间隙之间：基于三维可达性的“纳凉网络”设计研究

张灵珠 （法）晴安蓝 崔敏榆 曾文馨

1 研究背景与问题

在全球气候变暖背景下，高温现象在世界各地频繁发生，给人们的生产、生活甚至身心健康造成了严重影响[1-2]。由于低蒸发率、滞风、垫面集聚热量、人为热量释放等原因产生了城市热岛效应，高温热浪的影响在城市中尤为严重[3]。炎热潮湿的气候以及城市密集而立体的开发更是加剧了这种情况。这些现象将极大影响市民的居住感受，加剧城市基础设施的脆弱性。

纽约、巴黎和新加坡等世界级大城市均通过制定相应政策和规划策略来适应气候变化，缓解热浪和城市热岛对特定人群（如老年人等高危人群）造成的影响[4]。其中，通过识别和连接街道中的阴凉场所形成“纳凉网络”便是此类缓解措施之一。例如，为适应气候变化，纽约于2017年启动了“纽约酷凉邻里计划”（Cool Neighborhoods NYC），通过完善各类设施和社区服务来降低热脆弱地区的温度，并加强社会网络，降低炎热对市民健康的影响[5]；巴黎自2015年提出了新的气候行动计划，在高温期间，除了设置滨水区、遮阴区、自然凉爽的地方、有空调的场所4类凉爽地区，还为民众提供降温的公共设施并推荐白天与夜晚出行的凉爽路线[6]；在新加坡，虽然城市绿化程度极高，但都市化程度也极高，近些年气温持续攀升。新加坡政府于2017年成立“新加坡降温计划”（Cooling Singapore），旨在研究日照、建筑遮阴、城市通风等多要素影响下的城市气候和降温措施。

有学者将步行可达性分析与树木阴影模拟结合[7]、天空视野与风路设计结合[8]，从夏季高太阳辐射、视觉影响等方面探讨城市树木配置的优化，从而辅助树木种植决策。多项研究表明，增加城市绿地[9]、结合植物进行适当的规划[8]都是降低城市热岛效应的有效措施，同时人们往往倾向于在没有高太阳辐射的阴凉区域步行[10-11]。因此，公共空间设计者与管理者需要在炎热月份提供足够的遮阴区，并结合天空视野、风路、树木阴影等方面探讨树木的遮阳与降温效果。然而，上述规划策略及研究的制定对城市中公共空间的可达性、市民的步行行为及高密度城市的立体化特征等方面鲜有考虑。故本研究基于立体化步行网络测算公共空间的可达性，探讨其使用潜力。

2 挖潜高密度城市小型公共空间

一项针对香港12个小型公共空间的研究表明，不论在白天还是夜晚，小型公共空间都比周围城市街道凉爽，这意味着小型公共空间可以缓解微观层面的热岛效应[12]。高密度城市中的小型公共空间因其面积小、形状及选址灵活的特点得以在寸土寸金的城市中心区被大量建设，以缓解城市热岛效应，同时也能满足居民享受邻里公共空间和进行社交活动的需求[13]。因此，在高楼林立的城市内，利用高楼间的间隙设立小型公共公园，挖掘其步行可达性潜力，可满足居民对公共开放空间的需求。

由于不同国家和地区的发展存在巨大差异，各地区对小型公共空间的定义有所不同，有学者提出小型公共空间的面积在4 000 m2以下为宜[14]。香港作为典型的高密度城市，城市建成区内的公共绿地空间十分紧缺，总体人均公共空间面积仅为2.7 m2，远低于东京（5.8 m2）、首尔（6.1 m2）、新加坡（7.4 m2）和上海（7.6 m2）等亚洲其他主要城市[15]。香港的小型公共空间通常被设计成可提供休息座椅的休憩处（sitting-out area, SOA）或提供游乐设施的儿童游乐场，大部分空间面积不及1 hm2[16]。这些小型公共空间由于数量较多且位于居住区附近，往往是居民使用率最高的公共空间[17]，调查显示，73%的香港居民一年使用此类型的公共空间至少3次[16]。

