传统村落空间地理设计模型研究——以和平村为例

中图分类号 TU981 文献标识码 B 文章编号 1003-739X （2019）08-0066-05 收稿日期 2018-05-20
摘 要 为了探寻传统村落空间设计的科学化方法，引入地理设计方法论，建构了传统村落空间地理设计模型，形成了由空间增长模拟模型（ANN-MCR）与即时评估模型构成的“循环设计”体系。

以邵武市和平村为例，探讨了传统村落空间的地理设计过程。

首先，从地形地貌、距离、管理制度等方面，建立空间指标体系，模拟阻力面的分布，确定村落空间增长的方案。

然后，从规划师、管理者、村民关注的利益出发，建立方案评估指标体系，通过对情景方案的即时评估，先后提出了外围分散扩展模式、紧凑扩展模式、旧村与新区协同扩展模式，逐步获取了满意度最高的方案。

地理设计推动了传统村落空间设计向科学化转型。

关键词 地理设计 传统村落 空间模拟 即时评估 和平村
Abstract In order to explore the scientific method of the traditional village space design and introduce the Geodesign methodology, the traditional village spatial Geodesign model was constructed, and the "circular design" system composed of the spatial growth simulation model (ANN-MCR) and the instant assessment model was formed. Taking Shaowu Heping village as an example, we discuss the Geodesign process of the traditional village space. Firstly, the spatial index system is established from the aspects of topography, distance and management system to simulate the distribution of resistance surface and to determine the scheme of the growth of the village space. Then, starting from the interests of the planners, managers and villagers, we set up a scheme evaluation index system. Through the solution of real-time assessment, we have put forward the scattered peripheral expansion mode, compact model, former with the new extension model, step by step to obtain the highest satisfaction solution. The Geodesign has promoted the transformation of traditional village space design to science.
Keywords Geodesign, Traditional village, Spatial simulation, Instant assessment, Heping village
樊海强 | Fan Haiqiang 陈雅凤 | Chen Yafeng 陈璐璐 | Chen Lulu 王攀攀 | Wang Panpan
传统村落空间地理设计模型研究——以和平村为例
The Geodesign Model of the Traditional Village Space: A Case Study of Heping Village
1 地理设计引领规划设计向科学化转型1.1 地理设计的概念与框架（图1）
2008年在美国召开的“GIS与设计中的空间概念”（Spatial Concepts in GIS and Design）会议上首次提出地理设计概念[1]。

地理设计（Geodesign）被认为是一个集成地理环境信息，并能提供实时分析和反馈的规划技术框架[2]-[3]。

Car Steinitz提出了地理设计的六模型、三循环（图1）：①表达模型，如何在时间和空间上描述区域；②过程模型，该区域如何运作；③评估模型，该区域运作是否良好；④变化模型，预测该区域的变化；⑤影响模型，评价变化会带来哪些影响；⑥决策模型，选择方案。

从模型①至⑥，主要回答为什么做此研究或设计；从模型⑥至①，主要回答怎样做此研究；再从模型①至⑥，回答如何改变的问题。

六模型、三循环构成了一个严谨的设计框架[4]。

1.2 地理设计的价值及应用
相比传统设计，地理设计提供了一套逻辑严谨的设计方法。

它将事物的演变规律与创造性设计进行有机结合，是尊重地理环境的设计。

它强调空间信息的利用，通过情景模拟为规划设计服务。

它通过对模拟方案的“即时评估”，将静态的设计转变为循环动态过程。

虽然，地理设计研究处于初步阶段，但它已经在景观规划、土地利用规划、城乡规划、文化遗产保护等方面得到应用[5]。

传统村落空间的演变是一个复杂的过程，它既受到地形、地貌、水文等地理环境的影响，又受到社会、经济的影响。

在城乡关系剧烈变革下，存在空心化、无序蔓延、街区肌理被破坏等诸多问题，亟待科学的规划设计方法，探寻其空间规律，并引导其健康、合理的发展。

2 传统村落空间的地理设计模型2.1 模型的总体框架
地理设计的核心是由“情景模拟”与“即时评估”构成的循环设计过程。

因此，传统村落空间地理设计需要解决两个关键问题：
一是如何模拟村落空间的增长过程。

根据传统村落空间增长特征，可以将其解析为总量需求与空间配置两部分。

总量需求与村民的年龄、收入、教育程度、居住条件等因素密切相关，利用人工神经网络（AN N）可以建立总量需求与影响因素之间的函数关系，从而通过影响因素的变化预测村民的建房需求[6]。

