莊 宇， 周玲娟

(同濟(jì)大學(xué) 建筑與城市規(guī)劃學(xué)院， 上海 200092)

全球城市從2007年開(kāi)始，超過(guò)一半以上的人口居住在城市.根據(jù)聯(lián)合國(guó)《世界城市化展望》(2018年修正版)報(bào)告，現(xiàn)今世界人口的55%居住在城市地區(qū).報(bào)告預(yù)測(cè)顯示，人口居住地逐步從農(nóng)村向城市轉(zhuǎn)變.到2050年，全世界范圍內(nèi)，城市人口可達(dá)25億，其中接近90%的增長(zhǎng)將發(fā)生在亞洲和非洲.如此大規(guī)模的城市發(fā)展進(jìn)程相當(dāng)于西方世界過(guò)去幾個(gè)世紀(jì)的城市化進(jìn)程.快速城市化和城市人口的迅速密集化不可避免地引發(fā)對(duì)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的更高要求.城市密度的增加是世界性趨勢(shì)，高密度的城市發(fā)展不是有意識(shí)或是理想化的選擇方向，是當(dāng)下中國(guó)不可避免的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題.高密度城市，因其土地資源稀缺、人口和建筑的密集、能源和交通的集中等特點(diǎn)，勢(shì)必面臨嚴(yán)峻的城市發(fā)展問(wèn)題和挑戰(zhàn).對(duì)高密度城市街區(qū)的形態(tài)進(jìn)行量化研究，可為城市規(guī)劃與城市設(shè)計(jì)實(shí)踐提供數(shù)據(jù)支撐和形態(tài)類(lèi)型學(xué)成果參考.

1 核心概念闡釋

1.1 高密度城市

“密度”(density)的物理學(xué)意義是指單位體積中某種物質(zhì)的質(zhì)量；生物學(xué)意義是指在植物群落中的一定面積內(nèi)，某種植物種群的單位面積個(gè)數(shù)或生物量.

對(duì)于城市高密度地區(qū)的界定，基于城市物質(zhì)建造環(huán)境，以高建筑密度為主要評(píng)價(jià)依據(jù)，是指處于高建筑容積率或高層建筑密集,高建筑覆蓋率以及低開(kāi)放空間率的狀態(tài)之中的城市物質(zhì)建造環(huán)境，包含了可能的城市公共資源與市政設(shè)施的高緊湊度，以及城市交通系統(tǒng)高密集度.

從城市環(huán)境與形態(tài)看，高密度內(nèi)容主要包含以下幾個(gè)方面的因素：①高建筑容積率、高層建筑密集；②高建筑覆蓋率；③低開(kāi)放空間率；④高人口密度[1].

根據(jù)這四項(xiàng)因素可將高密度城市歸納為兩方面的內(nèi)容：一是人口高密度地區(qū)，在城市化及相關(guān)理論中研究較多；二是建筑高密度地區(qū)，指城市中單位面積上所容納的建筑規(guī)模較高，即容積率較高，此指標(biāo)也是衡量城市開(kāi)發(fā)強(qiáng)度的重要指標(biāo)之一.

建筑容積率是獨(dú)立于建筑類(lèi)型、建筑形體與組構(gòu)方式的建筑容量強(qiáng)度指標(biāo)，表征建筑環(huán)境空間的密度狀況.一般而言，建筑容積率高的地區(qū)其環(huán)境密度處于高的狀態(tài)，而容積率低其環(huán)境密度也低.高密度的特性，其實(shí)就是建筑及其圍合形成空間的高度、空間容積、空間密度等空間要素的密度問(wèn)題.在規(guī)劃與建筑設(shè)計(jì)研究領(lǐng)域，達(dá)成共識(shí)的評(píng)價(jià)密度高低的標(biāo)準(zhǔn)為：容積率低于0.75為低密度，介于0.75～1.60為中等密度，而高于1.60為高密度.

本文關(guān)注高密度城市的物質(zhì)空間研究,重點(diǎn)考慮密集人口活動(dòng)環(huán)境.研究樣本選擇人口密度大于15 000人·km-2的案例.