小型公共空间的位置往往是随意决定的，它们的出现看似是巧合，或者说是无意之作，却成为隐藏在城市间隙之间的新活力。人们在上班或上学途中，或者沿社区内日常步行路线行走时，可能会经过这些公共空间；另外它们在城市中的位置也会影响人们活动的聚集形态[18]，创造使用者非正式会面的机会，从而影响居民社交生活[19]。与此同时，使用小型公共空间的居民，也在无意识中成为“街道眼”，构成公共空间的安全与品质监视系统[20]。对城市规划师和设计师来说，如何配置不同种类的公共空间，使其与使用者的日常步行路线相关联，并与城市中炎热月份的凉爽路线相联系，意义重大。

香港春夏两季气候炎热，中心区的人口密度与建筑密度极高，为尽可能地增加居民休憩乘凉的空间，公共空间只能见缝插针地布局。因此本研究以香港中西区与湾仔区作为立体化城市设计的一个极端案例，聚焦高密度建成环境下的小型公共空间，希望在了解小型公共空间的分布、使用和品质之间的关系后，结合公共空间分布、城市通风及行人使用最频繁的日常路线，连接形成存在于间隙之间的“纳凉网络”，挖掘小型公共空间潜在使用群体。本研究旨在揭示公共空间可达性的复杂性，为其他高密度城市小型公共空间规划与空间设计实践提供支持。

3“纳凉网络”设计研究

3.1 分析框架

研究主要包括4个步骤（图1）：1）采集与公共空间需求相关的居住人口、就业人口以及城市三维步行网络、公共空间位置、公共空间面积等基础数据；2）采用三维空间设计网络分析（spatial design network analysis,sDNA）[21]，基于认知寻路机制模拟行人路径选择，计算公共空间的步行可达性与步行流量潜力，并通过现场调研获取案例区域公共空间的设计品质得分；3）利用无监督机器学习，根据小型公共空间的属性（面积、步行可达性和步行流量潜力）对其进行自动分类，并对分类结果与实际设计品质评分，进行交叉检验；4）结合机器分类的结果，提出“纳凉网络”设计构想，为高密度城市公共空间设计导控提供支持。

3.2 研究案例

针对公共空间数量、景观和美观度的满意度调研发现，位于香港岛中西区及湾仔区等区的受访者对于公共空间的数量和品质满意度较低[22]，且这2个区域的人口密度与就业密度都高于香港平均水平[23-24]（表1）。在人口更加稠密的地区，小型公共空间分布的合理性尤为重要，因此本研究选取中西区与湾仔区的小型公共空间进行研究。

表1 全香港、湾仔区、中西区基本信息及公共空间使用情况[16,23-24]Tab. 1 Basic information and public space usage of Hong Kong, Wan Chai District and Central and Western District[16,23-24]

根据《香港规划标准与准则》中公共空间用地分类[22]，选取休憩处这一用地类别作为研究对象①。据统计，湾仔区与中西区内共有38处休憩处，休憩处面积范围为11～1 410 m2。休憩处主要分布在区域南侧的居住区内，北部滨水办公区域内分布较少（图2）。考虑到中西区与湾仔区作为商业中心区，就业人数远超过区域内居住人数，上班人群对于小型公共空间也有迫切需求。但南北区域之间由于机动车主干道分隔，对上班人群来说南边的公共空间不易到达。

2 中西区与湾仔区公共空间分布Distribution of public spaces in Central and Western District and Wan Chai District