空间配置可以借助于最小累积阻力模型（MCR）完成，通过地形、地貌、距离、管理政策等要素累积叠加，建立空间扩展阻力面，根据阻力值由小到大的顺序进行空间配置[7]。

二是如何评估空间变化带来的影响。

村落空间增长评估，是由相关利益主体来决定，不同的主体关注的利益不一样：规划师多关注风貌的延续、生态环境的保护、空间发展的潜力等；管理者则关注公共安全以及各项政策的实施；村民更多关注建设成本、生活便捷性。

而“综合满意度”，是平衡各方利益的有效杠杆。

基于以上分析，传统村落空间地理设计模型框架参看图2。

2.2 村落空间增长模拟
（1）总量预测模块
BP人工神经网络是一个从输入到输出的非线性映射，它由输入层、隐含层和输出层构成，这些节点可以根据自变量个数、因变量个数、训练精度进行调节，其结构参看图3[6]。

模型建立的具体步骤如下：
①将村民的年龄、性别、文化程度、家庭构成、收入来源、家庭收入、家庭支出、交通工具、居住条件、村庄环境满意度等作为自变量（X i ）。

将村民的建房需求作为因变量（Y i ）
，并给出三种选项：a在原有宅基地建房；b到村外新宅基地建房；c到城市买房。

其中a和c选项不会造成村落扩展；b选项会引起村落空间的增长。

②通过问卷调查获取样本数据。

问卷
设置20个问题，第1~19个问题为影响因素（X i ）
，第20个问题为因变量（Y i ）。

将样本数据输入SPSS软件，建立BP神经网络模型。

③通过户籍部门、计生部门以及补充调研获取全部村民的信息（X i ），输入训练好的BP模型，预测村民建房的需求（Y i ）。

（2）空间配置模块
神经网络模型给出了总量需求，空间配置借助最小累积阻力模型（M i n i mu m Cumulative Resistance，MCR）实现，MCR最早由Knaapen提出，用于物种空间扩散研究[5]。

后经俞孔坚等人引入国内，并将公式简化为1-1：
（1-1）
式中，MCR为最小累积阻力值；D ij 表示物种从地块i到源区j的空间距离；R i 表示地块
1
2
3
4
图1 地理设计框架
图2 传统村落空间地理设计模型框架图3 神经网络模型结构图4 和平村古建筑
i对建设空间扩展的阻力；∑表示从地块i到源区j累积阻力；F表示扩展过程与最小累积阻力之间的函数关系[7]。

传统村落空间的增长可以看作，以现有斑块为“源”，向空间阻力较小的方向扩展的过程。

空间阻力的影响因素包括地形地貌、距离、管理制度等（表1）。

根据村域地形特征，将高程划分为5个区间，并赋阻力值1、3、5、7、9。

按照建设用地的适宜性，将坡度划分为0°～7°、7°～25°、≥25°，并赋值1、3、7。

根据村落形态，将距离村落中心的范围划分为5个区间，并赋值1、3、5、7、9。

依据不同等级道路的辐射状况，确定阻力区间和阻力值。

永久基本农田、生态保护红线、河流蓝线、文物保护范围赋最大值9。

风貌区保护范围，按照核心保护区、一般保护区、建设控制地带分别赋值9、7、5。

通过对指标重要性进行两两比较，建立比较矩阵，确定各指标的权重值（表1）。

借助于ArcGIS平台建立10m ×10m阻力栅格，按照阻力值从小到大的顺序，
将建房需求量
567
分配到适宜的空间[8-10]。

2.3 村落空间增长评估
从规划师、管理者以及村民关注的利益出发，建立评估指标体系，包含风貌的延续、生态环境保护、空间发展潜力、管理政策、公共安全、建设成本、生活便捷性等7个方面，共计16个评估指标（表2）[11]-[14]。

