城市天际线定量评价方法探究——以天津海河沿岸天际线为例/徐苇葭，曾坚
——以天津海河沿岸天际线为例
Urban Skylines Quantitative Evaluation Research Utilizing the City Skyline along Tianjin Haihe River as an Example
摘要 在快速城镇化的背景下，城市形象成为当下城市规划设计活动的关注重点。城市天际线作为城市形象展示的重要窗口，现有相关设计导则仍尚显模糊。研究以天津海河沿岸天际线为例，从天际线整体形状、建筑高度变化程度、建筑轮廓平均转折点数、天际线层次数量、天际线层次比例以上5个方面，通过建立三维模型、提取特征图像、网络问卷调查、SPSS数据分析对天津海河沿岸天际线进行量化分析。明确城市天际线美学特征指标与评价结果的对应关系，进一步梳理得到天际线各特征的最优值域。研究结果也为现阶段城市设计导则的编制提供了新的思路。
关键词 城市天际线；城市设计；定量评价；统计分析
AbstrAct With rapid development urbanization, city image molding has increasingly become the core content in urban planning. The city skyline is an important factor in city image molding; however, the current design guidelines are obscure. Utilizing the city skyline along Tianjin Haihe River as an example, this study adopted the methods of 3D modeling, image extraction, internet-based questionnaire, and SPSS statistical analysis to evaluate the city skyline from the aspects of overall shape, variance of building height, number of turning points in building outline, number of levels, and proportion of levels. The results serve as a good reference for urban design guidelines.
Key Words city skyline; urban design; quantitative evaluation; statistical analysis
*基金项目 教育部哲学社会科学研究重大课题攻关项目（15JZD025）：我国特大城市旧城区的生态化改造策略研究；住建部科技计划项目（2018-K2-020）：多源数据支持下的高密度旧城区存量空间生态活化规划技术；天津市建设系统软课题（2018-软14）：“城市双修”背景下天津生态宜居城市“微更新”模式与路径研究——以河东区为例。中图分类号 TU983文献标志码 A
DOI 10.3969/j.issn.1000-0232.2018.06.110 文章编号 1000-0232(2018)06-0110-07
作者简介 1 硕士研究生；2 教授，通信作者，电子邮箱：13602058416@vip.163.com；1&2 天津大学建筑学院 引言
城市天际线一直以来就是城市设计中的一个重要因素[1]。尤其对于滨水城市而言，大面积水域附近的视野较为开阔，城市滨水天际线具有突出的表现力与识别性，是提升城市空间品质的关键[2]。由于国际上有关城市天际线的评价尚未形成统一标准，因此城市天际线控制设 计仍然依赖于建筑师或规划师的直观判断，这显然忽略了现实情况中审美观念带来的普遍影响[3]100。笔者针对城市天际线形态特征，以天津海河沿岸天际线为例，基于公众的美学感受反馈，探究城市天际线定量评价方法，为建立科学有效的天际线美学控制手段体系提供可能性。
1相关概念解析
1.1城市天际线的基本概念
城市天际线的概念最早由 Montgomery Schuyler 提出，用于描述19世纪末高层建筑兴建所形成的城市垂直空间景观。自此，城市天际线成为近现代城市设计理论的研究重点之一。 Kevin Lynch（1960）在《城市意象》中关于城市边界的理论阐述可以认为是城市天际线理论的基础 [4]。Michael Trieb（1974）在《城市设计——理论与实践》中对城市天际线的构成形式进行了分析，为现代城市天际线的研究提供了理论依据 [5]。Wayne Attoe（1981）提出天际线的美学体验取决于自身形式、周围环境及观赏者的主观解读3个因素，拓展了天际线认知理论[6]。
