老城區(qū)城市建筑點格局研究

老城區(qū)城市建筑點格局研究1引言

城市形態(tài)是城市地理學(xué)、建筑學(xué)、城市規(guī)劃等多個學(xué)科討論的重要課題之一。以往的城市形態(tài)討論多側(cè)重于城市平面形態(tài)討論，如城市形態(tài)指標(biāo)計算討論、城市分形討論、城市形態(tài)演化及猜測等。這些討論對城市詳細(xì)的物質(zhì)形態(tài)特征進(jìn)行了量化描述，為城市規(guī)劃和設(shè)計供應(yīng)了客觀參考。然而，隨著城市的進(jìn)展空間逐步向城市上空的延長，城市形態(tài)具有顯著的三維特征，城市的三維形態(tài)對城市的環(huán)境、功能等方面具有重大影響。因此，城市三維形態(tài)是城市形態(tài)學(xué)討論不容忽視的內(nèi)容之一。

目前，關(guān)于城市三維形態(tài)的討論，如城市天際線討論、城市高度掌握討論、城市表面起伏度的討論等，均從不同角度刻畫城市形態(tài)的三維特征。但是，它們多從理論角度動身，強調(diào)城市建筑布局與高度掌握。實際上，對城市三維物質(zhì)形態(tài)的客觀量化描述，是城市三維形態(tài)討論的基礎(chǔ)。由建筑所構(gòu)成的城市三維空間，在高度上具有怎樣的起伏形態(tài)，不同高度的建筑在空間中具有怎樣的分布特征，對這些問題客觀理解是合理進(jìn)行城市規(guī)劃與城市設(shè)計的前提。

城市建筑個體形態(tài)與高度各異，建筑群體組合與布局多樣，在微觀上看似無序與混沌，在宏觀上好像是一個有序的自組織體。如何在微觀無序、宏觀有序的城市建筑中，挖掘城市三維形態(tài)的總體特征，熟悉城市建筑分布規(guī)律，本文提出了一種點格局的城市建筑空間格局討論。點格局方法用點要素記錄討論對象的空間位置信息，進(jìn)而量化討論其空間分布。點格局分析法多運用于動植物種群的空間分布格局，可有效反映物種及其子類種群的空間集聚與尺度特征。鑒此，本文以南京老城區(qū)為例，將城市建筑的詳細(xì)形態(tài)抽象成三維點，依據(jù)建筑高度分類標(biāo)準(zhǔn)劃分成不同的類別，運用點格局分析法來討論不同高度的城市建筑在平面及三維的空間格局特征，從一個新的視角解讀城市三維形態(tài)特征，為城市規(guī)劃和城市設(shè)計供應(yīng)參考。

2討論區(qū)與數(shù)據(jù)源

（1）南京市老城區(qū)是指南京市明城墻以內(nèi)的區(qū)域，包括鼓樓區(qū)、玄武區(qū)、白下區(qū)、秦淮區(qū)和下關(guān)區(qū)，是南京市自然、經(jīng)濟、政治的核心區(qū)域，面積約45km2。老城區(qū)內(nèi)有自然起伏地形，形成鐘山、涼爽山、雞籠山等微丘崗地；老城區(qū)內(nèi)建筑凹凸林立，種類繁多，既有高大密集的商業(yè)中心，也有由高層建筑和多層建筑混合組成的商業(yè)居住混合區(qū)，還有以古建筑愛護(hù)為主的城南秦淮區(qū)。這些不同類型建筑形成了南京老城區(qū)獨特的城市三維空間形態(tài)。

（2）南京市老城區(qū)建筑數(shù)據(jù)是利用南京市2023年1:5000比例尺數(shù)字正射影像，通過對建筑物平面外形的數(shù)字化采集，結(jié)合實地調(diào)查層數(shù)、層高，間接獲得建筑物高度信息。利用ArcGIS軟件中的數(shù)據(jù)管理工具，將建筑平面的重心轉(zhuǎn)為3D點要素，Z值為建筑高程。再依據(jù)建筑高度分類標(biāo)準(zhǔn)，將點要素分為低層、多層、高層和超高層建筑點4類。南京市老城區(qū)建筑數(shù)量為22421棟，其中，多層建筑數(shù)量最多，占52.1%，低層建筑次之，而高層建筑和超高層建筑較少。低層建筑主要分布在老城區(qū)南面；多層建筑點遍布整個老城區(qū)；高層建筑主要集中于老城區(qū)中部；超高層建筑零星分布于老城區(qū)中南部。