这些指标有的可以定量化表达，有的只能定性表述，为了统一量纲，采用“满意度”评估方式，即每个评估指标划分为5个区间，分别用★★★★★、★★★★、★★★、★★、★表示满意度，星号数量越多，代表满意度越高。

方案评估需成立由规划师、村和乡镇干部以及村民代表组成的评估小组，对模拟方案进行满意度打分，以各项指标满意度的平均值，表示“综合满意度”，满意度最高的方案为中选方案（表2）。

3 和平村空间地理设计实例3.1 和平村的概况
和平村，位于邵武市西南部，现有1098
户，3864人。

早在926年（唐开元元年）已形成街市，商贾云集。

从唐至明、清，和平村为防患土匪，百姓集资修建了城墙，城墙与东、南、西、北四座城楼相连，城内有东西、南北两条主街，均用青石板铺砌而成。

虽经历了4000多年的历史，和平村至今仍保留有大量的完整明清建筑，有城楼、宝塔、书院、衙门、庙宇、祠堂、大夫第等（图4）。

近年，随着人口增长，村落开始无序蔓延，打破了原有的山水格局，破坏了街区的肌理 [15]。

3.2 和平村空间“循环设计”过程
（1）总量需求预测
通过随机对120位村民进行面对面访谈，获取120份样本数据，将数据输入SPSS软件建立数据库，选取其中100份样本为训练样
本，20份作为检验样本，创建BP神经网络模型。

当模型有2个隐含层，42个隐藏节点，训练次数为1200次时，均方根误差为0.27，预测效果最好，保存训练好的模型。

从户籍管理部门获取村民部分信息，并结合实地补充调研，得到全村3864人的信息资料（X i ），将资料输入训练好的BP神经网络模型，得出有362人选择到村外新宅基地建房，根据福建省农村宅基地政策，未来需要新宅基地面积为362×120m 2=43440m 2。

（2）空间配置的方案
借助于ArcGIS的“Cost Distance”模块，计算空间阻力值（图5）。

可以看出空间阻力面的分布特征：村落周边区域（东侧、西侧、北侧）阻力值较低，两条区域干道的交叉口也是阻力较低的区域。

随着离开村落距离的增加，阻力值逐渐增大。

东北部的生态保护区、南部的山地、西部的基本农田保护区，阻力值均较高。

依据阻力值从小到大的原则，将需求总量43440m 2配置到适宜的空间，
可9
8
图5 阻力值分布
图6 方案一：村落空间增长图7 方案二：村落空间增长
图8 方案三：村落空间增长
图9 方案四：村落空间增长
管理制度基本农田-90.0931
生态保护红线-90.0621
河流保护蓝线-90.0631
文物保护范围-90.1206
风貌区保护范围
核心保护区9
0.0981
一般保护区7
建设控制地带5
生态环境影响较小，后备扩展空间充裕，具有
增长的可持续性。

新增用地都临近区域主干
道，村民生活便捷性较好。

但是，该方案在村
落形态、街区肌理延续方面满意度较低。

由
于分散扩展，打破了原有村落的形态，容易使
村落无序蔓延，不利于原有街区肌理的延续。

方案的综合满意度为3.4颗星（表2）。

方案二：西侧和北侧扩展模式
为避免方案一分散扩展带来的弊端，实
施空间紧凑发展，新增建设用地主要沿着村
落西侧、北侧阻力值较低的区域扩展，与旧村
有机融合，村落形态紧凑（图7）。

该方案在山
水格局、空间形态、街区肌理、生态环境保护
方面获得了较高的满意度。

紧凑的发展方式，
维系原有的山水格局，延续历史街区的肌理，
较好的保护水系、林地、生态敏感区。

但是该
方案在基本农田保护、生活便捷性、后备发展
空间方面满意度较低。

该方案占用了较多的
基本农田，后备扩展空间也不足，不利于持续
增长。

另外，新增建设用地不靠近区域干道，
村民生活便捷性受到一定影响。

方案的综合
满意度为3.8颗星（表2）。

方案三：东侧和北侧扩展模式
为了避免方案二中过多地占用基本农田，
并可以充分利用东侧的闲置用地，将方案二
中西侧的新增建设用地移至村落的东侧，村
落主要向东侧和北侧扩展，并保持紧凑的形态
（图8）。

