基于空间句法的桂林市公园绿地可达性评价与优化

樊亚明, 田丽莹, 郑文俊

(桂林理工大学 旅游与风景园林学院, 广西 桂林 541006)

0 引 言

塑造“人、 城、 境、 业”和谐统一的城市形态、 营建绿水青山的城市绿韵正成为新时代中国城市发展新方向。因地制宜建设数量合理、 布局均衡的城市公园, 是当前我国践行生态文明, 贯彻绿色、 共享发展理念, 以人民为中心建设“公园城市”的重要举措。城市公园作为城市绿地系统的核心组成部分, 兼具生态、 景观、 文教和应急避险等功能, 是城市居民日常休闲游憩的重要场所, 对提高人们的健康和福祉具有巨大促进作用[1]。随着人们对美好生活向往需求的不断增加, 对城市公园的要求也越高, 他们不仅关心城市公园的数量多少与质量高低, 更加关注城市公园的可进入性和使用效率。

空间可达性是影响人们有效利用公园及衡量城市公园布局合理性的主要指标[2]。 作为能有效衡量城市各类服务设施分布的合理性与服务公平性的重要指标, 可达性一般以时间、 距离、 费用等来定量表达, 常用缓冲区分析法、 GIS网络分析法、 费用加权距离法、 高斯两步移动搜索法等从不同视角进行测度[3-8], 但各自也存在不足: 缓冲区分析法因忽略了到达目的地过程中的障碍, 容易高估空间的可达性; 费用加权距离法对于阻力存在有主观性没有统一的标准; GIS网络分析法和高斯两步搜索法忽视了城市形态塑造过程中人性化、 集约化和有机化的理念。而基于拓扑方法的空间句法理论[7], 以道路网络为基础, 将人的活动纳入城市空间和道路间拓扑关系中, 能更科学、 理性地评价城市公园的空间可达性[3]。

空间句法理论由Bill Hillier等提出, 旨在通过空间组构分析描述空间与社会的关系, 是根据图论和城市形态学的观点对空间的构型特征进行客观地描述和测量的一种理论和方法[9]。空间句法分析的载体是“人”在空间中的运动或活动, 主要通过轴线法、 线段角度法、 凸空间法、 视域分析法等来客观描述和量化城市形态的内在空间逻辑。轴线法作为最早提出来的分析方法, 因忽略空间尺度与其他现实因素, 主要应用于量化研究城市空间形态的类型、 布局与演变等宏观抽象问题。而后，Turner提出的线段法因同时考虑了实际距离、 路网偏转角度以及空间拓扑关系对人(车)流出行的影响[10], 与交通流拟合程度更高, 被认为更贴近城市的空间导航和使用者寻路行为, 且可直接利用城市GIS数据中的道路中心线构建模型单元, 操作性和统一性更强[11-12]，被广泛应用于区位评价[13]、 商业选址[14-15]、 交通规划[16]、 公共服务设施布局[17]等城市规划建设以及建筑[18]、 乡村聚落[19]、 景观[20-21]等人居空间结构的研究中。

本文基于空间句法理论, 采用轴线模型校验后的线段模型方法, 量化评价桂林市城市公园绿地的可达性, 根据评价结果提出针对性的优化提升策略。

1 研究方法

1.1 研究区概况

桂林是国家首批历史文化名城和世界著名的风景旅游城市, 素有“桂林山水甲天下”美誉, “千峰环野立, 一水抱城流”, 市区分布有漓江、 桃花江、 榕湖、 桂湖、 杉湖、 木龙湖的“两江四湖”环城水系和以象鼻山、 独秀峰、 叠彩山、 七星山、 穿山等为代表的自然山体, 形成独具特色的“城在景中, 景在城中”, “山、 水、 城”相融的城市景观形态。

