基于空间句法的换乘空间可达性评价方法适用性研究

文／蔡雨杉 陈莹泽

引言

随着我国科学技术的飞速发展和综合国力的显著提升，高速铁路以惊人的态势发展成国家命脉之网。2020 年我国高铁里程将达3 万公里以上，覆盖80%以上的城区常住人口100 万以上的城市[1]。铁路覆盖率的稳步提升、高铁建筑的不断建成与发展也引发了学术界的研究热潮，国内涌现出一批以铁路客站建筑建成后评价为研究主题的专家学者[2]，随着建筑后评价在我国的发展，新的研究理论和研究方法也被运用到交通建筑上来。其中空间句法作为描述空间关系的量化方法得到了建筑界和规划界一批学者的广泛关注，但其仅仅是数学逻辑上的运算，本身便存在很大的争议和局限性[3]。因此，本文将就空间句法在高铁换乘空间可达性研究的适用性进行探讨。

1 空间句法理论在换乘空间中的运用

1.1 空间句法理论简介

1984年，Hillier①等人编写的《空间的社会逻辑》一书中首次提出了空间句法这种用来描述空间与空间之间的拓扑关系的研究方法。其运行机制是以数学的方式描述空间之间的拓扑、几何、实际距离等关系，主要被用以研究空间可达性与相关性。

1.2 交通建筑换乘空间中的句法研究

近年来，我国一批学者利用空间句法对交通建筑换乘空间的可达性和导向性都做了较为详尽的研究，西南交通大学何海荣建立了空间句法与视觉机能理论结合的研究方法，对广州南站换乘层标识进行量化评价[4]；董玉香等人用空间句法分析了北京西直门站换乘空间的可达性，并提出针对软件分析结果的优化策略[5]；胡斌等人运用Depthmap 软件对北京白石桥南站的换乘空间进行分析，并据此提出相应的空间导向性优化设计策略[6]；孙洪涛、刘玮对三个特大型客运枢纽进行视域分析，优化平面并进行数据对比，提出改善旅客视域范围的策略[3]。尽管目前空间句法被运用在诸多建筑与规划领域对空间形态、属性等特征的研究中，但其仅仅为理论层面的运算方法，需要结合实际调查情况进行综合分析。

2 基于空间句法与实际调查的空间可达性评价模型

拓扑心理学的创始人勒温（Kurt Lewm）提出的EPB 模型指出：人的行为是“人”（P）和“环境”（E）的函数，公式如下：

人的行为受到环境和需求的共同驱动，因此可以将空间可达性的评价内容分成两个部分：以换乘空间为客体的空间特性和以换乘旅客为主体的行为需求。

2.1 以换乘空间为客体的可达性分析

可达性是空间中客观存在的特性，可利用空间句法对空间的形态变量进行分析，与可达性直接相关的变量为空间平均深度值和空间整合度数值：

（1）空间平均深度值

表示绝对深度值，空间平均深度值表示为需要进行空间转换的次数，数值越大，空间的可达性越差。计算公式为：

式中：为拓扑连接图中某两个子空间编号，表示子空间的总数。

（2）空间整合度

空间句法形态变量中整合度为复合变量，由空间的平均深度值得来。空间的全局整合度越高，其可达性越高，计算公式为：

式中：为拓扑连接图中的某一子空间编号，空间整合度是指空间系统中某一独立子空间与其他独立子空间的集散程度，为空间连接拓扑图中子空间的总个数。

根据空间句法的数据分析，可以从理论的角度上分析被评价客体的可达性优劣。

2.2 以换乘旅客为主体的可达性需求分析

根据旅客在换乘空间的聚散特征，将其对空间可达性的需求分为两个方面：客流分布特征可以体现出旅客的整体出行流线，旅客在空间的主要活动路径需要具有良好的空间可达性；旅客聚集节点可以体现出旅客出行流线上主要的活动节点，需要有针对性的空间可达性优化策略。而实际调查可以客观地记录高铁换乘空间内的客流分布规律，直接反映出客流在空间中对可达性的需求，从实践的角度对理论分析进行验证和补充。

2.3 可达性评价模型建立

本文将建立基于空间句法和实际调查的空间可达性评价模型，即分析换乘空间的环境要素与旅客行为需求之间的相互联系，结合客观环境的可达性和旅客需求的可达性两方面进行综合分析，最终用于评价换乘空间的可达性。

该模型的评价方法设计如下：

（1）利用空间句法分析建立换乘空间视域模型，并运用Depthmap 进行空间形态变量运算，得到换乘空间的客观可达性评价；

（2）在现场调研采取行为跟踪测量法，观察换乘空间客流高峰时期旅客的分布特征，并对其容易聚集的场所进行记录，对旅客的换乘寻路行为进行分析，得到基于旅客需求的换乘空间可达性评价；

（3）综合上述两方面的内容，对换乘空间进行综合评价，并以客流的实地分析结果验证空间句法这一理论分析是在换乘空间可达性评价研究中的适用性。

3 以武汉站换乘空间为例的可达性评价模型验证

武汉站开通于2009 年12 月，是首个运用“建桥合一”技术建造的线上式高铁客运站[7]，客流组织为上进下出，地上三层，自上而下竖向划分为高架候车层、高架站台层和出站换乘层，换乘空间位于地面层。

旅客在高铁站内活动的时候，主要靠视觉收集空间引导及寻路信息，良好的视线设计可以提升空间的可识别性，因此文本运用视域分析法依据空间平均深度值和全局整合度数值分析武汉站换乘空间的可达性。