3.3 公共空间特征测度指标

公共空间可达性的测量方式有许多种，不同方法的测量精确度有所区别，较为常见的有缓冲区分析法和邻近距离法，前者计算某一点出发一定半径的辐射范围，后者以道路网络为基准，计算某一点出发沿道路实际可达的范围。既有研究表明，相较于邻近距离法，传统缓冲区分析法很大程度高估了可达性测量结果，而在使用邻近距离法时，采用不同道路网络为基础进行可达性测量也会产生不同程度的误差[25]。大多数城市中，机动车道和人行道通常是平行的，共享相同道路路径，这意味着道路中心线可以较好地代表步行路线。但香港受地形及城市高密度集约化发展的影响，公共空间通过地面街道、台阶和人行道网络，以及室内外天桥连廊、地下通道，与周围社区紧密地连接起来。行人既能在水平面上前后左右移动，也能通过楼梯、扶梯、电梯、坡道和台阶上下移动，并且其活动范围还包含了室内和室外的所有公共和准公共空间。鉴于这种复杂的多层次城市环境，道路中心线的路径信息并不能反映出实际的步行路径。从行人的角度出发，研究采用室内外三维步行网络进行可达性分析以贴合实际步行情况。步行可达性的分析采用基于ArcGIS平台的sDNA软件，同时考虑最短米制距离和最小角度变化，采用能较好代表可达性的“邻近度”（closeness）和步行流量的“中介性”（betweenness）作为指标[26-27]。

针对公共空间品质的评价，本研究采取实地考察评分的方式衡量。评分内容涉及主题设计、雕塑配置、座位布置、植被分布、空间设计与场地独特性的结合程度5个方面[28]。评分范围介于“品质极佳”（5分）和“品质极差”（1分）之间，由3名建筑、规划领域的专家对每个休憩处进行独立评分，最后取平均值得到各公共空间的用地品质分数。为识别公共空间的不同特性，本研究进一步采集了公共空间的相关特征数据，其中，就业-居住配比对于中西区与湾仔区来说非常关键，因为这2个区域居住人口稀少却拥有大量就业人口，如果仅使用居住密度进行测算会导致结果严重偏差。

4 中西区和湾仔区无监督机器学习聚类分析Cluster analysis based on unsupervised machine learning in Central and Western District and Wan Chai District

5 香港休憩处所处区域的就业-居住配比Jobs-housing ratio in sitting-out areas in Hong Kong

4 突破局限性：（重新）分类与连接

4.1 无监督机器学习：空间分布、使用、品质之间的关系

采用层次聚类这一无监督机器学习方法，根据休憩处的特有属性，包括面积、步行可达性和步行流量潜力，系统地识别各数据之间的相似性和独特性，将中西区与湾仔区的所有休憩处归为4个类别（图3、4）。

回顾世界经济发展的脉络可见，试图打造在资源配置中统管一切的全能政府是不切实际的。因为，全能政府模式是通过行政权的运用来达致经济决策与执行的高度统一，而不是考虑如何通过市场促进社会经济的协调发展。与此相反，负面清单管理模式以一种相对消极的权力模式对待新的经济发展形态，主动将管理权部分地让渡给社会民众，通过社会民众自发自为的管理替代强力约束。但是，如若一味地追求无为而过度推崇负面清单模式，也可能会产生混乱。

3 以400 m为分析半径的室内外三维步行网络步行流量水平Pedestrian flow level of indoor and outdoor 3D pedestrian network with an analysis radius of 400 m

第1类（47%）和第2类（34%）包含了大部分休憩处，第3类（8%）和第4类（11%）则包含剩余的少量休憩处。其中，第1类（蓝）大部分位于住宅区内，这部分休憩处面积较小，就业-居住配比较低，品质较差，步行可达性和流量潜力较低。第2类（红）休憩处地处上环至铜锣湾之间，大部分位于办公区，该类别休憩处面积较大，就业-居住配比较高，品质较好，步行可达性和流量潜力较高；第3类（绿）和第4类（橙）休憩处面积为中等水平，其中第3类虽然步行可达性非常低，但步行流量潜力较高，空间品质也高于平均水平；而第4类休憩处位于高就业-居住配比区域，具有较高步行可达性和步行流量，空间品质也较好。

