供需平衡视角下城市街道绿色空间品质评估与规划策略* ——以济南市洪家楼片区为例

张小平 党炜岩 赵予晗 张汝欣 范若暄

(山东建筑大学建筑城规学院, 济南 250101)

0 引 言

坚持以人民为中心,聚焦人民群众的需求,建设人民满意的高品质城市逐渐成为城市规划与设计的主题。城市街道绿色空间是城市公共空间的重要组成部分,是人们感知城市最为直接的场所之一[1],对街道绿色空间品质进行评估不仅可以为城市规划提供依据,同时体现了以人民为中心的规划理念。

目前,国内外相关学者围绕如何提升城市街道绿色空间品质展开了较为广泛的研究,集中于以下三方面:一是街道绿色空间品质评估框架研究。代表性研究如:高巍等认为街道绿色空间品质的评估框架应同时考虑居民休憩、交谈、活动需要的社会性与场所性[2]。裴昱等从责任和权益角度建立北京市东城区街道绿色空间评估框架,强调了权责明晰在街道绿色空间品质评估中的必要性[3]。狄迪等通过构建多维度、分指标的城市街道绿色空间品质综合评估框架,对不同街道之间的绿化空间品质进行比较,为精准化的街道空间更新设计提供科学支撑[4]。二是关于街道绿色空间品质的影响因素与机制分析。代表性研究如:姚博文通过城市街道绿色空间品质的影响因素进行了归纳总结,认为街道绿色空间品质的影响因素不应限于物理指标,更要进一步考虑行人的需求及空间感受[5]。周进把街道绿色空间品质定义为居民因对绿色空间的需求而产生的评价,反映了街道绿色空间在“质”与“量”两个层面对居民生活和经济发展的影响程度[6]。龙瀛等基于人的视角来探讨街道绿色空间品质的影响因素,从街道绿化水平和城市意象识别程度两方面进行空间品质评价[7]。娄健坤等通过在线问卷调查使用者对于街道绿色空间的偏好,作为街道绿色空间供需平衡关系分析的依据[8]。三是街道绿色空间品质供需平衡关系的量化研究。代表性研究如:王忙忙等认为将街道绿色空间品质供需关系进行量化分析更能反映城市中的人地关系,对提升公平性和市民福祉有重要意义[9]。俞孔坚等用可达性衡量街道绿色空间为居民提供服务的潜在能力[10]。此外,随着信息技术数据采集手段不断提高,百度、高德等平台提供的海量街景图像为城市街道绿色空间品质供需关系的量化研究提供了丰富的资源,因此基于街景图像对城市街道绿色空间品质供需平衡关系研究成为当前城市规划与设计研究的一个重要方向。代表性研究如:叶宇等基于百度街景数据和机器学习算法,抓取上海中心城区所有街道的街景数据,分析街道绿色空间供给与人的需求关系的匹配程度,并进一步识别出具体优化的街道[11]。曹越皓等利用街景图像与机器学习构建定量测度模型,为大尺度、大规模的街道绿色空间评估提供可以借鉴的方法[12]。李苗裔等以福州市主城区为例,基于腾讯街景数据,结合传统遥感解译与机器学习算法,测度并比较街道绿视率与植被覆盖率空间差异,进而提出提升居民满意度与获得感的街道绿色空间品质的规划策略[13]。

既有的街道绿色空间相关研究中,多聚焦于宏观尺度,难以在中微观尺度有效匹配街道绿色空间品质供需关系的空间精度,而在较小尺度的城市空间中,街道占据着极其重要的地位,其品质的优劣程度将直接影响人们日常出行的感受以及城市的健康水平等。同时,既有研究对城市居民的表征多依赖普查数据,不能满足刻画居民分布的空间粒度需求,且在绿化可见度的等级划分上也缺乏系统的实证分析支撑。综上,本研究以济南市洪家楼街区为研究区域,通过融合多源数据模拟街道绿色空间供给,精细地诊断绿色空间供给与需求的匹配关系,进而评估街道绿色空间品质,从供需平衡的视角提出具有针对性的街道绿色空间品质提升策略,以期为人民城市建设提供支撑。

1 研究数据与方法

1.1 研究区域与数据来源

济南洪家楼街区地处山东省济南市历城区,是济南老城区未来实施保护整治与提升改造的重点区域。因此,选择选取济南洪家楼街区为研究区域开展绿色空间品质评估研究,能对济南整个老城区的街道绿色空间品质优化提升提供指导,具有一定的示范意义。研究对象具体包括洪家楼街区的两条主要街道:花园路和洪家楼南、北路(图1)。