1.2城市天际线的控制与评价
传统的城市天际线相关研究多为定性分析，近年来研究重点逐渐转向对城市天际线的客观分析。A.S.Mak（2005）依托 GIS 对建筑高度及山体高度进行评估分析，并以此为根据提出天际线设计方案 [7]。最新的研究趋势是将客观空间特征与主观空间感受进行对应分析，定量结合定性地评价城市天际线的美学特征及空间尺度。Heath（2000）在环境心理学方面的研究表明城市天际线的两个认知变量分别为天际线轮廓及天际线层次 [8]。Arthur Stamps（2005）通过实验验证了上述两个变量对天际线美观程度的影响，为现代城市规划设计提供了重要依据 [9]72-91。上述研究以模拟城市天际线为研究对象，在一定程度上保证了实验的稳定性与规律性，尚待进一步的实例验证 [10，11]。因此，笔者基于 Arthur Stamps的天际线美学评价理论，以天津海河沿岸风景线为实例，结合公众评价结果，尝试探究城市天际线定量评价方法。
2城市天际线定量评价要素2.1城市天际线的轮廓
城市天际线的轮廓是城市建筑群的顶端外轮廓线与天空形成的连续界线[12]。目前的相关研究表明，影响天际线轮廓美观程度的3个因素，分别为天际线整体形状、建筑轮廓转折点数量及建筑高度、进深等属性上的变化程度 [9]75（图 1）。
2.2城市天际线的层次
城市天际线的层次是指城市建筑群因距离差异而在可视界面上所形成的不同层次[3]100。对目前的相关研究进行总结，可将天际线层次美观程度的影响因素归纳为天际线
[13]
层次数量 及天际线各层次面积比例 [3]100-105（图 2）。
基于环境心理学的相关研究及 Arthur Stamps 的天际线美学评价理论，归纳得到城市天际线美学评价要素体系（表1），为下文进行定量评价奠定基础。以下将结合天津海河沿岸天际线实例，探讨城市天际线定量评价的实现途径。
3天津海河沿岸城市天际线定量评价
采用影像采集与现场调研相结合的方式，对天津市海河沿岸地区进行基础数据的采集及核对，从而构建相对准确的三维模型，生成天际轮廓线，并通过网络调查问卷，获取大众对该地区城市天际线的评价。
3.1 研究范围
研究选取张自忠路与新华路之间的街区，北起进步桥，南至金阜桥，沿河界面岸线长度约4.3km。该区域紧邻海河，背倚旧法租界风貌区，拥有优美的自然景观条件与独特的历史文化风貌，是展现天津城市形象的重要窗口地带。该区域空间结构较为完整，空间特征较为明确，具有一定
的代表性，适宜作为典型案例进行研究（图3）。
3.2数据采集与模型构建
以地形图为基础，实地采集研究范围内建筑物层数、位置等数据，构建三维模型。实际情况中，观察城市天际线的视点是多方位的、动态化的，但考虑到城市建设发展的现实需要，无法将所有的视点位置——纳入考量。由于研究主要针对天际线本身的普遍特征，因此直接通过对三维模型立面的平行透视（图4），生成天津海河沿岸天际线轮廓（图5）。
3.3图像处理及特征提取
由于研究范围较大，辐射距离较长，整段天际线所包含的构成要素数量及形式过多。因此以道路分隔及既有街区为基础，将整段天际线较为均匀地划分为7段样本， 每段长度约500 ～ 700m。一方面控制样本尺度以便于受访人在之后的调查问卷中进行评价判断，另一方面增加样本数量为后续天际线评价定量化、规律化的探讨提供了基础。
首先，运用绘图软件对案例区域天际线进行相应的图像处理，通过调整线框、填充透明度等手段分别强调天际线整体形状、建筑高度变化程度、建筑轮廓转折点、天际线层次数量及各层次面积比例以上5 个特征要素（图 6 ～ 10），在图中突出某一特征要素相对识别性的同时弱化其他4个特征要素的相对识别性，便于受访人在问卷调查中针对某一特征要素进行评价判断，尽可能减轻其他特征要素带来的影响。在此基础上，运用定量定性方法对各段天际线进行特征提取（表2）。
天际线整体形状分析中，综合各段天际线的大体走势及局部特征，将其整体形状分为平稳、凸形及凹形3个类型。为便于SPSS分析，将天际线整体形状进行定量转化，分别将平稳、凸形及凹形定义为数值1、2 和3。
