基于空间句法的城湖关系演变研究

基于空间句法的城湖空间关系演变研究

——以武汉东湖为例Research on the Evolution of the Spatial Relationship between the City and the Lake Based on Space Syntax：Taking the East Lake in WuHan as an Example

张勇强陆涵

Zhang Yong -qiang Lu Han

【内容摘要】基于空间句法的原理和方法，通过Arcview3.3 GIS软件对不同时期的武昌城市地图进行轴线分析，得到空间网络的句法变量，然后运用SPSS软件对相关参数进行统计比较，总结东湖局部空间与城市整体空间的相互作用关系及其演变历程。

【关键词】城湖关系；城市空间；空间句法；东湖

【Abstract】Based on the theory and method of space syntax，this research analyzed the axial maps of WuChang with Arcview3.3 GIS，from which the syntax variables of space network are got，then compared the related parameters with SPSS in order to find out the spatial relationship between the east lake and the city.

【Keywords】The relationship between the city and the lake；Urban space；Space syntax；The east lake

【正文】

1 空间句法及其变量分析

1.1空间句法概述

空间句法是上世纪70年代由英国伦敦大学的比尔·希列尔（Bill Hillier）、朱利安·汉森（Julienne Hanson）等人提出的一种定量的城市形态分析方法，它通过计算机手段对具有社会意义的空间的构成关系进行量化研究，是关于反映空间客体和人类直觉体验的空间构成理论及其相关的一系列研究方法。目前该方法已广泛的应用到了城市研究的各个领域当中，包括：城市公共空间设计、城市行人流的分析与预测、商业零售业设施规划、城市居民被窃的空间分布、交通工具排放污染的控制等[1]。

1.2句法变量分析

空间句法①的基本变量包括整合度（Integration value）、连接值（Connectivity value）、控

制值（Control value ）、深度值（Depth value ）、空间智能度（Intelligibility ）等[2]，其中整合度又可以分为全局整合度（Global integration ）和局部整合度（Local integration ）。本文选取其中的整合度（全局整合度、局部整合度）和空间智能度两个变量进行分析研究。 1.2.1 整合度

整合度（Integration ）主要用来度量观察者从任意一条视线开始，沿视线构成的网络看出去，通过多少拓扑步数能够看遍整个城市，步数越少，表示这个空间越容易被观察者到达，那条起始视线所代表的城市空间在城市中的重要程度也越高，即它的整合度越高，相反，步数越多，则表示这个空间在城市中的地位越低，空间的可达性也越差，即整合度越低。整合度表达式如下[3]：

RA i =

2n 1MD 2i --）（ 和 RRA i =

n

i D RA

MD i =

1

n d

n

1

j ij

-∑=

其中MD i 表示平均深度值，D n 是用来标准化整合度值，d ij 表示两点i 与j 之间的最短拓扑距离。

全局集成度（Integration n ）往往是从整个城市的角度出发，研究较大尺度②

的空间构成关系（如车行结构），其研究半径通常设为n （即无限大）。它所反映的是某一空间相对于系统其它空间的中心性。局部整合度（Integration 3）往往是在一个限定的范围内，研究较小尺度的空间构成关系（如步行结构），其研究半径通常设为3（步）。它反映的是在步行空间内，到达某一空间的难易程度。 1.2.2 空间智能度

空间智能度是指某一空间的局部整合度与全局整合度的相关程度，反映了观察者通过对局部范围内空间连通性的观察进一步获得整体空间可达性信息多少的程度[4]。智能度越高，就表示系统全局与局部空间的关联性越强，空间的局部中心性越容易融入全局空间结构中，该系统也就越容易被感知、被理解。相反，智能度越低，就表示系统全局与局部空间的关联性越弱，城市空间系统的可感知程度也就越低。其表达式如下[5]：

R=

3

n

3n i

i i

i δδδ=

()()()()

∑∑∑----2

3

3

2

3

3I I

I I

I I I I

n

n

n n

其中3n i i δ为n I 、3I 两个变量的协方差，3n i i δδ、分别为n I 、3I 两个变量的标准差。

2 研究概况和研究方法

2.1 研究概况

武汉素有“百湖之城”的美誉，城中湖泊星罗密布，水资源十分丰富。东湖，是位于武昌东北部的一个中型湖泊。湖体是全新世纪初由于长江多次泛滥，湖泊背面形成自然堤，拦截了来自湖区残丘和阶地注入长江的水流而逐渐雍塞形成的。建国以前，武昌城市发展十分缓慢，城、湖在空间上相距遥远，城湖关系并不明显；建国后，随着城市的不断扩张，东湖逐渐融入到城市范围内，先后完成了从远郊湖到近郊湖再到城中湖的角色转变，城市地位不断得到巩固，城湖的空间关系也越来越密切。

