基于虛擬場(chǎng)景的高架橋區(qū)域空間步行體驗(yàn)測(cè)度研究＊

張帆 張?jiān)倭?張薔薔

1 研究背景

1.1 高架橋區(qū)域空間步行適宜性缺失

以汽車交通為導(dǎo)向的快速路是現(xiàn)代主義城市的典型要素。車行交通從傳統(tǒng)的街道空間中獨(dú)立出來(lái)，發(fā)展出屬于自己的網(wǎng)絡(luò)。高架橋正是此類基礎(chǔ)設(shè)施立體化演變的終極形態(tài)，滿足了現(xiàn)代城市快速運(yùn)轉(zhuǎn)的需要，但是其突破平面維度的巨構(gòu)形態(tài)深刻影響了城市空間，與以步行為基礎(chǔ)的公共場(chǎng)域相隔絕。

高架橋的空間問(wèn)題并非源自于功能性缺陷，而是由于其巨大的物質(zhì)性存在造成的區(qū)域性空間問(wèn)題。高架橋在空間中投射出巨大的陰影，導(dǎo)致步行體驗(yàn)的舒適性較差，連續(xù)的街道被割裂為碎片化的“孤島”。在過(guò)去幾十年的城市快速發(fā)展中，高架橋的大量建設(shè)導(dǎo)致區(qū)域步行空間的衰敗。對(duì)于多數(shù)城市界面來(lái)說(shuō)，高架橋并非預(yù)設(shè)的存在，而是既有城市空間的附加物，沿線的步行者和居民不得不直面其帶來(lái)的消極影響。如果建設(shè)高架橋是為解決宏觀城市交通問(wèn)題所必須接受的“權(quán)宜性方案”，那么如何使基于車行的巨構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)施更加適應(yīng)于基于步行的空間體驗(yàn)，就是城市設(shè)計(jì)和更新中必須面對(duì)的重要課題。

對(duì)于高架橋區(qū)域空間的研究源于20世紀(jì)下半葉，現(xiàn)代主義城市理念推動(dòng)了戰(zhàn)后世界范圍內(nèi)的高架橋建設(shè)高潮，因其產(chǎn)生的城市弊病也引起了建筑師的關(guān)注[1]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者開始從行人視角評(píng)價(jià)高架橋空間，例如，李瀟然進(jìn)行了相關(guān)研究并試圖提升高架橋空間的視覺品質(zhì)[2]。已有研究對(duì)特定的高架橋空間進(jìn)行了評(píng)價(jià)和優(yōu)化，但目前仍有待建立與高架橋區(qū)域步行空間相適應(yīng)的評(píng)價(jià)量化體系。本文利用虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱“VR”）技術(shù)，結(jié)合城市空間研究新方法，試圖建立城市高架橋區(qū)域步行空間的量化測(cè)度方法和評(píng)價(jià)體系，尋找效能較高的優(yōu)化方向，更有針對(duì)性地改善步行體驗(yàn)。

1.2 新技術(shù)與城市空間步行體驗(yàn)量化測(cè)度

近年來(lái)，VR設(shè)備的輕量化發(fā)展使步行體驗(yàn)脫離真實(shí)的城市空間，得以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)以多樣本、多場(chǎng)景和多頻次的方式進(jìn)行。同時(shí)因?yàn)樵谔摂M場(chǎng)景下可以更方便地控制變量，VR實(shí)驗(yàn)逐漸成為空間品質(zhì)量化研究的必要手段。苑思楠等將VR實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用于中國(guó)傳統(tǒng)村落認(rèn)知研究中[3]。徐磊青等利用VR技術(shù)對(duì)街道和起居室窗景等空間的療愈效應(yīng)進(jìn)行研究[4]。眾多研究已經(jīng)表明，在虛擬城市場(chǎng)景中，人們的心理、行為和生理反饋和在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中具有同構(gòu)性，保證了VR實(shí)驗(yàn)的研究信度[5]。

敘述性偏好法（Stated Preference Method，簡(jiǎn)稱“SP法”）最早應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)、醫(yī)學(xué)和景觀等領(lǐng)域，近年來(lái)逐漸發(fā)展到各類城市空間品質(zhì)影響要素的量化研究中。通過(guò)SP法可以權(quán)衡多個(gè)影響因素，并判斷出各因素對(duì)被調(diào)查對(duì)象的影響程度[6]。葉宇、周錫輝等利用SP法對(duì)高層建筑低區(qū)公共空間的社會(huì)效用進(jìn)行了定量測(cè)量及分析[7]。劉珺、王德等基于SP法，對(duì)影響休閑步行環(huán)境偏好的因素進(jìn)行了效度排序[8]。

