CN111429550B - 一种针对老城街区形态的复杂性结构的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对老城街区形态的复杂性结构的测量方法，本方法适用于城市设计领域。在现有方法中，黑白图底方法无法实现对人行为及活动方式的描述，街道组构分析方法缺失了对地块及建筑的关注，本发明可以同时对街道、地块及建筑之间的拓扑连接关系进行整合性分析。首先，确立了街区基本类型以及互锁、并合、套叠三种复杂结构类型的认知基础。其次，运用“点”与“线”的图论工具对不同类型的入径结构进行描述。最后，提出复杂性指标体系及其计算方法，实现了不同类型结构之间复杂性特征的可视化比较与分析。本发明为认知中国老城街区形态的内在组织逻辑提供了一种科学的量化分析方法。

Description

一种针对老城街区形态的复杂性结构的测量方法

技术领域

本发明涉及属于城市设计领域，特别涉及一种针对老城街区形态的复杂性结构的测量方法。

背景技术

以往的城市街区形态分析往往依托黑白图底方法来描述虚实两种形态要素在平面土地上的肌理特征，并相应地产生了容积率、建筑密度、平局高度等测量指标。然而，此类方法只能描述街区形态的几何特征，对于人的行为及活动方式的藐视是失效的。

1970年，英国学者比尔·希列尔(Hillier B)提出空间句法，通过“点”与“线”的图论图示描述街道网络之间的拓扑连接关系，并相应的提出“整合度”及“选择度”等计算方法。2005年，斯蒂芬·马歇尔(Marshall S)提出“路径结构”方法研究街道的构型特征，提出通过连续性、连接性、深度三个指标去描述街道的构型特征，并建立一系列测量方法。该类方法统称为组构方法，仅关注于街道网络，没有与地块、建筑两种要素相结合，所以尚失了对街区形态中的复杂性的全面性描述，因此申请人提出一种针对老城街区形态的复杂性结构的测量方法。

发明内容

为了解决上述存在问题。本发明提供一种针对老城街区形态的复杂性结构的测量方法，该方法是一种能同时描述街道、地块及建筑三个要素之间拓扑关系的测量方法，作为认知与理解城市街区形态中的复杂性特征的技术工具。为达此目的：

本发明提供一种针对老城街区形态的复杂性结构的测量方法，具体步骤如下；

首先，在城市形态的层级要素中界定出街道、场地、建筑三种类型的形态要素；

相应空间构成了连续的容纳人们不同活动的空间网络，同时也逐一连接了从城市组织到街道再到地块和地块序列以及建筑这些不同的形态要素；

将街道、场地、建筑逐级单一的连接进入关系定义为“入径结构”的基本类型，在此基础上，发展出四种复杂类型：

“互锁”—分别附属于两条街道的地块序列在道路交角处会形成重叠，即重叠的地块与多条街道形成进入与被服务关系；

“场地并合”—即两个以上地块的场地之间相互连通，彼此共享，但是每个地块的场地依然分别进入，并且各自的建筑相互独立的形态构成；

“建筑并合”—多个地块共享同一个建筑要素，但场地又各自独立的结构关系，这些具有共享关系的地块构成了地块子序列层级；

“套叠”—城市街区内部某一地块不直接与街道连接，而需要借助相邻的某个临街地块与街道连接的形态构成；

其次，引入点与线的图论方法来描述“入径结构”，其中“■”表示街道，“●”表示场地，“▼”表示建筑，“──”表示各要素之间的进入路径；

以“街道”作为“入径结构”的源点，将其所在基准线定义为“基本级”，也即“深度级0”，“场地”所在水平线为“深度级1”，以此类推，“建筑”所在水平线就是“深度级2”；

基本类型的“入径结构”图示可表达为“■──●──▼”；

关于四个复杂类型的“入径结构”图示；

就互锁关系而言，互锁关系的实质是从两条以上街道均可进入同一地块，图示表达为处于“基本级”的街道1与2分别与深度级为1的场地相连，再通过一条路径连接至深度级为2的建筑；

