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空间句法的原理与应用

时间:2020-02-26 08:49来源:未知 作者:dslsp 点击:
一、概述

20 世纪80年代初由伦敦大学Hillier 和他的合作者提出并发展起来。空间句法是一种通过对包括建筑、聚落、城市甚至景观在内的人居空间结构的量化描述,来研究空间组织与人类社会之间关系的理论和方法。

空间句法创立目的是描述建筑设计中选择不同的实体和空间构造可能带来的视觉和行为影响,其应用于城市空间结构及空间中行人活动模式问题时显示出的强大分析力,使空间句法理论逐步向城市空间分析。

空间句法认为,“城市形态产生运动”,即城市的道路结构在很大程度上决定着人在城市的行为,从而吸引商场、超市、便利的基础设施等到易达性较好的街道。

 
 
二、理论

(一)核心理论

第一:人类所建造的空间系统本身在某种程度上会获得类似自然界所具有的自组织的特性,但同时也承认空间是由人因为某种目的而建造出来的,但是在其建造的同时,空间即有了本身的属性。

其二:人类所建造的空间体系是由社会经济活动过程中产生,并从生成的瞬间就具有了某种社会属性。

其三:建成空间环境一旦形成,能反过来作用于人的行为,从而产生不同的社会效应。

基于这三点理论所衍生的空间句法在相关专业中的应用层出不穷。从最初的城市层面到街道空间、古镇保护、广场空间改造及建筑室内空间都有所应用。

(二)理论基础

空间句法是关于空间和城市的建筑性理论。空间句法基于两个关键想法:

①空间不仅仅视为是人类活动的背景和物体的背景,而是看作是人类做任何事情的内在属性。这些都有其自然的和必要的空间几何性。由于空间是人类活动的内在属性,我们就以反映这个特点的方式塑造空间,也正是通过这点,我们塑造的空间变得人性化了。

②空间如何为人工作在于组成一种布局的所有空间之间的关系。所谓布局,是指一种空间模式或者空间构形,暗示同时存在的既有关系。一般通过图示来思考空间构形,关系图解,简称J图(justified graph)是其中的一种方式。

两个图示看起来不同,但实际上,它们完全相同,是同样的图示从不同的角度观察而已。这两个J图是同一个简单平面的两个不同视角。而建筑和和城市利用最多的空间属性也正是这一点——同样的空间系统从不同的角度是不同的。

计算复合体中空间整合度的度量。空间的整合度越低,要从它到达任意另一个空间就必须穿越更多的其他空间。从标志0的空间分别到其他空间的步长相加总和,分别为16和30。

不同的空间具有不同的整合度值,根据它们的值简单地给空间上色,从红色的最大值到蓝色的最小值,从而清楚地在视觉上显示整合度关系。

街道形式的网络也同样可以进行整合度的分析,将每条街画到其他街道的J图,计算从各条街道到所有其他街道要经过的街的数量,然后以得到的整合度值给街道网着色。道路越接近红色,它到其他路线的可达性就越强。同时,仅仅由于路线与路线之间的关联方式,更多的人流移动会通过一些可达性强的路线。以这种方式看待空间,必然会得到空间构形能够塑造人流。

 
 

 

三、技术参量与方法

空间句法的技术核心内容无疑是提出了五大技术参量,也被称为五大变量,这五大变量的提出为空间句法理论对空间分析的量化带来了可能。

五大变量:连接值、控制值、深度值、整合度和可理解度。

空间句法使用的方法:轴线法、可见图解法、凸状空间法、所有线法等。

对基础变量的了解和对基础方法的使用是空间句法操作的最基本要求。

(一)形态分析变量

空间句法的系列变量:

(1)连接值Ci:表示系统中与第i个单元空间相交的其他单元空间的数目。对应于轴线图,连接值则表示与指定街道i相交的其他街道的总数。其表达式为:Ci=k

(2)控制值Ctrli:表征一个空间对与之相交空间的控制程度,反映一个空间对其周围空间的影响程度。控制值是理想状态下的空间可选择性的评价方式,如果舍弃社会、经济、技术层面的因素,主体对空间单元的选择的自由程度,是由和该空间相邻的空间数目决定的。控制值正是基于空间连接数目通过数学均权后得到的。计算公式为:

