市郊村落外部空间的参数化类型研究与设计*—— 以福州市厚美村为例

陈家炜 张兵华 李家俊 林宛静 林志森 CHEN Jiawei, ZHANG Binghua, LI Jiajun, LIN Wanjing, LIN Zhisen

1 研究背景

1.1 市郊村落“在地城镇化”背景

在快速城市化的进程中，伴随着城市向农村的扩展，城市的外围地带形成了一种城市到乡村的过渡区域，即城市边缘区[1]。城市边缘区是城市扩张进程的产物，也是城市建设过程中矛盾最突出、最复杂的特殊区域。在这种城乡混合的空间结构中，存在着大量的市郊村落，它们承载着当地独特的历史文化资源，又具有优化城乡关系的特殊潜质，是物质文化遗存和非物质文化遗存有机融合的独特载体[2]。然而，这些村落在城市的扩张中面临转型或湮灭的困境，其蕴含的历史文化遗产也难以得到传承和发扬[3]。

在建设新型城镇化的进程中，我国基于人口众多的国情，提出农村“在地城镇化”作为新的发展模式：通过改善生产就业、人居环境等方式，实现农村人口的就地非农化就业和市民化[4]。市郊村落通过“在地城镇化”，能够避免片面、单一的推倒重建的发展模式，对现有建成空间环境进行渐进式的微更新，保留村落特有的空间格局和历史文脉，这不仅是实现当代转型的实际需要，而且是城市发展与村落保护协同发展的必然要求。

基于上述背景，本文以福州市闽侯县厚美村为例进行设计研究。厚美，古称“洪洲”，是张姓祖先从元朝至正四年由南通泽苗到此拓荒而形成的聚落[5]。厚美村地处闽江分流地段入口，与福州市中心一衣带水（图1），是市郊村落的一个典型代表，在新一轮的福州城市规划中面临着保护与发展的两难困境[6]。

图1 厚美村区位概况Fig.1 the location of Houmei Village

1.2 厚美村外部空间现状

传统建筑学理论一直在对空间特征的表述进行探索。美国学者罗杰·特兰西克（Roger Trancik）总结20世纪以来基于传统城市设计的理论和硏究，针对城市物质空间提出了三类城市设计理论模型，其中之一就是图底理论（figure ground theory）[7]。图底理论基于黑白二维图示讨论城市空间形态，以黑色或者白色指代建筑或建筑之间的空间[8]。村落的整体平面特征亦存在着黑白二维的图底特征关系，而村落的外部空间即是村落图底关系中的白色部分，它是未被实际体量占据的，由现有的建筑、构筑或自然物围合而成的，建筑实体以外的开放空间（图2）。外部空间作为村落物质环境中的重要一部分，能创造出满足人的意图和功能的积极的空间[9]。由于村落生活极具“地方性”特点，人们聚村而居，终老是乡[10]，因此，村落的外部空间成为了人居文化遗存的重要组成部分，是村落历史演变的产物和村落公共生活的物质载体，更是实施乡村振兴战略的重要资源[11]。

图2 厚美村图底关系图Fig.2 the figure and ground of Houmei Village

近几年，随着福州城市的迅速扩张，厚美村开始受到一系列外部力量的侵蚀，过去具有传统活力的村落外部空间开始衰败。基于厚美村中的田野调查发现：村民由于专业知识的缺乏，其自发的扩建、滥建行为导致外部空间遭受破坏。通过空间构型量化研究发现，其消极现状的本质是空间使用现状与空间内在属性不匹配，例如在较为开放的空间进行垃圾堆放和杂物闲置，而在较为私密的空间进行售卖等公共活动，这些无意识的行为最终使村落呈现出空间利用率低，环境脏乱差甚至安全隐患突出的消极状态。见微知著，这种恶劣的环境条件也是其他市郊村落所面临的相同困境：外部空间的衰败阻碍了的土地资源的保护和集约利用，不利于空间格局的优化和人居环境的营造[12]，在一定程度上成为村落实现“在地城镇化”过程中物质空间提升的桎梏。

