基于空间句法的元明清北京城市功能时空演变分析

胡璐嘉，郑新奇，郑劭颖

（1.中国地质大学（北京）信息工程学院，北京 100083）

研究北京城市功能时空演变对于研究中国其他古代都市具有较强的借鉴意义[1-3]，本研究以元明清历史地图为依据，应用空间句法这一现代地理信息技术，分析研究封建集权时期北京城市功能空间结构特征，揭示其发展变化规律，以期为北京老城保护和新时代城市规划提供参考。

1 研究区域与阶段

1.1 研究区域

本研究的主要区域局限于都城城墙之内，由于皇城作为皇家建筑，兵民不得通行，与都城其他区域的联系仅依靠四座城门，因此本研究将皇城作为一个整体[4]。

1.2 研究阶段

研究一个具有悠久历史的城市，首先要确定这个城市最早的城址，北京最早的城址是西周时期的蓟城[5]，地址在今北京西南。到封建社会后期，1153年女真人建立金王朝，迁都燕京，在蓟城旧址依托莲花池水系建立金中都。后金中都受战火而破败，1267年元朝营建大都，形成由金中都莲花池水系向元大都高粱河水系的转变[5]。明朝建立后改大都为北平府，永乐元年（1403年）改称北京，明朝对北京进行了较大的改建，并于嘉靖年间（1553年）营建外城。清朝取代明朝仍以北京为都城，未进行太大的改动，并于清初1648年开展移城，驱汉人到外城居住，形成满城（北城）和汉城（南城）。基于以上论述，以封建时期北京城市功能空间发展演变的主要历史事件为切入点，分为元、明、清北京城。

2 研究数据与方法

2.1 研究数据

本研究的主要数据来源于历史文献即北京历史地理资料以及《北京历史地图集》。研究以不同阶段历史地图为基础，其中元大都地图为至正年间（1341－1368年），明京师地图为万历年间（1573—1620年），清北京城地图为乾隆年间（1750年），这3个阶段在北京城的历史发展中具有代表性，且具有相对稳定的城市形态。在历史地图的基础上绘制空间句法轴线图，每条轴线代表一条街道，表示一个地理单元空间。

2.2 研究方法

句法理论及其分析方法对规整且规划历史悠久的城市进行研究具有可行性[7-8]，而北京城完全符合以上特征。因此，本研究基于历史地图，运用空间句法，探究元、明、清封建时代北京城市功能的空间结构特征。空间句法是城市空间形态研究的有效工具，是关于空间与社会关系的一系列理论和技术[9]，将空间作为社会经济活动开展的一部分探讨空间的社会逻辑[10]，利用一系列变量客观评定城市的空间特征，并将其与社会、经济、环境和文化要素等紧密关联[11]。

空间句法以空间分割理论为基础，关注空间通达性和关联性，通过对城市空间的分割可提取出城市形态的基本特征，并利用拓扑计算、可达性指标以及可见性图解进行定量分析，从而总结出城市空间形态的发展演变规律。当城市系统内的建筑比较密集时，一般采用轴线方法进行分割，将城市环境抽象简化为包含社会和经济属性的空间元素，称之为“轴线”或“线段”[12]，城市功能蕴藏于城市道路空间的发展中。通过分析轴线，能够模拟空间与社会之间的相关性[13]，解释人类空间系统的社会意义和形式功能影响[14]。

空间句法的主要形态变量包括：整合度(integration)，表示系统中某一空间与其他空间的集聚或离散程度；穿行度(choice)，表示系统中某一空间被其他最短路径穿行的可能性；深度值(depth)，表示某一空间到达其他空间所需经过的最小连接数。

本研究利用AutoCAD（下载路径：www.autodesk.com.cn）绘制轴线图，并导入句法分析软件Depthmap（下载路径：www.ucl.ac.uk）进行量化分析，得到形态变量分析图，图中颜色的冷暖代表数值的高低（暖色数值高）。空间可达性是评价城市空间形态的重要因子，整合度是描述空间可达性的直接变量[15]，整合度高就是可达性高。整合度核心区就是可达性最高的分析单元的聚合，一般分布着重要城市职能建筑，是城市政治、经济、文化的聚集区。穿行度是衡量一个空间被穿越可能性的指标，穿行度越高，通达性越好。深度值是衡量一个空间吸引到达交通潜力的指标，深度值越低，当前人流、交通越好，深度值越高，发展潜力越大。