就场地的并合关系而言，两个地块之间的场地是连通的，但是建筑又是相对独立的。场地1与2不但与同一街道相连，而且在深度级1的基准线上水平连接，进而又分别与下一深度级的建筑1、2相连；

就建筑并合关系而言，两个地块内的部分建筑连接为一体，而场地又是相对独立的。将共享建筑的标记为1&2，它同时与上一深度级的场地1、2相连；而两个独立建筑1、2则分别通过一条路径与场地1、2相连；

就套叠关系而言，套叠关系的本质是不临街地块需要跨越另一个地块的场地才能与街道形成连接，地块1的进入路径是“场地1-建筑1”；地块2相对复杂，路径需要先经过“场地1”，再经过“场地2”，才能到达“建筑2”，在图示中，深度级1的水平线上仅有场地1一个要素，向下一深度级连接时出现了两个分支，一支连上了建筑1，另一支则与场地2相连，然后到达建筑2，当建筑2的深度级达到了3，说明套叠关系所造成的入径结构深度会大于互锁和合并关系；

最后进行复杂度的计算；

在上述图示基础上，需要进一步提出“互锁度”、“并合度”和“套叠度”三个度量指标，从而对不同类型的“入径结构”进行准确的分析与客观的比较；

互锁度用于度量地块场地与街道连接的程度，将其定义为一个“入径结构”中街道数量的总合与临街地块的场地，即深度值为1的场地，数量的比值；并合度由场地并合度及建筑并合度两部分加和所得，场地并合度衡量的是同深度级场地相互连接共享的程度，即单位场地所连接的水平路径值；

建筑并合度衡量的是建筑要素被共享的程度，也即单位建筑所连接的场地的路径数量值；

套叠度用于度量从街道到达地块的难易程度，用单位场地所具有的深度值来表示。将这个三个指标的总和定义为“入径结构”的复杂度；

运用这一量化方法实现对五种类型“入径结构”的抽象提取；

基本类型的三个复杂度均为1，其它几种类型的特征均在相应的度量值上有所体现，如互锁关系的互锁值为2，明显高于其它结构类型；两个并合关系的并合度也明显高于其它结构类型。

为使比较更加可视化，进一步引入相对值指标；

将三个绝对指标分别与三者的总和相除，这样就得到了总和为1的三个相对性指标，如果建立一个三元坐标图，端点X对应互锁度、端点Y对应并合度、端点Z对应套叠度，每个结构均可以被抽象成一个坐标点落位于相应的坐标轴上；基本结构位于坐标的中心，说明其三个特征是均等的，没有偏向性；位置越接近某一端点越是具有明显的、强烈的特征性，比如场地并合度结构的特征就高于建筑并合结构，当一个入径结构同时存在两种或三种复杂结构关系，它的坐标点会偏离轴线，落入由轴线分割出的三个区域中，其中，左上区域代表着互锁性与并合性的复合，下方区域代表着并合性与套叠性的复合，右上方区域是互锁性与套叠性的复合。

作为本发明进一步改进，三个指标的定义及其度量公式如下表所示：

互锁度定义如下：

每个地块与街道直接连接的路径值的总和/与街道直接相连的场地数量；

入径结构公式如下；

并合度即场地并合度+建筑并合度定义如下；

(每个地块同级连接的路径值的总和/场地的数量)+(每个建筑与场地连接的路径值的总和/建筑的数量)；

入径结构公式如下；

套叠度定义如下：

每个场地深度值的总和/场地的数量；

入径结构公式如下；

相应符号定义如下：

I：互锁度；

C：并合度；

E：套叠度；

l:入径结构中与街道直接相连的场地数量；

n:入径结构中的场地数量；

m:入径结构中的建筑数量；

a_i:与场地i直接相连的街道数量；

β_i:场地i与其他场地同级连接的路径值；

γ_i:建筑i与场地连接的路径值；

δ_i:场地i的深度值。

作为本发明进一步改进，五种“入径结构”类型的复杂性绝对值指标如下；

作为本发明进一步改进，五种“入径结构”类型的复杂性相对值指标如下；

本发明提供一种针对老城街区形态的复杂性结构的测量方法，与描述几何特征的黑白图底方法及描述街道网络的组构方法相比，该方法可以全面地测量街道、地块及建筑之间的拓扑连接关系，进而全面地揭示人的行为及运动方式。“入径结构”可以准确表述部分与整体的结构关系，这对形态拼贴性较强的快速发展型城市具有普适性意义。