1.2 街區(qū)

“街區(qū)”一詞是由英語(yǔ)“block”直接翻譯得來(lái)，在中國(guó)的傳統(tǒng)習(xí)慣里與之對(duì)應(yīng)的詞匯是“街坊”.《辭?！贰ⅰ冬F(xiàn)代漢語(yǔ)詞典》中都未收錄“街區(qū)”一詞.在《語(yǔ)言大典》中，對(duì)街區(qū)的解釋為：①通常由街道圍繞，有時(shí)由其他邊緣(如河流和鐵路)圍繞的長(zhǎng)方形空地(如在城里)，被使用或計(jì)劃作如修建建筑物之用(包括整個(gè)街區(qū)的工廠)；②一組鄰近的建筑物(如由單一機(jī)構(gòu)承建的房子).本文所指的街區(qū)，是指由城市街道(或者道路)圍合而成的城市用地集合，內(nèi)部包含建筑、綠化、設(shè)施等，即多個(gè)街坊共同構(gòu)成的局部城市區(qū)域.

1.3 城市形態(tài)

“形態(tài)”(morphology)一詞最初源自希臘語(yǔ)中的“morphe”(形)與“l(fā)ogos”(邏輯).19世紀(jì)初，形態(tài)學(xué)應(yīng)用于城市范疇，出現(xiàn)了城市形態(tài)學(xué)的萌芽并逐步發(fā)展，在建筑學(xué)、歷史學(xué)、人文地理學(xué)等領(lǐng)域開(kāi)始了關(guān)于城市形態(tài)的廣泛研究和探討，豐富了城市形態(tài)學(xué)的內(nèi)涵[2].

城市形態(tài)(urban form)是指城市的物質(zhì)空間布局以及開(kāi)發(fā)模式.城市形態(tài)概括起來(lái)主要由密度、土地利用、住房及建筑類(lèi)型、布局和交通設(shè)施等構(gòu)成.街區(qū)的空間形態(tài)，直接影響城市總體形態(tài)和土地利用.作為城市物質(zhì)空間形態(tài)的基本要素之一，街區(qū)與其他城市物質(zhì)形態(tài)要素同時(shí)發(fā)生作用，且其范疇內(nèi)部就包含若干要素，因此是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，它具有多層次性、多功能性、多結(jié)構(gòu)性；具有開(kāi)放、動(dòng)態(tài)特征，在歷史演化中發(fā)生了一系列變化，這些變化需要探究和思考.

城市形態(tài)學(xué)(Urban Morphology)是對(duì)城市的實(shí)體組合結(jié)構(gòu)以及對(duì)這種組合結(jié)構(gòu)隨著時(shí)間演變的方式所進(jìn)行的研究.城市形態(tài)學(xué)研究的基本問(wèn)題是城市的形式與結(jié)構(gòu)及其環(huán)境之間的關(guān)系[3].

近年來(lái)，相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步使城市形態(tài)特征量化分析成為可能，空間句法(space syntax)、空間矩陣(space matrix)等定量形態(tài)學(xué)研究工具的進(jìn)步，以及地理信息系統(tǒng)(GIS)在城市研究領(lǐng)域的深入發(fā)展為城市空間形態(tài)的量化表述提供了技術(shù)基礎(chǔ)[4].

本文基于城市形態(tài)研究,聚焦中微觀街區(qū)的尺度，運(yùn)用地理信息系統(tǒng)(GIS)平臺(tái),對(duì)街區(qū)內(nèi)涵蓋的建筑、道路、綠化、場(chǎng)地等形態(tài)信息進(jìn)行綜合提取，對(duì)密度及其相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并進(jìn)一步在空間矩陣(space matrix)中進(jìn)行指標(biāo)分布的相關(guān)分析，進(jìn)行形態(tài)密度類(lèi)型的歸納研究.

1.4 密度

密度有多種測(cè)量方法.1944年,英國(guó)衛(wèi)生部建議在計(jì)算商業(yè)建筑或其他非住宅類(lèi)型的公共建筑時(shí)，使用容積率，即樓面空間指數(shù)(floor space index,FSI)作為建筑密度的量度指標(biāo).1948年,在蘇伊舉行的國(guó)際會(huì)議上，確立了以建筑容積率(FSI)作為歐洲統(tǒng)一量度建筑密度的公共標(biāo)準(zhǔn).1949年，荷蘭采用相當(dāng)于上述容積率的反向系數(shù)即用地指數(shù) (land index)量度建筑密度[5].Dempsey等認(rèn)為，密度指標(biāo)包括總密度、總居住密度、凈密度和凈居住密度.Burton認(rèn)為，密度指標(biāo)應(yīng)包含每公頃城市用地的人數(shù)、每公頃建成區(qū)的人數(shù)、城市內(nèi)部的密度差異等.Fouchier以“每公頃城市用地的總?cè)丝诤途蜆I(yè)崗位”來(lái)衡量密度.在城市開(kāi)發(fā)實(shí)踐中，通常使用容積率來(lái)衡量城市的密度.從緊湊城市的角度來(lái)看，城市土地上的人口密度(即就業(yè)密度、其他城市活動(dòng)的密度)和城市的用地利用效率關(guān)系緊密.除了城市的平均密度，密度的空間分布(即城市中哪部分的密度更高)也很重要[6].如單純利用在城市規(guī)劃中使用的人口密度，則不能描繪出城市的空間形象，要規(guī)定城市空間形象，則需要運(yùn)用建筑高度、容積率、建筑密度等指標(biāo).基于密度的多重內(nèi)涵，本文綜合了街區(qū)的人口密度和物質(zhì)空間密度兩個(gè)維度對(duì)街區(qū)密度進(jìn)行量化研究.

