大學(xué)校園景觀空間利用率淺析
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摘要：21世紀(jì)以來，大數(shù)據(jù)和數(shù)字化在各行各業(yè)快速發(fā)展，風(fēng)景園林學(xué)科中對于數(shù)字化景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)也進(jìn)行了多方面的研究和探索。大學(xué)校園景觀利用率是景觀設(shè)計(jì)和改造提升的重要指標(biāo)，本研究運(yùn)用Rhinoceros+Grasshopper軟件平臺，以使用時間為主要指標(biāo)，提出了“用地性質(zhì)———時間權(quán)重——景觀空間利用率可視化——景觀空間分析”的參數(shù)化分析范式，依據(jù)數(shù)理邏輯算法，建立了推廣應(yīng)用模型，以期為大學(xué)校園景觀空間規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)，也為其他風(fēng)景園林景觀空間的參數(shù)化設(shè)計(jì)提供借鑒。
關(guān)鍵詞：校園景觀空間；空間利用率；參數(shù)化設(shè)計(jì)
研究表明，人的壓力水平與景觀感知時長和感知品質(zhì)呈顯著相關(guān)[1]，高品質(zhì)大學(xué)校園的景觀空間對學(xué)生情緒具有積極的調(diào)節(jié)作用[2]。所以，校園景觀空間品質(zhì)的優(yōu)劣將直接影響到校園活力及學(xué)生生活質(zhì)量[3]。然而大學(xué)校園景觀規(guī)劃中，以經(jīng)驗(yàn)判斷依然是景觀設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，其主觀性、與或性和多解性難以對學(xué)生需求的多因素進(jìn)行精準(zhǔn)分析，校園景觀空間所承載的功能屬性便付之闕如了，這導(dǎo)致校園景觀往往難以滿足學(xué)生需求[4]，同時又有校園景觀得不到有效利用，被閑置、毀壞等，個別精心設(shè)計(jì)的景觀甚至也逐漸破敗。因此，亟需研究和分析大學(xué)校園景觀空間中現(xiàn)存問題及形成原因，尋求大學(xué)校園景觀設(shè)計(jì)和改造的科學(xué)方法?！皡?shù)化設(shè)計(jì)”是建立自變量和因變量之間的關(guān)系,通過調(diào)整自變量的參數(shù)而改變因變量[5]，進(jìn)而獲得科學(xué)分析結(jié)果的一種設(shè)計(jì)方法。影響自變量變化的因子有很多種,于是形成了多元化的參數(shù)，而輸出的因變量是根據(jù)自變量的輸入變化而獲得相應(yīng)的多種結(jié)果[6]，這種構(gòu)建在數(shù)理邏輯算法上的輸出結(jié)果，能夠快速和科學(xué)地反應(yīng)自變量對因變量的影響，使景觀設(shè)計(jì)的依據(jù)擺脫了個人的主觀判斷，趨于科學(xué)合理地量化指標(biāo)分析，因此，更具有科學(xué)性和合理性。景觀設(shè)計(jì)中，由于不同的設(shè)計(jì)思維會產(chǎn)生不同設(shè)計(jì)結(jié)果，其合理性直接影響景觀的生態(tài)價值、社會價值和經(jīng)濟(jì)價值，使用參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，可以尋求多因素影響機(jī)制下的優(yōu)化景觀設(shè)計(jì)結(jié)果，為景觀建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)[7]。
1時間-空間算法機(jī)制與運(yùn)行平臺
