基于空間句法的多尺度空間結構

楊 滔

YANG Tao

1 概 述

自2015年12月中央城市工作會議召開以來[1]，以人的城鎮(zhèn)化為出發(fā)點，優(yōu)化城市空間結構，提升城市空間品質(zhì)，逐步成為我國新型城鎮(zhèn)化轉型的趨勢。當前的實踐項目往往包括宏觀區(qū)域尺度、城市尺度以及中微觀社區(qū)尺度的城市設計等，這些都將涉及如何去觀測、設計、評估以及優(yōu)化那些不同尺度的空間結構。例如，大到北京城市副中心155km2和雄安新區(qū)100km2的空間結構布局，小到北京或上海等城市中心區(qū)0.2公頃左右較小規(guī)模的空間結構更新等。特別是，當前城市總體規(guī)劃改革中提出針對城市空間結構的體檢和評估工作，急需建立起面向?qū)嵺`的方法體系。不過，如何定義空間結構并沒有固定的方法或模式，這導致對其優(yōu)化的方法存在模糊性?？傮w而言，一方面，研究空間形態(tài)的結構，即物質(zhì)空間是如何布局的；另一方面，探索社會經(jīng)濟環(huán)境等要素的空間分布與關聯(lián)而構成的結構，即非空間要素在空間中是如何布局的。不管哪一種研究，結構往往被認為是表面現(xiàn)象或形式之下的深層次內(nèi)容、機制或本質(zhì)，支撐著整體空間系統(tǒng)的構成和運營，并不斷地變化或演進，乃至突變[2]。因此，優(yōu)化空間結構被認為將會帶動完善各種類型的城鎮(zhèn)化進程，緩解不同階段的城市病，促進不同尺度的高質(zhì)量與精細化發(fā)展，使得城鎮(zhèn)良好而高效地運轉。

然而，任何一個尺度的設計都必然會涉及其他尺度的問題，而且不同尺度上的設計內(nèi)容如何層層傳導或迭代也是不可回避的話題。從空間結構和功能效益的角度，深入研究城市空間結構在不同尺度上的互動機制，將有助于設計或優(yōu)化城市之中的空間結構，提供一套可行且可推廣的方法體系。以往基于靜態(tài)的或者單一尺度的空間形狀或功能的研究，已經(jīng)不能解決上述跨尺度的空間結構的識別與設計。因此，就多尺度的空間形態(tài)本身，深入探索新的研究范式，剖析城市空間結構的構成機制和尺度互動，從而解決我國新型城鎮(zhèn)化轉型過程之中面臨的設計實踐問題，將是必要的。

2 范式的轉型

從城市空間結構及相關領域研究的國內(nèi)外發(fā)展來看，隨著以人為中心理念的轉變、網(wǎng)絡思維方式的普及以及大數(shù)據(jù)分析方法的興起，特別是更為精細的大量實時動態(tài)數(shù)據(jù)以及人工智能技術的出現(xiàn)，空間結構研究的范式發(fā)生了深刻的變化：從構圖形式，轉向場所，再轉向空間網(wǎng)絡；從整體格局，轉向個體空間體驗，再轉向個體與整體的互動；從靜態(tài)的形式，轉向動態(tài)的系統(tǒng)，再轉向多維的分析。這些范式的變化促進了不同學派的出現(xiàn)與發(fā)展。這些研究范式的變遷起源于社會學、生物學、信息學、電力學等學科對于社會網(wǎng)絡、生物網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)、電力網(wǎng)絡等深入的研究；同時也源于網(wǎng)絡理論本身的出現(xiàn)，對于解決復雜性的問題有突破性的進展[3-4]。

新的研究范式也越來越關注多尺度“流動”與“聯(lián)系”，包括整體空間各個局部之間在城市、片區(qū)、社區(qū)上的聯(lián)系，物質(zhì)空間結構與諸如能耗、社會人口、交通物流、環(huán)境污染等之間的關聯(lián)，而這些不同維度和尺度的關聯(lián)構成了描述城市空間結構的基礎。例如，麥克·巴蒂（Mike Batty）于2013年的《城市新科學》（The New Science of Cities）一書中明確了研究范式從傳統(tǒng)意義上的區(qū)位（location）轉向了網(wǎng)絡（network），認為區(qū)位源于交流（interaction），即不同尺度的社會經(jīng)濟等活動中的交流關系決定了那些不同規(guī)?；顒拥目臻g區(qū)位[5]。此外，物質(zhì)空間結構也被認為是那些社會經(jīng)濟環(huán)境等要素在不同尺度空間之中關聯(lián)的折射。特別是近十年，“網(wǎng)絡”的概念進一步啟發(fā)了城市空間結構研究的新方向[5-7]。因此，將城市空間形態(tài)視為多尺度變化的網(wǎng)絡結構，這種研究范式也成為新的趨勢。

3 空間句法的發(fā)展

在新的研究趨勢之中，空間句法（Space Syntax）是從網(wǎng)絡思維的角度研究空間形態(tài)及其認知與功能的一個學派，這是該研究主要的理論基礎和方法。此處特指英國倫敦大學學院的比爾·希利爾（Bill Hillier）教授及其同事們于20世紀70年代建立的關于空間形態(tài)的理論和方法，剖析了不同尺度下不同空間之間的復雜聯(lián)系及其和人們活動模式的相互關系，來直觀定量地揭示空間現(xiàn)象下那些無法言表的社會邏輯和空間規(guī)則，提出了自組織的空間結構及其演變模型[8-9]。例如，亞歷山大（Christopher Alexander）后期的著作《自然的秩序》[10]以及巴蒂（Mike Batty）后期的著作《城市的新科學》[5]對空間句法早期的研究案例都有詳細的評論，并加以借鑒與推廣。