建筑高度变化程度分析中，将各段天际线的最高建筑的高度设为μ，以计算各段天际线中建筑高度的相对变化范围。例如，分段D中最高建筑物为天津环球金融中心，将其高度值设为μ，该段中除天津环球金融中心外，其他建筑高度的最小值为4/110μ，最大值为65/110μ，因此该段天际线建筑高度变化范围为 4/110μ至 65/110μ，高度变化程度可视为（65-4）/110μ，即61/110μ。由于研究针对的是某一段天际线的建筑高度变化程度，因此μ的具体数值无需纳入分析，为了便于后续 SPSS进行计算，最终将 61/110μ 换算为 0.556。计算公式为：【建筑高度变化程度=第二高度值/ 最大高度值-最小高度值/最大高度值】。
建筑轮廓转折点数量分析中，为了尽可能避免各段长度差异对结果造成影响，将这一要素特征转化为建筑轮廓平均转折点数量，即各段天际线的转折点总数量与建筑总数量的比值。例如，分段C中建筑共计45 栋，建筑轮廓转折点共计138个，因此该段的平均转折点数量为 138/45，即 3.06。计算公式为：【建筑轮廓平均转折点数量=建筑轮廓转折点总数量/建筑总数量】。
天际线层次数量及各层次面积比例的分析中，在研究范围内以道路为界，根据距离河岸的远近大致划分为3个建筑层次。将各段天际线中第一层面的面积设为λ，以计算各段天际线中层次面积比例。例如，分段B 中第一层面面积为λ，第二层面面积为 0.337λ，第三层面面积为 0.446λ，因此该段天际线各层次面积比例为 1 : 0.337 : 0.446。各段天际线层次数量则以上述层次面积比例为依据进行特征提取，当某一层建筑可视面积远小于其他层时，不计入层次数量。例如，分段A 中各层次面积比例为1 : 0.405 : 0.037，第三层建筑可视面积远小于第一层及第二面，由于第三层面所带来的视觉影响极小，因此将该段天际线层次数量计为2。
3.4问卷设计及受访人群
问卷设计以城市天际线的视觉美观程度为依据。审美心理中形成的总体体验被称作审美愉快，这种感受是美感的认识活动和美感的情感活动综合作用的结果[13]。因此，问卷将愉悦感作为评价依据，引导受访者根据愉悦感强弱对各段天际线的美学特征进行相应评价。评价根据李克特量表形式将愉悦程度由强到弱划分为5 级：非常愉悦、比较愉悦、愉悦、比较不愉悦、非常不愉悦，分别赋值为5、4、3、2、1。
调查问卷分别以上述5项天际线特征要素为评价出发点，在每一项特征要素的评价中，——分隔罗列A-G段的天际线特征图像（以图6 ～ 10为基础，将A至 G段运用绘图软件分隔开），从而得到每项特征下各分段天际线的评价结果。例如，调查问卷中关于“天际线整体形状”的评价，是将“天际线整体形状”的特征图像分段后——罗列，要求受访人分别对A 段、B段……至G段的天际线进行整体形状方面的评价。调查问卷共涉及 5项特征及7段天际线，因此细分为35个评价项。
通过网络平台发放问卷，受访人数共计329 人 , 最终得到有效问卷共计314份。受访样本结构如表3。
3.5 调查结果分析
3.5.1 横向分析
针对表4 ～ 8中各项美学特征进行特征量化数值与调查结果平均值的横向比较，可知： （1）天际线整体形状该项评价呈现出的大体趋势为：凹形的评价结果最佳，凸形稍次之，而平稳形则明显次于前两者。因此可以推论，由凹形天际线所引发的美学感受最为强烈。（2）建筑高度变化程度该项评价中，随着特征量化数值增加，评价结果平均值也逐渐提高。其中，建筑高度变化程度为0.714 的天际线获得最高评价。可见，建筑高度变化范围越大，所引发的美学感受越强烈。
（3）轮廓线平均转折点数该项评价中，随着特征量化数值增加，评价结果平均值也逐渐提高。其中，轮廓线平均转折点数为3.15 的天际线获得最高评价。可见，轮廓线越曲折复杂，所引发的美学感受越强烈。
（4）天际线层次数量
该项评价中，层次数量为1的天际线分段所得到的评价结果，明显次于层次数量为2 或 3的天际线分段。但是当层次数量大于2后，评价结果趋于平稳。可见，天际线层次数量为1时所引发的美学感受最弱。在一定范围内，天际线层次数量的增加能够激发更强烈的美学感受。（5）天际线层次面积比例该项评价中，为保证其他因素的不变性，结合上述（4）中的分析结果将天际线层次数量统一为2。在计算天际线层次面积比例时，将第2层面积与第3层面积进行数据合并，最终将特征量化值计为第2层面与第3层面之和与第一层面的比值。由散点图可见，当比例值在一定范围内时，评价结果随比例值的增大而提升，超过该范围后，评价结果随比例值的增大而降低，整体呈现出类抛物线的形态，其中比例为 0.442的天际线分段所得到的评价结果最高。因此可以推论，在一定范围内，第2/第 3 层面比例越大，该段天际线引发的美学感受越强烈。超出范围后，第 2/ 第 3层面比例越大，该段天际线引发的美学感受越微弱。