因此，深刻认识村落外部空间各要素的构成逻辑关系、形态演变规律，辅以客观的工具手段、专业的理性方法引导村民对村落外部空间进行优化更新，是村落外部空间环境提升的前提与基础，能够为市郊村落“在地城镇化”背景下物质环境的提升提供有益的借鉴参考。

2 外部空间类型研究与模型构建

2.1 外部空间的类型化

市郊村落的外部空间作为研究对象，具有多样性、复杂性、大量性等特点。因此，本设计研究在第一步，先利用类型学的方法对村落的外部空间进行分类。类型学方法的引入和应用，主要基于以下两方面的考虑：一方面，村落外部空间形态各异，数量庞大，如果回到每一处空间内部进行调查研究，会消耗大量的人力物力。类型学可以对现状中的各种形态要素进行简化、抽象和还原，归纳、总结出内在的共性问题，建立从物件到建筑的构形方法[13]；另一方面，目前村落内部土地权属问题复杂，村落内部的建造活动自下而上进行，其建造的主体仍旧是当地的村民，具有专业知识的建筑师不可能进入到每一处外部空间进行建造实践。建筑师运用专业的空间组构知识，对村民无法意识到的空间内在属性进行分类与归纳，可以对村民的建造活动进行专业上的方法论引导。

2.2 变量选择与直角坐标系模型建立

空间是物质存在的一种客观形式，克里斯多弗·亚历山大（Christopher Alexander）的《建筑模式语言》一书较为看重空间诸多特质中的三个：空间的尺度、空间的关系和空间的边界[14]。在村落外部空间中，空间的长度（平面形态）、宽度（平面形态）、高度（竖向形态）决定了空间的尺度和空间的边界，外部空间所处的位置则决定了空间的关系。基于此，本研究通过列举、对比现实中影响空间性质的多种变量，筛选、提取了能反映村落外部空间组构特点的三个核心变量：空间相对于村落的位置、空间内部的平面形态、空间内部的竖向形态。在这三个变量的控制之下实现对外部空间的分类。

研究基于这三个基本变量，研究建立参数化空间直角坐标系作为外部空间的分类模型，依次定义三个变量为X（空间相对于村落的位置）、Y（空间内部的平面形态）、Z（空间内部的竖向形态）。在该空间直角坐标系模型中，某一个P坐标点（X，Y，Z）即代表某一种特定属性的空间类型，直角坐标系内所有坐标点涵盖了村落中所有类型的外部空间。至此，可将村落内的外部空间划分为（X*Y*Z）种的空间类型（图3）。

图3 外部空间参数化直角坐标系Fig.3 rectangular coordinate system of exterior space variables

3 外部空间的两次转译与设计表达

基于上述的分类方法，本设计研究通过对X、Y、Z三个变量进行空间的属性化转译，并利用空间量化工具对每一个空间属性进行数值量化，在此基础上，引入模块化的框架建造体系，将量化的空间属性再一次转译为可视化的建造目标，从而为每一种类型的外部空间提出与其相对应的设计策略。

3.1 第一次转译：空间变量的属性描述

对于空间相对于村落的位置、空间内部的平面形态、空间内部的竖向形态三个变量，研究通过空间的组构逻辑，将它们进行第一次转译，得到三个向度的空间属性描述：多义性（ambiguity）、开放度（openness）、围合感（envelopment）。

3.1.1空间相对于村落的位置：多义性

空间相对于村落的位置，直接影响空间的开放程度。当空间位于村落的核心位置（如村落广场、活动中心或村落主路）时，该空间对于整个村落系统的公共性是越强的，空间内部的活动应是面向村落的，功能多样的集体活动。柯林·罗（Colin Rowe）在《透明性》（Transparency）一书中认为，多功能空间的叠加产生了现象学上的透明性，即多义性[15]。显然，空间相对于村落的位置反映的是空间对集体活动的包容和接纳程度，故采用多义性进行描述。