2.2 研究方法及研究步骤

为了研究东湖与城市空间的关系演变，笔者选取了建国后的四个时期进行分段研究。文章拟运用空间句法的原理和方法，按照整体到局部的思路，从武昌城市空间形态演变、城湖空间的相关系数及东湖道路整合度的变化情况三个方面进行分析研究。

首先，通过Arcview3.3 GIS 中的Axwoman3.0 插件分别对1973、1986、1997、2009年四个时期的城市地图（除2009年为空间遥感影像图外其余三年均为当年出版的城市地图）进行轴线分析,提取全局整合度、局部整合度、城市集成核③

等句法变量，建立整合度分布图，分析城市空间形态的演变历程；

其次，在SPSS 统计软件的帮助下获得空间相关系数、T 分数值等数据信息，分析东湖局部空间与城市整体空间的相关性及东湖范围内道路整合度的变化情况。

3 城湖空间关系演变历程分析

3.1 武昌城市空间形态演变

1973年时值文化大革命期间，武汉城市发展十分缓慢，从轴线地图可以看出，当时城市轴线数量比较稀少，且大多数轴线都集中在武昌古城附近，空间网络结构尚未成型。句法模型中，武珞路-珞喻路、中北路-中南路及中山路为全局整合度最高的轴线，构成了城市的全局集成核，城市空间呈现出沿轴线向青山、关山方向拓展的趋势。局部整合度表明，城市生活中心主要集中在古城内解放路、紫阳路及中山路一带，此外，青山地区也承担了部分生活中心的功能。

80年代是武昌城市空间扩展非十分迅速的一个时期，从1986年的句法模型中我们可以看出，武珞路-珞喻路、中北路-中南路仍是城市中最长的两条轴线，且与中北路相连接的几

条横向短轴线也具有较高的全局整合度，它们共同构成了城市的全局集成核。城市空间在继续沿轴线向东、北两翼延伸的同时也开始了轴间的填充发展，这时期，洪山及东湖珞珈山地区的轴线数量有了明显的提高。局部整合度中，武昌古城的部分生活中心开始逐渐向洪山-珞珈山方向迁移，形成了继紫阳路-解放路、青山之后新的城市生活中心。

1997年的武昌城市建设正处于加速发展的阶段，城市轴线的数目大幅增加。全局集成核的范围也明显扩大，主要包括武珞路-珞喻路、中北路-中南路、珞狮路、和平大道、徐东路及数条与中北路-中南路相连的短轴线，城市中心呈现出向东、南方向迁移的趋势。这时期，城市腹地中零碎的地块已基本被蚕食，城市空间尺度不断扩大，呈现出“摊大饼”的发展趋势。武昌古城仍发挥着部分生活中心的作用，城市局部集成核主要分布于洪山-珞珈山、青山及中北路沿线，徐东路周边则形成了新的生活中心。