與之同時，空間句法的基本理念還是強調(diào)：空間布局或空間序列的模式對于區(qū)位、行為、社會經(jīng)濟等方面的決定性影響[11-12]。空間句法的這些研究由倫敦大學學院（UCL）傳播到了世界300多個高校和研究機構，并在美國、法國、德國、挪威、日本、巴西等國家形成了關于空間句法的研究中心。在我國，空間句法也逐步進入不少高校的教學和科研之中，并先后在北京交通大學、東南大學以及深圳大學舉辦了3屆空間句法研討會議。根據(jù)知網(wǎng)全文檢索，最近3年關于空間句法的文獻共計1,166篇，在國內(nèi)形成較為活躍的研究氛圍。因此，從學術研究的角度而言，空間句法為城市空間結構方面的研究提供了一條新的路徑，值得我們繼續(xù)探索。

基于網(wǎng)絡科學和個體行為模式研究以及大數(shù)據(jù)和機器學習技術的發(fā)展，空間句法理論本身也面臨范式的轉換。不同文化下的城鎮(zhèn)空間結構具有明顯的異質(zhì)性（圖1），而這些特色空間是如何在不同尺度的空間文化作用下形成的，它們又是如何彼此關聯(lián)的，這也是該理論需要進一步研究的方向。因此，針對多尺度互動和變化的空間句法研究，將有助于我們從基礎研究的角度，為國際空間句法理論和方法的創(chuàng)新發(fā)展做出應有的貢獻。

圖1 / Figure 1不同文化下的城市空間機構Urban Spatial Structures Generated in Different Cultures

4 從靜態(tài)的空間結構到“空間流”

空間句法研究的核心對象是城市空間結構，這一直都是城市研究中經(jīng)久不衰的話題?？臻g結構一詞大概于19世紀初被地理學者運用到城市研究之中，目的是將城市作為有機體來研究，揭示其本質(zhì)性的系統(tǒng)性關聯(lián)，形成城市空間發(fā)展的理論和方法[13]。用空間形態(tài)的方法分析和研究城市的物質(zhì)形式和社會經(jīng)濟等結構性問題，都可認為是城市空間結構研究的一部分。其研究與實踐的內(nèi)容也多種多樣，至少根據(jù)“尺度”與“時間”的不同而有不同內(nèi)涵，如從區(qū)域的形態(tài)到個體建筑的風格，從一個到多個國家的城市形態(tài)演變等。

隨著歷史的發(fā)展，城市空間結構研究與實踐的范疇逐步擴展：古典的城市形態(tài)更多地與美學、幾何以及社會象征意義相關，如圖底關系、幾何形狀所體現(xiàn)的“烏托邦”或者“宇宙秩序”等；隨后，西方城市形態(tài)與經(jīng)濟社會聯(lián)系起來，如老歐洲的多個學派對街坊塊、綠地、公共空間、建筑高度等方面的研究[14-15]，美國芝加哥學派伯吉斯（Burgess）等根據(jù)用地、人種、經(jīng)濟狀況等繪制的城市同心圓模式[16]，以及不同研究與實踐總結的帶型城市、網(wǎng)格城市、單中心或者多中心模式等[17-21]；進而，城市空間結構研究與心理學、環(huán)境行為、交通、環(huán)保、節(jié)能、城市管理等各個相關領域彼此交融，形成了新的研究范疇與對象[15]。

隨著20世紀末可持續(xù)發(fā)展和網(wǎng)絡理念的提出，近年來評估與創(chuàng)新城市空間結構這個話題又逐步成為了國際研究熱點之一。一方面，近現(xiàn)代城鄉(xiāng)規(guī)劃和設計發(fā)展史上，伴隨機器大生產(chǎn)、機動車普及、住宅工業(yè)化、互聯(lián)網(wǎng)誕生等，關于城市空間結構的新想法被一次次提出來，也反復遇到各種新挑戰(zhàn)。例如，凱文·林奇（Kevin Lynch）從認知和感知的角度，提出物質(zhì)空間結構的連續(xù)性與可讀性[22]?；诘貕K、街區(qū)、用地、時間等因素，康澤恩學派的杰弗里·懷特漢德(Jeremy Whitehand)提出了城鎮(zhèn)空間結構的演進機制，即租地權周期和經(jīng)濟發(fā)展周期在空間形態(tài)變化上的折射[14]。

與之同時，從社會學和歷史學的角度，人們對空間的異質(zhì)性和復雜性有了更多的關注。1989年社會學家和地理學家愛德華·W·蘇賈(Edward W Soja)以洛杉磯為例提出的后工業(yè)化模型，強調(diào)了空間性（spatiality）在社會學和歷史學中的重要地位以及第三空間的理論，平衡了空間、歷史、社會這3方面的維度[23-24]。2001年社會學家曼紐爾·卡斯特（Manuel Castells）的網(wǎng)絡社會模型等，明確地區(qū)別了兩種空間，即空間流動（ fl ows）和空間場所（places）[6]。最近幾年，麥克·巴蒂（Mike Batty）認為城市空間結構研究面臨新的挑戰(zhàn)，即網(wǎng)絡（network）、流動（ fl ow）、交流（interexchange）等概念使得區(qū)位（location）只是流（ fl ow）的結果，甚至全球化也可視為更大尺度的空間鏈接[5]。

