大學校園景觀空間利用率淺析
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摘要：21世紀以來，大數據和數字化在各行各業快速發展，風景園林學科中對于數字化景觀規劃設計也進行了多方面的研究和探索。大學校園景觀利用率是景觀設計和改造提升的重要指標，本研究運用Rhinoceros+Grasshopper軟件平臺，以使用時間為主要指標，提出了“用地性質———時間權重——景觀空間利用率可視化——景觀空間分析”的參數化分析范式，依據數理邏輯算法，建立了推廣應用模型，以期為大學校園景觀空間規劃提供科學依據，也為其他風景園林景觀空間的參數化設計提供借鑒。
關鍵詞：校園景觀空間；空間利用率；參數化設計
研究表明，人的壓力水平與景觀感知時長和感知品質呈顯著相關[1]，高品質大學校園的景觀空間對學生情緒具有積極的調節作用[2]。所以，校園景觀空間品質的優劣將直接影響到校園活力及學生生活質量[3]。然而大學校園景觀規劃中，以經驗判斷依然是景觀設計的主要依據，其主觀性、與或性和多解性難以對學生需求的多因素進行精準分析，校園景觀空間所承載的功能屬性便付之闕如了，這導致校園景觀往往難以滿足學生需求[4]，同時又有校園景觀得不到有效利用，被閑置、毀壞等，個別精心設計的景觀甚至也逐漸破敗。因此，亟需研究和分析大學校園景觀空間中現存問題及形成原因，尋求大學校園景觀設計和改造的科學方法。“參數化設計”是建立自變量和因變量之間的關系,通過調整自變量的參數而改變因變量[5]，進而獲得科學分析結果的一種設計方法。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，而輸出的因變量是根據自變量的輸入變化而獲得相應的多種結果[6]，這種構建在數理邏輯算法上的輸出結果，能夠快速和科學地反應自變量對因變量的影響，使景觀設計的依據擺脫了個人的主觀判斷，趨于科學合理地量化指標分析，因此，更具有科學性和合理性。景觀設計中，由于不同的設計思維會產生不同設計結果，其合理性直接影響景觀的生態價值、社會價值和經濟價值，使用參數化設計方法，可以尋求多因素影響機制下的優化景觀設計結果，為景觀建設提供科學依據[7]。
1時間-空間算法機制與運行平臺
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?！笆褂脮r間”的主體是校園景觀空間主要使用者———學生。大學生以學習-休息為主導的行為模式具有規律性強、社會活動性低的特點，其“使用時間”能夠更加準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據來源，也是本研究評價景觀空間利用率的重要權重因子。時間-空間算法是在Rhinoceros+Grasshopper平臺上運用參數化思維[8]為空間點賦值，以獲得該點的空間利用率。即在目標場地內建立若干規則的空間點，每一空間點均對應傳統評價中的“評價因子”[9]，對空間點Z軸坐標以“時間權重”賦值，對應傳統評價中的“因子權重”。場地使用時間越久，則該場地中的空間點權重越高，空間點對應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的規劃設計輔以科學依據[10]。Grasshopper（以下簡稱GH）模塊可改變輸入端的多個參數值來優化輸出結果，邏輯算法過程中，任意位置均可進行數據輸出驗證，在構建人工邏輯鏈的過程中可隨時校對優化，及時矯正由人工操作下產生的偏差[11]。
2時間-空間算法邏輯及運算步驟
借助GH基礎運算單元可調整數據結構，GH的運算邏輯關聯構建，以計算機編程語言中的“面向對象”思維和“高內聚、低耦合”原則為導向[12]，各模塊構建完成內聚度越高，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。時間權重算法以多模塊分組的方式處理數據（圖1），模塊分別為時間權重因子計算模塊、單一場地數據處理模塊、多場地數據疊加處理模塊及數據結果可視化模塊。最終運算結果為景觀空間利用率可視化視圖，依據評價反饋機制，矯正各參數輸入端，實現對參數化分析過程的動態調整。校園景觀時間-空間算法模型（圖2）：①在景觀空間內按橫縱坐標設置若干空間點（點密度越高則精度越高），作為景觀空間評價的控制點；②根據場地用地性質進行用地分類，將所有空間點分別與單個性質用地進行距離計算，獲得值的倒數為單個用地對該點的距離權重，由于距離過遠的點對權重影響過低，為減少誤差，將所有與單個用地距離大于10m的空間點距離全部記作10m；③距離運算求得的值作為底數，時間權重因子作為指數進行冪運算，并將此參數值作為空間點的Z軸坐標，以此得到單個用地性質在總范圍內的時間權重；④重復上述步驟，計算不同用地性質時間權重，并疊加求得多用地性質影響下的時間權重，以可視化算法模塊為基礎，將空間點陣以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天津城建大學校園景觀空間利用率分析
3.1校園概況
天津城建大學位于天津市西青區，總面積約61.01hm2。南側主入口正對城市主干道津靜公路，北側為高新區科技園，東側一墻之隔毗鄰天津農學院和津洲花園居住小區，西側的次入口正對雙行道海泰南北大街，東南側為寶德學院，校園道路中間的水系由南運河引入。校園總體形狀呈長矩形，東西寬634m，南北長1160m，總體布局較為規整，2處學生宿舍組團分別位于煦園南道兩側、寓林道兩側，主要教學區分散布置于校園東側。道路系統為一條環路加三橫三縱主干道貫穿校園內部的形式，串聯起校園內部各組團空間。校園中有2處較大水體，場地內無較大豎向變化，大量零散綠地分布于校園內部。3.2用地性質劃分使用谷歌地球衛星地圖（GoogleEarth）截取校園及周邊場地衛星圖，在CAD軟件中，使用附著命令導入截取的衛星圖，按照實際比例1∶1繪制校園平面圖（圖3），作為校園景觀空間參數化分析地圖。依據在校大學生行為模式，大致將校園空間劃分為7大類（圖3），分別對應至大學生日常中的上課、自習、住宿、飲食、休閑活動、通勤及其他行為。
3.3時間權重計算
