【文章导读】公共空间区位精细化配置方法研究

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缘起

公共空间是改善人居环境，提升休闲功能，优化城市空间品质，促进社会和谐的重要抓手。现有研究主要集中在空间类型、用地规模和服务半径方面，只能保证提供均等化的公共空间供给，不能满足高效利用和体现空间特色。面对有限土地资源，不能简单追求公共空间的总量增加，更需要探索通过区位有效配置构建适宜的空间体系。

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公共空间精细化配置方法

2.1 研究对象

本文研究对象包括服务于城市居民的公园、公共绿地以及广场空间等具有公益性质的户外场所。参照10分钟生活圈不小于1 hm²的公共绿地标准确定本文研究对象的规模。

2.2 影响机制

结合国内外已有研究成果，将影响公共空间格局的主要因素进行归纳：公平——与人口分布相契合，静态层面表现为人群聚集度，动态层面表现为交通通达性；效率——土地价格和商业活力反映了城市空间经济性的梯度变化；生态——公共空间宜人性的自然环境基础；文化——地域性特征依托公共空间承载，并逐渐凝结成集体记忆，形成差异化与特色。

2.3 寻优路径

公共空间格局优化是公平、效率、生态和文化多目标导向的寻优过程。遗传算法（Genetic Algorithm，GA）凭借其较强的搜能力，能够解决非线性、多约束的复杂选址问题。在遗传算法的选择算子优化的基础上（图1），以城市系统语境下的多维度作为寻优目标，确立公共空间区位精细化配置逻辑框架。

▲ 图1 | 遗传算法框架

资料来源：本文用图均为笔者自制。

首先，空间层面将城市系统分解为街区单元，以其质心为需求点，公共空间为服务点建立二者之间关联；其次，信息层面将城市系统分解为人口分布、土地效益、自然环境和文化潜力4个向度，对街区空间信息等级进行量化；再次，应用遗传算法，将街区单元空间信息量化结果加权至欧氏距离函数构成子目标函数，多个子目标函数动态加权得到复合目标函数，运行复合函数寻求理想化公共空间选址最优解集；最后，将最优解集与城市用地叠合比较分析，对城市现有公共空间格局和性质进行判定（图2）。

▲ 图2 | 公共空间精细化配置框架

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公共空间精细化配置流程

3.1 街区空间信息图谱

运用AHP层次分析法建立4个向度的街区空间信息量化评价体系（图3）。将多元数据量化评分结果划分为5个等级，每个等级对应的权重与欧氏距离函数一起构成子目标函数。

▲ 图3 | 街区空间信息量化评价体系

3.2 多目标寻优算法

依据研究对象与优化算法特点，且保证设施在区域空间中连续变动及设施位置最大限度地被选择，本文选用连续型中值区位配置模型，使用拉升顿（Rushton）提出的交互探索式算法进行计算。假设研究区域为一个二维连续平面，有n个需求点U_j（街区中心点）随机分布，建立m个服务设施U_i（公共空间点）为需求点服务：

             （1）

式中：a_ij 为服务设施U_i 和需求点U_j 的分配决策变量，当需求点分配给服务设施时，a_ij =1，否则a_ij =0，W_j 为每个需求点的权重；d_ij 为需求点U_j 与服务设施U_i 之间的欧氏距离。 

      （2） 

式中：x_i 为服务设施U_i 的X 轴坐标值；y_i 为服务设施U_i 的Y 轴坐标值；x_j 为需求点U_j 的X 轴坐标值；y_j 为需求点U_j 的Y 轴坐标值。

在运行当中设置随机生成4个向度权重的非负值，保证其总和为1，但不限制具体取值以实现动态加权的目的，生成最优解的解集作为备选解决方案库，决策者可以根据确立的主要标准选择理想方案。

3.3 最优解集识别流程

模型中将研究对象定义为包含实际空间边界的最小二维矩形区域，点的投影坐标作为点坐标参与计算；以街区空间信息等级评价对应的权重体现设施点被分配给需求点的概率；借助MATLAB中的Inpolygon函数对初始种群中的点进行筛选；独立进行多次模拟，获得非支配性帕累托最优解的解集。其中种群规模设置为100，交叉概率设置为0.25，突变率设置为0.009。