2 研究對(duì)象及樣本

2.1 研究樣本選取范圍

高密度狀態(tài)下的城市核心區(qū)，由于城市形成時(shí)間較早，也是城市空間高度飽和、人口密度最高、人地矛盾最為尖銳、建筑空間最為緊張的區(qū)域，其物質(zhì)建造環(huán)境以高密度為主導(dǎo)狀態(tài),其空間特征往往體現(xiàn)為高建筑容積率,高層建筑密集或高建筑覆蓋率，以及城市公共資源與市政設(shè)施、交通系統(tǒng)的高緊湊度.

基于此，本研究關(guān)注的對(duì)象集中在上海城市的核心區(qū).根據(jù)上?？傮w規(guī)劃，上海中心城區(qū)是指外環(huán)線以內(nèi)的區(qū)域，其中，市級(jí)中心以人民廣場(chǎng)為中心，圍繞周邊次中心定義為核心公共活動(dòng)區(qū).故本研究取人民廣場(chǎng)為幾何中心，在5 km半徑內(nèi)進(jìn)行形態(tài)取樣，共選擇30個(gè)樣本，樣本均在中心城區(qū)范圍內(nèi).

2.2 研究樣本選取原則與方法

首先，本研究是城市設(shè)計(jì)理論和實(shí)踐的基礎(chǔ)量化研究，故在樣本尺度設(shè)定上選擇500 m×500 m的樣本尺寸，并不僅僅局限于對(duì)街區(qū)空間內(nèi)的建筑組合進(jìn)行形態(tài)提取，研究的樣本同時(shí)包含道路、綠地、建筑、公共活動(dòng)開(kāi)敞空間和場(chǎng)地等多元街區(qū)空間信息.第二，研究不拘泥于單一功能街區(qū)的形態(tài)，如單一居住街區(qū)，故在樣本選擇中，盡可能覆蓋多種類(lèi)型、功能復(fù)合的街區(qū).

2.3 樣本形態(tài)的提取、繪制與建立形態(tài)信息數(shù)據(jù)庫(kù)

研究的街區(qū)樣本形態(tài)主要通過(guò)GOOGLE MAP API開(kāi)放圖形信息的提取，通過(guò)AUTOCAD和ARCGIS軟件平臺(tái)進(jìn)行綜合圖形繪制和三維模型建模，在ARCGIS平臺(tái)內(nèi)進(jìn)行圖形指標(biāo)的賦值和屬性定義，進(jìn)一步建立基礎(chǔ)形態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，重點(diǎn)進(jìn)行密度相關(guān)數(shù)據(jù)的提取、統(tǒng)計(jì)和分析.

3 研究?jī)?nèi)容

3.1 人口密度與建設(shè)強(qiáng)度的對(duì)比研究

首先，本文選取國(guó)內(nèi)外6個(gè)大城市的人口密度進(jìn)行觀察，可發(fā)現(xiàn),超大城市高密度城區(qū)的人口密度峰值分布范圍在15 000～50 000人·km-2之間,如表1所示.

表1 世界超大城市人口密度

人口密度是高密度城市街區(qū)的樣本門(mén)檻數(shù)值，根據(jù)相關(guān)高密度城市人口門(mén)檻標(biāo)準(zhǔn)研究，以人口密度大于15 000人·km-2作為高密度城市門(mén)檻指標(biāo)，以人口密度大于25 000人·km-2作為超高密度城市門(mén)檻指標(biāo)[7].

本研究從樣本街區(qū)的人口普查(第六次全國(guó)人口普查數(shù)據(jù))及街道社區(qū)統(tǒng)計(jì)資料入手，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)和分析，所有樣本人口密度值均超出高密度城市15 000人·km-2的門(mén)檻指標(biāo).

