基于空间句法的王平煤矿废弃地多尺度空间分析和更新策略*

贺丽洁 徐敏辉 徐卫国

(1.中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院，北京 100083；2.清华大学建筑学院，北京 100084；3.清华大学深圳国际研究生院未来人居研究院,广东深圳 518055)

矿业废弃地是指曾作为矿区生产用地，受采矿活动影响而处于损毁、闲置或未完全利用状态的土地[1]。近年来，随着国家矿产资源的枯竭，“退二进三”政策的实施，《京津冀协同发展纲要》的颁布，北京市众多资源型产业相继关停、大量老旧工厂及其所占用地日渐废弃[2]。而矿业废弃地作为这一过程的产物之一，在空间上割裂了城市功能的连续性，造成了土地资源浪费，同时也导致了生态环境的破坏，严重影响了区域经济的可持续发展[3]。北京市作为采矿历史悠久的城市，由于20世纪城市快速发展而无序开采，致使城市周边产生大量矿区，而这些矿区往往具备优势区位与对外交通能力，将这些土地作为城市发展稀缺的土地资源，是城市存量挖掘与绿色发展的重要途经[4]。因而，矿业废弃地空间盘活与再利用已成为城市发展亟需解决的问题。

目前国内外学者对于矿业废弃地的研究大多集中于土地复垦、景观重塑、空间优化等领域[3,5-9]。刘慧芳等从适宜性和驱动力两个层面构建了矿业废弃地再利用用地竞争评价模型，然后结合三角模型对矿业废弃地再利用用地类型进行理论判定[5]。在景观重塑方面，文献[6-7]中，研究者都强调露天矿区景观重塑需要结合原本自然景观以及地形特征；贺丽洁等以北京门头沟区王平矿废弃地为例，以生产性理念为基础，提出了融入交互性农业景观、引入新能源景观的矿业废弃地景观重塑策略[8]。程琳琳等通过分析北京市门头沟区矿业废弃地损毁类型以及分布情况，提出空间优化策略[9]；石秀伟以生态足迹和多目标规划法建立矿业废弃地再利用模型，结合遗传算法探讨矿业废弃地空间优化配置方法[3]。

空间句法作为对空间量化分析的工具，最早由英国学者Hillier于20世纪70年代提出，经过50多年发展，已形成较为完整的理论体系和专门的空间分析软件[10]。空间句法主要以轴线分析法、视域分析法、凸空间分析法三种方法为主，分别研究城市不同尺度下的空间问题[11]。然而目前利用空间句法对城市某一空间的多尺度研究相对较少，且其研究对象主要聚焦于城市的历史文化街区[12-13]。反观矿业废弃地，作为城市空间的组成部分，由于其偏离城市中心、场地复杂，且受场所破败、废物堆积等条件制约，鲜有利用空间句法对其空间形态与更新策略进行探讨的。在工业化进程中，矿业废弃地作为独特的工业遗址，其集聚了当地文脉与采矿工艺于一体，采用空间句法对其进行多尺度的空间量化分析，不仅可以有效分析场地空间与周边空间的相互关系，也可深入探究场地空间的潜在问题。

1 王平煤矿现状与数据处理

1.1 王平煤矿现状

王平煤矿位于北京市门头沟区王平镇镇区，矿区面积约为7.9 ha，其东临永定河，四周群山环绕。在《门头沟区王平镇国土空间规划(2020—2035年)》中，王平煤矿所在区域被确定为以生态山水、文化旅游为导向，以京西煤业为引领的综合服务与文化旅游片区(图1)，同时矿区东依G109国道镇域发展带，发展潜力较大。在北京市规划与自然资源委员会官网公示的北京市第二批历史建筑名单[14]中，王平煤矿区作为历史建筑群，要求保护煤矿生产线、生产附属用房等建筑或构筑物。

图1 《门头沟区王平镇国土空间规划(2020—2035年)》镇域空间结构[15]Fig.1 Spatial structure of Wangping Town in Land planning of Wangping Town in Mentougou District (2020—2035)[15]