该方案在山水格局、村落形态、街区
肌理、生态环境保护、基本农田保护方面获得
了较高的满意度。

与方案二相比，该方案较少
占用基本农田，有效地利用了闲置地。

但是，
该方案在后备发展空间、生活便捷性方面满
意度较低。

村落向东扩展受到河流的制约，后
备发展空间有限。

新增建设用地远离区域干
道，居民生活便捷性受到限制。

方案的综合
满意度为4.0颗星（表2）。

方案四：旧村与外围协同扩展模式
为避免方案一、二、三中的弊端，采取旧
村与外围新区协同发展的方式，新增建设用
地一部分位于村落东侧，与旧村形成紧凑的
形态；另一部分位于外围区域干道的旁边，
具有较好的便捷性。

这种协同发展模式可
以照顾不同村民的需求，具有更好的适应性
（图9）。

该方案在评估指标中均获得了较高
的满意度。

旧村与新区协同发展，以旧村扩展
为主体，新区发展为辅助，既保持了村落紧凑表1 阻力因素及权重
以出现多种情景方案，以下重点对四种方案进行评估分析。

方案一：外围分散扩展模式
为了保护传统村落的风貌，延续新村空间的增长势头，新增空间沿着外围干道两侧布置，主要分布在东北、东南、西北、西南阻力值较低的区域，呈分散式扩展模式（图6）。

该方案在村落风貌保护、生态环境保护、基本农田保护、后备发展空间、生活便捷性方面获得了较高的满意度。

由于新增建设用地位于村落外围，对村落风貌破坏性较小。

该方案未占用基本农田，对
资料来源：图1：作者根据Car S. A Framework for Geodesign- Changing Geography by Design 翻译、绘制；图4：来源于/s/blog_
a7ff28e80101exfu.html；
其余图表均为作者自绘。

参考文献
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com/doc/7910738-10460771. html. 2017-10-21. 360 Encyclopedia.
基金项目：
国家自然科学基金（青年基金）资助项目（编号：51508100）
福州大学“国家大学生创新创业训练计划”项目（编号：201610386029）作者信息：樊海强，博士，福州大学建筑学院副教授， fhq1604@ 陈雅凤，福州大学建筑学院硕士研究生陈璐璐，福州大学建筑学院本科生王攀攀，
福州大学建筑学院本科生
村落居民
建设成本
建设成本★★★★★★★★★★★★★★★★★生活便捷性
临近区域干道★★★★★★★★★★★★★临近公共设施
★★★★★★★★★★★★★★综合满意度（算术平均）
3.4★
3.8★
4.0★
4.5★
表2 村落空间增长的评价指标体系的形态，又使村落空间扩展具有较好的潜力。

该方案有利于延续原有街区肌理，保护生态环境，避免占用基本农田。

新增建设用地或靠近区域干道，或临近原有公共服务设施，村民生活较为便捷。

方案的综合满意度为4.5颗星，是满意度最高的方案（表2）。

结语
地理设计提供了一套逻辑严谨的方法，有利于推动规划设计向科学化转型。

本文以地理设计为指导，建构了传统村落空间的地理设计模型，提出了村落空间增长的模拟模型ANN-MCR，并从决策者的视角建立了村落空间增长的评估体系。

以武夷山和平村为例，探讨了地理设计视角下的村落空间增长模式。

从外围分散扩展模式、到紧凑发展模式，再到旧村与外围协同扩展模式，使方案的满意度指数不断提升，最终获取了满意度较高的方案。

地理设计为传统村落空间的研究提供了新思路，对促进传统村落空间健康发展具有重要价值。

地理设计在传统村落中的应用仍属于探索阶段，诸如三维空间设计等
许多问题仍待深入研究。