图1 研究区域内花园路与洪家楼南、北路分布

研究数据包括洪家楼街区花园路和洪家楼南、北路的街景图像、实时人口热力、POI(Point of Interest)、遥感影像、问卷调研与访谈数据。其中,街景图像与实时人口热力数据来源于百度地图平台;POI数据来源于高德地图平台;遥感影像数据来源于地理空间数据云平台,通过ArcGIS平台识别出街道周边可进入绿化现存出入口的分布情况;问卷调研与访谈数据则主要通过一定数量的问卷与访谈佐证街道绿色空间品质评估结果的有效性,由于篇幅限制,具体佐证过程不再详细解释。研究数据来源及名称详见表1。

表1 研究数据来源

1.2 研究方法

街道绿色空间的供给主要指“可使用的服务量”,即通过一定技术或管理手段可被获取和使用的街道绿色空间的服务总量。结合已有研究,本研究采用绿视率这一强度指标进行表征,即指人们眼睛所看到的物体中绿色植物所占的比例,能够在一定程度代表城市街道绿色空间的供给水平。目前关于街道绿色空间的需求的理解大致分为2种:1)Burkhard等认为街道绿色空间需求是一定时段内特定区域中消耗或使用的街道绿色空间[14];2)Schroter等则认为街道绿色空间需求是人类社会消耗和希望获得的服务数量[15]。通过比较,本研究采用第一种概念,将街道绿色空间需求定义为城市居民目前实际消耗的街道绿色空间数量,主要与人口数量、空间分布、活动偏好等因素密切相关,并选择人口活跃量、POI空间分布、景观可达性三个指标综合表征街道绿色空间的需求水平。而供需平衡则是指以满足需求为目的的有效供给[16]。

综上,本研究通过三个步骤对街道绿色空间供需平衡问题展开进一步研究,具体包括:1)基于街景图像的街道绿视率水平分析;2)基于人口热力与POI数据的街道绿色空间需求指数分析;3)基于供需平衡的街道绿色空间品质评估(图2)。

图2 研究方法流程图

1.2.1基于街景图像的街道绿视率水平分析

“绿视率”由日本国立环境研究所学者青木阳二于1987年首次提出,并在2004年纳入日本“景观绿三法”,主要是从视觉感官角度对绿色空间的接触和感知的量化描述,代表了人视线范围内绿色空间所占百分比[17]。根据日本负责城市建设的国土交通省发布社会调查结果显示,绿视率高于25%不仅能给市民绿化较好的感受,同时能带动周边的商业气氛,起到聚集人流的作用。因此绿视率在25%以上成为许多城市绿化建设的目标。相关研究也表明,当绿视率不小于25%时,街道绿色空间供给良好,而当绿视率小于25%时,街道绿色空间供给不佳[18]。综上,参考日本学者对绿视率水平的划分标准,本研究将街道绿色空间绿视率水平划分为5段,分别为:绿视率不大于5%,绿化感知差;绿视率介于5%～15%,绿化感知较差;绿视率介于15%～25%,绿化感知一般;绿视率介于25%～35%,绿化感知较好;绿视率不小于35%,绿化感知好[19]。本研究中,绿视率观测图像的获取途径主要基于街景图像,具体将花园路和洪家楼南、北路街景图像的平均采样间距设置为12 m,时间设定为2020年6月,合计选取花园路82幅街景图像,洪家楼南、北路34幅街景图像,采用机器学习SegNet模型进行语义分割,从而量化得到各街景图像中植被所占百分比,作为对应各街景图像的绿视率。