根据现状调研结果(图2)，矿区在交通、场地空间、建筑等方面存在着很多问题。1)交通方面：矿区外部交通环境主要为国道G109、G234以及丰沙铁路，矿区与G234联系紧密，但与G109联系较弱，并且因铁路和居住片区的隔断，场地吸引外来车辆流入能力较弱。同时矿区内部交通质量较低，人行道与车行道无体系、连续性差、道路出现断开现象。2)场地空间方面：矿区留存较多围墙，遮挡行人视线、阻碍空间连通、孤立局部空间。同时还存有大面积闲置空间和零散空间未被完全利用，造成空间资源浪费。杂草丛生、建筑受损、散布煤渣的环境也致使场地空间氛围缺乏活力。3)建筑方面：主体煤矿生产线与附属用房等建筑结构保存相对完好，但因停产停工、长期空置而日渐破败，其建筑记忆面临消逝并且也成为城市环境的建设负担。场地内还留存一部分功能丧失及结构破坏严重的老旧危房，亟待拆除以置换其他功能。

图2 王平煤矿现状分析Fig.2 Present situation analysis of Wangping Coal Mine

1.2 数据处理

数据主要为镇域道路数据、建筑数据。道路数据源于高德地图，通过高德开放平台将道路设置为黑色，其他信息不予显示，以此设置地图样式。利用规划云平台调取高德开放平台设置的地图样式并且截获道路肌理图片。通过ArcGis10.5软件结合SimpleGIS在线地图插件将道路肌理图片进行地理配准、影像分析操作后，以栅格重分类工具区别出道路肌理，以ArcScan矢量化工具提取道路面数据，然后进行要素转线处理，获取道路单线数据。建筑数据来源于天地图数据，通过规划云平台调用天地图地图数据并截获图片。按照道路肌理处理方式，大致获取建筑平面数据。由于高德地图以及天地图坐标系统不一致，须要将道路与建筑的矢量数据通过ArcGis10.5软件分别投影为UMT坐标系中的WGS 1984-50N，统一坐标系后导出为DWG文件，用以后续操作。但是天地图数据显示的建筑平面数据覆盖不全面，需要通过天地图遥感影像与实地调研方式，详尽绘制场地信息。

2 基于空间句法的多尺度空间分析

2.1 街道尺度的可达性分析

2.1.1街道范围的确定

为确保在街道尺度下研究的精准性，需要对街道尺度进行划定。依托高德地图道路数据，在理想情况下，通过ArcGis10.5软件对道路车行速度赋值，将国道设为80 km/h，其他道路视为乡村道路设为40 km/h，构建车行网络数据集。在网络数据集中，将道路交叉口作为起始点，王平矿区边界作为终点，构建OD成本矩阵，设置30 min作为临界值(图3a)。将时间信息赋值于交叉口并进行反距离权重处理，形成等时圈(图3b)。最后划定在车行30 min前提下，可达王平矿区区域作为街道尺度下研究区范围(图3c、图3d)。

a—车行30 min内道路交叉口分布；b—车行等时圈划分；c—车行30 min等时圈；d—道路轴线简化图。图3 30 min等时圈的街道范围分析Fig.3 Analysis of street range of 30 minutes isochronous circle

2.1.2全局与局部整合度分析

空间句法中整合度(Integration[HH])能表现作为被抵达地域的潜力，常被用于衡量道路的可达性[16]。整合度又分为全局整合度和局部整合度，全局整合度表示某一节点与区域内所有节点的联系程度，局部整合度则表示某一节点与拓扑几步范围之内节点之间的联系程度。结合天地图在线地图量取街道的道路宽度，使用湘源控规7.0生成道路模型，导入Depth map软件，利用Depth map软件自动生成道路轴线网络，分析结果根据各线段空间参数值的大小对线段进行染色并按照蓝色向红色过渡，蓝至红的区间颜色代表的是轴线参数值逐步升高。

按照行人步行的空间尺度，局部整合度的拓扑数值通常选取3作为参照[17]。根据全局整合度分析显示(图4a)，王平矿区500 m范围内道路整合度较于全局其他路段显示较高，最高可为0.489 424 (表1)。高值路段主要为国道G109与G234，这两条道路是快速进入镇区的主要道路，表明在街道尺度下，全域抵达王平矿区附近相对容易。在局部整合度中(图4b)，整合度值都偏低，高值区域集中于东侧三个居民地。王平矿区500 m范围内道路较于东北三处居民集中地偏低，表明王平矿区周边道路人群集中一般，不利于人行步行汇入场地。

