城市地標(biāo)建筑影響作用量化探究

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摘要：以視覺認(rèn)知為基礎(chǔ)，采用視覺認(rèn)知畫面為手段，對城市地標(biāo)建筑的影響作用進(jìn)行了量化研究。以畫面占有率的平均值反映地標(biāo)建筑在不同觀察距離上對城市空間的平均影響程度，以畫面占有率的樣本方差值表示地標(biāo)建筑對城市空間的影響作用是否跳躍或者連續(xù)穩(wěn)定。以此為基礎(chǔ)對城市區(qū)域中多處地標(biāo)建筑開展研究，通過對各觀察距離范圍上的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，考察地標(biāo)建筑對城市空間影響的相似性與差異性。

關(guān)鍵詞：地標(biāo)建筑；畫面占有率；影響作用

1研究背景

地標(biāo)是人類認(rèn)知環(huán)境的重要因素，它能夠幫助人類建立對空間方位與距離的感知[1]?！暗貥?biāo)”這一詞語由英語的“l(fā)andmark”翻譯而來，在中文語境下，一般將“l(fā)andmark”理解為人們對“地面空間方位的標(biāo)記與指示物”這一地理事物的規(guī)范化簡稱[7]。在城市設(shè)計(jì)領(lǐng)域，城市地標(biāo)更多的是指對城市空間結(jié)構(gòu)具有指引性和影響作用的建筑物或構(gòu)筑物。城市地標(biāo)建筑具有突出的視覺代表性，反映的是城市人群對地標(biāo)建筑乃至其所在區(qū)域城市空間的認(rèn)知程度。當(dāng)代科學(xué)技術(shù)背景下，人們對城市空間設(shè)計(jì)的認(rèn)識已不再局限于三維空間建構(gòu)，如尺度、比例等內(nèi)容，更側(cè)重于從人群的視覺感受出發(fā)，對三維物質(zhì)空間進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化。從視覺感受出發(fā)研究城市地標(biāo)建筑的影響幅度與范圍，并以此為基礎(chǔ)探索以城市地標(biāo)建筑為視覺主體的城市空間設(shè)計(jì)方法是現(xiàn)今城市設(shè)計(jì)的重要趨向之一。