空间句法研究需要考虑城市系统层级结构的问题，即整体与局部的关系问题，由此产生出全局整合度和局部整合度的概念。全局整合度反映分析元素与整个系统的聚焦和离散程度，局部整合度反映分析元素与相对较近的多个元素空间的联系程度[16]。全局整合度从宏观上分析全局，局部整合度着重分析某一区域。

本研究的空间句法形态分析变量主要为平均标准穿行度、平均深度值、全局整合度和局部整合度，具体公式见表1。

表1 空间句法指标参考公式【3，17，18】

（注：①n为研究系统包含的街道段数量；②d( )

x，i为街道段x到i的最小转角距离，相邻街道段的距离为2θ/180°，其中θ为相邻街道段的转角；③σ(i，x，j)为街道段i途径x到j的最小转角距离，当i到j不经过x时,σ(i，x，j)=0；当i到j经过x时，σ(i，x，j)=l(i)l(j)；当x为i时，σ(i，x，j)=l(i)l(j)/2；当x为j时，σ(i，x，j)=l(i)l(x)/2；④l(i)为街道段i的米制长度。⑤dij为网格i与街道段j的距离。）

3 主要研究结果

北京作为千年古都，是元明清三代中央集权制度下的京城，其城市功能决定了其空间结构，而空间结构又受自然环境和社会人文因素的影响。北京城市的功能结构与社会制度变化有关，更与城市居民生活和城市社会运转密切相关，体现出北京城具有一种复合的功能空间结构。

3.1 不同朝代北京城城市功能空间结构特征分析

3.1.1 元大都城市功能空间结构特征

从金中都到元大都，城市水源从莲花池水系转移到高梁河水系，城市水源充足，南方的物资源源不断的经过水路运至京城。积水潭东北岸为全城的中心点；从中心台向南，紧傍积水潭东岸，垂直南下，形成设计上的中轴线，之后三重城建成。

从全局整合度分析：元大都皇城东北角街坊，即全城中间区域靠近漕运中心的地方整合度最高，包括靖恭坊、昭回坊、金台坊、灵椿坊、蓬莱坊、仁寿坊、保大坊和明照坊等，形成全局整合度核心区。元大都东城全局整合度比西城高，表示东城比西城繁华。在整合度高的8个街坊中布局的官署机构有：大都路总管府、巡警院、枢密院等主要官署；布局的仓库有：宝钞库和倒钞库；寺庙有：大天寿万宁寺、崇真万寿宫、圆恩寺；布局的商业贸易区有枢密院角市及鼓楼、钟楼一带的商业区；可见整合度核心区就是城市功能的聚集区[19-20]。

从局部整合度R10（以10个拓扑步数为一个局部）分析：全局整合度与局部整合度几乎一致，相关性R2为0.648，说明元大都各子功能区块协同性较好。

从深度值分析：元大都城南的深度值比城北高，最高区域位于皇城西南角的阜财坊和咸宜坊以及北城健德门内的可封坊和善俗坊；最低区域位于城市中心。以上表明城南具有进一步发展的潜力，也为明北京城北城墙向南收缩和南城墙向南延伸这一历史空间变化提供了空间句法理论层面的支持。

从穿行度分析：穿行度最高的路段为紧贴皇城东北的崇贞万寿宫至钟楼东的灵椿坊段，空间上该路段是兼顾东西并连接南北城的主要路段，穿行度最高，交通潜力大，可达性最好。穿行度的核心路段几乎全部围绕全局整合度核心区，但由于西边有积水潭导致通行受阻，穿行度核心区基本呈西边角缺失的正方形，正方形北边两端向北延伸，与皇城位置偏北有关。元大都空间句法相关形态变量分析见图1。

图1 元大都空间句法形态变量分析图

3.1.2 明北京城城市功能空间结构特征

明北京城取代元大都，由于制度和文化理念的不同，城市的空间结构有较大改建，主要是北城墙向南收缩近，南城墙向南延伸；明嘉靖年在南城墙外又修外城，成为四重城；中轴线向南延伸，终止于外城的永定门，成为北京城标志。

从全局整合度可见：明北京城全局整合度核心区是以东西长安街为横线，以正阳门大街为竖线的周边区域。全局整合度核心区是城市政治经济的中心，其中长安街以南至南城墙的全局整合度核心区密集建有中央官署，包括宗人府、吏部、户部、兵部、工部、太医院等，三法司（刑部、都察院、大理寺）；正阳门、宣武门和崇文门外的区域成为全局整合度核心区，印证了明北京城的商业区在元大都的原商业区基础上，增加了正阳门、宣武门和崇文门3个重要商业活跃区[6]，这一历史地理论断。

