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1、空间句法在城市商业网点布局中的应用,2023/10/17,2,一、空间句法的基本原理与方法,2023/10/17,3,20世纪70年代，英国伦敦大学巴里特学院的比尔希雷尔、朱列涅汉森和他们的同事提出空间句法的概念。到1977 年，空间句法研究则略具雏形；在随后的二十余年发展中，空间句法理论不断完善，已经深入到对建筑和城市的空间本质与功能的细致研究之中，并在建筑和城市设计中进行了广泛的应用；现今，空间句法的研究和应用已经在世界范围内普遍展开 1997年至今，在伦敦、巴西利亚、亚特兰大等地举办了多届世界性的空间句法研讨会日趋成熟的空间句法分析技术已经成功应用于商业咨询。理查德罗杰斯、诺曼福斯特、泰
2、瑞法雷尔等知名事务所，在众多建筑和城市设计项目中雇请空间句法咨询公司进行空间分析，为其设计提供了有力的引导和支持。,空间句法的发展历史,2023/10/17,4,什么是空间句法？,空间句法：关于空间图形分析的一系列的理论和技术。其主要思想为：空间可以被认为是由元素组成，可以进行网络分析，最终以地图和图形呈现出来。因为空间句法认为空间是按照某种规则自行排列的，可以分划的，所以它常被用于大型图书馆，博物馆，道路交通，城市规划等。简单地说，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。,2023/10/17,5,空间句法的
3、基本原理和方法,构形（configuration）构形，从字面上看，是指“轮廓由其各部分或元素配置决定的外形”。希列尔将构形定义为“一组相互独立的关系系统，且其中每一关系都决定于其他所有的关系。”构形是一种普遍存在的现象。无论是有形的物质形态，还是语言等非物质形态都存在构形。关系图解（justified graph）用节点与连线来描述结构关系的图解被称为关系图解。关系图解为空间构形提供了有效的描述方法，同时也是对构形进行量化的重要途径。关系图解是一种拓扑结构图解，它不强调欧氏几何中的距离、形状等概念，而重在表达由节点间的连接关系组成的结构系统。,2023/10/17,6,构形的定量描述,在关系
4、图解基础之上，空间句法发展了一系列基于拓扑计算的形态变量，来定量地描述构形。其中最基本的变量有如下五个：(1)连接值（connectivity value）与某节点邻接的节点个数即为该节点的连接值。在实际空间系统中，某个空间的连接值越高，则表示其空间渗透性越好。(2)控制值（control value）假设系统中每个节点的权重都是1，则某节点a从相邻节点b分配到的权重为1/(b的连接值)，那么与a直接相连的节点的连接值倒数之和，就是a从相邻各节点分配到的权重，这表示节点之间相互控制的程度，因此称为a节点的控制值。,2023/10/17,7,(3)深度值（depth value）规定两个邻接节点
5、间的距离为一步，则从一节点到另一节点的最短路程（即最少步数）就是这两个节点间的深度。系统中某个节点到其他所有节点的最短路程（即最少步数）的平均值，即称为该节点的平均深度值。MD=(深度该深度上的节点个数)/(节点总数1)深度是空间句法中最重要的概念之一，表达的是节点在拓扑意义上的可达性，即节点在空间系统中的便捷度。,构形的定量描述,2023/10/17,8,(4)集成度（integration value）为剔除系统中元素数量的干扰，P.Steadman改进了计算方法，用相对不对称值（relative asymmetry）来将其标准化，公式是：RA=2(MD1)/(n2)其中的n为节点总数 为
6、与实际意义正相关，将RA取倒数，称为集成度(可达性指标)。后来又用RRA来进一步标准化集成度，以便比较不同大小的空间系统。RRA=RA/Dn其中，是标准化集成度值。整体集成度表示节点与整个系统内所有节点联系的紧密程度；而局部集成度是表示，某节点与其附近几步内的节点间联系的紧密程度，通常计算三步或十步范围，称为“半径-3集成度”或“半径-10集成度”。,构形的定量描述,2023/10/17,9,构形的定量描述,(5)可理解度（intelligibility）上述连接值、控制值和局部集成度，是描述局部层次上的结构特征的；而整体集成度是描述整体层次上的结构特征。可理解度用来描述这种局部变量与整体变量