2相關(guān)研究綜述

關(guān)于城市地標(biāo)建筑的研究，國外學(xué)者已積累了大量相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。KevinLynch[1]、Gibberd[2]、AldoRossi[3]和CliffMoughtin[4]等學(xué)者對城市空間、城市形態(tài)和城市相關(guān)標(biāo)志性要素的研究成為城市地標(biāo)研究的基礎(chǔ)。隨著我國城市建設(shè)速度不斷加快，城市規(guī)劃學(xué)者們大多從定性的角度對城市地標(biāo)建筑開展研究。卜巍[5-6]、藍(lán)力民[7]和劉云[8]等學(xué)者對城市地標(biāo)的相關(guān)概念進(jìn)行了辨析，探討了“城市地標(biāo)”與“城市標(biāo)志性建筑”的差異，為后續(xù)研究提供了界定研究對象的方法。在城市地標(biāo)建筑的設(shè)計(jì)方法上，亦有諸多學(xué)者對此進(jìn)行了探索。鄧昭華提出了“背景—差異對象”的城市地標(biāo)認(rèn)知概念，并在此基礎(chǔ)上提出城市地標(biāo)體系塑造方法[9]。莊宇在分析地標(biāo)特性、與城市背景的關(guān)系及地標(biāo)的感知空間等基礎(chǔ)上，提出構(gòu)建城市空間秩序的原則[10]。楊俊宴以尺度作為基本概念，從建筑形態(tài)、空間布局及景觀觀望入手，分析高層地標(biāo)建筑與城市環(huán)境的相關(guān)性[11]。涂勝杰結(jié)合歷次黃鶴樓視線保護(hù)規(guī)劃的控制要點(diǎn)，詳細(xì)闡述了武漢市在黃鶴樓視線保護(hù)工作中的思路和方法演進(jìn)過程，提出了城市地標(biāo)視線管控所應(yīng)關(guān)注的重點(diǎn)[12]。在以上理論與實(shí)踐中，大多數(shù)學(xué)者對城市地標(biāo)建筑進(jìn)行定性分析，取得了重要的研究成果。但在從視覺感受角度研究地標(biāo)建筑對城市空間的影響方面，少有研究涉及。近年來，國內(nèi)外學(xué)者嘗試以圖像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)開展城市研究。MIT的學(xué)者CésarA.Hidalgo及其團(tuán)隊(duì)基于谷歌街景地圖，通過問卷調(diào)查對街區(qū)的安全性、居民富裕程度和活力指數(shù)進(jìn)行評級,從而生成新的語義信息[13-15]。XiaojiangLi（李小江）等以美國紐約曼哈頓東村為例，使用谷歌街景地圖專門針對綠視率進(jìn)行測度研究[16]，較為準(zhǔn)確地從街道圖像中識別出不同的城市特征[17]。劉祎緋的研究主要以視覺感知數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，探究不同人群對城市歷史景觀的空間認(rèn)知，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后得到城市意象感知體系[18-21]。龍瀛、曹越皓等基于網(wǎng)絡(luò)照片數(shù)據(jù)提出城市意象研究模型，在大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)背景的支持下從意象結(jié)構(gòu)、意象類型和意象評價(jià)3個(gè)維度深度刻畫城市意象，拓展城市意象的認(rèn)知方法[22-24]。以圖像為數(shù)據(jù)源的城市研究已具備一定的理論基礎(chǔ)，但研究對象多集中于城市街道空間和城市意象，以特定目標(biāo)為研究對象的研究較為少見。本研究希望在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，以特定目標(biāo)（城市地標(biāo)建筑）為研究對象，基于圖像數(shù)據(jù)源開展定量分析，從人的視覺認(rèn)知與感受出發(fā)，以量化的方式研究城市地標(biāo)建筑對城市空間環(huán)境與區(qū)域的影響。

3研究方法

3.1要素分類與量化

視覺感受是人們對城市空間環(huán)境認(rèn)知的基礎(chǔ)，人們需要依靠視覺接收到的信息理解和認(rèn)識城市空間。本研究中，借用計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的“圖像語義”①的概念，使用直觀的圖像數(shù)據(jù)源對各類城市空間視覺信息分類處理，針對地標(biāo)建筑分割出的目標(biāo)圖像可引申為“地標(biāo)建筑認(rèn)知畫面”。以圖1、圖2內(nèi)容為例，使用相機(jī)拍攝到的城市空間照片（圖1）模擬人眼接受到的視覺信息，將圖像中的各類要素分類表現(xiàn)為“地標(biāo)建筑認(rèn)知畫面”（圖2）(下文簡稱為“認(rèn)知畫面”）。在圖2中，將城市空間視覺信息簡化分為四類，分別為天空、建筑（不含地標(biāo)建筑）、地標(biāo)建筑、綠化。認(rèn)知畫面中偶有如汽車、天線等建筑要素之外的遮蔽物進(jìn)入畫面中，在繪制過程中進(jìn)行部分糾偏。使用具體數(shù)值量化各類要素在畫面中所占比例，要素在畫面中所占比例的數(shù)值在本研究中稱為“畫面占有率”。

3.2地標(biāo)建筑的選取與觀察

以圖3為例，依據(jù)既往研究對地標(biāo)建筑的界定，圖3中的地標(biāo)建筑為超過100m的高層建筑，以該地標(biāo)建筑為圓心，分別以100m、200m、300m為圈層半徑設(shè)定該地標(biāo)建筑的觀察范圍。在每一圈層平均分布12個(gè)觀察點(diǎn)，以正北為起點(diǎn)，按照順時(shí)針順序環(huán)繞一周。在每個(gè)觀察點(diǎn)上使用相機(jī)對該地標(biāo)建筑進(jìn)行拍攝觀察，所得觀察結(jié)果以照片方式記錄。局部如觀察點(diǎn)落在建筑內(nèi)部之處，在距離相差不大的情況下可按實(shí)際情況對拍攝點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。將拍攝好的照片歸納表現(xiàn)為認(rèn)知畫面，計(jì)算畫面占有率，以百分?jǐn)?shù)表示。