1.2.2基于人口热力与POI数据的街道绿色空间需求指数分析

首先,人口活跃量主要通过实时人口热力图表示。人口热力图数据是基于某一时刻访问百度产品的手机用户,通过统计不同区域内的人口活动数量,经过密度分析处理后在百度地图上可视化,呈现出不同的颜色和亮度,表征人口的空间聚集程度。该数据具有很强的时效性,按照位置聚类,可计算出各区域人口流动的方向与位置。一般而言,高热区的面积越大(对应橙色和红色),则区域内的人口活动数量越大,意味着对于街道绿色空间品质的需求越高[20]。研究基于百度地图开放平台获取2022年5月3日的人口热力图数据,时间设定为白天(6:00至19:00)区段,每间隔30 min获取一次。通过将获取的所有时间点的热力图利用ArcGIS权重叠加后,重分类图像,并划分等级,得到花园路和洪家楼南、北路的人口活跃量分布情况;其次,选择POI空间分析作为表征街道绿色空间需求的指标之一。相关研究表明POI 密度与人口聚集情况具有显著的正相关关系,而人口聚集情况则与街道绿色空间品质的需求息息相关[21]。因此,本研究在ArcGIS平台中经过定义坐标和投影统计、核对并删除个别异常POI点,通过空间叠加,得到洪家楼街区各类POI的综合核密度,为后续的街道绿色空间需求指数计算提供依据。第三,可达性反映了街道绿色空间可到达的难易程度,可达性越强,表明人口聚集程度越高,对于街道绿色空间品质的需求越大,反之则越小[22]。通过ArcGlS平台的网络分析模块,以街旁可进入绿地的入口为中心,道路为连接,到达每个入口所需要的时间为阻力进行网络分析。最后,运用AHP层次分析法结合专家打分法得到人口活跃量、POI核密度以及景观可达性的权重(表2),通过ArcGIS平台进行加权叠加,获得街道绿色空间需求指数。

表2 指标权重计算结果

1.2.3基于供需平衡的街道绿色空间品质评估

首先,通过相关性分析方法确定街道绿色空间供给与需求的数量关系。相关性分析是测量两个或两个以上的变量间的关联方向及关联程度的统计分析方法,通过相关系数表示[23]。一般而言,相关系数的绝对值越大,越接近于1或-1,说明相关性越强;而相关系数的绝对值越小,越接近于0,说明相关性越弱。通过比较,本研究选择皮尔森相关系数(Pearson Correlation Coefficient)方法(以下简称Pearson相关系数)展开分析。其计算公式如下:

i=1,2,…,n(1)

式中:r为皮尔森相关系数;X为数据集合X的平均值;Xi为数据集合X中的第i个数据;Y为数据集合Y的平均值;Yi为数据集合Y中的第i个数据。

其次,为了更加具象化地体现绿视率和需求指数的匹配结果,将绿视率与需求指数值绘制为散点图,建立街道各选点的绿视率水平与需求指数的二维空间坐标系,其中散点图的横坐标为绿视率,纵坐标为需求指数值,散点图的平衡情况分为“低需求、低供给”;“低需求、高供给”;“高需求、低供给”及“高需求、高供给”四个象限。

2 研究结果与分析

2.1 街道绿色空间供给

将116幅街景图像的绿视率计算结果与初始坐标点分别进行对应后发现,在获取的116个选点中,两条街道绿色空间供给良好的选点共计28个,占比24%,意味着研究范围内的街道绿色空间品质整体较为一般。其中花园路的绿视率水平总体高于洪家楼南、北路,花园路与洪家楼南、北路交叉口的绿视率水平最低。具体而言,花园路西段的绿视率水平明显高于东段,在花园路西段的33个选点中,绿视率高于25%的选点19个,占比57.58%,而花园路东段仅偶尔有少量绿视率高于25%的选点间或出现。洪家楼南路的绿视率整体较高且较为均质,在12个选点中,绿视率高于25%的选点6个,占比50.00%,相比较而言,洪家楼北路的绿视率水平则相对较低,在22个选点中,绿视率高于25%的选点仅有3个,占比13.64%(图3)。

图3 洪家楼街区街道绿视率水平

此外,研究进一步从花园路选取两个典型选点(编号5与编号73)进行对比分析,其中编号5的绿视率为38.70%,绿化感知良好,编号73的绿视率为6.20%,绿化感知较差。其中,绿色空间供给情况良好的5号,街道形式为一块板,双向四车道,行道树树龄相对较高,且整体植被丰富度较高,乔灌草搭配种植。而绿色空间供给情况较差的73号,街道形式为两块板,双向八车道,行道树体积相对较小,种植密度低,植被丰富度低(图4)。说明道路等级、街道形式、路幅宽度、乔木数量、种植结构等因素对街道绿视率都有较大影响。

a—编号5的街景图像; b—编号5的街景语义分割图; c—编号73的街景图像; d—编号73的街景语义分割图。

2.2 街道绿色空间的需求

2.2.1人口活跃量

通过百度地图开放平台,获取2022年5月3日的人口热力图数据,人口活跃量的分析结果如图5所示。首先,由于花园路西段的南侧为聚隆广场,北侧为银座商场,大型商业对于人流的吸引力较强,使得花园路西段的人口活跃量整体较高,并分别在12:00达到峰值,而花园路东段受到西侧大型商圈、南侧东环花园、东侧二环东路的多点影响,存在不同时段的人口密集现象。其次,受聚隆广场影响,洪家楼南路人口活跃量也较高,但由于受道路等级、宽度和长度的影响,在研究范围内的人口活跃量总量相对花园路较少,洪家楼北路的人口活跃量则整体较低,并在18:00左右达到峰值(图6)。

