基于GIS的城市中心区空间紧凑性的定量研究——以哥本哈根为例

金海燕 宋晔皓 / JIN Haiyan, SONG Yehao

基于GIS的城市中心区空间紧凑性的定量研究
——以哥本哈根为例

金海燕 宋晔皓 / JIN Haiyan, SONG Yehao

空间紧凑性研究是生态城市发展的重要内容，哥本哈根中心城区拥有开放、高密度的紧凑街区布局，连续开敞的公共空间体系，混合多样的功能组合以及由高效便捷的公共交通网、舒适连续的步行系统和自行车道网络组成的城市慢行交通系统，这些因素构成了哥本哈根生态城市的核心。文章利用GIS为辅助工具，对哥本哈根中心城区开放的街区密度、公共空间体系、城市功能分布和慢行交通系统进行了定量研究，总结哥本哈根紧凑城市空间布局的构成要素和构成模式，为紧凑型街区、社区、城市中心区的设计提供参考。

哥本哈根 生态城市 紧凑城市布局 GIS 慢行交通系统 步行友好型城市

1 概述

1.1 研究背景

美国生态学家理查德 · 雷吉斯特（Richad Register，1990）提出“生态城市是紧凑、充满活力、节能并与自然和谐共存的聚居地”。澳大利亚社会活动家戴维 · 恩格维特（David Endwicht，1993）指出“生态城市的出行方式是步行、自行车和大容量公共交通，人与人之间自由地交往却无需担心交通安全和污染。”如今，高度汽车化的城市使得人们出行越来越依赖小汽车。城市无休止地向外蔓延，新建设的街区、社区和一些城市中心区一味追求宏大的尺度与规模，空间布局分散、封闭，功能组成单一，宽阔、超尺度的路网结构既不利于步行也欠缺对自行车道的考虑。这种城市发展模式导致交通拥挤、空气污染、环境质量下降和城市活力缺失。面对上述问题，城市研究者一直试图找到相应的解决策略。其中，“紧凑城市”作为一种城市发展策略，是实现城市生态可持续发展的重要理念。

全球生态城市的典范哥本哈根在促进经济增长和城市发展的过程中，一直重视生态环境和城市可持续问题，被公认为生态和可持续城市发展的先驱（P Næss et al.，2011）。2009年欧洲绿色生态城市评比中，哥本哈根在30个城市中名列榜首。而在可持续生态评价中，紧凑和高密度的城市空间布局是最重要的核心指标之一（吴志强，吕荟，2012）。特别是哥本哈根中心城区保留并延续了中世纪时期紧凑的城市空间布局，这种布局不仅有效地提高了城市的生态性和可持续性，更增强了城市活力、安全和健康水平，为生态城市紧凑性的研究提供了范本。因此本文选择以哥本哈根中心城区为例，对其城市空间紧凑性因素进行量化研究。

1.2 研究现状

目前，西方学者对紧凑城市的研究主要集中在可行性及其在实践中的适应性等问题上，例如迈克 · 詹克斯（Mike Jenks）、伊丽莎白 ·伯顿（Elizabeth Burton）和凯蒂 · 威廉姆斯（Katie Williams，1996）在《紧凑城市——一种可持续发展的城市形态？》（The Compact City: A Sustainable Urban Form？）一书中对紧凑城市理论进行了评价与检测；伊丽莎白 · 伯顿（2010）在《紧凑城市——仅仅是紧凑？》（The Compact City：Just or Just Compact？）一文中分析紧凑发展对于公共交通、缓减社会隔离等方面的积极作用；卡斯特 · T. · 赫斯（Karst T. Geurs）、贝尔特 · 范韦（Bert Van Wee，2006）在《荷兰三十年紧凑发展评估》（Ex-post Evaluation of Thirty Years of Compact Urban Development in the Netherlands）一文中，对荷兰1970～2000年间紧凑城市发展政策的实施效果进行了分析，认为紧凑发展确实有利于限制城市蔓延、抑制小汽车出行并且能够保护生态环境。