從人口密度數(shù)據(jù)區(qū)間分布情況來(lái)看，位于15 000～25 000人·km-2的街區(qū)樣本案例共10個(gè)，位于25 000～35 000人·km-2的街區(qū)樣本案例共12個(gè)，位于35 000～45 000人·km-2的街區(qū)樣本案例共8個(gè).

從分類(lèi)來(lái)看，100%樣本街區(qū)人口密度均為高密度城市街區(qū)，其中33%的樣本街區(qū)可定義為高密度城市街區(qū)，其余67%的樣本街區(qū)，按大于25 000 人·km-2的門(mén)檻指標(biāo)，可歸入為超高密度城市街區(qū).從樣本街區(qū)的總體指標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)看，樣本街區(qū)人口密度與街區(qū)建設(shè)強(qiáng)度并未形成正比關(guān)系，意味著部分樣本街區(qū)的現(xiàn)狀建設(shè)開(kāi)發(fā)強(qiáng)度并非與人口密度達(dá)成匹配狀態(tài).

參照我國(guó)《城市用地分類(lèi)與規(guī)劃建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)》(GB50137—2011)，上海屬于Ⅲ類(lèi)氣候區(qū)，規(guī)劃人均居住用地面積23～36 m2，規(guī)劃人均公共管理與公共服務(wù)用地面積不應(yīng)小于5.5人·km-2，規(guī)劃人均交通設(shè)施用地面積不應(yīng)小于12.0人·km-2，規(guī)劃人均綠地面積不應(yīng)小于10.0人·km-2，其中人均公園綠地面積不應(yīng)小于8.0人·km-2.

按此指標(biāo)折算規(guī)劃建設(shè)用地開(kāi)發(fā)強(qiáng)度，結(jié)合樣本街區(qū)的指標(biāo)梳理，建設(shè)用地的強(qiáng)度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)對(duì)比情況見(jiàn)表2.

表2 樣本街區(qū)人口密度區(qū)間內(nèi)規(guī)劃建設(shè)強(qiáng)度與實(shí)證建設(shè)強(qiáng)度對(duì)比

Tab.2 Strength of planning and empirical construction in the population density section of sample blocks

街區(qū)人口密度區(qū)間/(人·km-2)規(guī)劃建設(shè)用地開(kāi)發(fā)強(qiáng)度范圍樣本街區(qū)實(shí)證開(kāi)發(fā)強(qiáng)度范圍下限上限下限上限15000～250000.42751.03751.15214.124025000～350001.03751.45251.37054.263635000～450001.45251.86751.18503.476745000～550001.86752.28250.93301.401955000～650002.28252.69752.00812.0081

通過(guò)指標(biāo)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，可以看出既有的樣本街區(qū)人口密度與街區(qū)建設(shè)強(qiáng)度(容積率)的關(guān)系.

(1) 在15 000～45 000人·km-2的人口密度范圍內(nèi)，部分區(qū)域的城市建設(shè)用地開(kāi)發(fā)強(qiáng)度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出規(guī)劃指標(biāo)的上限.

(2) 在45 000～65 000人·km-2的人口密度范圍內(nèi)，區(qū)域開(kāi)發(fā)強(qiáng)度反而較低，遠(yuǎn)未達(dá)到與人口密度相匹配的規(guī)劃建設(shè)用地空間開(kāi)發(fā)強(qiáng)度.

3.2 樣本街區(qū)的密度及其相關(guān)參數(shù)的量化研究

通常衡量一個(gè)區(qū)域內(nèi)的實(shí)體建筑密度通常采用以下幾種評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：容積率、覆蓋率、敞地率、建筑平均層數(shù)等.相關(guān)指標(biāo)的具體內(nèi)涵解讀如下:①容積率，表征建筑群開(kāi)發(fā)強(qiáng)度；②建筑覆蓋率，表征建筑底層面積或建筑在地塊內(nèi)的密集程度；③開(kāi)敞空間率，表征地塊內(nèi)開(kāi)敞空間的占比情況，與建筑覆蓋率成反比關(guān)系；④建筑平均層數(shù)，表征建筑高度的密集程度.通過(guò)對(duì)樣本街區(qū)的分地塊圖形統(tǒng)計(jì)和賦值分類(lèi)統(tǒng)計(jì)，可得出各取樣街區(qū)密度的基本參數(shù)和分布范圍,如圖1～6所示.