从局部整合度（R10）分析：明北京城的局部整合度核心区分为2个部分，分别是内城的皇城以北钟楼核心区和外城正阳门核心区，与全局整合度相比变化明显，成为双核心。层级的变化引起整合度核心区的变化，说明局部整合与全局整合度协同性差，相关性R2为0.327。

从深度值分析：明北京城内城的西北角、东北角及外城的西南角深度值较高，城墙边深度值中等，在明朝这些区域活跃度一般或较低，因此多作为仓场的选择地。

从穿行度分析：明北京城穿行度最好的是内城钟楼到皇城、皇城北城墙相应路段和外城正阳门大街。穿行度核心路段不仅围绕全局整合度核心区，还向北围绕皇城并覆盖局部整合度的钟楼核心区，贯穿内外城呈“凸”字形回路。明北京城空间句法相关形态变量分析见图2。

图2 明北京城空间句法形态变量分析图

3.1.3 清北京城城市功能空间结构特征

清朝取代明朝后，仍以北京作为首都，其轮廓、水系和街道改动不大。主要变动是取消街坊，改为八旗居住，重新划分街区；移出部分仓库、改建王府；天安门广场西侧的空闲地安置三法司：大理寺、刑部、都察院。

从全局整合度分析：清北京城东西长安街以南至南城墙区域以及皇城南部东侧为全局整合度核心区，为全城城市功能的中心。该区域分布着大量官署三法司（大理寺、刑部、都察院）、宗仁府、吏部、户部、礼部、兵部、工部、鸿胪寺、钦天监、太医院、翰林院、理藩院、詹事府等，也分布着天主堂、贤良寺、法华寺、昭忠祠等重要庙宇以及宝源钱局和经版库等重要仓厂。

从局部整合度（R10）分析：清北京城局部整合度核心区呈零散分布状态，局部整合度与全局整合度的协同性差，相关性R2为0.256。从分散的局部整合度核心区的数量和形态上看，东城高于西城；高整合度路段多为东西向。说明清北京城东城比西城繁华，东西向路段通达性好于南北向,东西向路段在局部空间中起作用较大。

从深度值分析：清北京城内城西北城角和东北城角以及外城东南角和西便门区域深度值高，具有进一步发展的潜力。

从穿行度分析：清北京城穿行度核心路段除围绕全局整合度外，同时紧绕皇城形成闭路，并向四周发散。清北京城空间句法相关形态变量分析见图3。

图3 清北京城空间句法形态变量分析图

3.2 城市功能核心演变分析

通过对形态变量分析图中高值区域及高值路段的标注（见图4），能够直观地反映城市功能核心的演变过程。

图4 元明清北京城市功能核心演变图

3.2.1 全局整合度核心区

全局整合度核心区代表整个城市的功能核心，从元大都到清北京城，始终位于靠近皇城的城市中心区域，反映了中国古代都城建设中的中央集权理念。随着政权的更迭，全局整合度核心区先表现出显著的南移扩张趋势，之后又北向收缩，南移扩张与元大都到明北京城的城址变迁保持一致，北向收缩则反映出清朝时期城市功能核心进一步向内城集中的趋势。

3.2.2 局部整合度核心区

局部整合度核心区的演变呈现多核化和分散化的趋势。一定区域层级内北京城市功能核心在元明清时期表现出明显的由单核向多核转变的特征，随着城市路网的复杂化，核心区数量不断增加，位置逐渐分散，一定程度上反映了北京城在历史发展过程中的扩张趋势。同时，局部核心的分散发展，体现出城市区域功能的不断增强，即随着封建社会后期商品经济的发展，城市功能核心逐渐由服务于全城的集中的大功能核心转变为服务于区域的分散的小功能核心，这些区域功能核心出现与经济社会的发展相适应，在一定程度上能够为城市居民的生活提供便利。

3.2.3 深度值高值区

深度值反映城市的发展潜力，深度值高值区始终位于城市边角，说明城市边角具有更高的发展潜力，体现了北京城的外向扩张的趋势；另一方面，从元大都到清北京城，城市边角的深度值高值区的数量不断增加，面积不断扩大，说明随着北京城的外向扩张，城市边角的发展潜力也在不断提升。