當今，由于西方能源危機和全球極端氣候的出現(xiàn)，可持續(xù)發(fā)展，或彈性、或活力的空間結構的議題頻繁出現(xiàn)在國際論壇之上，如新城市主義(new urbanism)、新都市鄉(xiāng)村(new urban village)、精明增長(smart growth)、慢行城市(slow city)、緊湊城市(compact city)、基于形態(tài)的導則（form-based code）等明確涉及物質(zhì)空間結構的各種新理念，這是物質(zhì)形態(tài)空間結構在21世紀初重新得以重視的原因之一[25]。然而，其評估或優(yōu)化的標準、方法、指標等并未達成共識[26]。這是由于新理念提出的更多是關于規(guī)范性的要求，而非分析性的內(nèi)容，反而在一定程度上導致了對空間結構內(nèi)在構成機制缺乏深入的研究。于是，對于空間結構的研究及其評估體系和方法依然是各國城市研究領域的學者們努力探索的方向[26-27]。

空間句法從1990年起就從空間彼此連接的角度，探索城市空間結構對交通和用地的影響。對歐美城市的大量研究表明，不同尺度的空間組織，讓不同出行距離的交通出行恰當?shù)亟豢椩谕豢臻g中，推動了不同功能的涌現(xiàn)，形成真正的混合用地模式與多元化的交流活動，促進社會、經(jīng)濟與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展[28-31]?；跉W盟24國的研究，他們提出了“無所不在的中心性”，即城市中心性的功能將遍布在城市的各個角落，這不是一種簡單的多中心模式或區(qū)位等級，而是多尺度中心的復雜而精致的交織和互動，構成了城鎮(zhèn)的一種普遍性功能[30,32]。

5 多尺度的空間結構

另一方面，在過往的研究之中，空間結構涉及空間格局、空間區(qū)位、中心與邊緣、單元規(guī)模、空間價值、有機序列、發(fā)展方向、演變機制等方面，其中對于社會經(jīng)濟環(huán)境等多尺度機制的探索變得越來越重要，這是由于假設前提是那些空間結構的建設都是由不同尺度的社會經(jīng)濟環(huán)境要素推動的[15]。然而，社會經(jīng)濟環(huán)境等要素需要落位到空間結構建設之中，真正地轉化為人們的空間活動，城鎮(zhèn)空間的運作才能順暢，從而促進能源節(jié)約與公共空間資源公正化，真正地推動可持續(xù)發(fā)展。

特別是近十年，“網(wǎng)絡”的概念進一步啟發(fā)了城市空間結構研究的新方向[5]，例如空間句法研究理念逐步被接受。因此，將城市空間結構視為網(wǎng)絡結構的研究方法也成為新的趨勢。然而，真實世界中各種要素之間的關聯(lián)比城市空間模型更為精細、更為動態(tài)，從而使得整個由那些要素構成的網(wǎng)絡系統(tǒng)變得更為復雜，不確定性由此而更為明顯，出現(xiàn)了不可預測的方面。因此，在絕大部分研究之中，城市空間各個部分之間在各個尺度上的關聯(lián)機制并未充分揭示，而更多關注特定尺度的社會經(jīng)濟環(huán)境等要素的空間結構化特征[5]。

因此，對于特定城市或片區(qū)，空間形態(tài)結構和空間功能結構在哪個（些）尺度層面上才顯著性地相互影響？為什么會這樣？這并未定量地揭示出來，而往往采用“綜合性”這種定性的詞匯來描述[33-35]。除此之外，目前的研究更多是偏向于宏觀研究，如全球化和地方化兩個層面的功能對于世界城市或多中心空間形態(tài)的影響[7,36]；對于空間結構的中微觀尺度互動的研究偏少，也存在一定技術瓶頸，因為中微觀的尺度變化機制更為精致而細微，常常難以精確捕捉[37-38]。即使空間句法這種國際公認的應用于中微觀空間多尺度分析的理論和技術，識別出從區(qū)域直到社區(qū)尺度的不同空間關聯(lián)特征，仍未完全解釋多尺度互動機制[39-40]。這種機制的明確將有助于決策者在多重尺度（如區(qū)域、城市、片區(qū)、社區(qū)或街道）互動中，客觀地判讀出某種形態(tài)和功能因素的重要性[41-42]，如舊城更新之中辨別“微循環(huán)”的路徑[43]。因此，從多尺度互動角度，對于城市空間結構中形態(tài)與功能之間互動機制的研究，不僅是國際城市規(guī)劃和設計界研究的新趨勢，而且有助于豐富我國城市空間結構的多尺度理論體系和技術方法。

6 我國的研究動向

我國規(guī)劃和設計學界對已建或新建城市空間結構的特質(zhì)化、集約化、高效化等也開展了不少理論研究和實踐探索。很大一部分是從地理學的角度，進行研究社會經(jīng)濟因素的地理空間布局及其對于城市空間模式或結構的影響[44-47]；最近空間句法的理念也被借用到社會經(jīng)濟的空間分布研究之中[48]。還有一部分研究是從傳統(tǒng)意義的建筑學角度，研究物質(zhì)空間的構成方式及其功能或象征意義內(nèi)涵[49-53]；其中，一部分學者如龍瀛和楊俊宴運用了新興信息技術和大數(shù)據(jù)挖掘方法等，對城市空間結構進行了不同尺度的精細化探索，特別關注人的感知對于大尺度空間結構的影響[54-56]。針對這一新趨勢，王建國提出了“城市多重尺度的全鏈空間體驗性把握”的新概念，并結合中央城市工作會議公報提到的“空間立體性、平面協(xié)調(diào)性、風貌整體性、文脈延續(xù)性”等進行了深入的剖析[57]。研究的范式從關注形式本身的分類，逐步轉而去探索形式形成的內(nèi)部機制以及與其他社會經(jīng)濟環(huán)境等因素的互動關系。然而，從空間網(wǎng)絡的角度，對于我國城市空間結構的特征、建構機制以及內(nèi)在的形態(tài)和功能機制的研究仍有很大的空間，這也是建構城市空間評估與優(yōu)化技術的基礎，具備廣泛的實踐意義。特別是最近幾年，在數(shù)字化集成技術的支持下，對于不同尺度、不同時間精度的空間形態(tài)屬性可進行快速而較為準確的認知，從而可以去識別我國快速城鎮(zhèn)化進程之中更為精細的空間協(xié)同、聯(lián)動、迭代過程。