3城市建筑空間格局的點格局分析方法

本文運用點格局分析方法的最鄰距離法、Rip-ley’sK函數(shù)法及三維空間趨勢分析法，對南京市老城區(qū)內(nèi)4種不同類型的建筑點群的空間分布格局特征和規(guī)律進(jìn)行了討論。

3.1最鄰近距離法最鄰近距離分析

是統(tǒng)計點間最近距離均值，計算最鄰近的點對點平均距離與隨機分布模式中最鄰近的點對點平均距離，用其比值(NNI)推斷其與隨機分布的偏離。

3.2RipleysK函數(shù)法

點狀地物分布模式可能會隨著空間尺度的變化而轉(zhuǎn)變。在小尺度下可能呈現(xiàn)集群分布，在大尺度下可能為隨機分布或勻稱分布，最鄰近距離法不能很好地分析空間尺度對點狀地物的影響，而Rip-leysK函數(shù)可分析在任意尺度的點狀地物空間分布格局。RipleysK函數(shù)是對建筑點平均數(shù)和密度比值的觀測值與預(yù)期值進(jìn)行對比分析，構(gòu)造指標(biāo)K(d)。

3.3三維空間趨勢分析法

利用地統(tǒng)計分析的全局多項式插值法生成南京市老城區(qū)建筑高度的宏觀趨勢面。它是依據(jù)老城區(qū)中的建筑點高度信息，利用多項式數(shù)學(xué)方程式擬合生成能表示老城區(qū)建筑高度的漸漸變化的平滑表面，擯棄了建筑形態(tài)局部微觀的無序性，從宏觀角度觀看南京市老城區(qū)建筑的分布規(guī)律。多項式的階數(shù)打算擬合的表面的粗略程度。低階多項式擬合出來的表面較為平緩，可反映數(shù)據(jù)中的粗略宏觀規(guī)律，而隨著階數(shù)越來越高，多項式越來越簡單，擬合出來的表面存在肯定的細(xì)節(jié)特征。

4南京老城區(qū)空間分布的點格局分析

4.1最近鄰距離法的點格局分析

4類建筑的最鄰近比率NNI均小于1，說明南京老城區(qū)的各類建筑分布格局整體都呈聚集狀態(tài)，且NNI值越小，建筑的聚集程度越大。由此，可發(fā)覺超高層建筑聚集性最低，多層建筑和高層建筑次之，低層建筑的聚集性最高。在南京老城區(qū)內(nèi)，低層建筑多為老式住宅、棚戶區(qū)等，多位于南京舊城改造中尚未普及的區(qū)域，建筑數(shù)量多，呈連片密集分布，且城南區(qū)域存在多個局部聚集程度高的區(qū)域，因而整體的聚集程度也最高。多層建筑大多建筑于近代，因有城市規(guī)劃的介入，其分布合理，居住環(huán)境較為舒適。

多層建筑在南京老城區(qū)內(nèi)勻稱分布，局部聚集程度被平均，故多層建筑雖數(shù)量最多但聚集度較低。高層建筑數(shù)量較少但聚集度高，集中分布于以新街口為中心，沿中山路向南北延長的區(qū)域內(nèi)，且高層建筑的樣區(qū)面積比多層建筑小，因而高層建筑的聚集程度會高于多層建筑。超高層建筑數(shù)量少，聚集度低，分布方式接近于隨機分布。由于建筑技術(shù)和維護(hù)成本的影響，不行能存在大范圍的聚集，因此超高層建筑的聚集程度最低。當(dāng)前南京市老城區(qū)處于城市進(jìn)展后期，城市進(jìn)展模式呈緊湊型進(jìn)展模式，現(xiàn)有的建筑分布格局將被打破。

對于低層建筑而言，在南京舊城改造之后，名勝古跡等會被保留，而一些地區(qū)的低層建筑會被拆除，這造成局部區(qū)域低層建筑的聚集性增加。此外，一些多層建筑會被高層建筑甚至超高層建筑取代，因而多層建筑的聚集程度會增加，而高層建筑數(shù)量增加且分布范圍將會擴大，從而其聚集度會降低。隨著城市土地的日益稀缺，為分?jǐn)偝鞘兄行陌簱P地價，超高層建筑將會越來越多地消失在城市中心及交通發(fā)達(dá)區(qū)域，其聚集度會增加。

4.2基于RipleysK函數(shù)的點格局分析

城市建筑的聚集性會隨著空間尺度的變化而變化，在小尺度下建筑呈密集分布，而當(dāng)尺度擴大時，建筑整體的密集性會被無建筑區(qū)域所降低而呈隨機分布或離散分布。為更好地了解建筑在空間的聚集性，本文利用多距離空間聚類分析，討論南京市老城區(qū)中4種類型的建筑點聚集程度與空間尺度關(guān)系。圖3為不同類型建筑點分布圖及其多距離空間聚類圖。