本文以桂林市主要建成区为研究范围, 基于空间句法分析的封闭空间与阻隔需要, 为消除边界效应, 实际范围以西二环路、 两江大道、 包茂高速、 临苏路、 万福路、 桂林绕城高速等为界(图1)。该区域旅游景点富集、 城市公园众多、 道路交通繁忙, 也是桂林市人口密度最大、 城镇化水平最高、 游客活动最频繁的地区。城市公园绿地主要由综合公园、 社区公园、 专类公园(动物园、 植物园、 遗址公园等)和游园组成(据《城市绿地分类标准》(CJJ/T 85—2017))。 本文选取区域内32个公园绿地为研究对象(图1), 其中, 综合公园(A1～A19)19个, 专类公园(B1～B8)8个, 社区公园(C1～C4)4个、 游园(D1)1个, 具体名录从桂林市林业和园林局官方网站(http://lyhylj.guilin.gov.cn)获取。

图1 桂林市公园绿地分布及道路线段模型

1.2 模型构建与校验

1.2.1 模型构建 以omap-vip193影像辅以现场勘察矫正, AutoCAD绘制建立的桂林市矢量路网为底图, 在ArcGIS 10.5中加载Axwoman 6.0模块, 基于轴线最长且最少的原则, 将研究范围内的道路进行轴线数字化, 利用“Get Isolated Lines”工具, 确保无独立轴线存在后, 构建桂林市道路轴线体系, 而后利用DepthmapX软件转换为线段模型(图1), 根据各公园绿地的空间位置信息, 在线段模型上明确各公园绿地的空间分布。

1.2.2 模型校验 为验证线段模型进行城市公园绿地可达性评价的有效性, 需将模型在不同出行距离条件下的整合度值与城市实测交通流量进行相关性分析, 若两者相关性显著, 则表明该模型可较好测度可达性。结合桂林市民出行特征和老城区道路狭窄、 交通信号灯分布较密集以及取、 停车时间损耗等情况, 选择步行10、 15 min的平均距离(500、 1 000 m)、 自行车出行10、 15、 20 min的平均距离(1 000、 2 000、 3 000 m)和电动车出行10、 15、 20 min的平均距离(2 000、 4 000、 6 000 m)为出行距离, 并根据桂林市交通样点机动车实测数据[22], 利用SPSS软件将不同出行距离条件下的整合度值与经标准化处理的交通实测流量(表1)进行双变量相关性分析(表2)。结果显示: 该模型在不同出行距离条件下的整合度值与经标准化处理的城市实测交通流量具有强相关性, 其中显著性P(双侧)均小于0.05, Pearson相关性r均为0.4～1.0, 表明该模型能够有效测度桂林市公园绿地的可达性。

表1 桂林市样点路段经标准化处理的交通实测流量[22]

表2 不同半径的句法参数与实测流量的相关性分析

1.3 可达性评价

1.3.1 可达性测度指标 在空间句法的线段模型中, 整合度(Integration, I)被认为是量化测度可达性最有效的指标。整合度是指一定半径下某单元空间与系统中其他空间的离散程度, 整合度值越大表示该空间在系统中可到达的潜力越大, 反映了该空间在系统中处于较便捷的位置; 反之, 潜力小, 处于不便捷的位置[23]。通过将已构建的线段模型在DepthmapX中进行计算, 线段颜色越明亮, 表示整合度越高, 其可达性越强, 计算公式为

(1)

(2)

其中:ATD(x)指出行距离R内x节点的角度总深度;d(x,y)指线段x到线段y的最短路径;I指线段x的整合度;NC为出行距离内路网节点的总点数。

1.3.2 可达性评价方法 1)全局可达性评价。全局可达性是指在较大范围内, 主要以机动车作为出行方式, 从研究区域内任意地方到达某公园绿地的难易程度[24], 通过全局整合度进行测度。全局整合度能反映研究区内任一点到其他节点空间在最短路径上所消耗的成本, 节点选取距离公园主入口最近且在路网上的点, 有多个主入口则取各临近节点整合度的平均值, 整合度越高, 可达性越高。利用ArcGIS中自然断点分级法将各公园绿地的全局整合度进行分级, 得到一级、 二级、 三级全局可达性公园, 其中一级最容易到达, 三级则最不易到达, 同时借助核密度分析功能对测度结果进行可视化表达, 可直观地反映公园绿地的全局可达性及其空间分布关系。