與此同時，自從空間句法理論和方法于20世紀80年代進入我國[34,58]，我國學者借助這個理論和方法，對城市空間結構展開了一系列研究工作。例如，楊滔分析了清代北京城以及1949年之后北京舊城的歷時性變化，分辨出北京舊城禮儀空間和日常生活空間的特征[59]。朱東風分析了蘇州空間結構的變遷，提出了中心結構體系[60]。王浩鋒和葉珉對于西遞傳統(tǒng)村落空間結構形態(tài)進行了分析，探討了其空間形態(tài)對于村落生活的影響[61]；之后，王浩鋒深入地研究了深圳市的空間結構與商業(yè)用地之間的關系，發(fā)現(xiàn)這兩者之間有明顯的正相關關系[62]。段進對于相關理論進行辯論，針對蘇州、南京、嘉興、天津等地案例應用進行過較為系統(tǒng)的梳理，從空間結構、交通、用地等方面指出了空間句法在中國城市應用的優(yōu)劣[63-64]。王靜文、毛其智和黨安榮也構建了北京不同時期的空間結構模型，詳細分析了空間、用地以及社會經(jīng)濟之間的關系，揭示了北京空間體系運行的機制以及演變規(guī)律[65]。盛強和韓林飛更詳細地分析了北京中微觀層面的商業(yè)中心形態(tài)，發(fā)現(xiàn)北京歷史城市中道路等級劃分、鋪裝方式等技術因素與空間拓撲形態(tài)高度吻合[66]。呂斌和陳圓圓將空間句法的方法應用到城市結構更新之中，認為空間句法在方案設計指導和評估問題中，使得規(guī)劃過程和空間社會性預期結果得到可觀的呈現(xiàn)[67]。楊滔采用空間句法的方法對北京、上海、倫敦、東京等10個城市的空間結構進行了比較，認為這提供了一種較為精確而直觀的評估方法[68-69]。上述這些研究基于對空間形態(tài)的識別，或多或少地研究了空間結構與功能使用之間的多尺度聯(lián)系，然而多尺度的空間聯(lián)系還未完全揭示清楚[70]。進一步完善多尺度的空間句法技術，有助于多方位地考慮以人為本的設計策略，同時多層次地關注物質(zhì)形態(tài)設計品質(zhì)。

總之，隨著復雜網(wǎng)絡科學發(fā)展、大數(shù)據(jù)和人工智能技術成熟，以及城市實體空間結構和虛擬空間結構互動的強化，從多尺度的角度，去探索空間形態(tài)與空間功能結構之間的關系，總結其深層次的特征，并和西方城市的空間結構進行對比研究，無疑有助于在全球視野下，發(fā)掘我國城市空間結構的形成機制，為優(yōu)化空間結構提供一種多尺度的理論依據(jù)和技術支持。

7 全尺度的聚集與分散

空間句法首先從城市空間結構的構成入手，研究每一條街道是如何彼此相互連接，從局部到整體，最終逐步構成整個城市空間網(wǎng)絡，以此去明確哪些空間因素決定了城市空間網(wǎng)絡跨越所有尺度的建構過程；進而思辨城市空間的整合程度，即每個空間距離其他空間的遠近程度，與空間網(wǎng)絡所覆蓋的范圍之間是否影響了空間網(wǎng)絡本身的形成。結果表明：雙參數(shù)的韋伯累計函數(shù)控制了每條街道嵌入整個城市空間網(wǎng)絡的全尺度過程；且規(guī)模參數(shù)和形狀參數(shù)分別為全局總深度的均值和嵌入速率的均值。

一方面，韋伯累計函數(shù)本身說明了城市空間網(wǎng)絡形態(tài)的構成不是無序的，而是有序且復雜的迭代變化過程。然而，這種有序并不是自上而下地強加在空間形態(tài)之上的，而是基于每條街道與其他街道彼此自下而上的連接而一步步形成的，每一步都基于前一步的建構方式，最終在不同尺度上涌現(xiàn)出空間模式。不過，隨著尺度的增加，較大規(guī)模的子網(wǎng)路或當時的整體網(wǎng)絡將會限制新增街道的嵌入過程，這體現(xiàn)為自上而下的作用，或路徑依賴作用中的局限性。另一方面，雙參數(shù)實際上分別代表了空間的整合程度以及新增空間的數(shù)量。

這表明，城市空間網(wǎng)絡的構成目標是：每個空間盡可能地靠近其他所有空間，即靠近目標空間；與之同時，每個空間盡可能地連接到更多的其他空間，即占據(jù)的目標空間。不過，這兩個目標是相互矛盾的，因為在每次新增的特定尺度下，占據(jù)了更多的其他空間，也就意味著在該尺度之下獲得了比前一個尺度更多的空間深度，于是系統(tǒng)的總深度就會增加。不過，正是這種在各個尺度上都相互制約的因素，導致了城市空間網(wǎng)絡形態(tài)不會是無序的生長。