校園景觀空間受多種因素的影響，“使用時間”是評價校園景觀空間利用率的重要因素。“使用時間”的主體是校園景觀空間主要使用者———學(xué)生。大學(xué)生以學(xué)習(xí)-休息為主導(dǎo)的行為模式具有規(guī)律性強(qiáng)、社會活動性低的特點(diǎn)，其“使用時間”能夠更加準(zhǔn)確地反映校園景觀空間的利用率，可作為評價校園景觀空間利用率主要的數(shù)據(jù)來源，也是本研究評價景觀空間利用率的重要權(quán)重因子。時間-空間算法是在Rhinoceros+Grasshopper平臺上運(yùn)用參數(shù)化思維[8]為空間點(diǎn)賦值，以獲得該點(diǎn)的空間利用率。即在目標(biāo)場地內(nèi)建立若干規(guī)則的空間點(diǎn)，每一空間點(diǎn)均對應(yīng)傳統(tǒng)評價中的“評價因子”[9]，對空間點(diǎn)Z軸坐標(biāo)以“時間權(quán)重”賦值，對應(yīng)傳統(tǒng)評價中的“因子權(quán)重”。場地使用時間越久，則該場地中的空間點(diǎn)權(quán)重越高，空間點(diǎn)對應(yīng)的景觀空間利用率也越高，以此判斷景觀空間的綜合利用率，為校園景觀空間科學(xué)的規(guī)劃設(shè)計(jì)輔以科學(xué)依據(jù)[10]。Grasshopper（以下簡稱GH）模塊可改變輸入端的多個參數(shù)值來優(yōu)化輸出結(jié)果，邏輯算法過程中，任意位置均可進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出驗(yàn)證，在構(gòu)建人工邏輯鏈的過程中可隨時校對優(yōu)化，及時矯正由人工操作下產(chǎn)生的偏差[11]。
2時間-空間算法邏輯及運(yùn)算步驟
借助GH基礎(chǔ)運(yùn)算單元可調(diào)整數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，GH的運(yùn)算邏輯關(guān)聯(lián)構(gòu)建，以計(jì)算機(jī)編程語言中的“面向?qū)ο蟆彼季S和“高內(nèi)聚、低耦合”原則為導(dǎo)向[12]，各模塊構(gòu)建完成內(nèi)聚度越高，模塊間的耦合度便越低，使GH模塊可重用性、可移植性大大增加。時間權(quán)重算法以多模塊分組的方式處理數(shù)據(jù)（圖1），模塊分別為時間權(quán)重因子計(jì)算模塊、單一場地?cái)?shù)據(jù)處理模塊、多場地?cái)?shù)據(jù)疊加處理模塊及數(shù)據(jù)結(jié)果可視化模塊。最終運(yùn)算結(jié)果為景觀空間利用率可視化視圖，依據(jù)評價反饋機(jī)制，矯正各參數(shù)輸入端，實(shí)現(xiàn)對參數(shù)化分析過程的動態(tài)調(diào)整。校園景觀時間-空間算法模型（圖2）：①在景觀空間內(nèi)按橫縱坐標(biāo)設(shè)置若干空間點(diǎn)（點(diǎn)密度越高則精度越高），作為景觀空間評價的控制點(diǎn)；②根據(jù)場地用地性質(zhì)進(jìn)行用地分類，將所有空間點(diǎn)分別與單個性質(zhì)用地進(jìn)行距離計(jì)算，獲得值的倒數(shù)為單個用地對該點(diǎn)的距離權(quán)重，由于距離過遠(yuǎn)的點(diǎn)對權(quán)重影響過低，為減少誤差，將所有與單個用地距離大于10m的空間點(diǎn)距離全部記作10m；③距離運(yùn)算求得的值作為底數(shù)，時間權(quán)重因子作為指數(shù)進(jìn)行冪運(yùn)算，并將此參數(shù)值作為空間點(diǎn)的Z軸坐標(biāo)，以此得到單個用地性質(zhì)在總范圍內(nèi)的時間權(quán)重；④重復(fù)上述步驟，計(jì)算不同用地性質(zhì)時間權(quán)重，并疊加求得多用地性質(zhì)影響下的時間權(quán)重，以可視化算法模塊為基礎(chǔ)，將空間點(diǎn)陣以Delaunay三角剖分算法連接成面，并賦予顏色顯示[13]；⑤僅保留景觀空間范圍可視化顯示，即可得到校園景觀空間利用率可視化視圖。
3天津城建大學(xué)校園景觀空間利用率分析
3.1校園概況
天津城建大學(xué)位于天津市西青區(qū)，總面積約61.01hm2。南側(cè)主入口正對城市主干道津靜公路，北側(cè)為高新區(qū)科技園，東側(cè)一墻之隔毗鄰天津農(nóng)學(xué)院和津洲花園居住小區(qū)，西側(cè)的次入口正對雙行道海泰南北大街，東南側(cè)為寶德學(xué)院，校園道路中間的水系由南運(yùn)河引入。校園總體形狀呈長矩形，東西寬634m，南北長1160m，總體布局較為規(guī)整，2處學(xué)生宿舍組團(tuán)分別位于煦園南道兩側(cè)、寓林道兩側(cè)，主要教學(xué)區(qū)分散布置于校園東側(cè)。道路系統(tǒng)為一條環(huán)路加三橫三縱主干道貫穿校園內(nèi)部的形式，串聯(lián)起校園內(nèi)部各組團(tuán)空間。校園中有2處較大水體，場地內(nèi)無較大豎向變化，大量零散綠地分布于校園內(nèi)部。3.2用地性質(zhì)劃分使用谷歌地球衛(wèi)星地圖（GoogleEarth）截取校園及周邊場地衛(wèi)星圖，在CAD軟件中，使用附著命令導(dǎo)入截取的衛(wèi)星圖，按照實(shí)際比例1∶1繪制校園平面圖（圖3），作為校園景觀空間參數(shù)化分析地圖。依據(jù)在校大學(xué)生行為模式，大致將校園空間劃分為7大類（圖3），分別對應(yīng)至大學(xué)生日常中的上課、自習(xí)、住宿、飲食、休閑活動、通勤及其他行為。