这些由计算机生成的分组与简·雅各布斯（Jane Jacobs）的假设相呼应，如果休憩处所在街道的步行流量提高，即“街道眼”增加，它们的品质往往也随着可见性的提高而改善。第1类与第2类的结果表明，休憩处的面积大小、地理位置可见性和良好品质三者之间存在关联：面积较大、邻近高步行流量区域的休憩处，更容易被该地区的就业和居住人口看见和使用，因而往往拥有更好的空间品质。香港岛上环至铜锣湾区域人口密度高，且就业-居住配比超过全港平均水平（图5），然而通过聚类分析可知，高可见性、高品质的休憩处主要分布在工作场所附近，而低可见性、低品质的休憩处主要分布在居住区附近，可以解释为何该片区居民对公共空间的评价满意度不高。

4.2 间隙之间：（重新）连接湾仔分区的公共空间

针对公共空间与日常生活关联性的调研显示，公共空间重要的功能依次是健身、舒缓压力、社交活动、与日常散步路线的融合[16]。根据上述观点，设计品质和可达性并非这些公共空间的必须属性，但它们确实为不同年龄层的居民提供了会面、聊天、锻炼和休息的场所。由此，这些公共空间是应该位于远离外界视线的居住区之中，还是应该位于热闹的交汇处，这十分具有探讨的意义[29]。

根据湾仔区空气流通专家评估，湾仔区的全年盛行风来自东部和东北部，夏季盛行风来自南部和东部，配合盛行风的风向，规划署提出应在保留南北向主风道与东西向风道的同时连接城市内部空旷区域，拓宽并延长南北向主风道[30]。结合盛行风方向及前述分析的休憩处特征，本研究以湾仔区的湾仔分区②为例，提出一份设计提案：将流量潜力最高的步行路径，即使用最频繁的日常出行路线（图6-1），与公共空间结合，建立一个有遮盖的步行网络，连接休憩处与中大型公共空间。同时，步行网络尽可能地连接城市广场、海滨步道、行道树等线性公共空间以及提供空调的商业中心室内场所等，形成步行易达的连续性公共空间网络（图6-2），使得各年龄层的人群均可使用和享受。

6 基于步行流量潜力分析形成“纳凉网络”“Cool network” based on pedestrian flow potential analysis6-1湾仔分区步行流量潜力分析Pedestrian flow potential analysis in Wan Chai6-2“纳凉网络”“Cool network”

湾仔分区约有18万人口，其中1/3为居住人口，其余为就业人口，约20%居住人口年龄超过60岁。一方面，老年群体及与长辈同住的人群是使用小型公共空间最频繁的群体[16]，因此上文描述的连续性公共空间网络，可以在香港炎热的夏季为老年群体提供阴凉的日常步行路径，提高老年群体往返休憩处与居住地的便利度，成为群众日常使用的“纳凉网络”。另一方面，由于这一区域的高就业人口比例，这种相互连接的“纳凉网络”也有益于社会和经济发展，保障居民健康和生态环境。为使居民健康和生态环境收益最大化，要在现有行道树的基础上增加树木的种植，尤其是增加高流量潜力步行网络的遮阴面积，连接休憩处和公共可达的提供空调的室内空间，以最大效率增加步行路径遮阴面积。此外，该网络的设计也将滨水区未来发展蓝图中的海滨公共空间纳入考虑，通过提供整体性步行网络，增加附近地区与海滨联系，让市民更容易前往海滨，从而延伸城市中心活力[31]。