圖1 樣本街區(qū)人口密度

圖2 樣本街區(qū)人口密度與建設(shè)強(qiáng)度對(duì)比

圖3 樣本街區(qū)總密度(容積率)

開(kāi)敞空間與建筑密度成反比，樣本數(shù)值的密集區(qū)段在75%～65%之間.樣本街區(qū)的建筑平均層數(shù)主要分布在如下區(qū)間：6～9層(占33%)，9～12層(占23%)，大于9層的樣本共計(jì)占40%.

從研究樣本街區(qū)的密度相關(guān)指標(biāo)分布來(lái)看，上海中心城區(qū)街區(qū)樣本容積率和建筑密度的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，均低于紐約、香港、日本的高密度城市的密度控制的最高指標(biāo)，見(jiàn)表3.

圖4 樣本街區(qū)建筑密度(覆蓋率)

Fig.4 Building density (coverage) values of sample blocks

圖5 樣本街區(qū)建筑開(kāi)敞空間率

圖6 樣本街區(qū)建筑平均層數(shù)

表3 上海與世界其他大城市建筑密度控制指標(biāo)(非住宅建筑)對(duì)比

Tab.3 Comparison of building density control indicators (non-residential buildings) of Shanghai and metropolitan cities in the world

城市區(qū)域類(lèi)型容積率/%建筑密度/%上海多層、高層1.0～4.520～55紐約多層5.0～10.0-高層4.0～15.0-香港多層5.0～7.492～100高層8.0～15.060～90日本多層、高層2.0～13.080

3.3 基于“空間矩陣”理論研究模型的樣本街區(qū)密度及其相關(guān)參數(shù)

“空間矩陣”(space matrix)理論由荷蘭學(xué)者M(jìn)eta Berghauser Pont提出，并應(yīng)用于綜合評(píng)價(jià)建筑密度與城市形態(tài)的量化研究，除使用常規(guī)的建筑密度、容積率和綠化率這些關(guān)鍵指數(shù)之外，還采用其他密度相關(guān)參數(shù)，并對(duì)原有的建筑密度指標(biāo)進(jìn)行新的組合計(jì)量，對(duì)空間的量化研究具有重要意義.

該研究避免了使用單項(xiàng)建筑密度指標(biāo)描述建筑和城市環(huán)境密度狀態(tài)的局限性，直觀地給出不同建筑密度指標(biāo)所限定的建筑與城市形態(tài)特征.通過(guò)已經(jīng)獲得的4項(xiàng)建筑密度指標(biāo),可以評(píng)價(jià)與確定與其相關(guān)的城市形態(tài)與環(huán)境密度的狀態(tài),如圖7所示.

Meta Berghauser Pont教授通過(guò)對(duì)歐洲城市案例的指標(biāo)和城市形態(tài)觀察，將案例分為以下幾類(lèi)：

(1) 低層街區(qū).A 獨(dú)立式-低層；B行列式-低層；C混合式/圍合街區(qū)式-低層；D圍合街區(qū)式-低層.

A 獨(dú)立式-低層；B 行列式-低層；C 混合式/圍合街區(qū)式-低層；D 圍合街區(qū)式-低層；E 行列式-中層；F 混合式(行列式/圍合式)-中層；G 圍合街區(qū)式-中層;H 混合式(點(diǎn)式/行列式)-高層

圖7 空間矩陣研究模型圖

Fig.7 Model of space matrix research

(2) 中層街區(qū).E行列式-中層；F混合式(行列式/圍合式)-中層；G圍合街區(qū)式-中層.

(3) 高層街區(qū).H混合式(點(diǎn)式/行列式)-高層.

本研究借鑒“空間矩陣”的研究模型，將街區(qū)樣本中的密度相關(guān)的參數(shù)放入空間矩陣研究模型，分析樣本分布情況(考慮到樣本街區(qū)的尺度，用地面積內(nèi)包含了大量市政道路和大型公共設(shè)施用地信息，從中觀尺度的城市研究視角進(jìn)行指標(biāo)分布分析).

本研究借鑒“空間矩陣”的研究模型,按平均層數(shù)指標(biāo)進(jìn)行劃分,分為：低層(<3層)、中層(3～7層)、高層(>7層);按覆蓋率指標(biāo)進(jìn)行劃分,分為：低密度(<0.25)、中密度(0.25～0.35)、高密度(0.35～0.45)、超高密度(>0.45).根據(jù)指標(biāo)分類(lèi)，可以看出上海主城區(qū)樣本街區(qū)的密度及其相關(guān)參數(shù)的綜合分布情況,見(jiàn)圖8.