3.3時間權(quán)重計(jì)算
大學(xué)校園內(nèi)，學(xué)生通常前3年集中在校學(xué)習(xí)，第4年會有一部分學(xué)生外出實(shí)習(xí)及進(jìn)行相應(yīng)的課程實(shí)習(xí)，在校時間不統(tǒng)一，因此，時間權(quán)重計(jì)算僅考慮本科生前3年的在校學(xué)習(xí)生活安排。通過對學(xué)生日常作息時間進(jìn)行問卷調(diào)查統(tǒng)計(jì)，將學(xué)校教務(wù)處公布的本科生每學(xué)年教學(xué)周工作日天數(shù)及課程數(shù)總量作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（表1）進(jìn)行計(jì)算。時間權(quán)重即場地平均使用時間在一天中所占的比重，計(jì)算公式如下：F（x）=TC×100（min）/TD×1440（min）式中：F(x)為教學(xué)用地時間權(quán)重；TC（TotalCourse）———本科生3年總課程數(shù)；TD（TotalTeachDay）———教學(xué)周總工作日；100（min）———單次課程（45min）和課間休息時間（10min）總和；1440（min）———一天中的總分鐘數(shù)（60min×24）。對在校本科生課程時間分布進(jìn)行計(jì)算，生成教學(xué)類型用地的時間權(quán)重。同樣，可計(jì)算出其他用地的時間權(quán)重（表2）。
3.4算法模型驗(yàn)證
由于參數(shù)化分析過程復(fù)雜、參數(shù)繁多，分析結(jié)果是否有效難以確認(rèn)，所以需要就算法模型進(jìn)行有效性驗(yàn)證。驗(yàn)證方法為僅導(dǎo)入一類用地，逐次賦予3個不同的權(quán)重值（P），若分析結(jié)果顯示空間使用率隨因子權(quán)重的大小變化而發(fā)生改變，則算法模型有效性驗(yàn)證成功，反之則失敗。驗(yàn)證方法：將食堂用地拾取進(jìn)算法模型，賦予不同權(quán)重值（P）分別為0.3、0.5、0.7，獲得所示空間使用率視圖（圖3、表3），藍(lán)色代表該區(qū)域其時間權(quán)重高，而紅色代表該區(qū)域時間權(quán)重對應(yīng)值低。其結(jié)果顯示食堂用地空間使用率隨著空間權(quán)重因子增加而改變，顯著呈線性正相關(guān)關(guān)系，因而參數(shù)化算法模型有效性驗(yàn)證通過。
3.5校園景觀空間利用率與景觀設(shè)計(jì)建議
依據(jù)時間-空間算法模型通過不同的時間權(quán)重賦值，計(jì)算得出校園景觀空間利用率（圖4）。校園內(nèi)規(guī)劃區(qū)域較多且分散，為方便分析，將校園分為A、B、C3個地塊，地塊內(nèi)再對各類景觀空間進(jìn)行編號。從視圖中可以看出，空間使用率呈中心高四周低的形態(tài)，結(jié)合校園景觀空間現(xiàn)狀，將校園景觀空間分為高、中、低3種使用率空間。3.5.1高利用率空間。在校園綠地中（圖4），高密度使用率空間（10個），分別位于宿舍（A7、A8）、體育場（A9）、景觀湖周邊綠地（B5、B6）、教學(xué)樓（B1、B2、B3、B8）和餐廳（C2）周圍。A7、A8、A9景觀空間是宿舍區(qū)，會聚集大量人流，因而成為高利用率景觀空間。3個區(qū)域景觀空間的高寬比（D/H）較大，適宜營建開放式空間，減少視線遮擋，以便進(jìn)行散步休憩等活動，提升場地空間活力水平。植被結(jié)構(gòu)宜為喬灌兩層，使道路與宿舍相接區(qū)域相隔，加強(qiáng)宿舍內(nèi)部私密性，避免大量人流穿行對宿舍內(nèi)人員造成影響。此處景觀設(shè)計(jì)應(yīng)為“路在林蔭下，人在樹下行，疲乏有處可憩，休憩有景可觀”。