基于空间句法的大学校园空间结构研究——以中国科学院大学雁栖湖校区为例

曹羽 CAO Yu

中国科学院大学建筑研究与设计中心

1 研究背景和目的

空间既是人类社会活动的载体，也是人类社会发展的产物，是连接建筑功能与社会意义的纽带。社会的发展与变革、使用者的行为习惯以及设计者的规划等都对空间的演化起着重要的作用。反言之，空间对人和社会的发展起着引导作用，一种空间布局同时表达和塑造着一种社会模式[1]。空间、人和社会三者之间是辩证统一的关系。三者之间的相互作用始终存在于空间的演化过程中，使“空间作为一种物质性布局从而获得了一种社会逻辑”，并逐渐演化出结构上的特征——空间的演化是一个逐渐结构化的过程[2]。空间结构可理解为在各个空间所组成的系统中，空间与空间之间相互联系和作用的方式，也就是空间系统的骨架。研究空间结构是探索空间演化的核心问题，对设计工作具有重要意义。

校园空间的演化是一个更加系统化和结构化的过程，并且这个动态的过程充满着变化和不确定性。大学校园作为学生及老师生活、学习和工作的载体，从本质上讲，构成了一个微型社会。随着大学与城市的边界被不断弱化，很多大学如今已经发展成为一个小型城市。这些因素使得大学在一定程度上具备了城市的某些特征和属性。因此，空间句法等城市学科的理论及研究方法可以应用于大学校园空间的研究，提供更为宏观的分析视角和研究范式。

本文运用空间句法分析了中国科学院大学雁栖湖校区的空间结构，并对初始规划的空间结构与现状空间结构进行了对比研究，以此探索校园空间内在的运作机制，以期为后续的规划和研究提供参考与借鉴。

2 理论基础：空间句法

空间句法始于20世纪70年代，由英国伦敦大学学院巴特莱特建筑学院的比尔·希列尔教授（Bill Hillier）首先提出。它是基于建筑学、城市科学、拓扑学、社会学、语言学以及数学等跨学科研究而发展出的用拓扑关系诠释空间关系的建筑和城市理论以及研究方法，并以此探究空间的构成机制、运作机制以及空间与社会、空间与人之间的关系。希列尔团队进一步开发出了专门的分析软件，实现了对空间性质的量化分析和评估。空间句法目前有四种计算方法，轴线计算、凸空间计算、视域计算和线段计算，通过整合度、选择度、可理解度等一系列参数的计算结果对空间结构进行量化表征。

3 案例分析：中国科学院大学雁栖湖校区

3.1 空间结构的初始规划

中国科学院大学雁栖湖校区坐落于北京市怀柔区怀北镇南部，是中国科学院研究生院的新校区。校园北侧为军都山，西侧为虎山，东侧为龙山，并紧邻西南侧的雁栖湖，自然条件极佳[3]。整个校园由京加快速路分隔为东西两个校区，其中西区校园北侧为学生宿舍区和运动场地，中部为教学区，南侧为图书馆和行政综合区；东区校园北侧为体育馆、游泳馆和礼堂，南侧为教学区、学生宿舍区和运动场地（图1）。

在初始规划阶段，设计者将东西两个邻接的地块规划为校园空间结构的中心，形成贯通两个校区的主轴线，并在主轴线上规划校园的礼仪性空间。从校园的主轴线出发，在两个地块内结合地形分别向南北延伸出次轴线，再沿次轴线规划下一级尺度的建筑组团。以此由大到小、层层递进，形成主次复合、多中心的校园空间结构[4]。

3.2 空间句法分析

本文对案例校园进行轴线分析和凸空间分析，并选取西区校园的学生宿舍区和东区校园食堂以南的区域作为关键点进行视域分析和Agent分析（图2）。分析软件选用Depthmap，以整合度和选择度为主要参数对图形进行分析，颜色越趋向于红色，参数值越高，越趋向于蓝色，参数值越低。

3.2.1 西区校园空间结构：街巷制

在校园全局轴线整合度和选择度方面，西区北面的宿舍区中间轴线的整合度和选择度较高，形成了“中心街”的布局形式，并作为核心空间控制整个宿舍区（图3，4）。通过实地调研得知，“中心街”人流聚集，中心性很强。南侧教学区有两条整合度和选择度很高的南北轴线，一条位于东面的边界处，一条位于中间偏西侧，形成了两条主街；另有四条东西走向的轴线参数值也较高，但低于上述两条南北轴线，形成次街。四条东西轴线将两条南北轴线串联，形成教学区的空间骨架控制着该区域。实地调研得知，上述两条南北轴线是宿舍区通往教学区的两条主要道路，人流量较大。另外，在宿舍区和教学区的交界处有一条东西走向的轴线，整合度和选择度都很高。这条轴线对应的道路连接着西区的次入口，附近汇集了食堂、羽毛球馆、健身中心、超市、商业店铺、快递收发站以及校车停靠站点等功能空间，人流往来频繁，形成了一个繁华的公共活动中心，是宿舍区和教学区的重要连接和过渡空间。西区校园与城市街巷生成的方格网非常类似，是“街巷制”的空间结构。

1 校园总平面图

2 重点研究区域及其空间骨架

3 校园全局轴线整合度

4 校园全局轴线选择度

5 西区校园凸空间整合度

6 西区校园凸空间选择度

7 西区校园宿舍区视域整合度

8 西区校园宿舍区Agent 人流模拟

9 东区校园南侧区域视域整合度

10 东区校园南侧区域Agent 人流模拟

11 东区校园凸空间整合度

12 东区校园凸空间选择度

在西区校园凸空间整合度和选择度方面，教学区两个南北走向的主街参数值很高，宿舍区“中心街”的参数值也较高。这个计算结果进一步验证了前面的轴线计算结果。而西区校园学生宿舍区视域整合度的计算结果和Agent人流模拟也愈加说明了“中心街”这一形制（图5～8）。