3.1.2空间内部的平面形态：开放度

空间内部的平面形态主要取决于空间平面的围合、阻挡情况，大体可以分为封闭、半封闭、半开放、开放等形式。当平面受到较少的阻隔、遮挡时，空间对外界较为开放；当平面受到周边物体的多重围合时，空间对外界较为封闭。因此，本研究使用开放度描述空间内部平面形态的内在属性。

3.1.3空间内部的竖向形态：围合感

个体由于自身生理特点，对空间内部竖向形态的感知，主要取决于空间的范围以及围合这个范围的周边建筑的高度，二者共同作用产生的比例关系形成个体所能感知到的围合感，正如芦原义信在《街道的美学》中运用空间理论来分析街道的尺度所说：当竖向形态是一个合理的比例关系时，空间尺度较为亲切，能够形成宜人的围合感[16]。因此，研究将空间内部的竖向形态转译成围合感这一空间属性。

3.2 空间属性的数值量化

空间句法是由伦敦大学巴特莱特建筑学院教授比尔·希列尔（Bill Hillier）等人创造[17]，用来定量描述关于人居空间结构，研究空间形态与人类社会之间相互关系的理论和方式。它通过拓扑计算的形态变量来量化描述空间构形。其中基础的变量有连接值（connectivity value）、控制值（control value）、深度值（depth value）、集成度（integration value）等[18]。本研究使用空间句法中的道路集成度和视线深度两个变量，分别对多义性和开放度进行量化；同时引入日本建筑师芦原义信在街道设计理论中的宽高比（aspect ratio）这一变量对围合感进行量化。和仅仅借助单一参数对空间进行量化分析相比，通过三个参数同时对于空间类型进行变量控制，可以在一定程度上降低某一变量过大的权重影响、避免片面依赖某一变量所带来的技术算法局限，使最终的类型是三个变量相互制约、修正所产生的结果。

3.2.1道路集成度

道路集成度表示某节点与整个系统内所有节点联系的紧密程度。某一道路集成度数值的大小，表示该道路在村内路网系统中，与其他道路的联系程度紧密程度。因此，该数值也能反映出与该道路相连的开放空间是否具有多义性。根据空间句法软件depthmap的计算结果（图4），将X轴按照集成度数值梯度分为X=0（空间未与村落道路直接相连）；0＜X≤0.4；0.4＜X≤0.8；0.8＜X≤1.2四阶，作为对空间多义性的量化。3.2.2视线深度值

图4 厚美村现有路网的道路集成度图Fig.4 integration value of Houmei Village

视线深度值深度值表达的是节点在拓扑意义上的可达性，即节点所处的空间在整个空间系统中的便捷度，其数值能够反映出空间内部的开放度。根据空间句法软件depthmap的计算结果（图5），将X轴按照深度数值梯度分为0＜X≤1 000；1 000＜X≤2 000；2 000＜X≤3 000；3 000＜X≤4 000四阶，作为对空间开放度的量化。

图5 厚美村某一外部空间的视线深度图Fig.5 depth value of some exterior space in Houmei Village

3.2.3宽高比

鉴于空间句法只能量化空间的平面形态这一局限性，研究引入宽高比这一量化指标，对空间的围合感进行衡量。空间内部的宽高比数值的大小，表示空间内围合的强弱，决定了空间整体给空间内部的人造成的心理感受。将Z轴按照宽高比数值分为Z≤1；1＜Z≤2；2＜Z≤4；4＜Z四阶，作为对空间围合感的量化。