附图说明

图1为本发明“入径结构”的基本类型及其演化后的4种复杂类型示意图；

图2为本发明基本类型与四种复杂类型的“入径结构”图示；

图3为本发明五种入径结构类型的三元坐标图；

图4为南京高楼门街区样本(a)图底关系及进入交通(b)地块与地块子序列(c)入径结构；

图5为南京高楼门街区入径结构的图解表述；

图6为不同结构的特征在三元坐标图中得到呈现与解析。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

本发明提供一种针对老城街区形态的复杂性结构的测量方法，该方法是一种能同时描述街道、地块及建筑三个要素之间拓扑关系的测量方法，作为认知与理解城市街区形态中的复杂性特征的技术工具。

作为本发明技术方案，其流程如下；

首先，他在城市形态的层级要素中界定出街道、场地(area)、房间(room)三种类型的“虚空(void)”空间。它们构成了连续的容纳人们不同活动的空间网络，同时也逐一连接了从城市组织到街道再到地块和地块序列以及建筑这些不同的形态要素。将街道、场地、建筑逐级单一的连接进入关系定义为“入径结构”的基本类型(图1a)，在此基础上，发展出四种复杂类型：“互锁”——分别附属于两条街道的地块序列在道路交角处会形成重叠，即重叠的地块与多条街道形成进入与被服务关系(图1b)；“场地并合”——即两个以上地块的场地之间相互连通，彼此共享，但是每个地块的场地依然分别进入，并且各自的建筑相互独立的形态构成(图1c)；“建筑并合”——多个地块共享同一个建筑要素，但场地又各自独立的结构关系，这些具有共享关系的地块构成了地块子序列层级(图1d)；套叠——城市街区内部某一地块不直接与街道连接，而需要借助相邻的某个临街地块与街道连接的形态构成(图1e)。

引入点与线的图论方法来描述“入径结构”。“■”表示街道，“●”表示场地，“▼”表示建筑，“──”表示各要素之间的进入路径。以“街道”作为“入径结构”的源点，将其所在基准线定义为“基本级”，也即“深度级0”，“场地”所在水平线为“深度级1”，以此类推，“建筑”所在水平线就是“深度级2”。基本类型的“入径结构”图示可表达为“■──●──▼”(图2a)。关于四个复杂类型的“入径结构”图示，互锁关系的实质是从两条以上街道均可进入同一地块。图示表达为处于“基本级”的街道1与2分别与深度级为1的场地相连，再通过一条路径连接至深度级为2的建筑(图2b)。就场地的并合关系而言，两个地块之间的场地是连通的，但是建筑又是相对独立的。场地1与2不但与同一街道相连，而且在深度级1的基准线上水平连接，进而又分别与下一深度级的建筑1、2相连(图2c)。就建筑并合关系而言，两个地块内的部分建筑连接为一体，而场地又是相对独立的。将共享建筑的标记为1&2，它同时与上一深度级的场地1、2相连；而两个独立建筑1、2则分别通过一条路径与场地1、2相连(图2d)。套叠关系的本质是不临街地块需要跨越另一个地块的场地才能与街道形成连接。地块1的进入路径是“场地1-建筑1”；地块2相对复杂，路径需要先经过“场地1”，再经过“场地2”，才能到达“建筑2”。在图示中，深度级1的水平线上仅有场地1一个要素，向下一深度级连接时出现了两个分支，一支连上了建筑1，另一支则与场地2相连，然后到达建筑2。可以发现，建筑2的深度级达到了3，说明套叠关系所造成的入径结构深度会大于互锁和合并关系(如图2e)。