B1、B2、B3、B8景觀空間均是教學(xué)區(qū)，因其用地性質(zhì)及時間的特殊，幾乎每天都會被師生使用但容易被忽視，應(yīng)遵循“休息區(qū)小而精，活動區(qū)大而簡”的景觀規(guī)劃策略，營造簡單明快的景觀效果。B5、B6、C2景觀空間四周毗鄰中心湖景觀、宿舍、教學(xué)樓及餐廳，從而成為了高密度活動場地。這3處景觀空間高寬比（D/H）較小，空間開敞性較強(qiáng)，適宜營造封閉及半封閉活動空間。植被結(jié)構(gòu)宜為喬灌草3層，上有落葉大小喬木，中有常綠高低灌木，下有花團(tuán)錦簇及草坪。由于B5多為植物種植且未進(jìn)行開發(fā)，可利用空間多，適宜進(jìn)行景觀空間改造，以增加景觀節(jié)點(diǎn)，此處宜采用“小而精”的綠地規(guī)劃策略，結(jié)合傳統(tǒng)園林中“小中見大，咫尺山林”的景觀手法，展現(xiàn)自然要素之美。高利用率空間其特點(diǎn)為可達(dá)性強(qiáng)，位置一般存在于串聯(lián)建筑組群及溝通全場地交通的中心地帶，應(yīng)以步移景異的時序性空間敘事手法為規(guī)劃設(shè)計(jì)理念。為滿足該空間通達(dá)性功能要求，喬灌草植物應(yīng)合理搭配，形成富有層次感的復(fù)層結(jié)構(gòu)；良好的喬灌草搭配應(yīng)包含多種色葉樹種及季相變化草本植物，使人感受一年四季變化，達(dá)到三季有花、四季常綠的景觀效果。景觀規(guī)劃若需考慮水體空間的營造，應(yīng)使水體駁岸的游覽路線組織富于層次和變化，通過濕生植物及水生植物營造空間的有序開合，親水節(jié)點(diǎn)的串聯(lián)形成抑揚(yáng)頓挫的連續(xù)性敘事空間。3.52中利用率空間。中利用率空間（8個），分別位于宿舍（C1、C3）、景觀湖周邊綠地（A4、B7）、教學(xué)樓（B4、B9）、餐廳（A5）、體育場（A6）周圍。C1、C3景觀空間是新宿舍區(qū)附屬綠地，此處的景平。植被結(jié)構(gòu)宜為喬灌兩層，使道路與宿舍相接區(qū)域相隔，加強(qiáng)宿舍內(nèi)部私密性，避免大量人流穿行對宿舍內(nèi)人員造成影響。此處景觀設(shè)計(jì)應(yīng)為“路在林蔭下，人在樹下行，疲乏有處可憩，休憩有景可觀”。B1、B2、B3、B8景觀空間均是教學(xué)區(qū)，因其用地性質(zhì)及時間的特殊，幾乎每天都會被師生使用但容易被忽視，應(yīng)遵循“休息區(qū)小而精，活動區(qū)大而簡”的景觀規(guī)劃策略，營造簡單明快的景觀效果。B5、B6、C2景觀空間四周毗鄰中心湖景觀、宿舍、教學(xué)樓及餐廳，從而成為了高密度活動場地。這3處景觀空間高寬比（D/H）較小，空間開敞性較強(qiáng)，適宜營造封閉及半封閉活動空間。植被結(jié)構(gòu)宜為喬灌草3層，上有落葉大小喬木，中有常綠高低灌木，下有花團(tuán)錦簇及草坪。由于B5多為植物種植且未進(jìn)行開發(fā)，可利用空間多，適宜進(jìn)行景觀空間改造，以增加景觀節(jié)點(diǎn)，此處宜采用“小而精”的綠地規(guī)劃策略，結(jié)合傳統(tǒng)園林中“小中見大，咫尺山林”的景觀手法，展現(xiàn)自然要素之美。高利用率空間其特點(diǎn)為可達(dá)性強(qiáng)，位置一般存在于串聯(lián)建筑組群及溝通全場地交通的中心地帶，應(yīng)以步移景異的時序性空間敘事手法為規(guī)劃設(shè)計(jì)理念。為滿足該空間通達(dá)性功能要求，喬灌草植物應(yīng)合理搭配，形成富有層次感的復(fù)層結(jié)構(gòu)；良好的喬灌草搭配應(yīng)包含多種色葉樹種及季相變化草本植物，使人感受一年四季變化，達(dá)到三季有花、四季常綠的景觀效果。景觀規(guī)劃若需考慮水體空間的營造，應(yīng)使水體駁岸的游覽路線組織富于層次和變化，通過濕生植物及水生植物營造空間的有序開合，親水節(jié)點(diǎn)的串聯(lián)形成抑揚(yáng)頓挫的連續(xù)性敘事空間。3.52中利用率空間。中利用率空間（8個），分別位于宿舍（C1、C3）、景觀湖周邊綠地（A4、B7）、教學(xué)樓（B4、B9）、餐廳（A5）、體育場（A6）周圍。C1、C3景觀空間是新宿舍區(qū)附屬綠地，此處的景
作者:李鵬波 王磊 吳軍 單位:天津城建大學(xué)建筑學(xué)院 天津大學(xué)建筑學(xué)院