至此，本研究基于细分程度的可操作性，使用定量分析工具可得到4*4*4即64种类型的外部空间（图6）。

图6 64种类型的空间的坐标划分Fig.6 64 types of exterior space

3.3 结构选型

哈耶克将社会秩序分为自发秩序和人为秩序[19]。和城市自上而下的人为秩序相比，自发秩序是中国乡村突出的场域特征，它是人们基于天然联系、价值共识和行为规范，并经历史沉淀和检验而自发生成的秩序，内部具有地域性、规范性和调适性等特征，同时能与外界保持良性互动，是一种增长的、包容的和有效的秩序[20]。基于对这种自发秩序的尊重和维护，研究试图在村落外部空间引入一种具有潜在应用能力的结构形式，它能够提供一种开放、系统且富有弹性的设计策略，不同于常规的趋于静态结果的具象形态设计，而是让最终结果成为建筑师和使用者共同产生的一种合力，实现空间理性认知和单元结构秩序指导下村民基于自发秩序的多样性表达。

结构形式以3.6 m * 3.6 m * 2.7 m的框架结构为基本单元，单元间可以自由进行模块化组合（图7）。3.6 m * 3.6 m * 2.7 m的尺度一方面能够保证人在最小模块单元内部活动时具有较好的舒适性（满足人体工程学中的展臂、转身、跳跃等尺度要求），同时可以满足工业化的模块生产的标准（目前国际上多以美国标准为参考：模块宽度最大值为 3.96—4.88 m（极限）；模块高度最大值为 3.66 m[21]）。在此基础上，村民可以根据生活习俗、功能需求、审美倾向、邻里亲疏等实际因素，基于这种结构进行杆件、板片等构件的二次填充，构建村民的心理归属感和文化认同感[22]，同时其模块化的整体形态也能根据具体的场地边界进行自适应调整，它既有利于建立合理的模块化“设计—建造”系统模型，从而实现真正意义上的专业设计与村民建造相互结合[23]，又具有在时间推移和场景切换的过程中不断调整和变化的能力，从而避免村落改造“千村一面”的情况发生[24]，可以广泛应用于中国现有的多样、复杂、大量的市郊村落的外部空间的更新，最终使得建筑学的思考和行动进一步融入到乡村的时代演变之中[25]。

图7 特定的模块化框架结构Fig.7 specific modular frame construction

3.4 第二次转译：空间数值的可视形态

在引入框架结构之后，通过对第一次转译得到的三个空间属性，进行第二次转译，形成控制框架结构实际物理形态的三种变量：竖向层次（vertical hierarchy）、结构密度（structure density）、相对数量（relative quantity）。其中，竖向层次表现为框架结构的层数，结构密度体现在框架体系中结构柱的数量，相对数量则是体系中单元体的数量，在三种变量的共同作用下，使其形成适用于某一种特定空间类型的特定的框架结构。

3.4.1多义性：竖向层次

空间多义性表示多种功能空间的叠加程度。多义性越强，功能越多样，使用人群更加复杂，空间也具有更深的叠加程度。通过改变框架结构的竖向层次，产生不同层数下水平空间和竖向空间的渗透和叠加程度（表1）。

表1 多义性图解与竖向层次关系图Tab.1 relations between ambiguity diagram and vertical hierarchy

3.4.2开放度：结构密度

诺伯舒兹（Christian Norberg-Schulz）强调建筑空间应当契合场所精神，顺应它的气质[26]。研究将空间的开放度转译为框架系统的结构密度，根据空间开放程度进行结构密度的调整，让公共的空间更加公共，私密的空间更加私密，从而使村落的外部空间从模糊无序形成梯度分明的序列，契合其所在的场所特征（表2）。

表2 开放度图解与结构密度关系图Tab.2 relations between openness diagram and structure density

3.4.3围合感：相对数量

奥地利建筑师西特（C. Sitte）认为开敞空间的尺度需要有合理界限，在该范围内人体视觉角度约为25°≤a≤45°[27]。为了使人在框架结构内部活动时获得舒适的视觉视角，框架结构的范围会根据周边建筑的竖向高度做出相应调整。围合感弱的地方，空间较为开敞，单元体数量相对较多；围合感强的地方，空间较为封闭，单元体数量相对较少（表3）。

表3 围合感图解与相对数量关系图Tab.3 relations between envelopment diagram and relative quantity