图5 洪家楼街区街道人口活跃量分布

a—洪家楼北路; b—花园路西段; c—洪家楼南路; d—花园路东段。

2.2.2POI空间分析

基于ArcGIS平台,对研究范围内的各类POI进行叠加,得到洪家楼街区各类POI的综合核密度,结果显示洪家楼街区的各类型POI分布相对集中,八类POI主要分布于花园路西段的聚隆广场、洪家楼南路、洪家楼北路南段的银座广场,说明该区域的人流活动相对密集(图7)。其中餐饮服务设施占比最大,其次是交通服务设施,说明研究区域除了作为一个商业服务中心外,还具有交通枢纽功能。

图7 洪家楼街区各类POI综合核密度

2.2.3景观可达性

研究范围内街旁可进入绿地数量较少,主要为洪楼广场及其周边小型街头游园,洪家楼北路有景观入口2处,花园路有景观入口7处,洪家楼南路没有景观入口,由于两处景观周边并未设置机动车或非机动车停车场,通过实地探访发现进入两处景观的主要方式为步行。结合研究范围,对洪楼广场及周边游园的有效服务范围进行划分,将街道景观可达性分为6个等级:5,10,15,20,25,30 min,其余高于30 min的区域由于超出洪楼广场及周边游园的有效服务范围,不计在内,其中可达性在0～10 min的视为居民对于此处绿色空间的需求度较高,10～20 min视为普通,20～30 min视为较低,结果如图8所示,街道景观可达性较高的区域面积与研究区域面积的比值约为50%,主要分布在研究区域中间的洪楼广场及其周边小型街头游园附近,研究区域东侧的景观可达性较差,步行到达时间超过40 min,其次为研究区域的西侧,步行到达时间在25 min以内。

图8 洪家楼街区街道景观可达性分布

2.2.4需求指数计算

将研究范围内获取的116选点作为候选点,运用AHP层次分析法结合专家打分法得到各指标权重,通过ArcGIS平台进行加权叠加,获得街道绿色空间需求指数值。其中,花园路西段的需求指数最高,呈现出自西向东逐渐降低的变化趋势,并在中段间或出现几处需求指数较高的选点。而洪家楼南、北路则是南、北段的需求指数较高,中部较低。整体而言,花园路的绿色空间需求高于洪家楼南、北路(图9)。

图9 洪家楼街区街道绿色空间需求指数分布

2.3 街道绿色空间品质评估

通过收集116个选点的绿视率与需求指数数据,运用 SPSS 软件对两个变量相关性进行分析。从图10可以看出,绿视率与需求指数的相关系数为0.507,显著性水平为0.000,说明绿视率与需求指数为显著正相关,并通过了信度水平为 0.01 的单侧检验。

图10 绿视率与需求指数的相关性分析

通过116个选点在坐标轴上的分布,得到街道绿色空间品质的供需平衡特征。评估结果如图11所示,作为城市主干道的花园路,供需平衡匹配点集中在“低需求、低供给”以及“高需求、高供给” 两个象限。在116个选点中,其中位于“低需求、低供给”的匹配点的数量有57个(花园路47个,洪家楼南、北路10个),主要位于花园路东段上,位于“高需求、高供给”的匹配点的数量有22个(花园路18个,洪家楼南、北路4个),主要位于花园路西段上,说明花园路的街道绿色空间供给与需求匹配度较高,街道绿色空间能够在合理范围内满足居民的需求,公平性较好。位于“高需求、低供给”象限的匹配点的数量有24个(花园路9个,洪家楼南、北路15个),主要位于洪家楼北路上,建议在适当区域增加绿色空间来增加供给。整体而言,洪家楼南、北路的街道绿色空间供给与需求不平衡现象较为严重,需要重点提升改善。