圖8 樣本街區(qū)指標(biāo)的空間矩陣分布

(1) 低層街區(qū)：僅有一個(gè)樣本在低層街區(qū)范圍內(nèi)，類(lèi)型為低層高密度街區(qū).該樣本為豫園街區(qū)，位于上海歷史風(fēng)貌保護(hù)區(qū)，城市肌理遵循既有城市空間尺度，是典型的低層高密度樣本，街區(qū)空間呈現(xiàn)扁平、密集的特點(diǎn)，老建筑與周邊新建建筑的體量與尺度反差較大,見(jiàn)圖9、10.

圖9 低層街區(qū)指標(biāo)的空間矩陣分布

Fig.9 Spatial matrix distribution of indicators for low-rise blocks

圖10 低層低密度街區(qū)空間形態(tài)示意圖

Fig.10 Spatial form of low-rise and low-density blocks

(2) 中層街區(qū)：樣本街區(qū)中，約有40%的樣本在中層街區(qū)的范圍內(nèi)，其中覆蓋率位于0.25～0.35的中層中密度范圍的樣本最密集.中層中密度的街區(qū)樣本主要位于老城區(qū)，在舊城更新中建設(shè)強(qiáng)度局部有所提高，樣本形態(tài)多呈現(xiàn)出局部多層密集與局部中高層建筑密集并置的空間特征,見(jiàn)圖11、12.

(3) 高層街區(qū)：約有57%的樣本在高層街區(qū)的范圍內(nèi)，密集區(qū)段主要在覆蓋率為0.25～0.45的中、高密度范圍.高層中密度街區(qū)與中層中密度街區(qū)的區(qū)位相似，多位于老城區(qū)，僅有藍(lán)村路一個(gè)樣本位于浦東新區(qū).從空間特征來(lái)看，同樣呈現(xiàn)出局部多層密集與局部中高層建筑密集并置的空間特征，但其開(kāi)敞空間比例明顯提高.高層高密度的街區(qū)樣本則主要位于老城區(qū)，其建設(shè)強(qiáng)度與區(qū)位、人口密度形成一定的匹配度，總體空間上呈現(xiàn)高層建筑密集的特征,見(jiàn)圖13、14、15、16.

圖11 中層街區(qū)指標(biāo)的空間矩陣分布

Fig.11 Spatial matrix distribution of middle-level block indicators

3.4 樣本街區(qū)建筑緊湊度

從國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)展來(lái)看，城市形態(tài)分維量化分析分三類(lèi)：一是邊界維數(shù)，采用周長(zhǎng)-尺度關(guān)系和面積-周長(zhǎng)關(guān)系計(jì)算;二是半徑維數(shù)，借助密度-距離關(guān)系或者面積-半徑標(biāo)度關(guān)系計(jì)算;三是網(wǎng)絡(luò)維數(shù)，借助網(wǎng)格數(shù)目-尺度關(guān)系計(jì)算.

聚焦中微觀街區(qū)尺度，本研究側(cè)重從建筑體量的布局關(guān)系研究街區(qū)緊湊度，主要選取第二種研究方法，即密度-距離關(guān)系方法.利用ARCGIS平臺(tái)的“全局Moran指數(shù)”進(jìn)行街區(qū)集聚度的分析.全局Moran指數(shù)分析在城市地理學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，重點(diǎn)用于研究城市緊湊度.Moran指數(shù)取值[-1,1],越接近1,表示城市用地集簇分布程度越高;Tsai采用Moran’s Ⅰ和Geary’s C指數(shù)對(duì)都市區(qū)的緊湊性進(jìn)行模擬分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn),都市區(qū)形態(tài)集簇團(tuán)聚程度越高,Moran’s Ⅰ系數(shù)Z值就越大[8].

東長(zhǎng)冶路

肇家浜路

華山路

江蘇路

借鑒此研究方法，分析研究微觀街區(qū)內(nèi)的建筑空間關(guān)系，以南京東路為例，通過(guò)逐個(gè)定義建筑輪廓基底面的幾何質(zhì)心為點(diǎn)要素，以建設(shè)強(qiáng)度為核心參數(shù)，利用空間關(guān)系距離法，對(duì)研究樣本的建筑強(qiáng)度的相關(guān)度(集聚度)進(jìn)行計(jì)算，可得出相應(yīng)的Moran’s Ⅰ系數(shù)值，見(jiàn)圖17.