由表1可知：街道尺度下局部整合度的各项数值高于全局整合度，反映王平矿区因周边高等级道路而与外界交通便利，可以吸引大量人流，在街道尺度下可提供良好的人流基础。但是在王平矿区500 m范围内，局部整合度中最大值与最小值相差较大并且平均值较低，反映矿区周边步行系统存在缺陷，道路连通性较弱，各空间联系差异性大，存在不合理的空间配置以及空间资源浪费的情况。

表1 街道尺度整合度参数Table 1 Parameters of street scale integration

2.1.3协同度分析

协同度是表示行人通过对局部区域内空间连通性的观察，从而获悉整体空间可达性程度的指标[16]。其在空间句法应用中主要表现为局部整合度与全局整合度之间的相互关系，指代局部与整体之间的相关性。如图5所示，将横轴设置为全局整合度、纵轴设置为局部整合度，即得如下线性回归方程：

a—R=n，全局整合度分析；b—R=3，局部整合度分析。图4 全局整合度和局部整合度分析Fig.4 Analysis of global integration and local integration

y=2.836 22x+0.359 268

(1)

根据空间句法理论，局部整合度和全局整合度的决定性数值R2表示协同度大小，R2数值越高，即代表局部与整体空间相关性越高。而当0

图5 协同度散点图Fig.5 Collaboration scatter plots

2.2 场地尺度的空间形态分析

2.2.1场地尺度划定及场地信息处理

王平矿区场地划定依托于OpenStreetMap地图的宗地信息确定大致范围，但由于矿区废弃年代久远，场地边界模糊，须要结合实地走访判定矿区实际场地边界。同时研究由于天地图的地图数据所获取的建筑信息中缺失部分建筑与构筑物的相关信息，需要结合天地图影像对场地内部相关信息进行进一步建模。通过LocaSpaceViewer地图软件，根据天地图影像数据，对场地内缺失的建筑、围墙、构筑物进行矢量标绘，导出绘制信息并转存为KML文件，导入ArcGis10.5软件中进行投影变换并合并之前所获取的场地建筑数据，以此完善场地内建筑信息(图6)。

图6 矿区场地平面Fig.6 Site plan of mining areas

2.2.2场地空间视域特征分析

空间视域特征分析可以有效的在行人视角下，对场地空间复杂程度、空间大小、运动导向性进行解读，归纳场地空间特性及规律[19]。在Depth map软件中，考虑行人尺度即构建单元为1 m×1 m的覆盖格网，并填充预分析区域，在此后计算中，Depth map将各单元作为点阵，将互相可视的点联系，即可分析可视点的连接能力。考虑场地范围较小、地形较为平坦，在不限制地形、视线距离的情况之下，基于行人全局视域深度，视线整合度表述整个空间的可视性，分析所有视觉点之间的视觉距离[20]。整合度值越高，表明该点所受视线阻碍较少，容易聚焦视线。视线连接度与整合度值越高，即越趋于红色，反之趋于蓝色。

场地视域连接度分析结果如图7a所示，场地主体空间连接度较低，部分空间如东北侧与南侧留存大片空地，其视域连接度相对于场地其他空间相比，视线连通性较好，对周边空间单元渗透性高。此外，场地中分布着显著的空间连通廊道，将场地划分为东西两部分。基于视域连接度的分析结果，根据颜色色差将空间简化为1号、2号、3号区域。其中1号区域因围墙围合，只保留一个南侧出入口的原因，导致其可视性变差；2号区域作为场地内曾经的生活区与办公区，建筑分布密集并且关系紧凑，但是由于分布厂房、办公楼等大体量建筑，使得视线渗透困难；3号区域曾作为生产过程中煤矸石堆积的空地，四周并无建筑围合，其空间较为开阔，视线连接其他空间较为便利。