3.5 两次转译过程的参数化表达

由上文所述，为了得出三个变量共通作用下的的转译结果，以及体现其分别与三个坐标轴存在逻辑上的相关性，本设计利用了grasshopper等参数化建模软件，通过X、Y、Z三个梯度分别对建造单元体的竖向层次、结构密度和相对数量进行影响因子的控制，进而表达转译过程以及最后的转译成果（图8）。转译过程使用参数化软件表达的优势如下：其一，使转译过程更加具有逻辑理性。观者可以比较直观的了解相关参数如何一步步影响转译，从而得到最后的转译结果；其二，使研究更具推广意义。随着相关研究的深入，不管是坐标轴的量化细分，还是相关参数的优化调整，都可以基于该参数化模型进行修改与应用，从而得到相同逻辑下不同需求的转译结果。

图8 参数化软件的运算过程和运算结果的优化表达Fig.8 optimized expression of parameterization

4 厚美村“点式切入”的设计实践

4.1 示范点的分析与确定

基于上述的研究结果，以福州市厚美村为例进行设计实践。根据上文所述得到的64种空间类型，选取较具有代表性的8种空间类型在厚美村中进行设计实践。这8处实践地点的选择，一方面基于村中的田野调查，可得这几处外部空间的现状较为消极，使用率低，其周围又存在具有相应空间需求的村民活动（如晾晒、棋牌、售卖、种植等村落典型的外部空间行为），但是这些活动并没有品质较为理想的空间载体；另一方面基于前文所述的参数化分析，通过道路集成度、视线深度、宽高比三个维度的参量对8处实际外部空间进行量化评测，归纳、抽象、还原其空间类型的本质特征（表4）。

表4 福州市厚美村八个示范点的选址及其空间类型分析Tab.4 site selection of eight demonstration sites and their spatial type analysis in Houmei Village

4.2 示范点的设计与表达

首先，基于上文所述的空间转译方法，为村中的每一处示范点确定与其空间类型相匹配的实际建造的结构形式；其次，回到空间所处的具体情境，对空间周边厚美村村民的行为活动进行进一步的实际调研，明确更加具体的空间需求，例如空间类型（1，1，1）周边现有的晾衣、小憩、种植等行为；进而，基于调研结果对框架结构进行实际的功能性填充设计，匹配空间形式和空间行为，密切二者之间的关联度，例如空间类型（1，1，1）中加入围合条凳、廊架凉亭等满足村民需求的构件；最终，得到适用于所选的8处外部空间更新改造的特定建造结果（表5）。这八个方案作为本文研究方法的一种设计实践，旨在借助小尺度、渐进式的“点式切入”更新方式，对厚美村村民的自发性建造行为起到示范和引导的作用，以点带面，借此引发其周边环境产生相应变化，作为重塑厚美村村落面貌、提高村民生活质量的物质前提。

表5 福州市厚美村八个示范点的设计表达Tab.5 the design expression of eight demonstration sites in Houmei village

5 结语

外部空间的二次转译表达，从空间变量属性的量化抽象描述到空间数值的可视形态与参数化表达，是一个将现实环境特征抽象化进行特征信息类型化处理加工，再将空间特征规律进行信息加工输出并重构现实空间形态的过程。这体现了建筑师的工具理性和思维理性，也为外部空间的优化提升提出具有指导性的设计策略。将村民无法认识到的空间内在属性转化成可视化、易操作的建造目标，引导村民基于村落的事实理性，对失序的外部空间进行重构，通过空间设计的手段促进村落土地利用的优化和公共空间品质的提升。当下，城市化进程方兴未艾，深刻认识市郊村落的外部空间的构型要素特征、内在逻辑关系及其形态演化规律，对于挖掘外部空间所隐含的核心价值、激活外部空间的内在活力具有普遍意义，同时也能从空间设计和建造实践的视角，为“在地城镇化”背景下市郊村落建成环境的改造更新奠定有效的物质环境基础。

图表来源：

图1-8：作者绘制

表1-5：作者绘制