在多距離空間聚類圖中，橫軸代表距離，縱軸代表K(d)值，藍(lán)線代表K預(yù)期值，紅線代表K觀測值，虛線代表置信區(qū)間（取99%）。若紅線在藍(lán)線上，表明建筑點在該距離內(nèi)呈聚類分布，反之呈離散分布。由圖3可發(fā)覺，4種建筑在肯定空間尺度內(nèi)呈集聚分布，聚集性大小挨次為：低層建筑高層建筑多層建筑超高層建筑，超高層建筑分布格局會隨空間尺度的增加呈“聚集-離散”分布。圖3（a）顯示低層建筑的K觀測值增至1557m的空間尺度后增加趨勢變緩，且在1557m與K預(yù)期值差值最大為958m。圖3（b）和圖3（c）顯示多層建筑和高層建筑的K觀測值增長趨勢大致相同，基本以線性增長趨勢。

多層建筑在1445m左右的空間尺度K觀測值與K預(yù)期值差值最大為289m，高層建筑在1431m左右的空間尺度與K預(yù)期值差值最大為336m。多層和高層建筑的聚集度隨著空間尺度的增加變化不大，且高層建筑的聚集程度比多層建筑略高。圖3（d）中超高層建筑的K觀測值先增加，在228m處與K預(yù)期值的差值最大為296m之后增長趨勢變緩，在870m處K觀測值小于K預(yù)期值，超高層建筑開頭呈離散分布。通過上述建筑與空間尺度關(guān)系的分析，可發(fā)覺低層建筑、多層建筑和高層建筑均在1.5km左右的空間尺度下聚集性最高。依據(jù)城市規(guī)劃中的鄰里單位和小區(qū)規(guī)劃理論，在規(guī)劃較大范圍居住區(qū)時，交通干道是小區(qū)規(guī)劃的最佳單元。由圖1可看出，1.5km尺度是南京城市主要交通干道交叉形成的街區(qū)單元長度，反映了城市道路交通尺度對城市建筑聚集性的影響?？紤]到區(qū)內(nèi)相像性和區(qū)間差異性最大化原則，這個聚集性最高的空間尺度可為城市規(guī)劃管理的最相宜單元供應(yīng)依據(jù)。

4.3建筑點群三維分布趨勢分析

由南京市老城區(qū)建筑點群三維圖可知，南京市老城區(qū)建筑凹凸起伏，4種類型建筑在三維空間上具有明顯的層次感，全部建筑總體上呈中間高四周低、東北方向高于西南方向的趨勢。為深化了解這4種不同高度的建筑在空間上的起伏形態(tài)及分布特征，利用全局多項式插值法，擬合出南京市老城區(qū)建筑總體趨勢。階數(shù)越低趨勢越宏觀，隨著階數(shù)的增高，擬合出的表面具有肯定細(xì)節(jié)特征，通過對比1-10階表面特征，最終確定7階多項式插值結(jié)果，具有較好的細(xì)節(jié)且特征穩(wěn)定。

圖5中南京市老城區(qū)整體建筑高度仍從東北向西南遞減，有3個高值區(qū)和1個低值區(qū)，高值區(qū)域分別位于新模范公路、新街口和珠江路；低值區(qū)位于老城區(qū)南部的集慶門。結(jié)合南京市城市進(jìn)展資料，可發(fā)覺老城區(qū)建筑高度的高值區(qū)和低值區(qū)與不同時期城市中心具有較好的對應(yīng)關(guān)系。明清時期，城南的秦淮河畔為當(dāng)時的城市中心，人多聚集于此，因而該區(qū)域的建筑較為密集，但因建筑技術(shù)的限制，建筑較為低矮，即圖5中的低值區(qū)。新街口得益于便利的交通位置，成為南京重要的CBD，高層建筑和超高層分布主要集中在以新街口地區(qū)為中心的區(qū)域內(nèi)，即圖5西南部的高值區(qū)。后因輪船、鐵路運輸?shù)呐d起，南京城市中心開頭向東北方向偏移，形成了老城區(qū)東北區(qū)域較高的城市空間格局，即圖5東北部的高值區(qū)。而圖5東部的高值區(qū)接近新街口區(qū)域，包含了玄武區(qū)珠江路區(qū)域，大量電子商城及科技園等集中分布。除城市中心外，南京市老城區(qū)建筑高度分布格局還與地價有關(guān)。對南京市老城區(qū)用地基準(zhǔn)地價表進(jìn)行可視化分析，得到南京市老城區(qū)基準(zhǔn)地價圖。南京市老城區(qū)內(nèi)地價從新街口區(qū)域向外遞減。