7、之间的相关度。希列尔指出，无论对城市还是建筑空间，我们都很难原地立刻体验它，必须通过在系统中运动地观察，才能一部分一部分地逐渐建立起整个空间系统的图景。可理解度就是衡量从一个空间所看到的局部空间结构，是否有助于建立起整个空间系统的图景，即能否作为其看不到的整个空间结构的引导。所以，如果空间系统中连接值高的空间，其集成度也高，那么，这就是一个可理解性好的空间系统。,以上这些变量定量地描述了节点之间，以及节点与整个结构之间的关系，或者定量描述了整个结构的特征。,2023/10/17,10,几何格网的构形分析,网格深度值计算的四大原理：（1）中心性原理阻隔条放在中间比放在边缘会导致更大的总深度值。（
8、2）延长性原理分隔条越长，总深度值越大。（3）邻接性原理相互邻接的分隔条，比互不邻接的分隔条导致更大的总深度值。（4）直线性原理直线相接的分隔条比盘绕的分隔条将导致更大的总深度值。,这四大原理是局部改变影响整个构形的普遍规律；填塞或删除某些格子也遵从这四大原理，只是删除格子的规律与其总深度值的变化方向相反。,2023/10/17,11,实际空间的构形分析方法,三种基本的空间分割方法 从认知角度看，空间可分为大尺度空间与小尺度空间。大尺度空间就是超过个体的定点感知能力，从一个固定点不能完全感知的空间。复杂的城市和建筑空间可看成大尺度空间；而小尺度空间则是可从一点感知的。在空间句法中，将其分割为小
9、尺度空间最基本的三种方法，就是凸多变形法、轴线法和视区分割法。凸多边形法凸多边形：连接空间中任意两点的直线，皆处于该空间中。处于同一凸状空间的人能彼此互视，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，然后把每个凸状当作一个节点，根据它们之间的连接关系（关系图解），计算和分析空间句法变量，并用深浅不同的颜色表示空间句法变量的高低。,2023/10/17,12,三种基本的空间分割方法,轴线 轴线即从空间中一点所能看到的最远距离，代表沿一维方向展开的一个小尺度空间。轴线与凸状一样，也具有视觉感知和运动状态的双重含义。
10、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，转化为关系图解，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句法变量的高低。视区 简单地说，视区就是从空间中某点所能看到的二维区域。定性地视区分析可探讨不同空间在整个空间结构中的控制力和影响力，并借此挖掘其社会文化意义。视区分割方法：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；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。最后用深浅不同的颜色来表示每个点句法变量的大小，并用等
11、值线描绘出这些点之间的过渡区域。,2023/10/17,13,三种基本的空间分割方法,凸多边形、轴线和视区分割法 轴线和凸状是空间句法最早采用的、行之有效的两种方法，但它们的不足之处在于：（1）其绘制过程是个相当复杂的工作，尤其对于像城市这样规模较大的空间系统。虽然有很多相关的空间句法软件，但一般只能计算变量和图示成果，轴线仍需在CAD里人工绘制。（2）空间句法关于凸状要“最少且最大”，轴线要“最少且最长”的定义，在实际运用中存在主观性。视区分割中，特征点的选择较为主观，对于弧形道路或较为复杂的建筑空间系统，也很难确保惟一性。所以，有学者提出用能够覆盖整个空间系统的最少视区来进行空间分割。,2
12、023/10/17,14,三种穷尽式的空间分割方法,1990 年代以来，在计算机的支持下，逐步发展出强调“最多”的交叠凸状、所有线和可见图解分析方法，即穷尽某一定义下所有不重复的子空间，而不管这些子空间相互交叉的复杂程度。穷尽式的分割方法虽导致运算量很大，但定义明确，所以在计算机的支持下，可自动完成分析。穷尽凸状交叠凸状空间分析 穷尽轴线所有线分析 穷尽视区从视区集成到可见图解,2023/10/17,15,穷尽凸状交叠凸状空间分析,分割方法：首先画出由实体边界限定的所有最大的凸状空间，即每一凸状都要顶到实体或边界，这些凸状空间不可避免地相互交叠。两个凸状空间交叠的子区域也一定是凸状空间，而且该
