传统建筑外部空间意象构成要素的视觉量化分析

李晓丹 陈智婷 周 驰 贾丽君

宗教建筑外部空间指的是由宗教建筑物、构筑物等实体围合或占领的一切活动空间区域[1]。根据城市意象理论，宗教建筑外部空间意象由五种元素构成：边界、场所、通道、节点和符号[2-4]。

国内外有关建筑外部空间意象的研究目前主要停留在基于美学直觉的定性分析阶段[5-17]。本文拟将复杂的建筑外部空间构成要素的视觉特征量化，来分析建筑外部空间意象。以北京市6处典型宗教院落作为研究对象，基于城市意象理论与现代视觉分析技术，借助ArcGIS、MATLAB等数据分析平台，结合传统的问卷调查法，对北京宗教建筑外部空间意象各构成元素进行量化研究，为宗教建筑群的保护与扩建工作提供一种新的分析思路同时为新时期如何塑造宗教类建筑的旅游形象提供参考借鉴。

1 研究对象概况

本文选取的研究对象包括北京地区孔庙、白云观、龙泉寺、妙应寺、牛街礼拜寺和西什库天主教堂（北堂），对各案例进行了详细的实地测绘与大量的问卷调研（表1）。

表1 北京地区典型宗教建筑调研结果统计表

2 视觉量化分析方法

本研究拟对北京市6处宗教建筑外部空间意象5种构成要素的视觉特征进行详细的量化分析。由于篇幅所限，具体的计算过程以白云观建筑外部空间意象的构成要素分析为例，进行详细阐述，其他研究对象的分析结果同理可得。

2.1 边界元素分析

边界元素包括建筑边界与景观边界（图1）。边界轮廓线与天际线一样具有显著的分形特征。分形维数的大小代表了边界轮廓线在分形几何意义上的复杂程度[18]。其计算公式如下：

图1 白云观全景边界轮廓线示意图

其中d为分形维数（即计盒维数），δ为每格分形图形长度，N（δ）为覆盖住整个分形的盒子数。

2.2 场所元素分析

主殿前的开敞空间作为宗教建筑外部空间的“心脏”，是整个外部空间序列的高潮，本研究称之为中心场所可用视觉通透指数来衡量宗教建筑外部空间中心场所的空间特征，它决定于横向的总体观景深度与纵向的观景层次面积比。计算公式如下：

T=D'·M

其中，T为视觉通透指数，D’为总体观景深度值，M为观景层次比。

（1）总体观景深度

某一空间的观景深度决定于它的视域范围，其大小取决于视域直径D。宗教建筑外部空间中心场所的总体观景深度值取其视域直径平均值D'（图2），可利用基于ArcView平台的Isovist Analyst插件来计算（图3）。其计算公式为：

图2 视域与平均视域直径D’

图3 白云观观景深度值计算示意图

其中S为视域范围面积。

（2）观景层次感

观景层次感是由不同距离范围内建筑物、构筑物、景观等的可视面不同而形成，可用观景层次面积比（M）来表示其特征（图4）。计算公式为：

图4 白云观观景层次面积比计算示意图

M=S1/S2

2.3 通道元素分析

通道元素指的是位于相邻的两处建筑物或构筑物之间的线性空间。它的整体意象可用空间收敛倾向值X来表示。X值与表示通道连通程度的平均深度值L'呈正相关，与表示通道整体开敞程度的平均宽高比K呈负相关关系。因此通道元素的空间收敛倾向值X可近似表示为：

X=L'/K

（1）平均深度值

在分析某一空间的拓扑学特性时，源于“空间句法”理论的平均深度值是最为常用的空间特征属性值。通道空间的平均深度值L'代表的是宗教建筑外部空间各通道元素整体的可达程度[7，10]。其计算过程如图5所示。

图5 白云观平均深度值计算过程图

（2）平均宽高比

宽高比（D/H）指的是在具有单一方向性的空间（如街道、通道等）设计中主体空间宽度与周边建筑高度的比值[19]（图6）。可用宽高比来衡量某一通道空间的开敞程度，某一处宗教场所通道空间的整体开敞程度则用平均宽高比K来表示。其计算公式为：

图6 宽高比概念示意图

V=V·D/S2

其中V指的是所有通道空间的整体体积，D指的是通道空间平面上人流轴线总长度，S表示通道空间水平面投影面积（图7～8）。

图7 平均宽高比计算过程示意图

图8 白云观平均宽高比计算模型

2.4 节点元素分析

宗教建筑外部空间节点有着丰富的表现形式，包括建筑节点和景观节点：建筑节点指的是各建筑主立面、出入口、通道尽端等有提示空间转折的元素，形式大多表现为洞口型或断面型；景观节点一般出现在副流线的末端，多数表现为小桥、亭榭等形式。

节点元素的视觉特征表现为一组识别性较强的实体图像，可以称之为特征面。某一特征面的视觉特征可用熵来度量。设某一特征面中有n个包含显著边界的视觉区域或视觉单元，其中第i个视觉区域出现的概率为Pi（i=1，2，……，n），该单元的信息量为Hi=-PilgPi，则对于由n个视觉区域构成的整体特征面来说，其包含的总体信息量可用如下公式来计算：