本发明复杂度的计算；

在上述图示基础上，需要进一步提出“互锁度”、“并合度”和“套叠度”三个度量指标，从而对不同类型的“入径结构”进行准确的分析与客观的比较。互锁度用于度量地块场地与街道连接的程度，将其定义为一个“入径结构”中街道数量的总合与临街地块的场地(深度值为1的场地)数量的比值；并合度由场地并合度及建筑并合度两部分加和所得。场地并合度衡量的是同深度级场地相互连接共享的程度，即单位场地所连接的水平路径(同深度级连接路径)值。建筑并合度衡量的是建筑要素被共享的程度，也即单位建筑所连接的场地的路径数量值；套叠度用于度量从街道到达地块的难易程度，用单位场地所具有的深度值来表示。将这个三个指标的总和定义为“入径结构”的复杂度。三个指标的定义及其度量公式如下表所示：

表1“入径结构”中三个复杂度的计算方法

表注：

I：互锁度；

C：并合度；

E：套叠度；

l:入径结构中与街道直接相连的场地数量；

n:入径结构中的场地数量；

m:入径结构中的建筑数量；

a_i:与场地i直接相连的街道数量；

β_i:场地i与其他场地同级连接的路径值；

γ_i:建筑i与场地连接的路径值；

δ_i:场地i的深度值；

运用这一量化方法可以实现对五种类型“入径结构”的抽象提取(表2)。基本类型的三个复杂度均为1，其它几种类型的特征均在相应的度量值上有所体现，如互锁关系的互锁值为2，明显高于其它结构类型；两个并合关系的并合度也明显高于其它结构类型。

为使比较更加可视化，笔者进一步引入相对值指标。将三个绝对指标分别与三者的总和相除，这样就得到了总和为1的三个相对性指标(表3)。如果建立一个三元坐标图，端点X对应互锁度、端点Y对应并合度、端点Z对应套叠度(如图3)。每个结构均可以被抽象成一个坐标点落位于相应的坐标轴上；基本结构位于坐标的中心，说明其三个特征是均等的，没有偏向性；位置越接近某一端点越是具有明显的、强烈的特征性，比如场地并合度结构的特征就高于建筑并合结构。当一个入径结构同时存在两种或三种复杂结构关系，它的坐标点会偏离轴线，落入由轴线分割出的三个区域中。其中，左上区域代表着互锁性与并合性的复合，下方区域代表着并合性与套叠性的复合，右上方区域是互锁性与套叠性的复合。

表2五种“入径结构”类型的复杂性绝对值指标

表3五种“入径结构”类型的复杂性相对值指标

作为本发明一种具体实施例，发明人选择南京高楼门街区作为实际案例的运用验证，并尝试探讨其在城市形态研究中的应用。高门楼街区城市形态要素丰富，并呈现出类型多样的地块与地块子序列，这为验证并探讨“入径结构”提供了较为理想的样本。为了便于研究，对街区内部的27个地块进行了编号，这27个地块共构成11个不同类型的地块子序列，将其编号为a、b、c……k(如图4b)。11个入径结构分别与围合高楼门街区的街道S1、S2、S3及S4直接连接。

图5是高门楼街区的入径结构图示。正方形最外层的每一条边分别代表上述4条不同的街道，将其深度设为0，正方形不断向中心等距缩小，深度依次增加。四个“■”分别代表12个地块子序列的入径结构(虚线框对应的要素组合)所属的街道，将其分别置于四个边界的中点。代表场地与建筑的“●”和“▼”则位于不同深度的正方形边界上，其相互连接关系反映出不同入径结构内部要素的进入关系。值得关注的是，入径结构b同时与街道S1与S2相连接，类似的案例还有入径结构f与街道S2与S3。