3.3數(shù)據(jù)處理

將認(rèn)知畫面中地標(biāo)建筑的畫面占有率數(shù)值抽出，逐步進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析。（1）計(jì)算平均值以各圈層為單位，對地標(biāo)建筑畫面占有率數(shù)值進(jìn)行平均值計(jì)算，計(jì)算公式為：，式中：表示地標(biāo)建筑畫面占有率的平均值，Xi表示圈層中各觀察點(diǎn)的地標(biāo)建筑畫面占有率，n表示觀察點(diǎn)的數(shù)量。該數(shù)據(jù)表示地標(biāo)建筑在不同觀察距離上對城市空間的平均影響程度。（2）計(jì)算方差對各圈層地標(biāo)建筑畫面占有率數(shù)值進(jìn)行方差計(jì)算，計(jì)算公式為Var=，式中：Var表示地標(biāo)建筑畫面占有率的方差，Xi表示圈層中各觀察點(diǎn)的地標(biāo)建筑畫面占有率，表示地標(biāo)建筑畫面占有率的平均值，n表示觀察點(diǎn)的數(shù)量。該數(shù)據(jù)表示地標(biāo)建筑在不同觀察距離上對城市空間影響程度的穩(wěn)定性。（3）計(jì)算相關(guān)性同時(shí)對城市區(qū)域中多處地標(biāo)建筑開展研究時(shí)，通過相關(guān)性分析可以考察地標(biāo)建筑對城市空間影響的相似性與差異性。將各地標(biāo)建筑數(shù)據(jù)輸入SPSS軟件計(jì)算做相關(guān)性分析，以R值表示數(shù)據(jù)之間關(guān)聯(lián)性的強(qiáng)弱。

4數(shù)據(jù)采集與分析

4.1確定調(diào)研對象

依據(jù)既往研究對地標(biāo)建筑概念的界定，結(jié)合本研究的實(shí)際情況，在江西省南昌市紅谷灘中心區(qū)選取建筑高度超過100m的高層公共建筑作為本研究的調(diào)研對象（圖4）。紅谷灘新區(qū)是為拓展城市規(guī)模，構(gòu)建“一江兩岸”城市發(fā)展格局而設(shè)立的城市新區(qū)。紅谷灘中心區(qū)在行政區(qū)劃建制不到20年的時(shí)間內(nèi)迅速發(fā)展，已成為集商貿(mào)金融、行政辦公、信息、文化、居住等多功能為一體的新型城市中心區(qū)。該區(qū)的城市建設(shè)活動大多是在城市規(guī)劃管理?xiàng)l例限制下進(jìn)行的，用地性質(zhì)與建筑功能多樣，符合條件的調(diào)研對象數(shù)量較多，預(yù)計(jì)分析結(jié)果可以有效地反映城市地標(biāo)建筑對城市空間環(huán)境的影響程度。選取的調(diào)研對象信息如表1所示。