不嚴謹?shù)卣f，城市空間網(wǎng)絡是嵌入或映射到二維的地面之上，那么這個二維平面本身就限定了每個空間連接到其他空間的方式，這是一種物理幾何空間的限制。正如小世界網(wǎng)絡理論中，限制因素還包括物質(zhì)空間上的限制。這使得任意空間不可能在較短的距離內(nèi)無限制地連接到其他盡可能多的空間。于是，這種幾何維度上的限制使得某些空間必須遠離那些起點空間，其表現(xiàn)為分散的行為。從這種意義上，空間上的聚集與分散就體現(xiàn)在那兩個變量之上，即整合度表示聚集，而嵌入速率則表示分散。

不過，這兩個變量在全尺度上都受制于空間網(wǎng)絡的幾何本體在二維平面上的映射。同時，考慮到人們行走的模式一般是線性的，也就是一維空間。那么，整合度可視為人們對空間靜態(tài)的占據(jù)，而嵌入速率則可視為人們在空間中的穿行，即人們在一維空間的出行方式。在這種意義上，聚集和分散也對應為占據(jù)和穿行。于是，城市在二維平面上進行空間建構，可以視為城市空間網(wǎng)絡本身選擇了不同的空間維度，去適應人們出行對一維空間的偏好，同時也適應于人們占據(jù)對二維空間的偏好，最終體現(xiàn)為多尺度的“空間維度的波動”，即穿行和占據(jù)這兩種空間行為在不同空間尺度中的映射。

8 不均勻空間網(wǎng)絡原型

基于上述城市空間網(wǎng)絡構成的統(tǒng)計規(guī)律，從形態(tài)的視角探索空間網(wǎng)絡是否非勻質(zhì)化，是否影響了空間網(wǎng)絡聚集或分散的空間效率，以期進一步揭示空間網(wǎng)絡內(nèi)在的空間機制，并從中發(fā)展度量城市空間效率的方法與變量。這種聚集和分散的空間趨勢導致了不均勻空間網(wǎng)絡的形成。首先，對總深度的優(yōu)化體現(xiàn)為空間網(wǎng)絡的聚集，而對穿行度的分布模式優(yōu)化，則體現(xiàn)為空間網(wǎng)絡的分散。從幾何構成上來說，空間聚集程度較高的是放射狀的中心（星型結構）和正交方格網(wǎng)結構，而空間分散程度較高的是環(huán)和線；隨尺度增加，這種區(qū)別越明顯。那么，當城鎮(zhèn)規(guī)模小的時候，往往是線狀或環(huán)狀，因為總深度還不至于過大；而當城鎮(zhèn)規(guī)模大的時候，往往是方格狀（如北京），或放射狀（如倫敦），或兩者結合（如東京）。不過，規(guī)模大的城鎮(zhèn)空間網(wǎng)絡中都存在斷裂點，如死胡同或盡端路，這樣使得線狀的結構可以折疊起來（如威尼斯），從而既保持更好的聚集效應，又促進穿行度的均勻分布。因此，斷裂的方格網(wǎng)可作為較大城鎮(zhèn)的空間原型。

其次，不同尺度的整合度優(yōu)化導致了復雜的、疏密相間的不均勻空間網(wǎng)絡形態(tài)。整個城市在總體層面上都保持“中心—邊緣”模式，即中心的街坊塊較小，而四周的則較大；而在中小尺度上保持兩種模式，即“邊緣—中心”和“中心—邊緣”模式，前者即為中心的街坊塊較大，而四周的則較小。這也是保持不同尺度上聚集和分散，即一部分空間網(wǎng)絡的密集化，而另一部分空間網(wǎng)絡的稀疏化。在這種意義上，聚集和分散本身都對應于空間形態(tài)。這體現(xiàn)為：城市空間網(wǎng)絡在發(fā)展之初，往往呈現(xiàn)“一張皮”的發(fā)展模式，尋求較小尺度的整合性；而在城市空間網(wǎng)絡發(fā)展成熟之后，將會向“一張皮”的兩翼發(fā)展，形成疏密相間的片區(qū)，最終形成多中心的格局，以此綜合性地優(yōu)化不同尺度的整合程度，實現(xiàn)跨越尺度的“均衡式”空間優(yōu)化機制。

最后，空間效率的概念是將聚集和分散統(tǒng)一在一起，形成空間影響力不均勻的前景和背景網(wǎng)絡。一方面，根據(jù)定義，穿行度可視為從其他空間穿越某個空間的潛力。換言之，如果人們停留在該空間內(nèi)，不用移動，就可以接受其他空間人們的到訪，這體現(xiàn)為一種由空間帶來的信息或交往收益，即提供了更多不用外出就能獲得的交流機會。某個空間的穿行度越高，該空間所能獲得被訪問的概率越高，這表明該空間的收益越大。那么，穿行度均勻分布的目的是使得盡可能多的空間具有更多的收益。另一方面，總深度則可視為從某個空間到達其他所有空間所消耗的總距離?？山忉尀椋瑸榱双@得在其他空間的交流機會，而需要跨越其他空間所付出的空間距離或時間等。這可稱之為空間成本。那么，穿行度與總深度之間的比值可視為空間效率。該指標消除了兩個變量之間的悖論，運用一個公式統(tǒng)一了空間的聚集和分散，也可視為空間的占據(jù)和穿行活動。

此外，不同尺度下涌現(xiàn)的前景和背景網(wǎng)絡的影響力各有不同，因城市而異。例如，曼哈頓、雅典、東京的前景網(wǎng)絡在城市層面上具有最高的空間效率，而在社區(qū)層面上具有最低的空間效率；上海、北京、倫敦、威尼斯的前景網(wǎng)絡則在社區(qū)層面上具有最高的空間效率，而在片區(qū)層面上具有最低的空間效率?？烧J為，空間的整合性與空間的穿行度（或嵌入速率）體現(xiàn)了城市空間網(wǎng)絡在不同尺度上發(fā)揮著內(nèi)在的幾何平衡機制，實現(xiàn)空間效率在不同尺度上的最優(yōu)，而不是在某個單一尺度上的最大。