国内学者对紧凑城市的研究集中在对“紧凑城市”理论的借鉴、紧凑城市政策的研究、紧凑城市相关测度的研究3个方面。理论借鉴方面，仇保兴（2006）在《紧凑度和多样性——我国城市可持续发展的核心理念》一文中，通过对我国国情的深入分析，提出多样性和紧凑度是实现我国城市可持续发展的核心理念。紧凑城市相关政策研究方面，贺艳华、周国华（2007）在《紧凑城市理论在土地利用总体规划中的应用》一文中，将紧凑城市理论应用于土地利用总体规划中，提出了以高密度开发为准则的规划思想。在紧凑城市相关测度方面，林炳耀（1998）在《城市空间形态的计量方法及其评价》一文中，运用数学和物理方法，分析了城市规划中有关空间形态计量的主要方法及其评价，包括形状率、紧凑度、圆形率、放射状指数等。罗名海（2005）在《武汉市城市空间形态的测度评价》一文中，运用数理统计方法，从偏离度、紧凑度、离散度、放射状指数及出行距离等方面，对武汉市建成区几何形状的集中、分散程度及空间联系便捷度进行定量化测度评价。

通过国内外相关研究发现，对于紧凑城市理论的研究主要集中在城市群和城市规划的宏观层面，而城市街区、社区和中心区等微观尺度紧凑性的定量研究则较少。

1.3 研究方法

图1 研究范围

本文选择哥本哈根中心城区作为研究对象，以GIS（Geographic Information System，地理信息系统）为辅助工具，对其中心城区微观维度的城市空间紧凑性进行量化研究，总结其城市空间构成要素和构成模式，为今后微观维度的紧凑街区、社区、城市中心区设计提供参考。本文研究过程主要分为数据库的获取与建立、数据的综合量化分析两部分。

1.3.1 哥本哈根中心城区空间数据库的获取与建立

本文选择哥本哈根中心城区作为研究对象，研究范围为由安徒生大道（H.C. Anderson Blvd）、北街（Nørregade）、哥塔斯路+新港运河（Gothersgade+Nyhavn）和克里斯蒂安布吉环路（Christians Brygge）4条主干道围合的中心城区（图1）。

此次研究中，空间数据的获取方法包括实地调研、数据收集以及OpenStreetMap（OSM，开放街道图）数据获取，数据类型包含街区功能布局：包括建筑、道路、街区等信息；公共空间体系：包括步行街网络、城市广场、城市院落等信息；城市功能分布：包括商业、居住、办公以及其他功能等信息；慢行交通系统：包括公共交通、自行车、步行、停车场以及其他辅助设施等信息。本次实地调研时间是2013年12月10～17日，作者于哥本哈根中心城区现场观察和实测，收集并记录了路网、建筑空间形态、城市功能、城市交通、出入口、街道家具等基础数据，结合OpenStreetMap，梳理了商铺类型、辅助服务功能分布等细节数据。应用GIS地理信息系统将以上数据抽象为点、线、面3类基本空间要素，以空间数据的形式记录要素的位置、大小、形状、空间形态、附加信息等综合特征，建立基于GIS的哥本哈根中心城区空间信息数据库，并以数据库为基础对微观尺度的街区紧凑性进行量化描述。

1.3.2 空间数据综合量化分析

在完成数据库的获取与整合后，本文利用GIS的分析与统计功能，对街区数据进行综合处理与量化分析。通过对城市空间数据进行量化统计，可以准确描述城市各空间要素的基本特征，得出基于统计数据的结论。

在具体的分析过程中，本文首先对统计分析内容进行定义，计算范围主要包含点、线、面3类基本空间要素的距离、长度、服务范围、比例、密度等空间特征（表1、2）。然后，分别对数据库中与街区布局、公共空间体系、城市功能和慢行交通系统等相关的数据进行分析计算，得出数据结论。最后，对各类统计结果进行综合评价与总结，提取街区空间的基本特征，总结城市空间的布局模式。

2 街区布局

简 · 雅各布斯（Jane Jacobs，2006）认为，城市应该减小街区尺度，增加居民之间的交往与互动；同时应保持较高的居住密度，满足城市多样化的生活需求。小尺度街区有利于形成更多的临街面，丰富街道功能，方便市民在城市中自由行走，减少对机动车的依赖。同时可以增加城市活力，节约能源，减少污染。哥本哈根中心城区布局延续了中世纪的城市形态，由密集的路网、高密度的建筑以及建筑围合成的院落构成紧凑灵活的城市空间格局。道路、广场、建筑与院落构成紧凑街区的基本骨架（图2-a）。

