大学校园景观空间利用率浅析

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摘要：21世纪以来，大数据和数字化在各行各业快速发展，风景园林学科中对于数字化景观规划设计也进行了多方面的研究和探索。大学校园景观利用率是景观设计和改造提升的重要指标，本研究运用Rhinoceros+Grasshopper软件平台，以使用时间为主要指标，提出了“用地性质———时间权重——景观空间利用率可视化——景观空间分析”的参数化分析范式，依据数理逻辑算法，建立了推广应用模型，以期为大学校园景观空间规划提供科学依据，也为其他风景园林景观空间的参数化设计提供借鉴。

关键词：校园景观空间；空间利用率；参数化设计

研究表明，人的压力水平与景观感知时长和感知品质呈显著相关[1]，高品质大学校园的景观空间对学生情绪具有积极的调节作用[2]。所以，校园景观空间品质的优劣将直接影响到校园活力及学生生活质量[3]。然而大学校园景观规划中，以经验判断依然是景观设计的主要依据，其主观性、与或性和多解性难以对学生需求的多因素进行精准分析，校园景观空间所承载的功能属性便付之阙如了，这导致校园景观往往难以满足学生需求[4]，同时又有校园景观得不到有效利用，被闲置、毁坏等，个别精心设计的景观甚至也逐渐破败。因此，亟需研究和分析大学校园景观空间中现存问题及形成原因，寻求大学校园景观设计和改造的科学方法。“参数化设计”是建立自变量和因变量之间的关系,通过调整自变量的参数而改变因变量[5]，进而获得科学分析结果的一种设计方法。影响自变量变化的因子有很多种,于是形成了多元化的参数，而输出的因变量是根据自变量的输入变化而获得相应的多种结果[6]，这种构建在数理逻辑算法上的输出结果，能够快速和科学地反应自变量对因变量的影响，使景观设计的依据摆脱了个人的主观判断，趋于科学合理地量化指标分析，因此，更具有科学性和合理性。景观设计中，由于不同的设计思维会产生不同设计结果，其合理性直接影响景观的生态价值、社会价值和经济价值，使用参数化设计方法，可以寻求多因素影响机制下的优化景观设计结果，为景观建设提供科学依据[7]。

1时间-空间算法机制与运行平台

校园景观空间受多种因素的影响，“使用时间”是评价校园景观空间利用率的重要因素。“使用时间”的主体是校园景观空间主要使用者———学生。大学生以学习-休息为主导的行为模式具有规律性强、社会活动性低的特点，其“使用时间”能够更加准确地反映校园景观空间的利用率，可作为评价校园景观空间利用率主要的数据来源，也是本研究评价景观空间利用率的重要权重因子。时间-空间算法是在Rhinoceros+Grasshopper平台上运用参数化思维[8]为空间点赋值，以获得该点的空间利用率。即在目标场地内建立若干规则的空间点，每一空间点均对应传统评价中的“评价因子”[9]，对空间点Z轴坐标以“时间权重”赋值，对应传统评价中的“因子权重”。场地使用时间越久，则该场地中的空间点权重越高，空间点对应的景观空间利用率也越高，以此判断景观空间的综合利用率，为校园景观空间科学的规划设计辅以科学依据[10]。Grasshopper（以下简称GH）模块可改变输入端的多个参数值来优化输出结果，逻辑算法过程中，任意位置均可进行数据输出验证，在构建人工逻辑链的过程中可随时校对优化，及时矫正由人工操作下产生的偏差[11]。

2时间-空间算法逻辑及运算步骤

借助GH基础运算单元可调整数据结构，GH的运算逻辑关联构建，以计算机编程语言中的“面向对象”思维和“高内聚、低耦合”原则为导向[12]，各模块构建完成内聚度越高，模块间的耦合度便越低，使GH模块可重用性、可移植性大大增加。时间权重算法以多模块分组的方式处理数据（图1），模块分别为时间权重因子计算模块、单一场地数据处理模块、多场地数据叠加处理模块及数据结果可视化模块。最终运算结果为景观空间利用率可视化视图，依据评价反馈机制，矫正各参数输入端，实现对参数化分析过程的动态调整。校园景观时间-空间算法模型（图2）：①在景观空间内按横纵坐标设置若干空间点（点密度越高则精度越高），作为景观空间评价的控制点；②根据场地用地性质进行用地分类，将所有空间点分别与单个性质用地进行距离计算，获得值的倒数为单个用地对该点的距离权重，由于距离过远的点对权重影响过低，为减少误差，将所有与单个用地距离大于10m的空间点距离全部记作10m；③距离运算求得的值作为底数，时间权重因子作为指数进行幂运算，并将此参数值作为空间点的Z轴坐标，以此得到单个用地性质在总范围内的时间权重；④重复上述步骤，计算不同用地性质时间权重，并叠加求得多用地性质影响下的时间权重，以可视化算法模块为基础，将空间点阵以Delaunay三角剖分算法连接成面，并赋予颜色显示[13]；⑤仅保留景观空间范围可视化显示，即可得到校园景观空间利用率可视化视图。