結(jié)合圖5南京市老城區(qū)建筑高度分布趨勢，可發(fā)覺老城區(qū)內(nèi)建筑高度高值區(qū)位于地價較高區(qū)域，而低值區(qū)位于地價較低區(qū)域。通過4種建筑分布格局與土地價格的關(guān)系分析，發(fā)覺低層建筑所占地價級別呈M型，峰值位于土地級別二、四級區(qū)域（龍蟠路-北京東路-中山路-長江路-太平北路-中山路-長白，以及集慶門大街-長樂路-武定門北巷-護(hù)城河-紫金路）。一些低層建筑分布在地價較高的一、二級區(qū)域，包含興業(yè)銀行舊址、教堂、總統(tǒng)府舊址、西安門遺址公園、國立美術(shù)陳設(shè)館等歷史遺跡和景點。在南京舊城改造中，應(yīng)對這些區(qū)域內(nèi)除遺跡和景點外的低矮建筑進(jìn)行合理規(guī)劃和整改；多層建筑在各個土地級別的分布呈鐘形，峰值位于土地三級區(qū)域（龍蟠中路-瑞金路-御道街-護(hù)城河-武定門北巷，以及中央路-新模范公路東延線-環(huán)湖路-玄武門路-中央路），83%的多層建筑集中分布于二、三、四級區(qū)域，因而多層建筑分布區(qū)域總體土地價格適中；高層建筑在各個土地級別分布的峰值位于三級區(qū)域，80%的高層建筑分布于土地一、二、三級區(qū)域，多位于老城區(qū)中部的城市經(jīng)濟發(fā)達(dá)區(qū)域，故高層建筑所處區(qū)域的地價稍高；超高層建筑多為銀行、大廈、百貨大樓等，主要分布于土地級別一、二級區(qū)域，與土地價格呈正相關(guān)。

5結(jié)論

城市的三維形態(tài)受城市建筑形態(tài)和分布影響顯著，突出表現(xiàn)為城市建筑群體的微觀無序與混沌特點，難以有效描述由城市建筑群體所組成的城市三維形態(tài)特征。因此，本文將城市建筑抽象成三維點，運用點格局分析法，挖掘城市建筑高度的空間分布模式，揭示了城市三維形態(tài)的宏觀規(guī)律。討論結(jié)果顯示：（1）在宏觀尺度下，南京市老城區(qū)建筑整體呈集聚分布，其聚集性挨次是：低層建筑高層建筑多層建筑超高層建筑。低層建筑數(shù)量多聚集程度也最高；多層建筑雖數(shù)量最多但聚集度較低；高層建筑數(shù)量較少，集聚分布城市中央；超高層建筑數(shù)量少聚集度最低。

（2）空間尺度對建筑分布的聚集性有影響：隨著空間尺度的增加，低層、多層和高層建筑的聚集程度先增后減，且均在1.5km空間尺度下最高；超高層建筑會隨空間尺度的增加呈“聚集-離散”分布。討論表明，1.5km尺度是南京市老城區(qū)城市規(guī)劃管理的最相宜單元。

（3）南京市整體建筑構(gòu)成的城市空間格局呈中間高四周低的趨勢，且高度由東北向西南遞減。城市空間格局有3個高值區(qū)和1個低值區(qū)，高值區(qū)位于新模范公路區(qū)域、新街口區(qū)域及珠江路區(qū)域，低值區(qū)位于集慶門區(qū)域，且發(fā)覺城市4類建筑高度分布的聚集區(qū)與城市中心的遷移有緊密的對應(yīng)關(guān)系。南京市老城區(qū)建筑高度分布格局與地價呈現(xiàn)肯定相關(guān)性，地價越高，建筑也相應(yīng)高。然而，在南京市老城內(nèi)的一些高地價區(qū)域分布了較多低層建筑，需對該區(qū)域內(nèi)除歷史遺跡外等低矮建筑，進(jìn)行合理規(guī)劃和整改，它是南京舊城改造的重點區(qū)域。

本文運用點格局分析法，對南京市老城區(qū)不同高度的建筑分布格局進(jìn)行探究性討論，從城市空間格局入手，討論城市不同高度的城市建筑三維宏觀特征及建筑類型的空間分布規(guī)律，從而深化挖掘城市建筑在平面和三維空間中的空間格局。然而，本討論只考慮了建筑本身高度信息，未考慮自然