3.4 区位配置方案应用

理想区位配置方案需要结合现状已存在和具有改造潜力公共空间落实。以现状和潜力公共空间质心（大型公共空间以出入口）为基点，运用网络分析法，按照5分钟步行实际范围形成基面，研判选址点位与基面重合情况，确定公共空间更新改造方向。

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实证研究——以沈阳铁西老城区为例

4.1 以街区为单元的城市格局特征

沈阳铁西老城区，是城市中四周被铁路包围相对独立区域（图4、图5）。建设相对完善，肌理比较均质，公共服务问题突出，是较为合适研究对象。综合考虑现状城市干道分布，控制街区面积在30~50 hm²左右，将铁西老区划分为96个街区，在多源数据采集基础上，依前文所建评价体系对量化数据加权分析和可视化表达，获得空间等级量化评价信息图谱（图6）。

▲ 图4 | 铁西老区区位

▲ 图5 | 铁西老区现状

▲ 图6 | 空间等级量化评价信息图谱

街区单元信息图谱反映的城区空间结构表现为如下特点：人口分布方面，呈现东西两翼分布的状态；土地效益方面，呈现出由中心向外圈层式衰减的单中心结构；自然环境层面，绿色植被丰富公园、水系周边评分较高；文化潜力层面，文化活力较高的街区呈现 T 型分布状态。空间结构特征与现状人口、生态、商业、工业遗产呈现高度相关性。

4.2 基于算法的公共空间选址与性质

根据全国第七次人口普查数据统计，依据《居住区规划设计标准》规定，10分钟生活圈人口规模，确定最少需要57个不小于1 hm²的公共空间。根据前文所述规则进行执行和验证，得到铁西老区公共空间的最优解解集。最优解分布状态与前文的空间信息等级量化评分等级高低的分布状态一致，证明了该选址方法的科学性和有效性（图7）。

▲ 图7 | 各向度活力分布特征及对应选址点落位

综合考虑不同向度选址点位重合度及现状空间可建设条件，优先满足公平导向下选址需求，依据效率导向确定开发时序，注重凸显生态、文化导向的空间特色，确定10分钟生活圈公共空间多处，并设置分时公共空间作为补充（图8）。

▲ 图8 | 优化后公共空间分布

基于上述分析，公共空间体系规划上，结合现存大型公共空间，形成3级完整的公共空间体系。宏观层面，区域“十字形”主廊道上增加多个公共空间节点，提升连通性；微观层面借助生活性街道串联公共空间节点，强化分区肌理特征，促进社区交往（图9）。

▲ 图9 | 优化后公共空间体系

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结语

本文选址配置方法基于城市空间整体性视角，从基本的供需关系着手确定公共空间的配置机理并进行量化和图示化表达，突破了均质化布局标准，兼顾服务效率和使用效率，可用于分析评判城市现状公共空间分配状态，修补城市公共空间格局，引导公共空间特色与定位，可用于评价和选择城市规划设计方案。考虑到每个城市地域性特征及公共空间体系表现形态的千差万别，本文致力于透过这些表象寻求超越简单服务半径概念的一些共同性准则，以期为当下如火如荼开展的公园城市建设提供基础支撑。

本文撰稿：蔡新冬  王巍巍  赵伟峰  王天弋

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原文介绍

《公共空间区位精细化配置方法研究》一文刊载于《城市规划》2023年第5期，第65-74页，第96页。

【doi】10.11819/cpr20230504a蔡新冬，沈阳建筑大学建筑与规划学院教授，博士生导师，中国城市规划学会会员，[e-mail]。王巍巍，沈阳建筑大学建筑与规划学院博士研究生，本文通信作者，[e-mail]。赵伟峰，沈阳建筑大学建筑与规划学院教授，博士生导师。王天弋，沈阳建筑大学建筑与规划学院博士研究生。【基金项目】国家自然科学基金项目：建筑区域空间关联度数据分析与优化技术研究(51678371)；辽宁省自然科学基金项目：行动者网络理论视角的辽宁后工业城市中心公共空间研究(201602603)；辽宁省教育厅科学研究项目：空间场景测度下滨海新区空间形态集约发展模式研究(lnfw202001)。
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https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=3uoqIhG8C44YLTlOAiTRKu87-SJxoEJu6LL9TJzd50l63v2hNcriO1EE9IQHE4MTCw4F7XTLuURayvOl66wu251bI9UhEZrq&uniplatform=NZKPT

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