從所有樣本的研究統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，總體分為三類(lèi)：集聚(Z值大于1.65)、隨機(jī)(Z值介于-1.65～1.65)、分散(Z值小于-1.65).根據(jù)其集聚性顯著程度，Moran’s Ⅰ系數(shù)值的Z得分在集聚和分散類(lèi)別中進(jìn)一步細(xì)分.集聚，Z值>2.58,集聚顯著性最明顯，本研究將其區(qū)間類(lèi)型命名為C1(高類(lèi))，共有14個(gè)樣本；Z值介于1.96～2.58，集聚顯著性位于亞層級(jí)，區(qū)間命名為C2(中類(lèi))，共有7個(gè)樣本；Z值介于1.65～1.96，區(qū)間命名為C3(低類(lèi))，共有4個(gè)樣本.分散，Z值小于1.65，共有5個(gè)樣本.根據(jù)對(duì)30個(gè)樣本的Moran’s Ⅰ的Z得分統(tǒng)計(jì)，可以初步看出，本研究所選取的樣本得分基本均分布于C1、C2、C3和隨機(jī)區(qū)間(后文簡(jiǎn)稱R)中.

圖13 高層街區(qū)指標(biāo)的空間矩陣分布

Fig.13 Spatial matrix distribution of high-rise block indicators

綜合總密度梯級(jí)和基于全局的Moran指數(shù)分類(lèi)，可以初步得出基于街區(qū)總密度梯級(jí)的樣本集聚度分布，見(jiàn)圖18.

(1) 街區(qū)總密度值位于1～2區(qū)間.A～C1類(lèi)，聚集度為C1，共有7個(gè)樣本，占樣本總數(shù)23%；A～C2類(lèi)，聚集度為C2，共有6個(gè)樣本，占樣本總數(shù)20%；A～C3類(lèi)，聚集度為C2，共有1個(gè)樣本，占樣本總數(shù)3%；A～R類(lèi)，隨機(jī)形態(tài)，共有5個(gè)樣本，占樣本總數(shù)17%.

靜安寺

中興路

西藏中路

魯班路

大木橋路

漕溪北路

長(zhǎng)壽路

藍(lán)村路

(2) 街區(qū)總密度值位于2～3區(qū)間.B～C1類(lèi)，聚集度為C1，共有6個(gè)樣本，占樣本總數(shù)20%；B～C2類(lèi)，聚集度為C2，共有1個(gè)樣本，占樣本總數(shù)3%；B～R類(lèi)，隨機(jī)形態(tài)，共有1個(gè)樣本，占樣本總數(shù)3%.

(3) 街區(qū)總密度值位于3～4區(qū)間.C～C1類(lèi)，聚集度為C1，共有2個(gè)樣本，占樣本總數(shù)7%；C～C3類(lèi)，聚集度為C3，共有1個(gè)樣本，占樣本總數(shù)3%.

南京東路

武寧路

通州路

圖16 高層高密度街區(qū)空間形態(tài)

Fig.16 Spatial forms of high-rise and high-density blocks

a 街區(qū)總體形態(tài)

b 建筑空間關(guān)系

c Moran’s I系數(shù)值統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖17 樣本街區(qū)建筑空間布局及其Moran’s Ⅰ系數(shù)研究

Fig.17 Spatial layout and Moran’s I coefficient of sample blocks

圖18 樣本街區(qū)類(lèi)型在不同街區(qū)總密度區(qū)間的分布表

分區(qū)間樣本占比統(tǒng)計(jì)情況如下：

(1) 當(dāng)總密度區(qū)間值位于1～2時(shí)，集聚類(lèi)的樣本在總密度區(qū)間樣本內(nèi)的占比為74%.

(2) 當(dāng)總密度區(qū)間值位于2～3時(shí)，集聚類(lèi)的樣本在總密度區(qū)間樣本內(nèi)的占比上升為88%.

(3) 當(dāng)總密度區(qū)間值位于3～4時(shí)，集聚類(lèi)的樣本在總密度區(qū)間樣本內(nèi)的占比上升為100%.

隨著街區(qū)總密度值的上升，集聚類(lèi)樣本數(shù)量逐漸提高.