9 跨越尺度的立體聯(lián)動

基于對城市空間效率的度量，可以剖析出不同尺度的空間效率結構，判斷這些結構之間是否存在復雜關聯(lián)及其穩(wěn)定性。除了在全尺度下，韋伯累計規(guī)律更好地描述了城市空間網(wǎng)絡構成的規(guī)律之外，在中小尺度之下，那些不均勻的空間網(wǎng)絡存在冪律規(guī)律或分形規(guī)律。例如，曼哈頓、芝加哥、雅典、北京、伊斯坦布爾、倫敦、東京、上海、巴西利亞、威尼斯10個城市、京津冀和長三角區(qū)域以及3個超大區(qū)域均存在冪律規(guī)律。這證實了過去對于城市空間網(wǎng)絡分形的研究結果[5,39]。不過上述研究案例跨越的范圍和尺度更大，充分說明了從社區(qū)、片區(qū)、城市、區(qū)域不同層級之間的空間網(wǎng)絡形態(tài)存在相似的規(guī)律，或彼此互動。

然而，同一城市不同尺度的前景網(wǎng)絡，即高效率空間所形成中心性空間網(wǎng)絡，并不一樣，存在一定的差別；而不同城市中，這種差別又各自不完全相同。例如，東京社區(qū)級前景網(wǎng)絡在城市層面上也交織成為網(wǎng)狀，而芝加哥社區(qū)級的前景網(wǎng)絡更為分散。這又說明：對于真實城市，冪律法則之中還存在著細微變化，社區(qū)、片區(qū)、城市、區(qū)域等并不是完全的嵌套關系，而呈現(xiàn)出更為復雜的關聯(lián)。實際上，亞歷山大的《城市不是一顆樹》（A City is Not a Tree）[71]以及空間句法對于模糊邊界的研究[72]中就表達了類似的觀點。城市空間網(wǎng)絡的局部和整體之間存在類似的地方，然而不可能完全一樣，即不是完全自相似。正是由于不同層級的局部之間存在相互重疊的部分，使得局部的邊界并不是完全清晰界定的，導致了不同層級的局部都彼此存在密切的聯(lián)系。

那些不同層級的聯(lián)系使得跨越不同尺度的高效空間彼此相互協(xié)同，并在空間位置上彼此相互連接，于是這就構成了跨尺度的“立體”網(wǎng)絡，它們共同支撐著穩(wěn)定的空間結構，使得整個系統(tǒng)能夠容納不同尺度、不同規(guī)模、不同類型的功能性活動，這稱之為空間網(wǎng)絡形態(tài)的厚度。這也表明了不同城市、不同城鎮(zhèn)群、不同超大區(qū)域空間網(wǎng)絡形態(tài)的厚度各自也不完全一樣，使得它們的前景網(wǎng)絡和背景網(wǎng)絡存在一定的差異，構成了這些城市、城鎮(zhèn)群或超大區(qū)域的空間特色（圖2）。

這些城市空間結構依賴于不同尺度的高效率空間彼此有機地連接在一起，同時在同一尺度下不同效率的空間適度協(xié)同，形成空間效率精細疊加的空間結構。這體現(xiàn)了同尺度空間聯(lián)系的豐富程度和穩(wěn)定程度，可視為城市空間網(wǎng)絡形態(tài)的厚度。在城鎮(zhèn)群和超大區(qū)域中的研究，也可發(fā)現(xiàn)不同尺度的空間效率之間的協(xié)同，對于空間結構的識別非常關鍵。在這種意義上，可認為城市空間結構是基于空間網(wǎng)絡形態(tài)的厚度而產(chǎn)生的。隨不同尺度之間的交互作用，城市空間結構并不是固定不變的，而是隨尺度的變化，不斷地涌現(xiàn)出來的。當不同尺度的高效率空間彼此能更多地疊加在一起，那么城市結構會根據(jù)其強弱程度而涌現(xiàn)，而不是完全由自上而下的空間形式而決定的。因此，由不同尺度的空間效率圖組合的空間圖譜為深入理解動態(tài)的空間結構提供了可視化的工具。

圖2 / Figure 2長三角不同尺度的空間結構的融合An integrated and multi-scaled spatial structure of Yangtze River

圖3 / Figure 3上海（a）與成都（b）不同城市功能對城市不同區(qū)位的需求（橫軸表示城市尺度的區(qū)位，縱軸表示社區(qū)尺度的區(qū)位） / Different spatial locations corresponding to different urban functions of Shanghai (Left) and Chengdu (Right) (The horizontal axis represents urban scale location, and the vertical axis denotes community scale location)

10 城市功能的空間適應

不同尺度的空間效率圖譜也反映了空間區(qū)位的好壞，這對于城市功能在城市空間網(wǎng)絡之中的選址和布局非常關鍵（圖3）?？臻g句法對于北京的研究表明：中小商店和低檔賓館不僅選擇空間區(qū)位較好的地方，而且城市空間形態(tài)影響了它們的空間布局；連鎖賓館的空間區(qū)位雖然相對較差，然而城市空間形態(tài)仍然影響了它們的空間布局；高檔賓館的空間區(qū)位雖然相對較好，然而它們的布局并不受到城市空間形態(tài)的影響；貿(mào)易市場的空間區(qū)位相對較差，且其布局完全不依賴于城市空間形態(tài)。這表明了城市中不同類型功能具有不同尺度的空間區(qū)位和布局需求，然而某些大型設施，如貿(mào)易批發(fā)市場等，并不依賴于空間區(qū)位或空間結構的好壞。