场地视域整合度的分析结果如图7b所示：从场地整体而言，场地视域整合性较高区域在东侧以及南侧，全局呈现多条有显著性的视廊，具备一定行人运动导向性，但受散布建筑以及围墙影响，产生孤立空间，并且空间被分割明显。整合度低值区主要存在于北侧，较低值区遍布于场地中部空间，可视性较差。此外根据整合度高低，划定主要和次要视廊，将线性空间予以表达，并且按照线性空间的交汇次数、区域整合度大小，来判断视域交汇空间。王平矿区视线焦点主要位于东入口西侧，有多条视线聚焦于此，该空间视线整合度较高，而其他几个焦点区域，视线交汇较少，但个别区域整合度值相对较高。

a—视域连接度分析；b—视域整合度分析。 围墙； 道路； 建筑； 主要视廊； 次要视廊； 视域焦点区域。图7 场地空间视域特征Fig.7 Characteristics of spatial horizon of site

2.3 建筑尺度的功能空间连通性分析

煤矿生产线及生产附属用房不仅是矿业文化的价值载体，也是王平矿区生产的核心空间，分布位置如图8a所示。矿区生产过程主要有采煤、洗煤、精煤清洗、筛分、精煤处理、粉碎、运煤装车流程。在按照生产路线游览的前提下，从各建筑的功能层面出发，抛开其他空间影响，以生产关系和构筑物的直接联系为依据，构建建筑组团的凸空间拓扑结构，如图8b所示。通过空间句法凸空间分析，度量组团内各建筑连接度和全局整合度指标，分析建筑生产功能的连接度以及各建筑空间的整合度，为后续核心建筑改建、建筑文化氛围塑造、建筑功能调整、参游路线选择等提供依据。

基于Depth map软件凸空间分析结果所示(图8c、8d)，不同功能建筑在连接度、整合度数值上存在差异性，但在空间分布上具有一定的序列规律。“选矸楼—精煤筛分塔—运输机房—精煤处理室—选煤楼”这条线路的连接度与整合度最好，可游览性最佳。根据图示颜色深度判别，选矸楼与选煤楼在生产线路中，与其他功能建筑连接紧密，是矿区生产功能中的核心建筑，可确定为后续建筑更新改造中重点塑造的工业文化建筑。同时选矸楼的整合度值高，可达性最佳，并且在场地的南入口附近，人流在此空间流动较大，可将其置换为后续的历史展馆、文化大厅等功能。但南侧的工作车间在连接度与整合度上相较于组团内其他建筑显示较低，该空间主要在车间内相互贯通，进行选煤等其他工作，与其他空间联系不紧密，但其占地面积相对较大，有足够的空间连续性，因此可将其重塑为商业步行街等功能。

a—矿区生产线建筑组团；b—拓扑结构分析；c—连接度分析；d—全局整合度分析。 建筑； 构筑物。图8 建筑尺度的功能空间连通性分析Fig.8 Functional spatial connectivity analysis of building scale

3 王平煤矿废弃地更新策略

3.1 遵循上位规划，激发矿区活力

按照《门头沟区王平镇国土空间规划(2020年—2035年)》的上位规划要求：王平镇的发展定位为生态宜居及京西文化小镇；王平矿处于王平镇域综合服务与文化旅游片区，位于综合服务核心并临近永定河、109国道镇域发展带。王平矿作为矿业生产物质与文化的载体，应遵循上位规划要求，发展商业办公、文化旅游、餐饮服务等产业，营造集服务、商业、办公、文化、旅游于一体的产业集群，激发产业活力；充分利用闲置空地、生产文化代表性较强的建筑，结合矿业文化与京西文化背景，设立文化展示区，举办文化活动，挖掘文化活力。同时改造场地内富有标志性的建筑，结合当地文化特色，营造趣味横生的空间环境，激发空间活力。