本文運(yùn)用新技術(shù)、新方法建立人本視角的城市高架橋區(qū)域空間評(píng)價(jià)體系，對(duì)解決其空間消極影響有著積極意義，并對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施類邊緣空間的設(shè)計(jì)和更新提出有效的引導(dǎo)策略。

2 研究設(shè)計(jì)

2.1 研究對(duì)象

高架橋區(qū)域空間由橋下空間和橋體至城市界面之間的街道空間構(gòu)成（圖1）。由于高架橋的存在，區(qū)域內(nèi)的步行體驗(yàn)被極大地改變，不僅帶來(lái)機(jī)動(dòng)車的干擾和道路兩側(cè)空間的割裂，而且還對(duì)城市空間比例和視覺尺度造成影響。根據(jù)環(huán)境心理學(xué)中空間行為論的觀點(diǎn)，單一對(duì)象的行為認(rèn)知與物質(zhì)空間有著不同程度的關(guān)聯(lián)，空間構(gòu)成要素會(huì)對(duì)行人的心理產(chǎn)生不同程度的影響[9]。本研究排除了交通噪聲等非視覺要素，將高架橋區(qū)域空間作為純粹的物質(zhì)形態(tài)對(duì)象，考察其與步行體驗(yàn)偏好的關(guān)系。

2.2 研究路徑

研究選取沈陽(yáng)市內(nèi)3條典型的高架橋線路——東西快速干道、南北快速干道和渾南中路高架橋作為研究區(qū)域，通過(guò)實(shí)地測(cè)量、無(wú)人機(jī)掃描和街景地圖獲取基礎(chǔ)形態(tài)數(shù)據(jù)。首先通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查提取空間步行偏好影響要素，并根據(jù)實(shí)地調(diào)研信息對(duì)要素進(jìn)行水平賦值。其次利用SPSS軟件進(jìn)行正交組合獲得實(shí)驗(yàn)組并建模，繼而生成虛擬實(shí)驗(yàn)VR場(chǎng)景，取得量化的評(píng)價(jià)結(jié)果。最后基于離散選擇模型，建立評(píng)測(cè)體系，并在此基礎(chǔ)上對(duì)研究案例進(jìn)行評(píng)測(cè)，提出針對(duì)性的優(yōu)化策略。

2.3 要素提取

研究采取問(wèn)卷調(diào)查、訪談和層次分析法相結(jié)合的方式，提出高架橋區(qū)域空間內(nèi)步行體驗(yàn)影響要素。問(wèn)卷通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)放，被調(diào)查者需根據(jù)高架橋區(qū)域空間案例照片，對(duì)步行體驗(yàn)影響要素打分。同時(shí)對(duì)不同年齡段人群進(jìn)行實(shí)地訪談。通過(guò)調(diào)查，得出橋底高度、橋體寬度、橋下利用、支撐形式、結(jié)構(gòu)形式、高架橋和城市界面間的距離（側(cè)面寬度）、綠視率、慢行狀況、機(jī)動(dòng)車流量、道路隔離方式、建筑高度、底層業(yè)態(tài)等10余項(xiàng)影響步行體驗(yàn)的要素群。根據(jù)這些要素的空間屬性，將其歸納為橋體要素、道路要素、界面要素三個(gè)主類。隨后，邀請(qǐng)15位建筑學(xué)專家，采取層次分析法的群決策方式，將三個(gè)主類要素及其包含的次類要素作為兩個(gè)層級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，橋底高度、橋體寬度、橋下利用、側(cè)面寬度、綠視率、慢行狀況、建筑高度、底層業(yè)態(tài)為8個(gè)權(quán)重較大的因素。經(jīng)訪談，專家普遍認(rèn)為橋下利用偏好受主觀因素影響較大，且由街區(qū)業(yè)態(tài)決定，故對(duì)其單獨(dú)建模，將其余7個(gè)要素設(shè)置為SP法影響要素。

根據(jù)沈陽(yáng)市高架橋區(qū)域空間的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，將橋底高度分為3～5m、5～8m、8m以上三個(gè)水平，將橋體寬度分為16m、24m、32m三個(gè)水平，將建筑高度分為24m及以下、24～60m、60～100m三個(gè)水平。根據(jù)所研究街道的慢行通行規(guī)劃和周邊業(yè)態(tài)，將慢行狀況分為騎行步行混合（混合式）、騎行步行分離（分離式）、騎行步行分離且因退線形成公共空間（退線式）三種類型，將底層業(yè)態(tài)分為商業(yè)、辦公、住宅三種類型。參照折原夏志提出的劃分標(biāo)準(zhǔn)[10]，將綠視率分為15%及以下、15%～30%、30%以上三個(gè)量級(jí)。結(jié)合街道步行尺度相關(guān)研究，以及所研究街道的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)[11]，將側(cè)面寬度分為10～20m、20～40m、40m以上三個(gè)水平，形成高架橋區(qū)域空間要素SP評(píng)價(jià)表（表1）。

