)展模式,向多核心擴(kuò)展模式轉(zhuǎn)變。2000年以后,在西部大開發(fā)和振興東北老工業(yè)基地戰(zhàn)略背景下,赤峰市城區(qū)發(fā)展采取改造和振興東部工業(yè)區(qū)、完善發(fā)展松山新區(qū)、開拓西部新區(qū)的發(fā)展戰(zhàn)略。2003-2018年,西北方向的新城區(qū)迅速發(fā)展出新的核心,北部松山區(qū)的軸線數(shù)量也不斷增加,集成核范圍繼續(xù)擴(kuò)大。玉龍大街、友誼大街和鋼鐵街等連通各分區(qū)的街道集成度值逐漸提高,表明集成核內(nèi)部空間聯(lián)系加強(qiáng),呈現(xiàn)環(huán)狀型集成特征,但各分區(qū)內(nèi)集成核以網(wǎng)格狀且獨(dú)立擴(kuò)展的態(tài)勢沒有改變。六十年來,伴隨著赤峰市局部集成核范圍的不斷擴(kuò)大,城市擴(kuò)展呈現(xiàn)多核心組團(tuán)狀擴(kuò)展模式,各組團(tuán)以獨(dú)立發(fā)展為主,相互間的連通性較差。

圖5 不同時(shí)期赤峰市城市空間協(xié)同度散點(diǎn)圖

2.3 赤峰市城市空間協(xié)同度對比分析

計(jì)算各時(shí)期赤峰市全局與局部集成度的相關(guān)性,繪制出協(xié)同度的散點(diǎn)圖(圖5)。如圖5所示,1964年協(xié)同度值為0.92,呈高度相關(guān),表示該時(shí)期赤峰市城市空間結(jié)構(gòu)合理,全局中心性與局部中心性的空間關(guān)聯(lián)程度較高,城市空間結(jié)構(gòu)的協(xié)同性和聚合性較強(qiáng)(一般來說,當(dāng)兩組數(shù)據(jù)存在相關(guān)性,即滿足0.8≤R2<1時(shí),呈高度相關(guān); 滿足0.5≤R2<0.8時(shí),呈中度相關(guān); 當(dāng)0.3≤R2<0.5時(shí),相關(guān)度低)。1984年、1996年和2003年空間協(xié)同度值分別為0.89、0.86和0.83,空間協(xié)同度依然高度相關(guān),但較1964年呈下降趨勢,表示全局與局部的空間關(guān)聯(lián)性下降,城市空間結(jié)構(gòu)趨向松散,城市空間的合理性降低。2003年、2018年空間協(xié)同度值分別為0.65和0.58,空間協(xié)同度快速下降并呈中度相關(guān),全局與局部的空間關(guān)聯(lián)性進(jìn)一步降低,城市的局部中心趨向獨(dú)立發(fā)展。

通過分析1964年以來赤峰城市空間協(xié)同度變化特征可知: 1964-2018年協(xié)同度整體呈加速下降趨勢,即隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大,局部空間與全局空間互動(dòng)性減弱,城市從局部到整體的空間感知能力降低。其中1964-2003年協(xié)同度變化不大,呈高度相關(guān),代表局部與整體間相互協(xié)調(diào),此時(shí)城市以單核心擴(kuò)展為主。2003-2018年協(xié)同度快速下降,代表該時(shí)期城市發(fā)展迅速,局部區(qū)域的中心性快速增強(qiáng),城市由原來的單核心轉(zhuǎn)向多核心、組團(tuán)狀發(fā)展。

3 結(jié)論與討論

基于空間句法理論,借助GIS技術(shù)平臺(tái)和Depthmap軟件,通過空間句法軸線模型計(jì)算1964年來赤峰市城區(qū)交通網(wǎng)絡(luò)的集成度、集成核和協(xié)同度等參數(shù),定量的分析赤峰市內(nèi)部城市空間的形態(tài)演變特征,主要結(jié)論如下: (1)從全局集成度來看,隨著城市核心區(qū)范圍的擴(kuò)大,赤峰市以老城區(qū)為中心主要向北向西擴(kuò)展,集成核由樹枝狀逐漸向網(wǎng)格狀轉(zhuǎn)變,城市整體結(jié)構(gòu)趨于規(guī)整; (2) 從局部集成度來看,城市從單核心擴(kuò)展向多核心擴(kuò)展轉(zhuǎn)變,表現(xiàn)為多核心、組團(tuán)狀的擴(kuò)展模式,各組團(tuán)以獨(dú)立發(fā)展為主,相互間的連通性較差; (3) 1964-2018年協(xié)同度由0.92降低至0.58呈加速下降趨勢,城市局部空間與全局空間的互動(dòng)性減弱,從局部到整體的空間感知能力降低。

本文從交通路網(wǎng)變化的角度對赤峰市近60年來城市空間形態(tài)演變的過程進(jìn)行了梳理,其城市空間形態(tài)經(jīng)歷了1964年的樹枝狀集成核出現(xiàn)階段、1984年的環(huán)網(wǎng)狀集成核出現(xiàn)階段及2003年以后的多核心形態(tài)形成階段,這與朱風(fēng)東[26]對城市空間句法形態(tài)結(jié)構(gòu)演變的研究相一致。此外,對矢量化歷史時(shí)期的交通地圖同樣具有很高的研究價(jià)值,城市街道網(wǎng)絡(luò)作為城市變遷的記載體和歷史文化最直接的承載者[27],可為赤峰市今后城市發(fā)展特征、歷史演變規(guī)律的研究提供科學(xué)合理的依據(jù)。需要指出的是,城市空間形態(tài)的演變是一個(gè)復(fù)雜的過程,其變化受土地利用、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增長和規(guī)劃政策引導(dǎo)等多方面因素影響,本文僅限于對空間句法軸線數(shù)據(jù)的一般性指標(biāo)進(jìn)行分析,無法涵蓋城市形態(tài)與其活動(dòng)的各個(gè)方面,今后需結(jié)合更多角度及更深層次地進(jìn)行探索研究。