5 讨论与启示

由于香港是一个具有多层次步行网络的城市，研究首先采用符合行人认知的米制距离结合角度距离度量方法，测度三维步行网络中休憩处的步行可达与流量分布；其次利用无监督机器学习，根据休憩处的客观属性（面积、步行可达性、步行流量潜力）对它们进行自动分类；最后，在休憩处的评价中加入包含美学标准在内的主观性评价，对分类结果与实际设计品质评分进行交叉检验。机器分类的结果体现了休憩处的设计品质与休憩处对该地区居民或就业人员的可见性之间的关联性，这也印证了简·雅各布斯的假设：步行流量潜力可被视为休憩处的“街道眼”。这一方法旨在同时考量公共空间的可达性及特殊性，在香港，这种方法有利于更好地了解城市的复杂特性，从而找到更合理的设计空间干预方法。

公共空间的规模通常和使用频率成反比，相比于数量较少的大型公园，小型公共空间的数量较多且在居住区附近，因而使用者的访问频率更高[17]。小型公共空间得益于尺度小、选址灵活等特征，成为立体化高密度城市里绿地空间体系的一个有力补充，对于改善城市居住环境以及丰富居民日常休闲生活起到重大作用。同时，小型公共空间作为社区和邻里的共享空间，是人们最易接近、最易感知的城市公共空间类型，充足合理地设置有助于市民更加安全、平等、方便地享用城市公共空间，更有利于实现空间公平，因此在设计过程中需要考虑良好的可达性以及满足人们停留的需求[14]。

尽管小型公共空间的设计品质和可达性常被公众忽略，但这些因素却潜在地影响着居民的使用行为。小型公共空间为各年龄层使用者提供了一个会面、聊天、锻炼和休息的场所，正是这些在空间中发生的具有选择性、社交性的活动，对城市活力贡献最大[32]。研究结果充分证明，日常出行路线可以与休憩处相结合。在此基础上，本研究提出了一份“有理可循”的湾仔分区设计提案，即通过一个有遮盖的步行网络将休憩处与中大型公共空间连接。鉴于香港无处不在的购物商场已成为城市形态的主要元素，可进一步连接购物商场、城市广场和海滨步道，形成“纳凉网络”，由于它连接了使用最为频繁的日常步行路线，且整合了具有不同开放空间使用偏好的不同群体，因此不仅为休憩处的日常使用者，也为更多居民、就业者及游客提供了便利。存在于高楼间隙之间的“纳凉网络”与城市主风道相辅，能够增强香港这个高密度亚热带城市的社区活力与舒适度。

小型公共空间占城市总体空间比重极小，但由于分布广且深入社区，其影响区域占城市总空间比例是大型公共空间的两倍[33]。因此，增加小型公共空间总量、提高可达性、改善空间品质，能有效满足人们对公共空间的需求；但中国现有公共空间建设机制在小型公共空间方面存在过于宏观或无法以公共利益为导向等盲区[33]。伴随着中国城市建设步入存量更新阶段，城市公共空间微更新逐步聚焦在空间重构、公众参与和社区激活方面[34]，结合连通的步行网络构建小型公共空间网络系统，既可提供舒适的城市交往空间，也可通过公共空间系统带动城市中碎片空间的再利用，是城市精细化发展要求中不可缺少的一步。

（本文获2021年第二届LA青年学者论文奖二等奖）

利益冲突声明(Statement for Conflict of Interest)：

晴安蓝（Alain Chiaradia）为sDNA+的开发者之一，但通过软件获得的所有收益均重新投入到sDNA+开发。

注释(Notes)：

①《香港规划标准与准则》中将用地较小的公共空间定义为“邻舍休憩用地”。邻舍休憩用地以较静态的活动为主，设有休憩处和儿童游乐场。

② 湾仔区包括湾仔、铜锣湾、跑马地、大坑、渣甸山及湾仔峡等分区。

图表来源(Sources of Figures and Table)：

文中图片均为作者绘制；其中图2～6底图来自香港政府资料一线通网站（https://data.gov.hk/）；表1中居住人口与就业人数引自参考文献[23-24]，公共空间数据引自参考文献[16]。