因此，可認為城市活力中心（如中小商業(yè)區(qū)）的區(qū)位好、布局相關度高；一般性中心（如連鎖酒店區(qū)）的區(qū)位一般、布局相關度高；品牌中心（如高檔賓館區(qū)）的區(qū)位好、布局相關度低；而特殊中心（如貿(mào)易市場區(qū)）的區(qū)位差、布局相關度低。這可稱之為北京的“空間形態(tài)—功能性”中心體系。在這種體系之中，不同的功能對應于不同的空間形態(tài)和空間區(qū)位。一方面，全局空間效率對一般商業(yè)分布模式影響大，而局部空間效率對較小型的設施分布模式影響大；且北京的空間效率對行政機構的分布模式有一定的影響，體現(xiàn)了北京作為行政中心的特色。另一方面，越小型的盈利型設施，越靠近（全局或局部）空間區(qū)位較好的場所；而大部分公共型的設施稍微遠離空間區(qū)位較好的地段。

然而，上述的分析明顯表明：除了空間結構因素之外，還存在諸如規(guī)模大小等因素對于城市功能選址的影響。這說明部分城市功能并不依賴于空間因素，從而帶來了吸引點與空間結構的重要性之爭。不過，以往研究表明，大部分功能還是受到了空間因素的影響，這在于吸引點和空間結構之間的作用力是相輔相成的，甚至由于規(guī)模大而形成的吸引點在發(fā)展過程之中會逐步影響到空間結構的變化。基于此，可認為不同的功能需要根據(jù)其規(guī)模大小、消費或服務人群、文化或品牌、運作方式等非空間因素，去適應不同尺度的空間布局及其形成的空間區(qū)位。這可稱之為“城市功能的空間適應”，即非空間的功能因素在空間選擇過程之中逐步去適應空間的物化過程，并最終體現(xiàn)在空間區(qū)位與布局之上。

此外，大數(shù)據(jù)為我們提供了更為細致的設計工具，使得合適的功能有可能更為精巧地體現(xiàn)在合適的空間形態(tài)之中，從而有利于根據(jù)物質(zhì)空間網(wǎng)絡形態(tài)的評估和調(diào)整輔助城市的精細化設計和管理。從理論上來說，今后大數(shù)據(jù)的實時交互功能的發(fā)展，將會進一步推動吸引點與空間結構之爭，因為大數(shù)據(jù)本身的實時交互提供了更多的非空間聯(lián)系的方法。不過，一些學者的研究表明：過去信息技術的發(fā)展對實體空間的影響不是削弱，反而是增強[73-74]。本質(zhì)上，城市空間網(wǎng)絡形態(tài)是否勻質(zhì)？如果我們對實體空間的出行沒有需求，那么這種勻質(zhì)的空間網(wǎng)絡將會出現(xiàn)。然而，作為生物人，我們至少暫時還生活在實體空間之中，對于出行的遠近仍然有考慮，那么物質(zhì)空間網(wǎng)絡的形態(tài)還很可能不會變得均勻，從而空間效率和區(qū)位之間的差別仍將存在。不過，大數(shù)據(jù)的實時互動技術對于城市物質(zhì)空間形態(tài)的影響仍然是一種重要的研究課題。正如彼得·霍爾（Peter Hall）曾多次談到，只要空間距離沒有消失，那么城市規(guī)劃設計將不會消失[7]。

圖4 / Figure 4概念性框架（紅色：空地；黃色：城鎮(zhèn)；藍色：原始部落群） / A conceptual framework of multi-scale spatial effect (Red: empty space; Yellow: urban areas; Blue: primitive tribes)來源 / Source: 作者自繪 / Illustrated by the author

11 結 語

上述的總結與討論使得我們可進行理論性的綜合，建立初步的概念性理論框架和模型，以此去描述多尺度的城市空間網(wǎng)絡形態(tài)的特征。如圖4所示，這個概念性理論框架包括3個空間維度：聚集、分散以及尺度。對于聚集，這體現(xiàn)為空間的整合與隔離這兩個極端，表現(xiàn)為城市分區(qū)，即面，或稱之為背景空間網(wǎng)絡；對于分散，這體現(xiàn)為空間的多元與單一這兩個極端，表現(xiàn)為城市骨架，即線，或稱之為前景空間網(wǎng)絡；對于尺度，這體現(xiàn)為聯(lián)動與孤立這兩個極端，表現(xiàn)為空間網(wǎng)絡厚度，即層次?；貧w到凱文·林奇對城市空間的兩個基本標準，即效率與公平[19]，聚集在一定程度上體現(xiàn)了效率，然而單一尺度的過度聚集又使得效率降低，如交通擁堵；而分散在一定程度上體現(xiàn)了公平，然而多尺度的適度分散同時又促進了效率的提高。因此，在不同尺度上聚集與分散的物質(zhì)空間形態(tài)的平衡體現(xiàn)了效率與公平之間的理念平衡。在不同尺度的聚集和分散折射出不同尺度的效率與公平，它們彼此之間也許在形態(tài)上是完全不一樣的，形成了空間形態(tài)上的彼此疊加，因此最終體現(xiàn)為非均勻的空間形態(tài)。