上述四种复杂类型在该街区入径结构图示中均得以体现。比如，“●6”分别与S1、S2相连，表达了地块6与两条街道的互锁关系，与此类似的还有地块17与21。再者，地块2与3、4与5、5与6、12与13等入径结构均为建筑并合类型，地块1与2、21及22为场地并合类型。最后，基于代表不同深度的圈层线，套叠类型一目了然。入径结构j深度最大，三个地块套叠，跨越4个深度级，而入径结构c、d、e及f等均跨越3个深度级。

基于入径结构图示与计算公式，可以列出所有地块子序列复杂性的绝对值与相对值指标(表4)，不同结构的特征在三元坐标图中得到呈现与解析(图6)。11个入径结构共产生了9种结构类型。g、h及k的入径结构为基本类型，三个指标的绝对值均为1，坐标点相互重合并位于坐标图的几何中心。地块子序列d和j均是单一的套叠类型，它们的互锁度与并合度的绝对值均为1，套叠度指标则明显高出。它们均落位于Z轴上，j程度更强，所以离中心更远。入径结构为单一复杂类型的还有地块子序列a，它落位于代表并合性的Y轴上。b的入径结构是兼具互锁与并合的复合类型，坐标点位于三元图左上区，因为并合性更强，所以更靠近y轴。c和e的并合性与套叠性基本处于均衡状态，所以两者的坐标都处于下方区域的中间位置，离中心较远的c的复杂性略强。入径结构i与f均为兼具互锁与套叠的复合类型，后者的坐标点更趋向于X端点，互锁性更突出，而前者的套叠性更明显。

该案例样本的验证性分析证明了“入径结构”能有效表述街区形态的复杂性，特别是对具有多样化特征的地块子序列，能做出清晰的描述和图示。此外，三个度量指标也能够对不同地块子序列所呈现出的相同或不同类型的入径结构做出准确的分析和比较。

表4南京高楼门街区的入径结构及其复杂性度量

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种针对老城街区形态的复杂性结构的测量方法，具体步骤如下；

首先，在城市形态的层级要素中界定出街道、场地、建筑三种类型的形态要素；

相应空间构成了连续的容纳人们不同活动的空间网络，同时也逐一连接了从城市组织到街道再到地块和地块序列以及建筑这些不同的形态要素；

将街道、场地、建筑逐级单一的连接进入关系定义为“入径结构”的基本类型，在此基础上，发展出四种复杂类型：

“互锁”—分别附属于两条街道的地块序列在道路交角处会形成重叠，即重叠的地块与多条街道形成进入与被服务关系；

“场地并合”—即两个以上地块的场地之间相互连通，彼此共享，但是每个地块的场地依然分别进入，并且各自的建筑相互独立的形态构成；

“建筑并合”—多个地块共享同一个建筑要素，但场地又各自独立的结构关系，这些具有共享关系的地块构成了地块子序列层级；

“套叠”—城市街区内部某一地块不直接与街道连接，而需要借助相邻的某个临街地块与街道连接的形态构成；

其次，引入点与线的图论方法来描述“入径结构”，其中“■”表示街道，“●”表示场地，“▼”表示建筑，“──”表示各要素之间的进入路径；

以“街道”作为“入径结构”的源点，将其所在基准线定义为“基本级”，也即“深度级0”，“场地”所在水平线为“深度级1”，以此类推，“建筑”所在水平线就是“深度级2”；

基本类型的“入径结构”图示可表达为“■──●──▼”；

关于四个复杂类型的“入径结构”图示；

就互锁关系而言，互锁关系的实质是从两条以上街道均可进入同一地块，图示表达为处于“基本级”的街道1与2分别与深度级为1的场地相连，再通过一条路径连接至深度级为2的建筑；

就场地的并合关系而言，两个地块之间的场地是连通的，但是建筑又是相对独立的，场地1与2不但与同一街道相连，而且在深度级1的基准线上水平连接，进而又分别与下一深度级的建筑1、2相连；