2.1 道路特征

根据道路所承载的交通类型，街道可分为3类：混合街道、共享街道和步行街道（图2-a）。混合街道可同时供机动车、公交车、自行车和步行通行；共享街道可供自行车和步行通行；步行街道只供步行通行。根据调研可得，中心城区混合街道宽度为8～15m，共享街道宽度为6～8m，整个城区道路宽度相对比较狭窄。步行街道包括城市中心的主要步行街和步行支路，宽度为6～10m，其中主要步行街宽度10m。

表1 街区尺度空间要素分析框架

表2 哥本哈根主城区城市空间要素统计

图2 主城区城市结构与空间要素

根据GIS统计OpenStreetMap的道路数据显示，中心城区道路总长度33 861m，道路密度21.32km/km2。其中混合街道总长度为25 986m，道路密度16.36km/km2，占总体道路比例为77%；共享道路总长度2 073m，道路密度1.31km/km2，占总体道路比例为6%；步行街总长度5 802m，道路密度为3.65km/km2，占总体道路比例为17%。中心城区内，十字路口共177个，相邻交通路口之间的最远距离为117.41m，最近距离为16.06m。

根据数据统计总结出哥本哈根中心城区道路特点：（1）街道路网密度大，整体道路弯曲、狭窄、密集、灵活，街道符合“驴行之道”的特点，主要体现在道路数量、道路长度、道路面积、道路密度和布局；（2）根据交通类型明确划分道路种类，承载不同的各类型道路有效连接；（3）城市可及性好，十字路口数量多，路面宽度窄，易于通过、穿行和交流。

2.2 建筑与院落特征

哥本哈根中心城区建筑呈现围合式的布局特征，内院空间作为公共空间系统的组成部分，是街区重要的空间形态，街区内外开敞，内部向庭院开敞，外部向街道开敞。首先，通过GIS对哥本哈根中心城区OpenStreetMap数据计算，城区建筑占地面积627 954m2，建筑密度0.395，建筑高度3～4层，进深11～28m。根据以上数据可得，哥本哈根城区建筑密度较高，进深较大，建筑高度符合人体尺度，院落空间尺度亲切宜人。其次，在道路围合形成的街区尺度中，最大街区面积9 967m2，最小街区面积771m2，平均单个街区面积4 271m2。最大街区围合周长577m，最小围合周长113m，平均围合周长341m。根据数据可得，建筑围合形成的街区尺度非常小，布局灵活、多样、紧凑。另外，中心区共有内院672个，院落总面积171 039m2，其中最大院落面积7 362m2，最小院落面积3m2，平均单个院落面积255m2。数据显示，内院院落平均尺度非常小，密度较高。另外，院落空间尺度与形态变化多样，连续性与灵活性强。

2.3 广场特征

城市公共空间是为市民提供休憩、娱乐、仪式和商业活动的场所，是哥本哈根城市活力的主要承载空间（图3），城市公共空间体系中最主要的组成部分是城市广场（图2-b）。根据GIS数据统计可得，城区共有广场44个，总面积94 007m2，占城区总面积的5.92%。其中最大的广场面积为9 022m2，最小的广场面积仅12m2，可见中心城区广场尺度与形态布局较为多样，空间分布具有非常灵活且不规则的特点。广场通常分布在道路交叉口或大型公共建筑旁边，城市任意一点到广场的最远距离为415.75m，具有良好的可达性。

2.4 沿街出入口

丰富密集的沿街出入口是形成街区空间紧凑性的重要要素之一。为了进一步分析道路出入口的基本特征，本文对哥本哈根步行街和部分非步行街进行了采样分析（图2-c）。根据调研可得，哥本哈根街区出入口主要包括商铺、办公、居住和部分停车入口。其中步行街区中，商铺出入口共751个，平均密度8m/个；入户出入口（办公和居住入口）131个，平均密度15.39m/个；院落入口203个，平均14.82m/个。采样范围内的车行道路中，商铺入口共498个，平均9.82m/个；入户入口165个，平均17.96m/个；院落入口149个，平均19.92m/个。