式中,k是与第i个结点直接相连的结点数,j(j=1,2,…,k)是与结点i直接相连的结点,Cj是第j个结点的连接值。

(3)深度值是指某一结点距其他所有结点的最短距离。所以说一个节点深是指该结点距离其他所有结点远,而说一个结点浅是指该结点距离其他结点近。深度值不是一个独立的形态变量,可它是计算集成度的一个中间变量。假设dij是连接图上任何两点i与j之间的最短距离,那么总深度为,而平均深度值为:

这里n是一个连接图的总结点数。

(4)集成度(integration)Ii:

集成度反映了一个单元空间与系统中所有其他空间的集聚或离散程度。当集成度值越大,表示该空间在系统中的便捷程度越大,也就是该空间在系统中处于较便捷的位置;反之,则空间处于不便捷的位置。集成度分整体(全局)集成度和局部集成度。整体集成度表达的是一个空间与其他所有空间的关系,所以所有结点在计算考虑之中,而局部集成度则是一个空间与其他几步(即最短距离)之内的空间的关系,所以不是所有结点在计算考虑之中。集成度由相对不对称值 RAi(relative asymmetry)和 实际相对不对称值 RRAi(real relative asymmetry)来表达:

根据所考虑结点情况,集成度可以表征一个空间与局部空间或整体空间的关系;集成度值是个相对值,在不同的轴线图中集成度值的高低比较没有任何意义,只能在同一轴线图中表示形态和网络的优劣情况。

5)智能值R2:智能值表述了局部与整体连接特征的相互关系。如果局部范围内连通值较高的空间,在整体上其集成度也较高,那么这个空间系统是清晰的、容易理解的。较低的智能关联值表明行人不容易通过街区的局部特征来感知整个街区系统的空间特征。智能值的实质反映了观察者通过对局部范围内空间连通性的观察进一步获得整体空间可达性信息多少的程度。智能意味着从局部感受整体,而非智能就很难有整体的概念。智能值高的城市系统,则通过任一局部空间可以直接获得城市系统空间可达性的信息级较高,相反,智能值低的城市系统,则通过局部空间获得整个系统的信息量较少。表达式如下: 

式中,C 为所有单元空间连通值的均值,I为所有单元空间全局集成度的均值

(二)分析方法

空间句法起初的基础分析方法主要集中在轴线法、凸空间法及视区分割法,然而这三种方法的前两种各自存在轴线绘制和凸空间绘制方法多种多样的问题,针对同一空间,不同人员绘制的模型图会导致分析结果存在差异。而之后随着理论的不断完善,继而出现了交叠凸空间、所有线法和视区集成分析等方法。

①轴线法:对于建筑或者比较密集的建筑群体,一般采用轴线法,这里轴线具有视觉感知与运动状态的双重含义,它是公共空间(主要是街道空间)中一点所能看到的最远距离,表示沿平面一维方向展开的一个小尺度空间。空间句法规定,用最少且最长的轴线覆盖整个空间系统,并且穿越每个凸状空间,然后把每条轴线当作一个节点,根据它们之间的交接关系,便可转化为前述关系图解,并计算和分析各种空间句法变量,最后用深浅不同的颜色表示每条轴线句法变量的高低。

②凸多边形法:对于建筑内部房间或者走廊,一般采用凸多边形法,它代表沿二维平面展开的可感知的一个小尺度空间。该方法对城市系统研究不适用。从认知意义来说,凸状空间中的每个点都能看到整个凸状空间。这表明,处于同一凸状空间的所有人都能彼此互视,从而达到充分而稳定的了解和互动,所以凸状空间还表达了人们相对静止地使用和聚集状态。空间句法规定,用最少且最大的凸状覆盖整个空间系统,然后把每个凸状当作一个节点根据它们之间的连接关系,便可转化为前述关系图解并计算和分析各种空间句法变量,然后用深浅不同的颜色表示每个凸状空间句法变量的高低。

③视区分割法:对其中的每一点,相应的视区是由所有从该点可视的点的集合构成,即视区分割法,该方法目前限于理论探索阶段。用视区方法进行空间分割,就是首先在空间系统中选择一定数量的特征点,一般选取道路交叉口和转折点的中心作为特征点,因为这些地方在空间转换上具有战略性地位;接着求出每个点的视区,然后根据这些视区之间的交接关系,转化为关系图解,并计算每个视区的句法变量。最后的图示可用深浅不同的颜色来表示每个点句法变量的大小,并用等值线描绘出这些点之间的过渡区域。