2.4 敘述性偏好實(shí)驗(yàn)

將選定區(qū)域的空間步行測(cè)度影響因素及水平數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS軟件進(jìn)行正交設(shè)計(jì)，獲得能涵蓋多數(shù)實(shí)驗(yàn)范圍的27組數(shù)據(jù)組，并形成27個(gè)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景。剔除無(wú)效場(chǎng)景后得到24個(gè)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，圖2為其中一個(gè)對(duì)比組。

實(shí)驗(yàn)從三方面設(shè)置SP問(wèn)卷。首先是個(gè)人選擇題，根據(jù)層次分析法的結(jié)果與研究的需要，將問(wèn)卷分為兩部分，包括年齡、性別、慢行習(xí)慣、城市設(shè)施需求等。其次是偏好性選擇題，從正交設(shè)計(jì)生成的24個(gè)場(chǎng)景中隨機(jī)抽取2個(gè)，被試者在體驗(yàn)場(chǎng)景后進(jìn)行偏好選擇，用于離散選擇模型的計(jì)算。最后是橋下利用選擇題，被試者對(duì)不同橋下利用場(chǎng)景的步行意愿度進(jìn)行排序。

實(shí)驗(yàn)選取50名被試者，其中24名男生，26名女生，年齡在18～30周歲之間。每人的平均實(shí)驗(yàn)時(shí)間為40min，在進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)前，有5min的操作指導(dǎo)與適應(yīng)時(shí)間，之后按照順序體驗(yàn)虛擬空間中的若干場(chǎng)景，回答問(wèn)卷中的主觀問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)記錄人員對(duì)主觀問(wèn)題與偏好性選擇的答案進(jìn)行記錄。

3 數(shù)據(jù)分析

SP法通過(guò)被試者對(duì)高架橋區(qū)域空間步行測(cè)度的偏好選擇，分析各類要素影響的相對(duì)重要程度，并通過(guò)離散選擇模型獲得擬合數(shù)據(jù)。高架橋區(qū)域空間步行測(cè)度效用擬合數(shù)據(jù)的模型擬合優(yōu)度為0.274，平均預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率為73.5%。其中橋底高度、側(cè)面寬度、綠視率、慢行狀況的水平顯著性小于0.01，橋體寬度、底層業(yè)態(tài)的水平顯著性小于0.05，說(shuō)明該離散選擇結(jié)果具有可信度（表2）。各要素中橋底高度、側(cè)面寬度、綠視率、慢行狀況、底層業(yè)態(tài)對(duì)舒適度具有正效應(yīng)，橋體寬度對(duì)舒適度具有負(fù)效應(yīng)。

將有意義的6個(gè)影響因素進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，得出?duì)高架橋區(qū)域空間步行測(cè)度的影響性，由高到低依次為側(cè)面寬度、慢行狀況、綠視率、橋底高度、底層業(yè)態(tài)、橋體寬度。將各影響要素進(jìn)行縱向?qū)Ρ?，其中，橋底高度大?m時(shí)效用高于5～8m；橋體寬度為24m時(shí)效用高于32m；側(cè)面寬度在20～40m時(shí)效用最高，且25m為測(cè)試場(chǎng)景中最令人舒適的寬度；綠視率的升高與場(chǎng)景偏好的選擇幾率呈正相關(guān)；退線式是較好的道路規(guī)劃模式；底層業(yè)態(tài)設(shè)為商業(yè)和辦公等公共類型界面時(shí)，被試者更有步行意愿（圖3）。

橋下空間利用和底層既有業(yè)態(tài)有關(guān)，繁華的街區(qū)使人更有停留活動(dòng)的意愿。在商業(yè)街區(qū)，72%被試者選擇了橋下為咖啡廳等零售空間的場(chǎng)景，18%被試者選擇了橋下為文化展示空間的場(chǎng)景；在居住街區(qū)，60%被試者選擇了橋下為體育活動(dòng)空間的場(chǎng)景，35%被試者選擇了橋下為休憩空間的場(chǎng)景。從空間尺度的角度看，寬度過(guò)大的道路、較低的空間圍合度更不利于橋下的步行活動(dòng)。在低圍合度空間中，52%被試者選擇了橋下為體育運(yùn)動(dòng)空間的場(chǎng)景，23%被試者選擇了橋下為停車場(chǎng)的場(chǎng)景；在高圍合度空間中，40%被試者選擇了橋下為商業(yè)零售的場(chǎng)景，35%被試者選擇了橋下為休憩設(shè)施的場(chǎng)景。