根据以上数据可得，步行街和车行道沿街出入口非常密集，同时步行街区出入口密度大于车行道路出入口密度，特别是商铺出入口。调研发现，为了增加沿街商铺数量，商铺入口被设置为半地下、平于街面、高于街面地上半层3种形式，有效利用了地下一层、一层及二层的空间（图4），因此沿街商铺入口非常密集。从出入口的布局密度可以看出，中心城区商业的活跃度较高，同时城区内办公、居住功能也占有很大比例，为城市活力奠定了基础。

3 城市功能分布

阿德里安娜 · 施米茨（Adrienne Schmitz）、贾森 · 斯库利（Jason Scully，2006）在《构建步行城市空间——紧凑混合功能的解决策略》（Creating Walkable Places: Compact Mixed-Use Solutions）一书中提出，混合多样的城市功能布局是创建步行城市的基础。哥本哈根形成紧凑性的另一个重要因素是其混合多样的城市功能布局。横向上，城市由教堂、学校，以及不同类型的商业、办公、居住和休憩娱乐等功能组成。纵向上，建筑地下1、2层多数为商业，3层以办公为主，4层多为居住功能。多样化的功能类型分布在一栋建筑中，白天商业、办公有利于城市的繁荣，夜晚有人居住，有利于提高城市的安全性和城市活力。

3.1 居住和办公

居住与办公相结合的城市功能布局有利于城市活力的提升。GIS分析显示，步行街道沿街区域居住和办公共131户，机动车道沿街区域165户，办公空间在城市中分布均匀。哥本哈根旧城城市更新过程中，采取鼓励居民留在中心区居住和工作的基本政策，以延续城市活力。在建筑功能改造方面，建筑的2、3层以办公功能为主，3、4层以居住功能为主。另外，保留建筑外立面，更新内部空间，以适应新的居住需求，例如把小户型相互合并，创造宽敞明亮的大空间，同时更换外窗、室内采暖和排水设施。根据简 · 雅各布斯在《美国大城市的死与生》中对街道的描述，2层以上居住或办公有助于城市安全，在上层居住或工作的居民可以看到街道的景色，晚上居民灯光也有助于城市安全。据统计，1995年夜间城区的灯光数量为6 300户，2005年灯光数量为7 800户。

3.2 商业和休憩娱乐

商业和休憩娱乐功能的丰富性与紧凑性是评价街区活力的重要指标。为了增加街道活力和商铺数量，哥本哈根市政府规定一般沿街商业面宽应为6～8m。商铺进深与建筑进深相同，一般为12～28m，有辅助出入口与后侧院落相连，便于员工和货物出入。商业分布在负一、一层和部分二层。沿街商业入口分成平街层、地下半层和地上半层，最大程度利用地下空间和一、二层空间。功能类型包括商店、银行、餐饮、咖啡、酒吧等。

统计结果显示，中心城区共有商店540间，城市任意一点到商店的平均距离15.03m，商店密度339间/km2。城区中共有餐厅256间，城市任意点到达餐厅的平均距离28.87m。另外，城区中共有银行12家，平均距离71.45m；酒吧60间，平均距离49.18m；咖啡92间，平均距离49.64m。另外，还包括室外咖啡座椅129处（图2-e）。

根据以上数据可知，哥本哈根中心城区的商业和休憩娱乐功能分布非常密集，并且具有多样化的功能类型。其中商铺分布密度大，经营种类多样，达到当地政策规定效果。在城市中，各类城市服务设施的可达性非常好，市民可步行到达各类功能空间，比较便捷（图2-g）。另外，咖啡店及室外咖啡座椅分布密集，显示了城市的咖啡文化（图2-h）。总之，多功能、紧凑的功能布局增加了城市的趣味性和便捷性，提高了城市的安全性和可持续性。