图1城市全局整合度演变示意图

（资料来源：作者自绘）

图2城市局部整合度演变示意图

（资料来源：作者自绘）

2009年城市的轴线范围仍在继续扩大，句法模型中，城市全局整合度较高的轴线主要集中在南湖、关山组团附近，包括南湖大道、光谷大道、雄楚大道、武珞路-珞喻路、中北

路等道路。城市中心开始沿武珞路-珞喻路向东、南方向移动，城市空间呈现出组团式发展

的态势。局部整合度方面，关山地区也承担起了局部生活中心的功能，与紫阳路-解放路、

洪山-珞珈山、徐东及青山共同组成城市生活中心的网络结构，其中，徐东路的生活中心性

较以前有了明显的提高。

3.2 城湖空间智能度分析

为了确定不同时期城、湖空间的相关性，笔者运用SPSS软件分别对四个年代东湖相关

整合度和局部整合度的相关系数④，即空间智能度。从

图3的散点分布图中我们可以看出，东湖的全局整合度

和局部整合度均呈现出较为明显的直线相关特征，且相

关系数还呈现出逐年增长的趋势。

1973年空间智能度为0.582，处于中度相关的水平，

数值偏低，说明当时东湖的空间结构尚不完善，城市全

局与东湖局部空间的协同能力比较薄弱，东湖的局部中

心性相对孤立，不能融入到城市整体结构中，集成地位

很低。

1986年的空间智能度为0.612，较1973年的数值有

所增长，这说明城市空间结构的协同能力不断提高，空

间的社会性逐渐增强，东湖局部与城市整体的关联性有所提高，且东湖局部空间的中心性基

本能够融入到城市整体空间中去，城市集成地位提高。

1997年的空间智能度为0.651，相关系数继续增长，这说明武昌城市空间正处于一个从

混乱到有序的发展过程中。从整体空间的角度讲，东湖的局部中心性能够较好的融入到城市

全局的空间结构中去，这时期，东湖在进行内部结构自我完善的同时，还能与城市整体空间

的发展在功能互动的过程中产生更大的乘数效应，实现空间系统的效益最大化，增强空间的

社会性，从而使东湖局部的中心性得到更好的体现。

2009年的空间智能度为0.685，数值较高，说明城市空间网络结构不断优化，城市整体

与东湖局部呈现出较强的关联性，东湖的局部中心性能够很好的融入城市整体中去，并带来

更多复杂多样的社会功能。东湖在城市中的集成地位更加巩固，同时对城市中其他地区的吸

引力也逐渐增大。

图3 不同时期城湖空间智能度散点分布图

（资料来源：作者自绘）

3.3 东湖道路整合度变化情况分析

集成度是一个相对值，对一个轴线地图而言，值的高低可以代表整合度的大小，但对不同的轴线地图而言，该值并不具有绝对意义。换句话说，因为各轴线地图的轴线数目不同，所以不能根据轴线图中东湖相关道路的整合度大小来判断东湖的发展情况。因此，为了了解东湖相关道路集成地位的变化情况，笔者通过SPSS 软件，对道路整合度进行了标准化Z 分数分析⑤

。（因为Z 分数的分子与分母单位相同，所以Z 分数没有单位，能够用来比较从不同单位总体中抽取的变量值差异[6]。）由于Z 分数值常出现负数和小数的情况，不便于比较，所以，笔者又尝试通过T 数值对Z 分数进行线性转换⑥

，使结果成为正值，便于比较。

表2 东湖主要道路全局整合度统计表 （资料来源：作者根据SPSS 统计结果绘制）

从表2的T 分数值统计情况可以看出，1973-2009年这段时间内，东湖范围内主要道路（除东湖东路以外）的整合度均得到了不同程度的提高，并且在不同的时间段内各条道路的T 分数值变化情况也各有不同，其特点如下：

1973-1986年间，城市集成核主要分布于中北-中南路及武珞路-珞喻路一带，城市的全局整合度以此为中心向周边层级递减。东湖范围内，靠近集成核的东湖路及东湖东路的T 分数值增长幅度较大，数值均达到50以上（其中东湖路为53.82和56.80，东湖东路为51.76和54.45），其余道路的T 分数值则相对较低，均未能超过50,交通可达性相对较弱，集成地位较低；

1986-1997年间，城市全局整合度较高的轴线虽然仍集中在中北路-中南路及武珞路-珞

1973年 67.58 66.65 53.82 51.76 46.98 48.95 — 45.65 — 1986年 68.34 75.95 56.80 54.45 57.38 52.88 52.94 46.19 43.15 1997年 77.67 74.98 58.09 52.84 61.29 55.16 56.30 48.00 57.30 2009年

66.48

67.71

60.10

51.88

66.48

57.36

62.98

54.61

68.73

喻路附近，但集成核已逐渐开始沿武珞路-珞喻路向关山方向移动。这时期，位于东湖南部的东湖南路、卓刀泉路、喻家湖路的T分数值迅速增长，数值均超过56，集成地位不断提高，其中喻家湖路增长幅度最为明显，从43.15上升到了57.30，而东湖路及沿湖大道的增长幅度则相对小一些，东湖东路甚至还出现了负增长的现象；

1997-2009年间，城市中心已明显向南湖、关山方向偏移，中北路-中南路、武珞路-珞喻路的T分数值均出现了回落现象，东湖方面，靠近全局集成核的鲁磨路、喻家湖路及东湖南路的整合度仍继续大幅度的增长，T分数值均上升到60以上，集成地位不断得到巩固，而东湖路及沿湖大道的T分数值则持续着小幅度的增长。