1 高架橋區(qū)域空間圖解

2 實(shí)驗(yàn)對(duì)比組虛擬場(chǎng)景示意

表1 要素水平設(shè)置

表2 離散選擇模型擬合數(shù)據(jù)

3 高架橋沿線空間步行偏好效用柱狀圖

4 高架橋區(qū)域空間步行偏好評(píng)價(jià)量表

4 評(píng)測(cè)體系與空間品質(zhì)提升策略

4.1 評(píng)測(cè)體系

根據(jù)SP法擬合結(jié)果中要素水平的效用系數(shù)，以堆疊柱狀圖的形式繪制了高架橋區(qū)域空間步行偏好評(píng)價(jià)量表，每個(gè)柱代表一種步行偏好影響要素，效用系數(shù)為柱的數(shù)值，再根據(jù)其包含的要素水平效用大小依次疊加（圖4）。據(jù)此量表，可以對(duì)現(xiàn)有高架橋區(qū)域空間要素進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，各柱數(shù)值的總和即為評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)，反映步行體驗(yàn)的優(yōu)劣。同時(shí)該量表能將各要素得分可視化，可用于量化判斷該區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化更新的必要性，便于提出具有針對(duì)性的優(yōu)化策略，并且可在虛擬場(chǎng)景中對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行二次評(píng)估。

4.2 典型案例評(píng)價(jià)

利用步行偏好評(píng)價(jià)量表，對(duì)本文選取的3座典型高架橋區(qū)域空間進(jìn)行評(píng)價(jià)，從每座高架橋中篩選3個(gè)區(qū)域，共計(jì)9個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象。表3體現(xiàn)了各區(qū)域中步行體驗(yàn)的評(píng)價(jià)結(jié)果。

由評(píng)測(cè)表可知，渾南中路高架橋區(qū)域空間的步行偏好測(cè)度優(yōu)于南北快速干道與東西快速干道，其主要優(yōu)勢(shì)來(lái)源于寬闊的道路和良好的道路劃分，較高的橋體高度也降低了高架橋?qū)θ说膲阂指?。在活力比較高的高架橋區(qū)域空間中，界面要素發(fā)揮了重要作用，良好的公共活動(dòng)空間或大量商業(yè)店鋪都會(huì)吸引人群步行與停留，東西快速干道在萬(wàn)達(dá)廣場(chǎng)段與金融中心段的評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)明顯較高。此外，綠視率也是影響步行舒適度的重要因素，渾南中路高架橋兩側(cè)覆蓋大量綠植，東西快速干道的天后宮路中國(guó)醫(yī)科大學(xué)段道路兩側(cè)也種植了大量樹木，提高了區(qū)域的步行舒適度。在3個(gè)評(píng)價(jià)案例中，南北快速干道高架橋區(qū)域空間的平均得分最低，過(guò)于狹窄的步行空間與低效用的要素水平，導(dǎo)致了其空間步行偏好的低測(cè)度值，也從反面證明了創(chuàng)造滿足步行條件的通行空間，是提高高架橋區(qū)域空間步行舒適度與街道活力的首要條件。

研究繼續(xù)對(duì)3座典型高架橋的區(qū)域空間進(jìn)行全面評(píng)測(cè)，得出其沿線空間步行體驗(yàn)的可視化圖示（圖5）。圖中不同顏色的條形色塊表示高架橋區(qū)域空間的步行測(cè)度值，淺色代表較好的步行體驗(yàn)。可以看出，南北快速干道高架橋區(qū)域空間的整體步行體驗(yàn)較差，高架橋植入城市空間后造成了較為消極的影響，而渾南中路高架橋區(qū)域空間較為寬敞高大，因此步行體驗(yàn)相對(duì)較好。整體來(lái)說(shuō)，多數(shù)路段的區(qū)域空間并未與高架橋有效整合，需要采取相應(yīng)的優(yōu)化更新策略。

5 步行體驗(yàn)評(píng)估結(jié)果圖示

表3 典型高架橋區(qū)域空間步行體驗(yàn)評(píng)價(jià)