天际线层次面积比例与评价结果间并不能视为单纯的线性相关。同时，由于天际线样本及受访样本数量的限制，当前无法确定具体的临界点比例值。但为了从统计学的角度，对天际线层次面积比例与评价结果间的相关性进行验证与说明，以下以0.442 的比例值为大致临界点，将“天际线层次面积比例”评价结果散点图划分为 a、b两段，分别视为两段大致呈现出线性相关的数据集，便于后文相关系数的计算。
3.5.2 纵向分析
经 SPSS分析得到评价结果与天际线整体形状、建筑高度变化程度、轮廓平均转折点数量、天际线层次数量、层次比例的相关系数r，分别为 0.782、0.946、0.913、0.422 以及 0.944 和0.833。据统计学概念，在显著性水平为 0.01的条件下，建筑高度变化程度、轮廓平均转折点数量、各层次面积比例与天际线美学评价结果存在显著相关。在显著性水平为0.05的条件下，天际线整体形状与天际线美学评价结果存在显著相关。从统计结果来看，天际线层次数量与评价结果间的相关程度相对较低，这也在一定程度上说明，城市天际线控制设计中应主要针对天际线整体形状、建筑高度变化程度、轮廓平均转折点数量及天际线层次比例来进行调控。以上述分析为基础，下文将进一步探讨建筑高度变化程度、轮廓平均转折点数量及天际线层次比例的最优取值范围。
3.6最优值域统计推断
首先，进行受访人群构成对天际线美学评价结果的 单因素方差分析，结果显示在0.01显著性水平下，受访者性别、年龄、学历及对“天际线”概念熟悉程度对评价结果的影响均不显著，即受访人群本身的差异并未影响评价结果的趋向性。
如表 9所示，从评价结果中分别提取针对建筑高度变化程度、建筑平均转折点数、天际线层次比例以上三项评价为“非常愉悦”的样本，作为最优评价样本，样本数量分别为 434、421 及 392。天际线层次比例评价最优样本数据中，分段G的特征量化值与其他分段相比偏离度较大，为避免影响结果准确性，在这一步将其剔除，最终该项样本数计为348。将最优评价样本与特征数值——对应，运用统计学方法计算得到评价结果为“非常愉悦”的建筑高度变化程度、平均转折点数及层次比例的特征数值的均值、标准差及偏度，如表10所示。上述三项的偏度值均接近0，说明样本数据基本符合正态分布规律，这为下一步运用单一样本T检验取得最优值域提供了必要基础。
如表11，单一样本T检验的统计结果显示，在99%
的置信区间内，被受访者评价为“非常愉悦”的建筑高度变化范围在 0.65 ～ 0.68之间，即为其最优值域。同理，建筑平均转折点数的最优值域为2.74 ～ 2.82，天际线层次比例的最优值域为0.42 ～ 0.49。
3.7对案例天际线城市设计的建议
上文的分析得到了统计学范畴内的最优值域，而实际情况中存在诸多限制因素，应上述范围为参考，联系现实需求，从定性定量结合的角度对城市天际线进行调控。就研究区域而言，各街区的开发程度差异造成部分地带天际线层次单一。同时，区域内以办公类建筑及居住类建筑为主，建筑形式简单，天际线的趣味性与细节性不足。
整体设计中，可将天津环球金融塔作为天际线序列的主高潮点，以北侧的保利香槟及南侧的海信广场为天际线序列的次高潮点，通过中高层建筑及多层建筑对高潮点进行烘托与强化，最终形成流畅平滑的凹形天际线。同时，在保护原有风貌的前提下，促进建筑风格多元化，有助于提升城市天际线的丰富性和可辨识度，更好地传达城市形象 [15]。
结语
研究进一步验证了环境心理学相关理论及Arthur Stamps的天际线美学理论，为城市天际线定量评价提供了探索性的研究方法。当前我国城市正处于快速建设的阶段，设计手段及反馈机制亟待更新，以上方法也为城市规划设计导则的科学化编制提供了可能性。关于现阶段城市设计得到如下启示：
（1）提高公众参与度当代城市设计的最终目的是为人进行经验设计，换言之，城市设计的根本审美价值标准是以人为本[16]。因此，现阶段城市设计中，公众参与及反馈具有重要意义。提高公众参与度，使公众主观反馈在量的积累中趋向客观化，采用统计学方法将定性定量研究相结合，无疑是改善现阶段城市设计中众口难调局面的有效方法。同时，公众参与度的提升能够使人们在城市物质空间环境中拥有更好的美学体验与人性自由。
（2）推动城市数字化近年来，信息技术对城市规划设计进程产生了重要影响，为城市规划活动提供了新的思路 [17，18]。GIS 作为一种综合数据平台，成为城市空间形态定量研究中的重要工具。通过GIS可模拟生成真实视野中的城市天际线图像，为天际线的控制设计研究提供有效基础。同时，可利用手机信令及API软件获取行为特征及POI 等城市建设相关大数据，为针对性设计策略的制定提供依据，
推动城市数字化的进一步实现。
图、表来源
文中所有图、表均由作者绘制。
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