4 城湖空间关系演变规律

通过对不同年代武昌城市形态及东湖道路轴线的空间句法分析，发现城、湖空间关系的演变存在着以下规律：

首先，城湖空间呈现出互相牵引的正相关关系。一方面，建国后，武昌城市空间迅速向长江以东的城市腹地扩张，道路轴线迅速延伸至东湖，增加了东湖局部空间与城市整体空间的连通性，带动了东湖地区的发展，使之从之前的孤立于城市逐渐演变为与城市空间相融合，城市中心性不断提高。另一方面，东湖在城市中集成地位提高的同时也增加了该区域对其他城市局部空间的吸引力，丰富了城市空间的社会性，增加了城市功能的多样性，更好的促进了整体空间的发展，使城市空间网络结构不断完善。

其次，东湖内部空间结构的塑造与城市全局集成核的变化情况有着密切的联系。通过分析比较武昌城市全局集成核的运动轨迹及不同时期东湖道路整合度的变化情况，可以看出，集成核对其临近地区的空间发展具有较明显的刺激作用。1973年至2009年期间，城市全局整合度集成核先后由中北路沿武珞路-珞喻路向关山、南湖方向移动，在迁移过程中，东湖内部靠近集成核的轴线均得到了优先发展，整合度增长幅度较大，交通可达性明显提高，而其他距离集成核较远的道路的集成地位增长则相对缓慢，有的甚至还出了负增长的现象。

再次，东湖是一个极具开发潜力的地区。武昌城市空间具有较强的亲水性，从城市形态的演变过程可以看出，全局整合度较高的轴线（中北路-中南路、武珞路-珞喻路、光谷大道、南湖大道等）大多与东湖相毗邻，此外洪山、徐东、关山等生活中心的形成又与东湖共同组成了一个多功能的聚集中心，给东湖地区带来了巨大的开发潜力。当然，值得一提的是，东湖作为城市中少有的原生态风景区，应当尽量保留其特有的自然属性，因此对于东湖的开发及城、湖的融合都要有一定的度量，以免出现城湖同质化的现象。

（在此非常感谢东南大学建筑学院段进教授及邵润青老师对本文提出的意见和建议）【参考文献】

[1]江斌，黄波，陆锋. GIS环境下的空间分析和地学视觉化[M].北京：高等教育出版社，2002.

[2]詹庆明，徐涛，周俊.基于分形理论和空间句法的城市形态演变研究—以福州市为例[J]. 华中建筑，2010.04：07-10

[3]段进，比尔·希列尔. 空间句法与城市规划[M]. 南京：东南大学出版社, 2007.

[4]陈仲光，徐建刚，蒋海兵. 基于空间句法的历史街区多尺度空间分析研究—以福州三坊七巷历史街区为例[J]. 城市规划，2009.08：92-96

[5]李云飞. 基于空间句法的网络城市评价体系研究[D]. 长沙：中南大学，2009.

[6]朱东风. 1990年以来苏州市句法空间集成核演变[J]. 东南大学学报, 2005.07：257-264

【注释】

①在城市层面上，空间句法最有效的工具是轴线图模型，绘制轴线图的一般方法如下：首先，找到空间系统中最长的轴线，然后，再绘制出第二长的轴线，依次绘制，直到绘制得到的轴线能够将整个空间系统覆盖，换句话说，轴线地图要求用数目最少且长度最长的一系列直线段来代表城市中的公共空间。

②从人类对空间的感知看，空间可分为大尺度空间和小尺度空间。大尺度空间指不能从一个固定点完全感知到的空间；小尺度空间则指可以从固定点完全感知到的空间。

③城市集成核是指轴线模型中整合度值较高的一组轴线，也称整合度核心。

④相关系数（R）是衡量变量之间相关程度的一个量值，取值在0～1之间，其中：当|r|＜0.3为不存在线性相关；当0.3≤|r|＜0.5时，为低度线性相关；当0.5≤|r|＜0.8时，为中度线性相关；当|r|≥0.8时，为高度线性相关。

⑤Z分数的定义：从平均数为μ，标准差为δ的总体中抽出一个变量值x，Z分数表示的是

此变量大于或小于平均数几个标准差。其计算公式为：

Z =

δμ

-

x ⑥Z分数的线性转换公式为：T = 10Z+50

作者简介：

①张勇强，男，城市规划博士，高级规划师、国家注册规划师，武汉市国土资源和规划局

耕地保护处处长

②陆涵，女，武汉理工大学土木工程与建筑学院，硕士研究生

联系方式：

地址：武汉市国土资源和规划局耕地保护处

邮编：430000

电话：150********

邮箱：zhangyq@https://www.wendangku.net/doc/c814833073.html, ,lh.betty@https://www.wendangku.net/doc/c814833073.html,