4.2計(jì)算地標(biāo)建筑畫面占有率

考慮到冬季樹木落葉對觀察認(rèn)知畫面的影響，調(diào)研時(shí)間選定為2019年10月至11月。根據(jù)前文所述編號方法，對各地標(biāo)進(jìn)行編號觀察，并繪制每個(gè)觀察點(diǎn)的認(rèn)知畫面。以各地標(biāo)建筑為單位計(jì)算各地標(biāo)建筑畫面占有率數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。將各地標(biāo)建筑的畫面占有率數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理，得到圖5~9。如圖5~9所示，受觀察距離的限制，在100m圈層觀察范圍上各地標(biāo)建筑的畫面占有率均較高，隨著觀察距離的增大，畫面占有率相應(yīng)遞減，呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系。這種數(shù)值的變化反映了地標(biāo)建筑對城市空間的影響程度與觀察距離有一定的關(guān)系，但隨著觀察距離的變化，對地標(biāo)建筑觀察產(chǎn)生影響的城市空間要素增多，地標(biāo)建筑的畫面占有率也會產(chǎn)生一定波動。以地標(biāo)E為例，該地標(biāo)在100m圈層觀察范圍從各個(gè)方向上對城市空間的影響程度都十分明顯。究其原因，地標(biāo)E所處區(qū)域?yàn)槌鞘兄行模瑬|南方向面向這一區(qū)域的城市開敞綠地，較低的建筑密度使地標(biāo)E在這一區(qū)域內(nèi)視覺特性十分突出。而隨著觀察距離增加，影響觀察地標(biāo)建筑的其他因素增多，地標(biāo)E的影響幅度也隨之降低。

4.3數(shù)據(jù)處理與分析

（1）計(jì)算平均值根據(jù)前文所述研究方法，以各地標(biāo)的各圈層觀察范圍為單位，計(jì)算地標(biāo)建筑畫面占有率平均值，計(jì)算結(jié)果如表3所示。將表3的數(shù)據(jù)可視化處理，如圖10所示。地標(biāo)建筑畫面占有率平均值表示的是地標(biāo)建筑在不同觀察距離上對城市空間的平均影響程度。從整體上來看，隨著觀察距離的不斷增加，地標(biāo)建筑對城市空間的平均影響程度在不斷遞減。以不同觀察圈層為單位，對比不同地標(biāo)的數(shù)值可以看到：在100m圈層觀察范圍上，地標(biāo)E的平均影響程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他地標(biāo)，數(shù)值接近50%。如前文所述，地標(biāo)E周邊較低的建筑密度使其呈現(xiàn)這一特征。由此也可推斷，當(dāng)人群在距該地標(biāo)建筑100m范圍左右活動時(shí)，該地標(biāo)在城市空間中對人群的視覺影響是非常顯著的，在城市空間結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位。（2）計(jì)算方差根據(jù)前文所述研究方法，以各地標(biāo)的各圈層觀察范圍為單位，計(jì)算地標(biāo)建筑畫面占有率的方差，計(jì)算結(jié)果如表4所示。將表4的數(shù)據(jù)可視化處理，如圖11所示。地標(biāo)建筑畫面占有率方差用來表述數(shù)據(jù)的波動性，即表示地標(biāo)建筑對城市空間的影響程度是具有較強(qiáng)跳躍性的還是連續(xù)穩(wěn)定的。以不同觀察圈層為單位，對比不同地標(biāo)的數(shù)值可以看到：在100m圈層觀察范圍上，地標(biāo)E的方差數(shù)值遠(yuǎn)大于其他地標(biāo)，表示地標(biāo)E對城市空間的影響是具有跳躍性的。結(jié)合圖11中地標(biāo)E各觀察點(diǎn)的畫面占有率，可以發(fā)現(xiàn)，地標(biāo)E在東面和南面方向影響幅度較大，在北面和西面影響則較弱。地標(biāo)D的方差數(shù)據(jù)較小，表示該地標(biāo)對周邊城市空間的影響較為連續(xù)穩(wěn)定。在200m圈層觀察范圍上，各地標(biāo)的影響差異較小。