2)局部可达性评价。局部可达性是指从某公园绿地较近的地方到达该公园绿地的难易程度[23], 主要以步行、 自行车、 电动车作为出行方式, 如周边居民日常去公园休闲散步, 通过局部整合度进行测度。局部整合度是指距离公园绿地主入口最近节点到周边范围内任一节点在最短路径上所消耗的成本。利用ArcGIS中的自然断点分级法将各公园绿地的局部整合度进行分级, 得到一级、 二级、 三级局部可达性公园, 同时借助核密度分析对测度结果进行可视化表达, 可直观反映在不同出行距离下公园绿地的局部可达性及其空间分布关系。

2 研究结果

2.1 全局可达性评价与分析

将构建的线段模型通过DepthmapX进行计算, 得到桂林市公园绿地的全局整合度图(图2), 将研究区内各公园绿地的全局整合度数据导入ArcGIS中进行自然断点分级, 按照从高到低划分为3个等级(表3)。结果显示: ① 桂林市公园绿地全局整合度的均值为690.134, 高于研究区域道路全局整合度的均值(636.828), 表明全局可达性总体较好。全局可达性最高(一级)的综合公园5个, 为南溪山公园(A2)、 七星公园(A3)、 木龙湖公园(A10)、 象山公园(A5)、 桂林中央公园(A13); 专类公园2个, 为体育公园(B1)、 王城公园(B7); 社区公园4个, 为泗洲公园(C3)、 燕湖公园(C2)、 石家湾公园(C1)、 琴潭公园(C4); 1个游园即瓦窑小游园(D1), 主要分布在城市快速路附近, 机动车出行条件下, 上述公园绿地容易到达。全局可达性最低(三级)的综合公园有6个, 主要是以老城区的自然山体、 水系为依托而建设的净瓶山公园(A15)、 叠彩公园(A9)、 宝积山公园(A17)、 榕杉湖公园(A7)、 伏龙洲公园(A14)、 日月双塔文化公园(A6), 机动车出行条件下, 上述公园绿地非常不易到达。

图2 桂林市公园绿地全局整合度图

表3 桂林市公园绿地全局、 局部整合度及其分级表

将研究区域的道路全局整合度值通过ArcGIS核密度分析并叠加公园绿地空间位置进行制图(图3), 可直观看出: 桂林市道路全局整合度呈圈层分布特征, 各类公园绿地集中分布在核密度高的老城区, 表明其全局可达性较好; 但也存在部分空间“错位”现象, 在核密度强度较高的北部、 西部区域综合公园分布较少, 仅有南洲公园(A18)、 桂林中央公园(A13), 而在核密度低的南部边缘区域分布有飞虎公园(B5)、 桂林国家森林公园(B8)、 甄皮岩遗址公园(B3)等3个专类公园。