13、子区域可同时看到这两个凸状空间。交叠凸状小空间，它们具有较大的可见范围，而未交叠的区域则可见范围相对较小。然后，便可根据所有这些凸状空间的相互交接关系，计算上述各种句法变量。交叠凸状分割与凸状分割的区别（1）交叠凸状空间的每条边都一定与实体边界共线，而凸状分割只要求至少有一条边与实体边界共线；（2）凸状分割方法中，各凸状空间只可相邻，不允许交叠。所以，交叠凸状分割方法更强调实体的界定作用，而没有对各凸状空间之间的关系作出太多限制。缺点 该方法分析过程繁琐，运算量大，常出错，而且生成的交叠凸状也过于杂乱。,2023/10/17,16,穷尽轴线所有线分析,所有线：与一个物体的一个顶点和另一物体的一
14、个顶点都相切，直到碰到其他物体或空间的边界的线的集合。根据这些所有线”之间的交接关系，亦可将其转化为前述关系图解，并计算和分析各种空间句法变量。再用由红到蓝的线，代表集成度由高到低的变化。缺点“所有线”的冗余度太大，经济性不够。其取样完全取决于所处理的多边形的复杂性，如果多边形的顶点过多，或存在曲线，其计算将相当繁琐，甚至出错。,2023/10/17,17,穷尽视区从视区集成到可见图解,穷尽视区的方法通过在空间中整齐排布密集的点，来解决前述特征点取样的代表性和惟一性问题。分析步骤 首先在要分析的空间平面上以一定密度建立规则的点阵，然后求出每个点的视区，再根据这些视区之间的交接关系，算出每个点的
15、句法变量。可见图解的优缺点（1）对于复杂和开放的建筑平面，很难确定唯一的轴线和凸状画法，而可见图解分析则不会受到这种限制，只需在空间中均匀地排布点；（2）对于相同的平面，只要保持一定的点阵密度，可见图解分析的结果会比轴线、凸状分析更加细致，原来仅用一条轴线或一个凸状表示的空间，可见图解可详细揭示其内部的差异。（3）计算相当耗时。,2023/10/17,18,以实体的形式定义的空间分割方法,实体形式的空间分割方法以表面分割(surface partition)和端点分割(endpoint partition)最为著名。表面分割就是通过延伸优角(大于180的角)的两边来对空间进行分割，自由墙体的端
16、点可看成360的优角，所以也要延长，所得分割线是被延伸的“墙表面”可见与不可见的临界之处，所分割成的子空间称为s空间。端点分割就是除了绘出表面分割线之外，再绘出所有可延伸的优角连接线的延长线，其意义是所有“边”的可见与不可见的临界之处，即跨过这条线则原来可见的一条边就看不到了，或看到了一条原来看不到的边，这样分割成的子空间称为e空间。,2023/10/17,19,三种基本的空间分割方法，主要着眼于由实体界定的空间大致结构组成，虽然不能辨别实体边界的微小变动对空间的影响，但更符合人们头脑中简单、明确的空间构形；三种穷尽式的空间分割方法，更加强调由实体边界决定的空间分割的唯一性，也就是说这三种空间
17、分割方法对实体形式的依赖性和敏感度都较强，但分析过程往往比较繁琐；表面分割和端点分割方法，则更加直接地强调实体边界的转折点、角以及尽端等形式特征对空间构形的影响，定义明确，操作客观，但有时会纠缠于实体几何形式的琐碎干扰，而偏离对空间整体构形的专注。,小 结,2023/10/17,20,数字规划的概念,“数字规划”就是要在全数字化的环境下完成城市规划的所有任务。它以多模式的规划支持、多尺度的规划基础数据为基础，面向多阶段的城市规划与管理的全过程，将数字化的技术手段运用于城市规划的编制、审批、实施和监督等环节中，为规划决策提供所需的数据、模型、优化的方案和实现对未来环境的虚拟表现，实现物质、社会、
18、环境要素空间一体化的有效配置和合理安排。,2023/10/17,21,规划支持方法,支持在GIS中对某类规划问题进行空间分析、模拟、预测、优化和评价空间模拟(Spatial modelling):模拟地理过程的数学模型自然环境过程(Physical process)，社会经济过程(Human Process)运筹学(Operations research):解决规划和管理决策问题的数学方法多标准决策分析(multi-criteria decision analysis)多目标规划(multi-objective programming)人工智能专家系统(expert systems)，遗产算法
19、(genetic algorithms)与决策分析理论结合进行的交互式分析将新技术与规划中的开放性思想结合,2023/10/17,22,规划支持方法的特点,建立一种多方参与的沟通模式多方参与：规划师、政府、开发商、市民规划编制全过程：数据获取、分析、方案选择建立一种多目标量化分析支持模式社会、经济、环境目标的平衡多利益相关者价值观的博弈建立一种多技术、方法融合的支持模式遥感技术、GIS、网络技术城市规划、地理学模型、数学模型综合式、交互式、多目标、集成化的辅助规划支持体系。,2023/10/17,23,二、基于空间句法的道路通达性分析（以北京地铁为例）,2023/10/17,24,空间句法的基