（3）計(jì)算相關(guān)性根據(jù)前文所述研究方法，以各地標(biāo)的各圈層觀察范圍為單位，使用SPSS軟件對各觀察點(diǎn)的地標(biāo)建筑畫面占有率進(jìn)行相關(guān)性分析，以此結(jié)果考察各地標(biāo)建筑對城市空間影響的相似性與差異性。抽出顯著相關(guān)的數(shù)據(jù)（表5）。一般認(rèn)為，|R|≥0.800時(shí)為兩變量間高度相關(guān)，0.800＞|R|≥0.500時(shí)認(rèn)為兩變量中度相關(guān)，0.500＞|R|≥0.300時(shí)認(rèn)為兩變量低度相關(guān)。從表5分析結(jié)果看，地標(biāo)C在100m圈層上對城市空間的影響作用與其在200m圈層上類似，兩者的關(guān)聯(lián)性在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上比較明顯，呈現(xiàn)高度顯著正相關(guān)關(guān)系。由此可以推斷地標(biāo)C給人帶來的空間感受較為穩(wěn)定，雖然觀察距離發(fā)生變化，在多數(shù)情況下該地標(biāo)對城市空間產(chǎn)生的影響作用是相似的。同理，分析結(jié)果顯示地標(biāo)B和地標(biāo)E在100m圈層上，地標(biāo)C和地標(biāo)D在300m圈層上對城市空間的影響作用類似。結(jié)合圖4、圖7~11，考察以上地標(biāo)的空間位置關(guān)系、周邊環(huán)境與其地標(biāo)建筑畫面占有率，可知這種相關(guān)性是由建筑本身的形態(tài)關(guān)系、建筑周邊環(huán)境的空間關(guān)系和城市空間結(jié)構(gòu)形成的。例如地標(biāo)C和地標(biāo)D的西北側(cè)建筑密度均較高，因此在一定的觀察距離上兩者產(chǎn)生的空間感受比較接近。（4）數(shù)據(jù)分析結(jié)果小結(jié)根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，可以對城市地標(biāo)建筑的影響作用總結(jié)如下：①在一定的觀察距離范圍內(nèi)（如100~200m），城市地標(biāo)建筑對周邊城市空間的影響作用比較突出，同時(shí)也存在一定的波動性。究其原因，在這一相對較近的觀察距離內(nèi)，對地標(biāo)產(chǎn)生遮擋的建筑、綠化等因素較多，同時(shí)，地標(biāo)建筑周邊的城市建設(shè)控制因素也會對其產(chǎn)生一定的影響。例如較高的建筑密度和容積率會減弱地標(biāo)建筑的視覺主體性。當(dāng)觀察距離增加到一定程度后，各地標(biāo)的影響作用逐漸減弱，趨于類似。②從視覺觀察認(rèn)知的角度來看，部分地標(biāo)建筑對人形成的影響作用具有相似性，即差異性較小。例如地標(biāo)B和地標(biāo)E，地標(biāo)C和地標(biāo)D，在一定觀察距離上的認(rèn)知畫面中，地標(biāo)建筑的畫面占有率的變化較為相似。形成這一結(jié)果的原因可以從兩方面考慮：首先，兩組地標(biāo)建筑本身的形體設(shè)計(jì)方式基本都是裙房和塔樓組合的方式，建筑的尺度比例相近。其次，受到地標(biāo)建筑周邊的城市建設(shè)控制的影響，周邊建筑的密度和容積率、綠化環(huán)境等要素組合使得兩組地標(biāo)建筑的影響作用具有一定的相似性。

5結(jié)語

本文基于人體視覺認(rèn)知，以圖像語義原理為基礎(chǔ)，對城市地標(biāo)進(jìn)行觀察并使用連續(xù)的圖像數(shù)據(jù)對其進(jìn)行量化處理，以數(shù)值的方式反映出人對地標(biāo)建筑的感知狀況，由此反映地標(biāo)建筑對周邊城市空間的影響作用。在研究中使用量化的數(shù)據(jù)以利于在城市設(shè)計(jì)階段對城市空間環(huán)境認(rèn)知進(jìn)行把握與控制。但由于本文中的調(diào)研樣本數(shù)量較少，不足以證明如天空、綠化和其他建筑等因素是否對地標(biāo)建筑的作用程度產(chǎn)生影響。因此，當(dāng)前的分析研究僅是階段性成果，在今后的研究中將增大樣本數(shù)量，將其他因素加入數(shù)據(jù)分析過程，構(gòu)建完整的指標(biāo)體系。

作者:周韜 鄭文暉 李岳川 單位:南昌大學(xué)建筑工程學(xué)院