图3 桂林市公园绿地空间分布与全局整合度核密度关系

2.2 局部可达性评价与分析

根据前述的模型校验结果(表2),出行距离(R)为500、 1 000、 2 000 m的线段模型与实测交通流量相关性最显著,也是桂林市民日常公园游憩选择短距离出行方式的平均距离, 即步行、 自行车、 电动自行车10 min的平均距离(500、 1 000、 2 000 m)。通过DepthmapX进行计算, 得到研究区内公园绿地500、 1 000、 2 000 m整合度图(图4)。将各公园绿地的局部整合度数据导入ArcGIS进行自然断点分级, 按照从高到低的顺序分为3个等级(表3)。结果显示: ① 500 、 1 000 、 2 000 m出行距离下公园绿地整合度的平均值分别为39.921、 106.827、 286.663, 表明随着出行距离的增加, 公园绿地的局部可达性逐渐增强, 即一级可达性公园数量逐渐增多, 三级可达性公园数量逐渐减少。在老城区, 有5个综合公园在远距离出行时可达性最差(三级), 而在短距离出行时其可达性均有所增强, 其中榕杉湖公园(A7)的局部可达性最强(一级), 叠彩公园(A9)、 宝积山公园(A17)、 伏龙洲公园(A14)、 日月双塔文化公园(A6)的局部可达性为二级, 表明市民宜步行, 或选择自行车、 电动自行车等交通工具到达上述公园绿地。500、 1 000 m出行距离下公园绿地局部整合度的平均值分别为39.921、 106.827, 略低于研究区域道路局部整合度的平均值(44.335、 109.3); 2 000 m出行距离下公园绿地局部整合度的平均值为286.663, 略高于研究区域道路局部整合度的平均值(259.845), 表明公园绿地的局部可达性有较大的提升空间。

图4 桂林市公园绿地局部整合度图

将研究区域道路的局部整合度值通过ArcGIS核密度分析并叠加公园绿地空间位置进行制图(图5), 可直观看出: 不同出行距离条件下研究区域道路局部整合度也呈圈层分布特征, 核密度高值区均集中在老城区, 并向新城区逐渐降低; 随着出行距离的增加, 局部整合度核密度高值区的圈层由老城区逐渐扩大, 分布在核密度高值区的公园绿地不断增多, 表明桂林市公园绿地的局部可达性不断增强; 桂林市公园绿地空间分布与道路局部可达性也存在部分“空间”错位, 核密度较高的北部区域仅分布有泗洲公园(C3), 而南部、 北部核密度低值区则分布有岳山公园(A19)和飞虎公园(B5)、 桂林国家森林公园(B8)、 甄皮岩遗址公园(B3)等3个专类公园。

图5 桂林市公园绿地空间分布与局部整合度核密度关系图

2.3 可达性提升与优化措施

根据前述分析结果, 结合桂林市自然景观环境特征, 建议采取以下优化措施提升公园绿地的可达性: ①完善城市路网空间结构, 即在不破坏山体、 水系的条件下, 对现状道路网梳理与加密, 重点增强老城区水系周边路网的密度, 增加支路, 打通街区内支路与次干道的联系, 避免“断头路”; ②加强公园绿地互联互通, 即通过建设绿道、 绿带、 景观道等, 打通现状公园绿地的连接, 构筑较为完善的公园绿地体系; ③强化蓝绿空间融合通达, 即在山水阻隔地段建设游船码头或景观桥梁、 隧道、 涵洞等, 连接蓝绿阻隔空间, 提供市民、 游客便捷且多样化体验的游憩出行。

为验证上述优化措施的合理性, 将综合优化方案(图6)进行句法测度。结果显示: ①优化后桂林市公园绿地全局可达性有所提升, 整合度平均值为790.334(较优化前690.134高), 而局部可达性提升显著, 500、 1 000、 2 000 m出行距离条件下的局部整合度平均值分别为359.853、 625.552、 779.952(优化前分别为39.921、 106.827、 286.663); ②500 m出行距离时, 可达性提升的公园绿地增加了6个, 其中由二级升为一级的为泗洲公园(C3)、 燕湖公园(C2)和黑山公园(B2), 三级升为二级的为岳山公园(A19)、 芦笛公园(B4)和石家湾公园(C1); ③1 000 m出行距离时, 可达性提升的公园绿地增加了14个, 其中二级升为一级的有穿山公园(A1)、 体育公园(B1)、 狮子岩公园(B6)、 黑山公园(B2)、 泗洲公园(C3)、 燕湖公园(C2)、 瓦窑小游园(D1)等6个, 三级升为一级的有琴潭公园(C4)、 石家湾公园(C1), 三级升为二级的有岳山公园(A19)、 斗鸡山公园(A16)、 南洲公园(A18)、 净瓶山公园(A15)、 芦笛公园(B4)、 甑皮岩遗址公园(B3)等6个; ④2 000 m出行距离时, 可达性提升的公园绿地增加了11个, 其中琴潭公园(C4)、 石家湾公园(C1)、 燕湖公园(C2)、 体育公园(B1)、 瓦窑小游园(D1)的可达性由二级升为一级, 斗鸡山公园(A11)和岳山公园(A19)的可达性由三级升为一级, 桂林中央公园(A13)、 南洲公园(A18)、 桂林国家森林公园(B8)、 甑皮岩遗址公园(B3)的可达性则由三级升为二级。