考慮極端案例，即空地和原始部落群；并從視線的角度來分析這兩個案例。對于空地而言，每個空間點盡可能地聚集起來，其整合程度最高。不過每個空間都能一眼望盡，其空間單一；同時所有空間之間彼此完全聯(lián)系，尺度完全扁平化，因此只存在一個尺度。對于原始部落群而言，每個部落彼此完全隔離，其整合程度最低。然而，每個部落都各不一樣，其空間豐富，從信息熵的角度而言，可最大化；此外部落之間沒有聯(lián)系，在理論上尺度是無限大，即提供了尺度互動的無限種可能性。這兩個案例其實是城鎮(zhèn)演變的起始情況之一。

當空地向分散的維度演變，那么線性空間將會出現(xiàn)，往往是城鎮(zhèn)的主要道路，如“一張皮”的發(fā)展模式，包括路邊發(fā)展起來的村鎮(zhèn)或商業(yè)街；當原始部落群向聚集的維度演變，那么面狀空間將會出現(xiàn)，往往是某個居住點的增大，甚至融合了周邊的部落。正常城鎮(zhèn)的空間網(wǎng)絡形態(tài)位于這3個維度的中間部分（如圖4的黃色部分）。不同尺度下的聚集和分散的空間機制使得城市空間結構涌現(xiàn)出來，這包括整合程度的涌現(xiàn)以及多元程度的涌現(xiàn)，這些特征并不是完全自上而下地強加給物質(zhì)空間形態(tài)之上，而是在空間之間自下而上地連接，并根據(jù)尺度的變化而互動，在每個尺度上自然地形成空間效率較高的中心，而且盡可能地分散開來，保持整體系統(tǒng)的均好性。這些中心又彼此連接，共同形成了前景網(wǎng)絡，即城市空間的骨架或結構。這稱之為空間結構的涌現(xiàn)現(xiàn)象。與之同時，中小尺度的空間聚集，其中一部分空間是在中小尺度上效率較高但在較大尺度上效率較低的部分，而另外一部分空間在各種尺度上效率都較高。前者對應“邊緣—中心”模式，而后者對應于“中心—邊緣”模式。于是，這形成了城市的不同尺度之下的分區(qū)，共同構成了背景網(wǎng)絡。這也是涌現(xiàn)出來的現(xiàn)象。因此，總體而言，城市空間網(wǎng)絡形態(tài)會表現(xiàn)為不均勻的空間網(wǎng)絡，從而形成空間效率不一的區(qū)位。在此基礎上，城市功能會根據(jù)不同尺度城市空間網(wǎng)絡所涌現(xiàn)的區(qū)位強弱，選擇不同尺度的空間場所，于是構成了功能與空間之間的尺度互動和配置。

Multi-scaled Spatial Structure from the Perspective of Space Syntax

YANG Tao

How are the forms of urban spatial network generated? This is one of the key issues addressed by urban morphological studies. Although various researches have tackled this question from the perspectives of sociology, economy, culture and cognition, it remains important to investigate it from the angle of physical geometry. With the rises of human-focused strategy, network thinking and big-data analysis, the paradigm of studying physical form of urban network has been altered from aesthetic composition to place making and then to spatial networking, from the wholeness of structure to individual experience and then to a combination of both strands, from static form to dynamic system and then to multi-scaled analysis. Considering the national policies, newly issued by Central Urbanism Work Conference, of shifting from the planning preferring urban expansion to the planning limiting urban boundaries and optimizing spatial structure, to tackle the question of how to enhance the quality of the forms of space network,with the aims of optimizing urban structure and implementing fi ne-scaled design and management,is becoming a necessary task.

This article starts with reviewing the relative theories on spatial form, complex network, big-data,as well as the studies of space syntax on physical forms, in order to clarify smaller questions developed from the big question focusing on the role of scale in spatial structuring. How is each street connected into the surroundings with an increase of scale? Why is such street network, generated from the bottom to the up, not an evenly intensi fi ed grid? Why does cul-de-sac appear? Are there any multi-scaled laws of complex networks? How do the dierent types of multi-scale structuring coordinate to from static structures? And how do different functional activities adapt to dierent scaled of spatial structures? The article then proposes four themes, namely full-scaled embeddedness process, multi-scaled spatial efficiency, multi-scaled thickness of networking, as well as multi-scaled optimization of location choice. It identifies the two-parameter Weibull distribution function can be

used to describe the formation of urban network,one parameter focusing on integration and another looking into the change rate of node count. It oers the constricted mechanism of agglomeration and decentralization, based on which, it solves a paradox of total depth and choice and suggests the concept of multi-scaled space efficiency aiming to explain the clustering coefficient of 50 cities across the world. The concept of space eciency is coined to seek to establish a theoretical framework of interpreting spatial structures with regards to the extent to which urban spaces are accommodated by dierent kinds of activities.

Then, it illustrates a series of the patterns of multi-scaled space eciency, with an aim of identifying the emergency of urban structures sustained by interaction among scales. It proposes the idea of thickness of spatial structures, which reveals resilient foreground structures with various centres that identified at different scales, ranging community centres to regional centres. Finally, it, by analyzing the POI data representing urban functions, proposes an idea of functional spatiality that urban functions seek locations according to space efficiency. The empirical studies suggest that small scale activities prefer to choose locally and globally more ecient spaces, but large scale activities seem to select globally more efficient spaces, although other non-spatial factors like brands have impacts on the location choice as well.

Based on the above studies, the article suggests a conceptual framework of describing the forms of urban spatial network, in which geometric features of urban networks can be explained from three dimensions of agglomeration, decentralization and scale. A real town or city emerges from the spatial forces embodied in the mechanisms of agglomeration and decentralization at different scales. It argues that the formation of real cities would be influenced by the scale effect. This basic study might make a step towards contributing to urban form studies in China.