其中H值表示该特征面的视觉复杂程度，称为视觉熵。其具体计算过程为：首先借助Photoshop软件降低节点实景图像的环境噪点（图9～10），经灰度化处理后导出不同阈值的图像区域；然后通过AutoCAD软件计算每个阈值分区的面积；最后将其导入MATLAB软件计算其视觉熵。

图9 白云观各节点视觉熵计算图像（处理前）

图10 白云观各节点视觉熵计算图像（处理后）

但是，宗教建筑外部空间节点一般以组团的形式出现或沿着中轴线分布在其空间序列中，因此，在计算单个节点元素视觉熵的基础上，本研究采用各关键节点视觉熵的算术平均值来描述宗教建筑外部空间节点元素的整体特征，用视觉熵序列的标准差来表示其变化情况，即衡量整个外部空间节点元素的形式统一性。

2.5 符号元素分析

符号元素的外观形态与节点元素一样具有视觉特征面属性，因此可以用视觉熵来分析其特征。

某一符号元素对环境氛围的渲染强度即为该符号元素对其所属特定环境的寓意表达程度，本文称之为寓意值。研究表明，某一符号元素的寓意值主要包括两个方面：一是该符号对来访者的吸引力；二是该符号与其所属环境的契合度。

本研究为各符号元素对人们的吸引力与契合度设计了调查问卷，均以1～5分计值。某一符号元素的吸引力与契合度取其调研样本总数的算术平均值（AVG），二者之和则表示某一符号元素的寓意值。所有符号元素寓意值的均值则为某一公共场所所有符号元素的整体寓意值。

白云观外部空间符号元素主要表现形式有浮雕、雕像、塔、炉等：浮雕类符号元素分为八卦符文类浮雕、生肖鸟兽类和自然植物类；雕像包括石像和铜像；塔类符号元素有华表、雷公塔等；炉类符号元素有各式各样的焚香炉、铜鼎等。研究团队针对20岁以上成年人共发放问卷150份，收回问卷135份，其中129份为有效样本，有效率为95.6%。调研结果如表2所示。

表2 白云观符号元素问卷调查结果统计表

3 数据分析与讨论

3.1 数据汇总

基于以上方法，计算后得到6处研究对象建筑外部空间意象构成要素的视觉特征分析数据如表3所示。

3.2 分析与讨论

（1）边界元素

景观边界的分形维数普遍大于建筑边界的分形维数，显然景观边界的轮廓线比规则的建筑边界轮廓线更富有变化性与不确定性。孔庙与龙泉寺的植物，尤其高大乔木类明显多于其他几处宗教场所，因此它们的景观边界分形维数明显高于其他几处宗教场所；西什库天主教堂的建筑边界分形维数明显高于其他几处宗教场所的特征值，这与它高差较大的建筑分布情况和边界复杂细致的线脚有一定关系。

（2）场所元素

宗教建筑外部空间场所元素的视觉通透性指数与其总体观景深度和观景层次比呈正相关关系。孔庙中心场所的规模大约相当于白云观和妙应寺的两倍，因此其总体观景深度值约为后两者的两倍。但是，由于孔庙大成殿前碑亭林立、植物众多，导致场所观景层次比远远低于白云观与妙应寺。所以，孔庙场所元素的视觉通透性指数与白云观、妙应寺的相差不大。

（3）通道元素

计算表明，各宗教建筑外部空间通道元素的平均深度值相差不大，一致性较高；平均宽高比与整体通道空间在竖向上的闭合程度呈正相关关系，而西什库天主教堂的整体通道空间与孔庙的相比更闭塞一些，因而其平均宽高比的值更小一些。因而，孔庙与西什库天主堂通道元素的收敛倾向值相差较大。

（4）节点元素

西什库天主教堂的节点元素特征面属性值明显高于其他几处宗教建筑，这与西方教堂节点元素精细复杂的绘画与雕塑设计息息相关。

（5）符号元素

符号元素寓意值的分布情况则较为复杂。孔庙、妙应寺、西什库天主教堂等统计结果显示的数值较高，这可能与他们对应的宗教传播范围更广有关；由于伊斯兰教禁止偶像崇拜，牛街礼拜寺外部空间的符号元素相对别的宗教场所来说较少一些，因此其寓意值是最低的。

结语

综上，除了边界元素与通道元素的特征在整体上具有较高的一致性之外，各宗教建筑外部空间的场所、节点与符号元素表现出一定的差异性，其中与其他差异性最大的是源于西方宗教与建筑文化的伊斯兰教与基督教建筑。研究结果虽与传统建筑学和美学视角对宗教建筑外部空间意象的整体判断类似，但从数据方面详细阐释了风格迥异的宗教与建筑文化体现在哪些构成要素的差异性且其差异到底有多大。说明本文的研究方法具有一定的可实施性。

以城市意象理论为指导，借助现代视觉分析技术，可在一定程度上弥补建筑空间分析不够科学与精确的缺陷，具有很强的应用前景。本文只是对建筑外部空间意象构成要素量化分析的初步探索，更完整、更深入的研究有待后续研究的继续推进。

资料来源：

图6：《街道的美学》；

其余图表均为作者绘制、拍摄。