图6 可达性提升(a)与优化措施(b)

研究结果还表明, 桂林市公园绿地空间结构与形态有待进一步优化: ①在居住空间集中、 道路网较完善的北部区域(八里街)、 东南部区域(高新区)以及西部区域(临桂新城区)等公园绿地分布稀少, 建议结合区域自然山地、 河流湖塘等蓝绿空间建设综合公园、 社区公园或专类公园, “见缝插绿地”建设“口袋公园”或小游园, 以拓展绿色公共空间; ②从建设世界旅游城市视角, 以城市公园、 郊野公园、 自然公园、 风景名胜区、 自然保护区等为核心, 通过绿道、 碧道、 绿环等建设融通山水、 连接城乡, 构筑市民、 游客共建共享, 布局均衡, 覆盖全域的绿色游憩空间体系。

3 结论与讨论

3.1 结论

本文基于空间句法理论, 结合ArcGIS自然断点分级和核密度分析, 从全局可达性与局部可达性两个维度对桂林市公园绿地可达性进行量化评价， 得到了以下主要结论: (1)桂林市公园绿地全局可达性总体较好, 南溪山公园、 七星公园、 木龙湖公园、 体育公园等分布在城市快速路附近的综合公园、 专类公园的全局可达性最高(一级), 表明在机动车出行条件下, 该类公园绿地容易到达; 而分布在老城区的山体、 水系周边的叠彩公园、 榕杉湖公园、 日月双塔文化公园、 伏龙洲公园等综合公园全局可达性最低(三级), 表明在机动车出行条件下, 该类公园绿地不容易到达。(2)桂林市公园绿地局部可达性总体较差, 但随出行距离的增加, 公园绿地的局部可达性逐渐增强。榕杉湖公园、 叠彩公园、 宝积山公园、 芦笛公园、 伏龙洲公园、 日月双塔文化公园等分布在老城区的综合公园、 专类公园在远距离出行时可达性最低(三级), 而在短距离出行时其可达性均有所增强, 表明在老城区, 步行、 自行车、 电动车等出行方式能便捷到达该公园绿地。(3)桂林市公园绿地空间分布与研究区道路的全局可达性、 局部可达性均存在部分空间“错位”现象, 全局可达性和局部可达性高的北部、 西部区域, 综合公园分布很少且没有社区公园; 而全局可达性和局部可达性低的南部边缘区, 专类公园分布相对较多。(4)在通过完善城市路网空间结构、 加强公园绿地互联互通、 强化蓝绿空间融合通达等系列措施综合优化后并量化测度, 桂林市公园绿地的全局可达性有所提升, 而局部可达性则提升显著。

3.2 讨论

城市公园绿地建设是创造美好宜居的现代城市空间的重要基础。在传统规划中, 偏向社会经济意义的宏观空间规划和偏向形态意义的局部空间结构主要依赖于经验判断。基于空间句法的诸多研究表明城市空间组织对市民活动与行为模式的影响是有明确规律的[23]。利用空间句法以空间结构为切入点, 以道路网络为基础, 从空间关系出发对空间结构进行量化评价与分析, 为科学、 合理进行城市公园绿地的规划布局提供理性支持与参考。随着新一代信息技术深入发展, 如何更好地融入POI、 热力图、 街景地图以及游憩者行为偏好等多源数据进行关联分析与综合评价, 探讨其影响因素与机制, 并以此科学、 理性地优化城市公园绿地空间布局还需进一步研究。