3.2.4 穿行度核心路段

穿行度核心路段在元大都时期偏居中心城区一侧，在明朝时期与城市中轴线贴合，到清朝时期演变为围绕皇城比较均匀地向四周发散，城市交通结构的中心对称性不断增强。

3.3 城市功能空间结构特征分析

3.3.1 皇城城市功能中心地位不断加强

元明清北京城的全局整合度核心区均紧贴皇城，到清朝时期这一点更为明显。北京城穿行度的核心路段，在元朝时期，皇城北城墙路段被包含其中，到明清时期则均形成对皇城的环绕，且清朝时期由皇城向四周发散。以上空间句法变量的形态特征，充分体现了北京皇城在城市功能演变过程中日益突显的中心地位。

3.3.2 北京城元明清时期城市功能总体演变趋势

从北京城元明清时期城市功能空间句法形态变量的平均值（见表2）的变化趋势可见；全城系统平均标准穿行度和平均整合度呈下降趋势，平均深度值呈增大趋势。这些参数的变化表明北京城从元朝到清朝，城市整体可达性变差，区域间的穿行联系变得越来越少，且这一趋势在明朝到清朝之间表现得更为突出。全局整合度与局部整合度相关性R2呈下降趋势（见图2、图3和图4），表明城市各区域与整个城市系统的协同性变差，局部可达性和功能有封闭发展的趋势（见图5～7），相关空间句法参数演变情况见表2。

表2 不同时期相关句法参数演变

图5 元大都全局与局部整合度离散图

图6 明北京城全局与局部整合度离散图

图7 清北京城全局与局部整合度离散图

4 讨论与结论

4.1 讨论

1）关于城市功能区核心移动问题：依据空间句法得出北京城市功能核心区呈现南移扩张之后北向收缩这一结论。南移扩张符合明朝北京城北城墙向南收缩和南城墙向南延伸，嘉靖年间外城的修建[6]，明代通惠渠被包在内城，切断了内城与大运河的联系，商业中心从北向南推移，正阳门附近成为城南主要的商业区[21]。

2）关于皇城中心地位问题：皇城的城市功能中心地位不断加强这一空间句法得出的结论，符合北京城从三重城向四重城转变，以及专制皇权加强对城市控制的表达。

3）关于整体与局部问题：不同空间层次之间是相互影响、相互作用的，不同空间层次的协调是基于整体性和开放性角度[13]。多层次的空间句法分析使空间句法理论应用更加全面。

4）关于不同尺度视角下局部分析半径选取问题，不同尺度的空间句法分析是全面空间句法分析的重要方面。在研究中选取了R10（即10个相邻拓扑数）作为分析单元是基于R10在明朝北京城轴线分析时处于临界状态，即当选择R10时与选则Rn相比开始出现整合度核心区变化，所以研究以RR10为局部层级分析单元进行元明清城市功能分析。当然不同的层级分析单元某一时期分析结果可能不同，但同一层级下，不同时期分析结果变化趋势应是一致的。

北京城城市功能在元明清三朝的演变过程中，整体可达性变差，区域间的穿行联系变得越来越少，城市的协同性变差的分析结果，与历史学研究中元大都是中国历史上一个完全按照城市规划理念修建的都城，更强调中轴线对称和整体协调性[22]的论断相符，也反映出元大都在北京城市演变中的重要地位；明代修建外城使得城市整体联系变差；到清代这一趋势更加突出，清代的满汉分城现象和王府的建设更进一步导致了北京城的区域封闭。

4.2 结论

研究应用空间句法的理论和方法，将每条轴线视为城市功能空间的基本单元，对元明清北京城市功能空间演变进行了分析，主要结论如下：

1）元明清北京城均为封建集权时期的京城，政权的更迭，社会制度的变化，经济、文化的不同，都影响着北京城城市功能空间结构，通过空间句法的视野，审视其演变特征是历史地理研究的一个新层面。

2）在空间句法视野下，北京城城市功能在元明清时期的演变特征主要表现为：全局层级的城市功能中心南移扩张之后北向收缩；局部层级的区域功能核心向多核化演变；局部封闭发展不断趋于明显；皇城的城市功能空间中心地位不断加强；城市边角活跃程度低，具有整合开发的潜力，且城市边角的开发潜力随着城市的扩张不断增强；从元大都到清北京，城市整体可达性变差，区域间的穿行联系变少，城市协同性变差，元明清三朝之中，元大都的城市规划相对具有开放性和整体协调性。