大學校園內，學生通常前3年集中在校學習，第4年會有一部分學生外出實習及進行相應的課程實習，在校時間不統一，因此，時間權重計算僅考慮本科生前3年的在校學習生活安排。通過對學生日常作息時間進行問卷調查統計，將學校教務處公布的本科生每學年教學周工作日天數及課程數總量作為基礎數據（表1）進行計算。時間權重即場地平均使用時間在一天中所占的比重，計算公式如下：F（x）=TC×100（min）/TD×1440（min）式中：F(x)為教學用地時間權重；TC（TotalCourse）———本科生3年總課程數；TD（TotalTeachDay）———教學周總工作日；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（60min×24）。對在校本科生課程時間分布進行計算，生成教學類型用地的時間權重。同樣，可計算出其他用地的時間權重（表2）。
3.4算法模型驗證
由于參數化分析過程復雜、參數繁多，分析結果是否有效難以確認，所以需要就算法模型進行有效性驗證。驗證方法為僅導入一類用地，逐次賦予3個不同的權重值（P），若分析結果顯示空間使用率隨因子權重的大小變化而發生改變，則算法模型有效性驗證成功，反之則失敗。驗證方法：將食堂用地拾取進算法模型，賦予不同權重值（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），藍色代表該區域其時間權重高，而紅色代表該區域時間權重對應值低。其結果顯示食堂用地空間使用率隨著空間權重因子增加而改變，顯著呈線性正相關關系，因而參數化算法模型有效性驗證通過。
3.5校園景觀空間利用率與景觀設計建議
依據時間-空間算法模型通過不同的時間權重賦值，計算得出校園景觀空間利用率（圖4）。校園內規劃區域較多且分散，為方便分析，將校園分為A、B、C3個地塊，地塊內再對各類景觀空間進行編號。從視圖中可以看出，空間使用率呈中心高四周低的形態，結合校園景觀空間現狀，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）、教學樓（B1、B2、B3、B8）和餐廳（C2）周圍。A7、A8、A9景觀空間是宿舍區，會聚集大量人流，因而成為高利用率景觀空間。3個區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，以便進行散步休憩等活動，提升場地空間活力水平。植被結構宜為喬灌兩層，使道路與宿舍相接區域相隔，加強宿舍內部私密性，避免大量人流穿行對宿舍內人員造成影響。此處景觀設計應為“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景觀空間均是教學區，因其用地性質及時間的特殊，幾乎每天都會被師生使用但容易被忽視，應遵循“休息區小而精，活動區大而簡”的景觀規劃策略，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，適宜營造封閉及半封閉活動空間。植被結構宜為喬灌草3層，上有落葉大小喬木，中有常綠高低灌木，下有花團錦簇及草坪。由于B5多為植物種植且未進行開發，可利用空間多，適宜進行景觀空間改造，以增加景觀節點，此處宜采用“小而精”的綠地規劃策略，結合傳統園林中“小中見大，咫尺山林”的景觀手法，展現自然要素之美。高利用率空間其特點為可達性強，位置一般存在于串聯建筑組群及溝通全場地交通的中心地帶，應以步移景異的時序性空間敘事手法為規劃設計理念。為滿足該空間通達性功能要求，喬灌草植物應合理搭配，形成富有層次感的復層結構；良好的喬灌草搭配應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，達到三季有花、四季常綠的景觀效果。景觀規劃若需考慮水體空間的營造，應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，親水節點的串聯形成抑揚頓挫的連續性敘事空間。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）、教學樓（B4、B9）、餐廳（A5）、體育場（A6）周圍。C1、C3景觀空間是新宿舍區附屬綠地，此處的景平。植被結構宜為喬灌兩層，使道路與宿舍相接區域相隔，加強宿舍內部私密性，避免大量人流穿行對宿舍內人員造成影響。此處景觀設計應為“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景觀空間均是教學區，因其用地性質及時間的特殊，幾乎每天都會被師生使用但容易被忽視，應遵循“休息區小而精，活動區大而簡”的景觀規劃策略，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，適宜營造封閉及半封閉活動空間。植被結構宜為喬灌草3層，上有落葉大小喬木，中有常綠高低灌木，下有花團錦簇及草坪。由于B5多為植物種植且未進行開發，可利用空間多，適宜進行景觀空間改造，以增加景觀節點，此處宜采用“小而精”的綠地規劃策略，結合傳統園林中“小中見大，咫尺山林”的景觀手法，展現自然要素之美。高利用率空間其特點為可達性強，位置一般存在于串聯建筑組群及溝通全場地交通的中心地帶，應以步移景異的時序性空間敘事手法為規劃設計理念。為滿足該空間通達性功能要求，喬灌草植物應合理搭配，形成富有層次感的復層結構；良好的喬灌草搭配應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，達到三季有花、四季常綠的景觀效果。景觀規劃若需考慮水體空間的營造，應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，親水節點的串聯形成抑揚頓挫的連續性敘事空間。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）、教學樓（B4、B9）、餐廳（A5）、體育場（A6）周圍。C1、C3景觀空間是新宿舍區附屬綠地，此處的景
作者:李鵬波 王磊 吳軍 單位:天津城建大學建筑學院 天津大學建筑學院