3天津城建大学校园景观空间利用率分析

3.1校园概况

天津城建大学位于天津市西青区，总面积约61.01hm2。南侧主入口正对城市主干道津静公路，北侧为高新区科技园，东侧一墙之隔毗邻天津农学院和津洲花园居住小区，西侧的次入口正对双行道海泰南北大街，东南侧为宝德学院，校园道路中间的水系由南运河引入。校园总体形状呈长矩形，东西宽634m，南北长1160m，总体布局较为规整，2处学生宿舍组团分别位于煦园南道两侧、寓林道两侧，主要教学区分散布置于校园东侧。道路系统为一条环路加三横三纵主干道贯穿校园内部的形式，串联起校园内部各组团空间。校园中有2处较大水体，场地内无较大竖向变化，大量零散绿地分布于校园内部。3.2用地性质划分使用谷歌地球卫星地图（GoogleEarth）截取校园及周边场地卫星图，在CAD软件中，使用附着命令导入截取的卫星图，按照实际比例1∶1绘制校园平面图（图3），作为校园景观空间参数化分析地图。依据在校大学生行为模式，大致将校园空间划分为7大类（图3），分别对应至大学生日常中的上课、自习、住宿、饮食、休闲活动、通勤及其他行为。

3.3时间权重计算

大学校园内，学生通常前3年集中在校学习，第4年会有一部分学生外出实习及进行相应的课程实习，在校时间不统一，因此，时间权重计算仅考虑本科生前3年的在校学习生活安排。通过对学生日常作息时间进行问卷调查统计，将学校教务处公布的本科生每学年教学周工作日天数及课程数总量作为基础数据（表1）进行计算。时间权重即场地平均使用时间在一天中所占的比重，计算公式如下：F（x）=TC×100（min）/TD×1440（min）式中：F(x)为教学用地时间权重；TC（TotalCourse）———本科生3年总课程数；TD（TotalTeachDay）———教学周总工作日；100（min）———单次课程（45min）和课间休息时间（10min）总和；1440（min）———一天中的总分钟数（60min×24）。对在校本科生课程时间分布进行计算，生成教学类型用地的时间权重。同样，可计算出其他用地的时间权重（表2）。

3.4算法模型验证

由于参数化分析过程复杂、参数繁多，分析结果是否有效难以确认，所以需要就算法模型进行有效性验证。验证方法为仅导入一类用地，逐次赋予3个不同的权重值（P），若分析结果显示空间使用率随因子权重的大小变化而发生改变，则算法模型有效性验证成功，反之则失败。验证方法：将食堂用地拾取进算法模型，赋予不同权重值（P）分别为0.3、0.5、0.7，获得所示空间使用率视图（图3、表3），蓝色代表该区域其时间权重高，而红色代表该区域时间权重对应值低。其结果显示食堂用地空间使用率随着空间权重因子增加而改变，显著呈线性正相关关系，因而参数化算法模型有效性验证通过。