3.2.2 东区校园空间结构：放射状

在东区校园凸空间整合度和选择度方面，数据显示食堂周围的区域参数值很高，以食堂前广场为中心，呈放射状联系着北侧教学区、西侧教学区和东侧宿舍区。这种空间结构和放射状的城市空间结构非常类似。而食堂以南区域视域整合度的计算结果和Agent人流模拟也进一步验证了东区校园放射状的空间结构（图9～12），食堂前广场起到了城市中心广场的作用，从校园空间角度看，是东区校园的核心。

3.3 空间句法分析结果与初始规划的对比研究

初始规划的空间结构是设计者基于设计思想和经验而进行的设计实践，但由于空间演化是一个持续的过程，并且空间系统具有复杂性，因此实际的空间结构往往与初始的人为规划之间存在着一定的差异，空间句法为分析两者间的差异及产生原因提供了手段。

3.3.1 西区校园的对比研究

空间句法分析得出的空间结构与初始规划的空间结构基本一致。教学区中间的主街连接着学生宿舍区的“中心街”，南北贯通，形成了初始规划的次轴线。实地调研发现，该轴线所经区域正是学生通行和校园活动最集中的区域。在平时上下课时间段，通行人数最多；在周末，校园的社团活动也都在附近。初始规划的轴线形成了连贯的空间序列，促成了人的活动在空间中的聚集。

3.3.2 东区校园的对比研究

通过空间句法计算和实地调研发现，东区并没有像西区一样形成初始规划的轴线空间结构，而是围绕食堂前广场放射状地发展。究其原因，一方面是原有基地坡地较多，设计过程中将其保留并加以利用，形成了现状的坡地景观，而这些景观都是成片存在，尤其在教学区和宿舍区之间的过渡区域，形成了大片的块状绿地，这个位置也是初始规划的轴线位置所在，绿地的片状分布使得东区校园没有形成中心性很强的轴线；另一方面，东区校园的学生宿舍区、教学区和食堂三个主要功能区块是围合布局，这使得使用者的行进流线为环形，围绕的中心为三个功能区块之间的区域（食堂前广场），这也验证了前面的分析结果。从空间角度看，食堂前广场具有明显的向心性。

3.3.3 校园边界道路的对比研究

在空间句法的计算中，两个校区的边界道路轴线整合度都很高，但实地调研中这些校园的边界区域并没有形成明显的人流和公共活动的聚集。究其原因，校园的边界道路与两个校区之间的城市干道京加路相连，京加路是整个地块区域的主要道路，便捷度很高，计算出的整合度也很高，而与之直接相连的校园边界道路仅仅增加了一个拓扑深度，因此便捷度也较高，计算出的整合度也较高。这种区域的主要道路和与之直接相连的道路具有高整合度的现象在很多城市分析的案例中都会出现，被称为“条带效应”[5]。

3.4 空间句法分析结果与现状的差异研究

经分析可知，空间句法的分析结果总体上和校园空间的现状相符，但二者仍存在差异。整合度是空间句法中的一个核心参数，因此以下以整合度为例，研究空间句法分析结果与校园空间现状的差异。

整合度是基于空间节点之间的连接而定义的一个数学概念，用以表示空间的可达性，因此空间句法更侧重于表达空间中是否产生了人和活动的聚集。而实际情况中，空间是否产生了聚集效应不但与空间的整合度有关，还与空间的功能模式、使用者的类别、空间中是否有吸引人流的要素等多方因素相关，这也体现了空间系统的复杂性。因此，整合度所定义的可达性并不能完全等同于空间实际的可达性。例如，在校园边界道路的分析中，空间句法的计算整合度与实际情况存在明显差异。整合度需要进一步加权其他影响空间性质的因素，如空间的功能、吸引力等。

空间句法作为一种理论和研究方法，建立的前提是对真实世界的抽象和简化，目的是实现对真实世界的最大化模拟。因此，空间句法的运用是对真实世界的一种无限趋近的表达，但非等同。这是设计者在使用空间句法时必须要认识到的。

4 结语

本文研究的中国科学院大学雁栖湖校区地处城市的新建开发区，是个年轻的校园，后续随着校园自身和周围城市区域的不断发展，校园与外界环境的物质、能量和信息交换会越发频繁，空间系统内部的相互作用也会越来越复杂，这是校园空间系统由简单到复杂的演化过程。希望本文的研究结果能为校园未来的规划和发展提供有益的帮助。

空间句法将空间的研究从定性分析拓展到了定量分析，并提出了量化的方法，有效地实现了对空间发展的分析和预测，同时也为设计者提供了一种新的设计思维模式，使设计者能从不同的视角思考建筑和城市问题。但空间句法的分析方法毕竟是一种抽象的逻辑算法，而空间结构所展现的社会结构是具体的，正如前文所述，空间句法的运用是无限趋近地模拟真实社会，却无法完全等同，因此其分析结果存在着一定的片面性，这也是空间句法计算方法的的局限性。所以，设计者应该正确运用这一手段，既要尊重空间的发展规律，也要及时干预和把控，将人的设计这只“看得见的手”和空间的内在逻辑这只“看不见的手”科学合理地统一。