就建筑并合关系而言，两个地块内的部分建筑连接为一体，而场地又是相对独立的，将共享建筑的标记为1&2，它同时与上一深度级的场地1、2相连；而两个独立建筑1、2则分别通过一条路径与场地1、2相连；

就套叠关系而言，套叠关系的本质是不临街地块需要跨越另一个地块的场地才能与街道形成连接，地块1的进入路径是“场地1-建筑1”；地块2相对复杂，路径需要先经过“场地1”，再经过“场地2”，才能到达“建筑2”，在图示中，深度级1的水平线上仅有场地1一个要素，向下一深度级连接时出现了两个分支，一支连上了建筑1，另一支则与场地2相连，然后到达建筑2，当建筑2的深度级达到了3，说明套叠关系所造成的入径结构深度会大于互锁和合并关系；

最后进行复杂度的计算；

在上述图示基础上，需要进一步提出“互锁度”、“并合度”和“套叠度”三个度量指标，从而对不同类型的“入径结构”进行准确的分析与客观的比较；

互锁度用于度量地块场地与街道连接的程度，将其定义为一个“入径结构”中街道数量的总合与临街地块的场地，即深度值为1的场地，数量的比值；并合度由场地并合度及建筑并合度两部分加和所得，场地并合度衡量的是同深度级场地相互连接共享的程度，即单位场地所连接的水平路径值；

建筑并合度衡量的是建筑要素被共享的程度，也即单位建筑所连接的场地的路径数量值；

套叠度用于度量从街道到达地块的难易程度，用单位场地所具有的深度值来表示，将这个三个指标的总和定义为“入径结构”的复杂度；

运用这一量化方法实现对五种类型“入径结构”的抽象提取；

基本类型的三个复杂度均为1，其它几种类型的特征均在相应的度量值上有所体现，如互锁关系的互锁值为2，明显高于其它结构类型；两个并合关系的并合度也明显高于其它结构类型；

为使比较更加可视化，进一步引入相对值指标；

将三个绝对指标分别与三者的总和相除，这样就得到了总和为1的三个相对性指标，如果建立一个三元坐标图，端点X对应互锁度、端点Y对应并合度、端点Z对应套叠度，每个结构均可以被抽象成一个坐标点落位于相应的坐标轴上；基本结构位于坐标的中心，说明其三个特征是均等的，没有偏向性；位置越接近某一端点越是具有明显的、强烈的特征性，当一个入径结构同时存在两种或三种复杂结构关系，它的坐标点会偏离轴线，落入由轴线分割出的三个区域中，其中，左上区域代表着互锁性与并合性的复合，下方区域代表着并合性与套叠性的复合，右上方区域是互锁性与套叠性的复合。

2.根据权利要求1所述的一种针对老城街区形态的复杂性结构的测量方法，其特征在于：三个指标的定义及其度量公式如下表所示：

互锁度定义如下：

每个地块与街道直接连接的路径值的总和/与街道直接相连的场地数量；

入径结构公式如下；

并合度即场地并合度+建筑并合度定义如下；

(每个地块同级连接的路径值的总和/场地的数量)+(每个建筑与场地连接的路径值的总和/建筑的数量)；

入径结构公式如下；

套叠度定义如下：

每个场地深度值的总和/场地的数量；

入径结构公式如下；

相应符号定义如下：

I：互锁度；

C：并合度；

E：套叠度；

l:入径结构中与街道直接相连的场地数量；

n:入径结构中的场地数量；

m:入径结构中的建筑数量；

a_i:与场地i直接相连的街道数量；

β_i:场地i与其他场地同级连接的路径值；

γ_i:建筑i与场地连接的路径值；

δ_i:场地i的深度值。

3.根据权利要求1所述的一种针对老城街区形态的复杂性结构的测量方法，其特征在于：五种“入径结构”类型的复杂性绝对值指标如下；

4.根据权利要求1所述的一种针对老城街区形态的复杂性结构的测量方法，其特征在于：五种“入径结构”类型的复杂性相对值指标如下；

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