5 結(jié)論

本研究聚焦上海中心城區(qū)高密度街區(qū),采用中微觀尺度,對(duì)密度及其相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行提煉和分析.重點(diǎn)探索城市形態(tài)與其量化指標(biāo)的內(nèi)在聯(lián)系,揭示城市發(fā)展的現(xiàn)狀與問(wèn)題，結(jié)論如下：

(1) 通過(guò)人口密度與形態(tài)密度建設(shè)指標(biāo)對(duì)比，可發(fā)現(xiàn)人口密度與街區(qū)建設(shè)強(qiáng)度并未呈現(xiàn)一一對(duì)應(yīng)關(guān)系.其中，部分(居住)人口密度極高的區(qū)域，土地開(kāi)發(fā)強(qiáng)度(容積率指標(biāo))較低,如老西門(mén)、淮海中路、豫園、江蘇路等街區(qū)，屬于上海的老城區(qū)區(qū)域，與該街區(qū)的既有城市空間結(jié)構(gòu)、歷史風(fēng)貌保護(hù)等因素密切相關(guān).而在部分街區(qū)則呈現(xiàn)相反的情況，即土地開(kāi)發(fā)強(qiáng)度較高，而人口密度卻較低,如世紀(jì)大道、浦明路等街區(qū)，樣本均屬于城市新區(qū)，與該街區(qū)的城市功能定位、土地的混合利用程度等因素密切相關(guān).

(2) 從研究樣本街區(qū)的密度相關(guān)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)來(lái)看，上海中心城區(qū)街區(qū)樣本指標(biāo)區(qū)間與其他國(guó)際城市的指標(biāo)區(qū)間相比，指標(biāo)區(qū)間尚低.以日本為例，規(guī)劃容積率開(kāi)發(fā)區(qū)間在2～13，建筑密度的上限為80%，上海主城區(qū)研究樣本的容積率區(qū)間為1.0～4.5，建筑密度區(qū)間為20%～55%.

(3) 基于“空間矩陣”的研究模型，從密度相關(guān)參數(shù)分析和密度區(qū)間分布來(lái)看，上海中心城區(qū)高密度街區(qū)樣本可以歸納為幾種典型的形態(tài)類(lèi)型.針對(duì)不同類(lèi)型，在城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)中應(yīng)采取不同的密度空間設(shè)計(jì)和城市更新策略.①低層高密度,此類(lèi)街區(qū)位于中心城特定風(fēng)貌保護(hù)區(qū)，其城市更新策略應(yīng)結(jié)合現(xiàn)狀，采取不同的設(shè)計(jì)策略.如在特別保護(hù)區(qū)，應(yīng)強(qiáng)調(diào)并保護(hù)低層高密度的城市肌理；而在保護(hù)區(qū)外圍的活力區(qū)，可考慮適度增容，建立多層高密度和高層中密度組合開(kāi)發(fā)的模式，匹配人口密度的空間需求的同時(shí)，通過(guò)局部釋放用地空間，可植入局部城市微公共空間，提升公共空間比例.②中層中密度,此類(lèi)街區(qū)在城市更新進(jìn)程中建設(shè)強(qiáng)度已經(jīng)有所提升，但仍存局部強(qiáng)度過(guò)低，與人口密度及其土地價(jià)值不匹配的區(qū)域，強(qiáng)度提升(即增容策略)應(yīng)成為進(jìn)一步城市更新的主導(dǎo)策略.③高層中密度,此類(lèi)街區(qū)在土地利用上已經(jīng)達(dá)到一定的強(qiáng)度，但其建筑密度和公共空間密度仍有進(jìn)一步的提升的可能，可針對(duì)局部區(qū)域采取建筑密度和公共空間密度的同步加密策略.④高層高密度,此類(lèi)街區(qū)在土地利用上已經(jīng)達(dá)到一定的強(qiáng)度，而且多數(shù)樣本已匹配或超出現(xiàn)狀人口密度的需求，此類(lèi)街區(qū)需要通過(guò)功能的復(fù)合利用和公共空間植入,進(jìn)一步提升土地的精細(xì)化利用.

(4) 借用地理學(xué)的緊湊度測(cè)度方法，對(duì)樣本街區(qū)緊湊度進(jìn)行量化研究.統(tǒng)計(jì)結(jié)果按總密度區(qū)間分區(qū)段排列，發(fā)現(xiàn)總密度值高(即樣本街區(qū)毛密度高)的城區(qū)樣本更易形成建筑強(qiáng)度聚集、緊湊的趨勢(shì).

綜上所述，上海中心城街區(qū)在城市更新進(jìn)程中進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高密度、高強(qiáng)度、精細(xì)化的土地利用仍有較大的提升空間；同時(shí)，結(jié)合不同的形態(tài)密度區(qū)間內(nèi)的街區(qū)類(lèi)型，制定不同的城市更新策略，將建設(shè)強(qiáng)度提升(增容策略)和公共空間密度(公共空間加密策略)同步結(jié)合考慮，有利于達(dá)成城市緊湊、綠色、活力的多元發(fā)展目標(biāo).