图3 城市公共空间：公共生活场所

图4 共享街道商铺沿街入口

4 慢行交通系统

便捷、安全、紧凑的慢行交通系统是哥本哈根城市生态性和紧凑性的重要要素。加拿大学者马克 · 罗斯兰（Mark Roseland，1997）在“生态城市10原则”中指出，应改革交通方式，创造有利于步行、自行车、轨道交通以及其他除汽车以外的交通方式。慢行交通体系有利于创建安全、方便、舒适的城市生活环境，从而降低对小汽车的依赖，缓解交通拥挤和空气污染现象，减少尾气排放，改善城市环境。哥本哈根中心城区慢行交通系统由步行系统、自行车系统和公共交通网络（包括公交车和轨道交通）构成。调研数据显示，中心城区步行道路网络密度较大，分布紧凑密集，能提供舒适连续的步行环境；自行车道路网络密集连续，有较为充足的停车场地以及成熟的自行车租用系统；公共交通网络较为密集、组织合理。

4.1 步行交通系统

哥本哈根主城区步行系统由密集、连续的人行道网络和步行街两部分构成。城市人行道网络通常布置在主干道双边以及部分共享道路单边，在部分区域与自行车道共享。人行道与步行街有效连接，在中心城区形成了连续、舒适的步道网络。并且，整个人行道网络考虑无障碍通行。根据统计结果，中心城区人行道（包含机动车道两侧人行道及步行街）总长度为63 470m，道路密度39.96km/km2。步行街区域总面积37 652m2，占城区总面积的2.37%。

4.2 自行车交通系统

哥本哈根是世界著名的“自行车之城”，自行车文化是城市的一大特色。这一特色得益于紧凑的城市空间布局以及完善的自行车交通及停车系统。据统计，哥本哈根36%的出行方式为自行车出行。城市中心区可供自行车通行的道路总长度为27 459m，道路密度17.29km/km2，占中心城区道路总长度的81%。自行车道通常布置在机动车道两边，宽度4m，部分自行车道与机动车或步行道路共享。自行车道路网络密集连续，并且通过完善的自行车停车及租用系统形成便捷、密集的自行车交通网（图2-f）。

4.3 公共交通系统

哥本哈根公交体系位居世界前十位，城市公共交通的使用率高达98%～99%。其中穿越中心城区的公共交通包括轻轨、火车和公共汽车。根据GIS统计的数据，中心城区内共有36个公交站点，其中有两个综合转乘站点位于诺里波特（Nørreport）车站和国王新广场（Kongens Nytorv）。相邻站点之间的平均距离为63m，公交站点非常密集，可达性较高。通过GIS对公交站距离的分析，城市任意一点到达最近公交站的距离不超过450m，其中绝大部分区域与公交站的距离在150m以内（图2-d）。另外，城市公交体系与步行街和商业紧密结合，公交站点周围有密集的商业和便捷的停车场，可供自行车和汽车停车，还设有供步行停留休憩的广场。整个公交系统中，公共交通、轨道交通和停车场形成了密集的公交路网。

4.4 停车场地

中心城区的停车场地按位置可分为路边停车场和集中停车场，按类型可分为机动车停车场、自行车停车场以及自行车租赁处。根据统计数据，中心城区中机动车停车场共27个，两个相邻停车场之间的最大距离为173.17m，最小距离为11.95m，停车场之间的平均距离仅74.15m，单个停车场的平均辐射面积为43 681m2。自行车停车场地共188个，相邻场地之间的最大距离为251.65m，最小距离为3.88m，平均距离仅35.83m，单个自行车停车场的平均辐射面积为8 243m2。从统计结果可以看出，中心城区停车场呈分散式布局，停车场分布在城市的各个区域，形成密集的停车网络。这种布局有效增加了停车的便捷性，降低停车碳排放。

5 结论

本文根据对哥本哈根中心城区的定量统计结果，总结了紧凑街区的基本要素与特征。

（1）高密度的街区布局

根据统计结果可得，中心城区街区布局呈现高密度、小尺度的基本特征。其中，密集的道路系统、高密度与小尺度的建筑与多重院落、多样分散的城市广场、高密度的沿街出入口是城区布局形态的基本特征。在道路布局方面，城区道路面积占城区总面积的比例达57.43%，步行道路宽度仅6～10m，整个街区呈现出丰富、狭窄、灵活的路网特征。在建筑与院落布局方面，平均单个院落面积为255m2，平均单个街区面积4 271m2，建筑与院落尺度较小、分布密集且层数较低，形成宜人的空间尺度。城市广场形成分散的灵活布局，城市任意一点到广场的最远距离为415.75m，具有良好的可达性。另外，沿街出入口功能复合且密度极高，在步行道路上，出入口的平均密度达5.72m/个。