5 結(jié)論

當(dāng)代中國(guó)城市中，高架橋的消極影響已成為普遍存在的事實(shí)，僅憑建筑師的主觀判斷難以應(yīng)對(duì)大量的高架橋區(qū)域空間，城市維度的數(shù)據(jù)也超越了個(gè)體建筑師的評(píng)價(jià)能力。因此通過(guò)量化的方式積累對(duì)于此類空間的主觀體驗(yàn)評(píng)價(jià)，建立評(píng)價(jià)量表，從而科學(xué)地選擇介入與更新的區(qū)段，并進(jìn)一步確定局部區(qū)段的優(yōu)先更新要素及其量化水平，這對(duì)于資金有限條件下的精細(xì)化設(shè)計(jì)決策具有重要的意義。

研究根據(jù)行人的步行偏好，結(jié)合不同高架橋區(qū)域特征，借助VR技術(shù)，以人的主觀感受為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)城市高架橋沿線這一特殊的街道空間進(jìn)行了量化研究，得出以下結(jié)論。

（1）通過(guò)量化統(tǒng)計(jì)，確定影響高架橋區(qū)域步行體驗(yàn)的空間要素，按影響程度從高到低排序，分別為側(cè)面寬度、慢行狀況、綠視率、橋底高度、底層業(yè)態(tài)、橋體寬度。在高架橋區(qū)域的城市設(shè)計(jì)中，應(yīng)優(yōu)先保證高架橋和城市界面之間的有效寬度，20～40m的寬度區(qū)間帶來(lái)的城市空間體驗(yàn)為最佳。

（2）建筑作為高架橋區(qū)域空間的外部界面，其不同高度所導(dǎo)致的圍合屬性的差異并沒有如預(yù)想般帶來(lái)空間體驗(yàn)的差異（統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不存在相關(guān)性）。結(jié)合實(shí)驗(yàn)后的訪談，研究認(rèn)為在高架橋區(qū)域空間中，城市低區(qū)的空間要素較多，24m以上的建筑界面難以吸引注意力，因此沒有對(duì)偏好選擇產(chǎn)生影響。該結(jié)論反證了高架橋區(qū)域低區(qū)空間的塑造對(duì)于步行體驗(yàn)具有決定性的意義。

（3）相比于橋體寬度，橋底高度對(duì)步行體驗(yàn)更具影響力，這和初步問(wèn)卷調(diào)查的結(jié)果不符。研究認(rèn)為導(dǎo)致影響力差異的原因同樣是對(duì)于低區(qū)空間的視覺優(yōu)先性，如果橋底超過(guò)一定高度，從視覺上將顯著弱化其存在。相比于橋體寬度所導(dǎo)致的陰影面積，開闊的低區(qū)空間對(duì)創(chuàng)造宜人的視覺體驗(yàn)更為重要。

（4）除側(cè)面寬度以外，慢行交通的形式及綠視率在影響效用中占有較高比重。這就要求在城市設(shè)計(jì)和更新中，更注重對(duì)于慢行交通空間的組織，盡可能拓寬慢行交通的寬度，精細(xì)劃分慢行交通的類型，同時(shí)，提高綠視率有助于屏蔽高架橋帶來(lái)的不利視覺體驗(yàn)。

（5）由于變量較多、主觀性較強(qiáng)橋底利用形式未被列入評(píng)價(jià)量表，但通過(guò)問(wèn)卷統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)其與底層建筑業(yè)態(tài)和側(cè)面寬度相關(guān)。在底層業(yè)態(tài)為商業(yè)的街區(qū)，人們偏好的橋下利用方式是文化展示與零售商業(yè)，以提高街區(qū)回游性；在居住類街區(qū)，人們偏好的橋下利用方式是體育活動(dòng)與休憩設(shè)施，作為生活空間的拓展；在高架橋和城市界面之間較寬的區(qū)域，人們偏好的橋下利用方式是體育活動(dòng)，而在較窄的區(qū)域則更傾向于零售商業(yè)和休憩設(shè)施。

上述結(jié)論同樣適用于對(duì)新建高架橋產(chǎn)生的城市影響進(jìn)行環(huán)境評(píng)估。目前此類評(píng)估的目標(biāo)主要集中在污染物和噪音，而實(shí)際上視覺維度的城市空間體驗(yàn)同樣不可忽略。本文提出的評(píng)價(jià)量表可以作為高架橋介入建成環(huán)境的評(píng)價(jià)依據(jù)，以供未來(lái)建設(shè)更適配的城市空間。

圖片來(lái)源

1,3-5作者自繪

2作者自攝

表格來(lái)源

1-3作者自繪