3.2 完善道路系统，提高场地可达性

在街道尺度下，根据道路轴线模型结果显示，其周边500 m范围内道路全局整合度较高，主要依赖于周边国道，国道联系诸多道路，使场地具备良好的车行可达条件，从而吸引人流。但就局部整合度而言，北侧围墙围合、东侧铁路设施的分割以及东侧沿街居民建筑的遮挡等因素导致场地与周边道路联系不强。为解决王平矿区场地步行可达性不佳，需充分利用现有全局整合度较高的路段，完善场地道路与周边道路的连通性。强调开放边界，打破土地边界壁垒，在东侧居民区中增设道路，提倡矿区与居民区共建共享道路，将被居民区截断的道路连通起来，共同使用道路设施(图9)。场地周边局部整合度值较低路段应当进行适当调整，将断头路段补足，连通价值低且破坏场地与街道融合的路段应废除，为矿区留足建设空间。此外考虑矿区废弃，铁道停用，将矿区旁铁道路段作为步行空间与场地空间有机组构，增加场地空间连通性，完善步行空间。

a—完善前；b—完善后。 局部整合度高值区域,R=3； 王平矿区。图9 道路完善前后局部整合度对比Fig.9 Comparisons of local integration before and after road improvement

3.3 消除空间阻碍，营造宜人环境

在场地尺度下，根据视域分析显示，王平矿区空间在视线结构上存在显著的线性空间以及大面积闲置空间，能够给行人一定的运动导向性，便于行人辨析空间，但因零散建筑与围墙存在，孤立了部分空间，导致空间连续性不强。因此，需要打破围墙阻隔，拆除部分废弃房屋，将孤立空间融入场地，简化空间形态(图10)。此外，矿区空间改善还需依托原有空间脉络，保持空间连通性，将视线焦点区域作为场地核心空间以及节点空间重点塑造，结合矿区文化融入生态修复性景观以塑造休闲、观景空间，同时修复受损土地。充分利用南侧大面积空地和零散空间，设置传统民俗文化展示区并串联其他节点空间，形成文化景观带，实现游客与当地居民共用，保证空间长久实用性。

a—场地更新前视域连接度；b—场地更新后视域连接度；c—视域高值空间。图10 场地梳理前后视域连接度对比Fig.10 Comparisons of visual connectivity before and after site layout combing

3.4 留存煤矿记忆，秉承场所精神

尊重矿区采煤历史，保留场所精神，以煤矿生产线以及生产附属用房作为核心建筑组团，对作业区遗址部分尽量保留其原始风貌，根据生产流程的紧密关系转变组团内部分建筑功能，按照煤矿采煤流程规划游览路线，最大限度的使用场地内原有交通流线。在建筑组团尺度下，基于煤矿生产线以及生产附属用房的凸空间模型结果，选矸楼、选煤楼是矿区生产文化中的代表性建筑，后续更新改造应以这两个建筑为矿业文化核心。而生产附属用房中的厂房、主井口、机房等建筑文化功能较弱，但其作为矿区独特的工业符号，需要对其功能进行调整，融入新元素、新技术并赋予其新功能，使其在原有的场所精神下保留和延续，增强当地居民归属感，利于情感记忆的保留(图11)。

图11 部分建筑功能转变及游览路线设计Fig.11 Building function transformation and tourist route design

4 结束语

矿业废弃地作为城市的失落空间，对其更新利用成为了近年来众多学者所关注的焦点，但以往研究多从城市规划、景观分布等角度，基于上位规划、周边用地功能、景观连续性等方面间接对矿区空间职能做出定性规划，其不仅缺乏对矿区空间优劣的定量判断，也缺乏了从城市空间多尺度对矿区潜在问题的可视化表达。而空间句法相关量化指标可应用于空间的定量描述，提供了从街道尺度、场地尺度、建筑组团尺度的相关研究方法，为准确解析空间问题提供了科学依据。以北京市王平矿区为例，利用空间句法原理与方法对场地在不同尺度下所面临的更新问题做出详细分析。首先，从街道尺度，对矿区周边道路进行全局整合度、局部整合度以及协同度的分析，探索王平煤矿废弃地可达潜力和周边道路的潜在问题；其次，从场地尺度，以空间的连通性、可理解性作为空间量化指标，对空间视域特征进行分析，探究场地空间连通的阻碍因素及视觉轴线；最后，从建筑组团尺度，对采矿遗存的建筑组团构建拓扑结构，利用连接度与全局整合度，挖掘具有矿业文化的代表性建筑。基于空间句法的研究结果，相应在上位规划、街道尺度、场地尺度、建筑组团尺度多尺度提出激发矿区活力、提高场地可达性、营造宜人空间、秉承场所精神的更新策略；为解决我国矿业废弃地的更新利用探索新方法，提供新思路。