3.1 视域分析结果

选择500mm 作为网格的基本单元对平面进行划分，并在Depthmap 软件中创建视域模型进行分析，得到视线平均深度分析和可视性整合度分析结果。

视域分析结果表明：

（1）武汉站出换乘空间整体的可达性较好，与旅客换乘行为密切相关的主要进出站口（出站层东西两端）、售票服务区（出站层东西两端到达口附近）以及信息标志、公告牌等节点都具有良好的视线通达性。

（2）可达性最好的区域为武汉站换乘空间东西走向的两条主要步行通道。该视线平均深度趋向于蓝色，可视性整合度趋向于红色，说明当旅客处于东西两侧通道时，能够得到最多的空间信息，看到的空间范围最大。

（3）可达性最差的区域为武汉站换乘空间连接南北出站口的通道。该区域可视性整合度趋向于蓝色，数值较低，且平均深度值数值偏高。和东西两通道相比，可视性较低，不易被旅客认知。

3.2 客流分析结果

武汉火车站出站层客流较为复杂，主要为高铁到站换乘其他公共交通的出站旅客与由公交、地铁等到站乘坐高铁站的进站旅客。为了获取大量的观察样本客观分析武汉站出站层客流的规律，我们选择客流量较大的时段对武汉站进行现场调研。根据武汉站工作日和周末的热力图显示，武汉站周末的客流呈现出聚集人口多且持续时间长的特点，因此将现场调研的时间定为2020年11月7日（周六）中午12 ∶00 到下午18 ∶00。

调研主要采取照片拍摄记录和行为跟踪测量法，武汉站换乘空间的旅客按照出行目的大致可以分为三种类型：出站换乘的旅客、换乘进站的旅客和接送站的旅客。其中出站换乘的旅客作为主要活动人群具有较强的流动性，会出于寻路和疏散的需求，聚集在售票口、高铁到达口以及地铁进出站闸机附近等需要停留的区域。在换乘寻路的过程中，大部分人能够较快地换乘出站，但是也有一部分旅客出现了长时间停滞、来回徘徊等情况，此类行为多出现在武汉站换乘空间地铁进出站口、南北换乘通道口附近；且当大量客流由出站闸机涌出时，各个到达口附近也存在一定程度的客流阻滞、流线混乱的情况。

3.3 综合分析结果

武汉站出站层换乘空间的现场调研结果与软件分析结果在整体上呈现出相似性，布局分析存在差异性，证明空间句法理论在武汉站换乘空间可达性的评价研究中同时存在适应性与局限性。

相似性：根据分布图显示，武汉换乘空间的主要聚集趋势集中在东西向的两条交通空间，与视域分析结果一致；客流的主要聚集节点有：地铁出站口附近、地铁进站口及其售票窗口附近以及靠近地铁换乘节点的高铁到达口附近。高铁到达口和地铁进站口附近区域的视域分析结果与客流分布结果基本一致，但是由于两个地铁进站口中部设置了商业区域，具有较强的视线遮挡性，进行现场跟踪记录时发现，部分旅客会在此处形成折返、迂回的流线，可以将此处的商业由集中式改为分散式，增强平面布局的可视性。

差异性：地铁出站口也是客流主要聚集节点之一，而在视域分析中，此处的可达性并不佳，这就导致由地铁送入站点的旅客大量在出站口涌出之后，难以快速接收空间的可达信息，容易造成一定范围的拥堵。现场调研发现，地铁出站口附近空间限定性强，指向明确，对于出地铁之后直行进站的旅客较为友好；然而当旅客需要在空间内进行其他活动时，受到两侧限定界面的影响，再加上此处的导向标识悬挂的位置较远，难以迅速找到目标路径。

此外，连接南北出站口的通道在视域分析上表现出较差的可达性，客流的分布情况也与之一致。通过现场调研发现有三处可以改善的方面：（1）在连续性较强的东西通道中，南北两侧的通道不易被旅客感知，应考虑改善围合南北通道的商业建筑的界面或者拐角，使其更有辨识性；（2）指引南北通道的标识牌为自发光白色底牌，亮度过大且字体颜色过小，在有效视距范围内也不易看清，因此更换该区域标识牌的字体大小和底牌亮度将是提升可达性的有效途径；（3）站内悬挂式标识牌的设计也是造成南北换乘通道不易寻找的原因之一，武汉站换乘空间东西向的换乘通廊作为主要疏散道路十分宽敞，而集中式的标识牌设计造成旅客的步行流线集中在通廊的中部，容易造成一定程度的客流混乱，可以参考北京南站出站层空间的悬挂式标识牌设计，将不同方向的引导信息划分为三段式，旅客就能够根据自身需求被标识自动划分到不同的流线。

结语

高铁承担着与城市内外多种不同方式衔接与换乘的重要功能，是构建城市客运交通体系的关键性节点，良好的换乘空间设计是促进城市与城市之间的联系、保障交通系统的高效运行核心内容。本文对空间句法理论在交通建筑换乘空间的研究进行梳理，并利用视域分析法结合实际调查建立空间可达性评价模型，研究以武汉站出站换乘空间为对象，并以现场调研结果验证了空间句法理论在武汉站这类大型高铁换乘空间可达性的研究中适用性与局限性兼具，而随着计算机科学和大数据的发展，人工智能、机器学习等用于模拟、延伸和扩展人的智能的技术手段的广泛运用也将成为未来的趋势，用于承担更加复杂、更具有挑战性的任务。而在建筑设计中，仿真模拟、虚拟现实等辅助技术具有广阔的运用前景，在对建筑空间进行评价之余，存在巨大的开发潜能，势必会实现良好的商业价值，辅助建筑师们创造出更加优秀的设计。文本建立的评价模型可以结合虚拟现实等新技术进一步深化，为空间可达性评价研究提供新的参考和思路。

注释：

①比尔·希列尔（Bill Hillier）：英国伦敦大学，建筑与城市形态学教授，于20 世纪70 年代提出空间句法概念。