20、本原则是空间分割。对于密集的城市环境，空间句法一般采用轴线法表示，即：轴线地图关系图解交通可达性(Accessibility,简称“可达性”)即交通的便捷程度,它是人文地理学的一个基本问题,也是城市规划、土地开发、房地产投资、交通管理等领域必须考虑的重要因素。可达性指标（Accessibility Index）为符合数值越高可达性越高的习惯,一般将以RAi的倒数作为可达性指标，即,道路通达性分析,（RAi是相对不对称值）,2023/10/17,25,北京地铁拓扑连通图解,2008年北京地铁规划图,地铁线路的连通关系图与可达性评价,根据连通关系图解，计算各条线路的可达性指标。,2023/10/1
21、7,26,各地铁的可达性指标,各线路可达性指标从0.380.65,总体看来各地铁可达性指标相差不大；远郊地铁线的可达性略差,而城区地铁线的可达性略好；在城区地铁中,8号线的可达性较差,仅比“至昌平”的线路略好。,2023/10/17,27,1号地铁线各站点与各地铁线路连通示意图,站点间的连通关系图与可达性评价,2023/10/17,28,各起始站、换乘站的可达性指标,2023/10/17,29,道路可达性评价分析,空间句法可达性评价是一种适于按线路单一票价计费的地铁评价方法，其评价方法更关注节点间空间转换的次数;它们对可达性有共同的理解方式。在进行可达性评价之前,要充分结合研究领域的特点,把握
22、研究的前提条件,深入了解研究对象的特点,以便选择合适的评价方法,否则评价结果将难以满足研究的需求。可达性评价指标可广泛地应用于规划方案的设计与选择、交通政策方案选择及运营评价、居民及企业出行选择等问题的研究中。,2023/10/17,30,三、空间句法和GIS在城市商业网点布局中的应用（武汉城市结构和商业网点布局分析）,2023/10/17,31,研究思路,探讨空间句法(Space syntax)对我国城市的适用性探讨空间句法和GIS相结合的定量分析方法对城市规划、商业网点布局的指导作用为数字规划案例库增加素材,2023/10/17,32,主要问题及改进方法部分城市主干道整体作为分析单元过长空
23、间分析单元的大小要大体上保持一致,Global Integration map,2023/10/17,33,主要改进方法过长城市主干道路分解为长度基本一致的路段自然路段和切割路段相匹配，空间分析单元要大体上保持均衡,2023/10/17,34,主要改进方法增加公交网络的关联分析,2023/10/17,35,部分分析结果,基于空间句法的公交线路可达性分析,公交乘客流量,2023/10/17,36,武汉市全市公交线路句法中心与大型连锁店的关联性分析,2023/10/17,37,部分结果,局部句法中心局部尺度范围内道路和公交可达性好的地点及路段,邻里尺度句法中心邻里尺度范围内道路(步行或慢速交通)可
24、达性好的地点及路段,2023/10/17,38,大型零售连锁店建库,通过大型连锁店的官网查询地址将大型连锁店在路网上进行空间定位分析大型连锁店空间布局与各类空间句法中心及可达性之间的关系借助网络地图结合实地调查如：,2023/10/17,39,商业网点数据库,数据库包括：8种业态；113家大型商业连锁店,2023/10/17,40,武汉市商业网点分布,全市级商业中心区级商业中心小区级商业中心或超市街区级服务网点,2023/10/17,41,武汉市街区句法中心与街区商业中心的关联性分析,2023/10/17,42,武汉市街区句法中心与大型连锁店的关联性分析,2023/10/17,43,武汉空间句
25、法有效性及与大型连锁店的关联性分析,商业街区缓冲区分析与大型连锁店的关联性,空间句法分析结果与大型连锁店的关联性,2023/10/17,44,展望,GIS可以与其它信息技术、决策方法和模型很好地结合，形成相应的规划支持方法。在统一的GIS环境下，完成信息获取信息处理信息表达的全过程的辅助决策支持，能够很好地辅助城市空间发展规划，帮助规划师认识空间及地形地貌特征，定量地研究城市空间发展的特征，合理地预测城市空间发展状态。随着GIS分析功能的不断强大，以及其它城市规划技术支持手段的不断创新，各种技术相融合，构成面向城市规划问题的多模式的规划支持方法，将为城市规划理论与实践提供新的思路和借鉴，并具有广阔的应用前景。,