④所有线法:比尔希列尔认为,一个置放在线束中的简单物体能够使许多邻近它的线与它一起进行无限关联和相切(包含相接),那么,所有线就是与这个物体相切(包含相接)的线的总和(Hillier, 1996)。由此可见,所有线法就是通过轴线法引申出来的另外一种分析方法。所有线法顾名思义进行的是一种类似于穷举法及求极限值的方法来进行分析,所有线法要求在空间中找出该空间的所有线,并赋予每根线以相关的变量,并进行综合的分析。与轴线法的原理相似,但所有线分析方法对微观空间进行描述可以更加细致详尽,更符合运动感知空间的过程给出的所有可能的视线。所有线分析方法的缺点为分析时的计算机依赖程度较高,因为分析时产生的线条数量众多、有大量的数据分析。

⑤交叠凸空间法:在凸空间方法的基础上衍生出了更加具有科学性的方法,交叠凸空间法。在这里,凸空间的绘制要求最大化,即绘制的凸空间必须是所在空间限定范围内最大的凸空间,也就是说每个凸状都要顶到外围的实体或边界。这样可以得到一些重叠的凸空间,在此我们称之为交叠凸空间,这些重叠的部分一般都具有较大的可视范围。根据这些凸空间来计算空间的交接关系,并计算器句法变量的方法即为交叠凸空间法。

⑥视区的可见图解:可见图解法是针对于轴线法的一个补充,也是视区分割法的一个延伸,通常轴线''法适用于城市尺度,适用于可以在空间中明确提取出轴线的研究对象。可见图解法分析方法具体匁,通过若干小方格覆盖分析区域,并量化地分析和计算出每个方格的视线可达。这种方法完成具有复杂界面的空间分析,在保留拓扑意义的前提下,达到更多的分析目的。此方法适用于空间规模不大的非规则区域。

 
 
四、空间句法的应用

空间句法通过对城市空间形态的定量描述来分析人类的空间行为如何受空间形态的影响,以及通过实验来揭示人类的空间行为与空间形态之间的相互关系。目前,这种方法在国外已逐渐得到深入的应用,在国内尚属认知阶段。

空间句法广泛的应用在建构行人徒步区模型、犯罪分析、交通污染控制以及找路(way-finding processes)的过程、城市人流的分析与预测、城市居民被窃的空间分布、交通排放污染的控制和复杂城市系统中的导航上。空间句法也提供了描述城市结构形态的叙述架构,试图由空间结构的观点,去解释人们的行为与社会活动。

在过去的20年里,空间句法已演变成一套新的计算语言来描述现代城市的空间模式,通过对城市环境的结构分析,增进城市规划者对城市演变的理解,并且获得更多的信息,有助于对新的城市规划设计。利用空间句法原理,人们可以通过对城市空间被集成和连接的程度来改变对以往城市模式的理解。

空间句法在城市空间典型的应用包括城市行人和车流量的分析、罪犯的空间分布、复杂建筑环境下的空间认知等,所有这些研究都建立在一个基本假设的基础上,即人的空间活动或行为在很大程度上受空间形态或结构的影响。许多实验研究已经证实空间句法对于模拟和理解城市形态和结构具有重要的意义。

 
 
五、相关软件

评估空间形态和计算空间形态变量的软件有:

Axwoman(Macintosh)用来处理地图,产生轴线模型并分析各轴线位置和相互联系的软件

Pesh(Macintosh)是把复杂建筑物的室内空间,看作是一个小的城市空间系统来处理的软件,作用和Axwoman相似。

SpaceBox(Macintosh)处理轴线地图或凸状空间地图的软件,得到空间体系的形态变量及其视觉化图像。

NewWave(Macintosh)另一个分析凸状空间系统的工具,用户借助该文件可以得到一个表示空间特征变量的文本文件。

OrangeBox(Macintosh)可以抽象空间系统并制作该空间的节点模型图。

Deptmap(PC)利用该软件可以生成空间环境形态变量的可视化图像。 

 
 
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