a—花园路; b—洪家楼南、北路。

3 基于供需平衡的街道绿色空间品质提升策略

1)在街道绿色空间供给优化方面,规划设计重点针对“高需求、低供给”的24个选点(表3),一方面在原有的街道绿化形式的基础上,通过在用地紧张的路段“见缝插绿”,同时提升植物搭配的复杂性,丰富乔、灌、草的横向和竖向层次搭配,力求街道平均绿视率达到25%以上。另一方面,将街道的不同路段结合周边用地性质综合考虑,分别提出街道绿色空间品质提升策略:①交通路段两旁增加条状绿地,且植物方面选择能突出地方特色的植物种类。条状绿地的绿化连贯性较好,绿视体验较点状绿地好,能够有效提高绿视率。②综合性路段两旁及交叉口增加片状绿地或点状绿地。包括道路两旁增加小游园等片状绿地,道路交叉口增加小型花坛、花境等点状绿地。③生活服务性路段两旁及交叉口增加片状绿地或点状绿地,如在建筑两侧增加花坛或利用攀缘植物在建筑物或构筑物立面上做垂直绿化等。④商业性路段两旁增加条状绿地,且通过设置绿化小品等,将座椅等小品与绿化结合(图12)。

表3 “高需求、低供给”选点绿视率提升对比

为了进一步明确规划策略的可行性,本研究选取两处花园路和洪家楼南、北路街道中绿色空间品质供需不平衡的典型空间(编号41和编号97),分别提出针对性的策略。图13a为编号41的花园路路东段,虽机非分离,但分隔带仅为硬质铺装,同样缺少绿化,现状的绿视率为18.70%。规划提出在不影响视线的路段的机非分隔带增加低矮小乔木或低矮灌木,同时道路中心机动车分隔带也可适当丰富其形式,增加绿化,此外对于人行道行道树,长势良好的行道树增强保护,长势不佳的树木适当采取管理措施(图13b),规划后的绿视率为25.44%,较现状有明显的改善。洪家楼北路商业街道现状(编号97),建筑密集,建筑前人行道宽度较宽,但仅有硬质铺装而缺少绿化,现状的绿视率为0.7%(图13c)。规划在现状基础上提出增加人行道的行道树,为行人提供遮荫,同时为使得街道行车安全,在机动车道分隔出非机动车道(图13d),规划后的绿视率为26.02%,较现状有明显的改善。

a—花园路东段现状; b—花园路东段规划提升; c—洪家楼北路商业街现状; d—洪家楼北路商业街规划提升。

2)在街道绿色空间的需求改进方面,规划设计针对“低需求、低供给”和“高需求、低供给”的路段,丰富不同功能类型街道的绿地布局形式,形成活跃的空间界面,进一步提升街道人流活动的多样性和活跃度。其次,通过协调人、车、道路的时空关系,促进交通有序运行,同时合理控制机动车道规模,增加慢性空间,提升人流活动的安全性。第三,增强沿街功能复合,通过增加业态多样性、增强街道环境设施便利及舒适度,从而更好地适应各类人流活动的需求。例如研究基于花园东路与洪家楼南、北路的街道建设现状,在洪楼广场、印象城入口旁增加共享单车停靠点,为人群提供多样化交通工具以吸引人流;在印象城、洪家楼天主教堂等人员密集区域,增强街道空间设计的实用性,在街道的微小空间的设计改造中注意人性化尺度,提升居民、游客的归属感,将其作为人群日常生活的一部分配套设施空间来使用;同时充分考虑围墙的必要性,对于不必要的围墙进行拆除,使得围墙内外空间产生互动,提高街道活力(图14)。

a—丰富街道绿地布局形式; b—协调人、车、道路关系; c—增强街道功能复合。

4 结论与展望

借助百度地图、高德地图、地理空间数据云等平台数据,在ArcGIS平台的辅助下,本研究对济南市历城区洪家楼街区花园路和洪家楼南、北路的街道绿色空间品质进行供需平衡分析。研究结果表明,济南市历城区洪家楼街区的街道绿色空间供给和需求存在较大差异性,大部分路段处于供需不平衡状态。花园路和洪家楼南、北路街道绿色空间品质有待提高和调整,但相比较而言,花园路的绿色空间供给水平与绿色空间需求均高于洪家楼南、北路。最后,从绿色空间供给优化和绿色空间需求改进两个方面提出针对性的规划策略。由于本研究中的街景图像为汽车拍摄,视域范围与人现实视域范围存在一定误差,因此在以后研究中,希望可以获取更精确的街景图像,以得到更精确的结果。此外,本研究未考虑人口结构等特殊社会群体因素的影响(如儿童和老人等群体),因此在以后的研究中需要更多的数据支持。