（2）复合高效的城市功能

在中心城区，城市功能呈现混合、分散的布局形式，总体布局形式特征可以归纳为两方面：其一，在垂直层面上，自下而上形成商业、办公、居住3类功能的混合布局，垂直混合布局有利于提升街区活力，降低交通需求与能源消耗，同时有助于提高街道安全；其二，在水平层面上，商业、休憩娱乐和辅助功能呈现出明显的混合与分散分布特征，各个城市功能具有良好的步行可达性，其中城市任意一点到商店的平均距离为15.03m，到餐厅的平均距离为28.87m，到银行的平均距离为71.45m，到咖啡店的平均距离为49.64m，各功能类型均具有极高的步行可达性。

（3）高效可持续的慢行交通系统

密集的步行、自行车及公交系统，是城区交通系统的主要特征。根据数据统计结果，哥本哈根中心城区自行车道路密度17.29km/km2；人行道道路密度39.96km/km2，慢行道路路网密度较高。发达的步行及自行车路网系统提供高效与多样的出行选择，有利于减少能源消耗及交通碳排放。同时，城区公交系统较为发达，城市任意一点到达最近公交站的平均距离为63m，具有良好的步行可达性。另外，城区中停车场以分散布局为主，停车场之间的平均距离为74.15m，平均辐射面积为43 681m2，分散布局有利于减少停车碳排放，形成高效可持续的交通系统。

[1] Register R. Rebuilding our cities[J]. Earth Island Journal, 1990.

[2] Engwicht D. Reclaiming our cities and towns: better living with less traffic[J]. Neighborhoods, 1993, 1(3).

[3] P Næss, A Strand, T Næss, et al. On their road to sustainability?[J]. Town Planning Review, 2011, 82(3).

[4] Mike Jenks, Elizabeth Burton, Katie Williams. The compact city: a sustainable urban form?[M]. London: Routledge, 1996.

[5] Burton E. The compact city: Just or just compact? A preliminary analysis[J]. Urban Studies, 2010, 66(37).

[6] Geurs K T, Wee B V. Ex-post evaluation of thirty years of compact urban development in the Netherlands[J]. Urban Studies, 2006, 43(43).

[7] Scully J Y, Schmitz A. Creating walkable places: compact mixed-use solutions[J]. Planning & Design, 2006.

[8] Roseland M. Dimensions of the eco-city[J]. Cities, 1997, 14(4).

[9] 吴志强, 吕荟. “欧洲绿色之都”评选与城市可持续性评估的思议[J].上海城市规划, 2012(6).

[10] 仇保兴. 紧凑度和多样性——我国城市可持续发展的核心理念[J]. 城市规划, 2006(11).

[11] 贺艳华, 周国华. 紧凑城市理论在土地利用总体规划中的应用[J]. 国土资源科技管理, 2007, 24(3).

[12] 林炳耀. 城市空间形态的计量方法及其评价[J]. 城市规划学刊, 1998(3).

[13] 罗名海. 武汉市城市空间形态的测度评价[J]. 新建筑, 2005(1).

[14] 简·雅各布斯. 美国大城市的死与生[M]. 南京：译林出版社, 2006.

2016-07-30

A QUANTITATIVE STUDY OF CITY CORE SPACE COMPACTNESS BASED ON GIS: A CASE STUDY OF COPENHAGEN

The research of city space compactness is an important part of eco-city development. Copenhagen city core is composed of open and high-density layout, continuous public space, multifunctional urban structure and slow transportation system, which includes public transport network, pedestrian and bicycle system. These elements are main features of Copenhagen central city. This study makes use of GIS analysis tools to quantitatively estimate street density, public space system, urban function distribution and slow transportation system. This paper draws a conclusion on the main elements and layout in compact city to provide urban design reference for compact block, community and city center design.

Copenhagen, Eco-city, Compact City, GIS, Slow-traffic System, Walkable City

金海燕，博士研究生，清华大学建筑学院

宋晔皓，教授，清华大学建筑学院