3.5校园景观空间利用率与景观设计建议

依据时间-空间算法模型通过不同的时间权重赋值，计算得出校园景观空间利用率（图4）。校园内规划区域较多且分散，为方便分析，将校园分为A、B、C3个地块，地块内再对各类景观空间进行编号。从视图中可以看出，空间使用率呈中心高四周低的形态，结合校园景观空间现状，将校园景观空间分为高、中、低3种使用率空间。3.5.1高利用率空间。在校园绿地中（图4），高密度使用率空间（10个），分别位于宿舍（A7、A8）、体育场（A9）、景观湖周边绿地（B5、B6）、教学楼（B1、B2、B3、B8）和餐厅（C2）周围。A7、A8、A9景观空间是宿舍区，会聚集大量人流，因而成为高利用率景观空间。3个区域景观空间的高宽比（D/H）较大，适宜营建开放式空间，减少视线遮挡，以便进行散步休憩等活动，提升场地空间活力水平。植被结构宜为乔灌两层，使道路与宿舍相接区域相隔，加强宿舍内部私密性，避免大量人流穿行对宿舍内人员造成影响。此处景观设计应为“路在林荫下，人在树下行，疲乏有处可憩，休憩有景可观”。B1、B2、B3、B8景观空间均是教学区，因其用地性质及时间的特殊，几乎每天都会被师生使用但容易被忽视，应遵循“休息区小而精，活动区大而简”的景观规划策略，营造简单明快的景观效果。B5、B6、C2景观空间四周毗邻中心湖景观、宿舍、教学楼及餐厅，从而成为了高密度活动场地。这3处景观空间高宽比（D/H）较小，空间开敞性较强，适宜营造封闭及半封闭活动空间。植被结构宜为乔灌草3层，上有落叶大小乔木，中有常绿高低灌木，下有花团锦簇及草坪。由于B5多为植物种植且未进行开发，可利用空间多，适宜进行景观空间改造，以增加景观节点，此处宜采用“小而精”的绿地规划策略，结合传统园林中“小中见大，咫尺山林”的景观手法，展现自然要素之美。高利用率空间其特点为可达性强，位置一般存在于串联建筑组群及沟通全场地交通的中心地带，应以步移景异的时序性空间叙事手法为规划设计理念。为满足该空间通达性功能要求，乔灌草植物应合理搭配，形成富有层次感的复层结构；良好的乔灌草搭配应包含多种色叶树种及季相变化草本植物，使人感受一年四季变化，达到三季有花、四季常绿的景观效果。景观规划若需考虑水体空间的营造，应使水体驳岸的游览路线组织富于层次和变化，通过湿生植物及水生植物营造空间的有序开合，亲水节点的串联形成抑扬顿挫的连续性叙事空间。3.52中利用率空间。中利用率空间（8个），分别位于宿舍（C1、C3）、景观湖周边绿地（A4、B7）、教学楼（B4、B9）、餐厅（A5）、体育场（A6）周围。C1、C3景观空间是新宿舍区附属绿地，此处的景平。植被结构宜为乔灌两层，使道路与宿舍相接区域相隔，加强宿舍内部私密性，避免大量人流穿行对宿舍内人员造成影响。此处景观设计应为“路在林荫下，人在树下行，疲乏有处可憩，休憩有景可观”。B1、B2、B3、B8景观空间均是教学区，因其用地性质及时间的特殊，几乎每天都会被师生使用但容易被忽视，应遵循“休息区小而精，活动区大而简”的景观规划策略，营造简单明快的景观效果。B5、B6、C2景观空间四周毗邻中心湖景观、宿舍、教学楼及餐厅，从而成为了高密度活动场地。这3处景观空间高宽比（D/H）较小，空间开敞性较强，适宜营造封闭及半封闭活动空间。植被结构宜为乔灌草3层，上有落叶大小乔木，中有常绿高低灌木，下有花团锦簇及草坪。由于B5多为植物种植且未进行开发，可利用空间多，适宜进行景观空间改造，以增加景观节点，此处宜采用“小而精”的绿地规划策略，结合传统园林中“小中见大，咫尺山林”的景观手法，展现自然要素之美。高利用率空间其特点为可达性强，位置一般存在于串联建筑组群及沟通全场地交通的中心地带，应以步移景异的时序性空间叙事手法为规划设计理念。为满足该空间通达性功能要求，乔灌草植物应合理搭配，形成富有层次感的复层结构；良好的乔灌草搭配应包含多种色叶树种及季相变化草本植物，使人感受一年四季变化，达到三季有花、四季常绿的景观效果。景观规划若需考虑水体空间的营造，应使水体驳岸的游览路线组织富于层次和变化，通过湿生植物及水生植物营造空间的有序开合，亲水节点的串联形成抑扬顿挫的连续性叙事空间。3.52中利用率空间。中利用率空间（8个），分别位于宿舍（C1、C3）、景观湖周边绿地（A4、B7）、教学楼（B4、B9）、餐厅（A5）、体育场（A6）周围。C1、C3景观空间是新宿舍区附属绿地，此处的景

作者:李鹏波 王磊 吴军 单位:天津城建大学建筑学院 天津大学建筑学院