于士祥，李樂梅，楊琪瑤，朱伯平，盧載鉉

1.西南大學(xué) 園藝園林學(xué)院，重慶 400715；2.韓國又石大學(xué) 造景建設(shè)工程系，韓國 全州 565701；3.大連理工大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院，遼寧 大連 116085；4.重慶醫(yī)科大學(xué) 后勤處，重慶 401331

1999年后,隨著高等教育的普及與師生人數(shù)的增長,不少高校相繼建設(shè)了新校區(qū).新校區(qū)規(guī)模較大,如重慶大學(xué)虎溪校區(qū)和四川農(nóng)業(yè)大學(xué)成都校區(qū)等用地均超過2.00 km2.校園規(guī)劃時(shí),常將校區(qū)劃分為教學(xué)區(qū)、活動區(qū)和宿舍區(qū)等功能單一、相對獨(dú)立的子區(qū); 子區(qū)之間通過車行道連接,步行道被視為車行體系的附屬[1].這類以車為本的路網(wǎng)組織方式易造成局部功能區(qū)之間缺少直捷的步行道路,導(dǎo)致近距離步行繞行,無法較好地滿足步行上課等具有出行時(shí)耗壓力的步行活動需求[2-3].因此,面向時(shí)空可達(dá)的步行路網(wǎng)改善已成為高校新校區(qū)校園環(huán)境品質(zhì)提升的重要議題之一.

空間句法在研究空間環(huán)境的邏輯結(jié)構(gòu)和組織規(guī)律方面存在優(yōu)勢[4-6].基于該理論,利用軸線模型,張浩[7]、車鑫等[8]分別測度了武漢大學(xué)信息學(xué)部校園綠地、工學(xué)部教學(xué)樓的可達(dá)性; 何志華等[9]分析了南昌大學(xué)前湖校區(qū)教學(xué)樓的可達(dá)性及布局的合理性; 利用線段模型,趙燕萍等[10]分析了湖南工業(yè)大學(xué)校園中軸廣場的空間可達(dá)性和活力程度.這些研究關(guān)注高校校園局部空間的可達(dá)性及局部路網(wǎng)改進(jìn),然而,未系統(tǒng)考慮師生步行出行的完整需求,未提出基于步行可達(dá)的校園整體路網(wǎng)優(yōu)化策略.此外,空間句法平面化的空間可達(dá)性分析無法全面反映高校校園的設(shè)施布局與路網(wǎng)效能,有必要結(jié)合時(shí)間可達(dá)性展開系統(tǒng)探索.

本研究以重慶醫(yī)科大學(xué)縉云校區(qū)(下文簡稱“重醫(yī)縉云校區(qū)”)為例,利用空間句法理論下的線段模型(Depthmap軟件平臺,版本:Depthmap-Beta 1.0)和ArcGIS軟件平臺(版本:ArcGIS 10.2)中的最優(yōu)路徑分析模型,量化重醫(yī)縉云校區(qū)的步行時(shí)空可達(dá)水平; 結(jié)合步行空間實(shí)際使用情況,提出校園步行路網(wǎng)的改善方案并評估改善方案的步行可達(dá)性,以期為其他高校新校區(qū)步行路網(wǎng)優(yōu)化提供經(jīng)驗(yàn)借鑒.

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

重醫(yī)縉云校區(qū)位于重慶大學(xué)城西北部,由9個(gè)相對獨(dú)立、面積較大的功能子區(qū)組成(圖1a).根據(jù)師生日常學(xué)習(xí)和生活活動情況,步行的出行需求可分為功能性和休閑性兩類.其中,前者的主要目的地包括學(xué)生宿舍區(qū)、教職工住宿區(qū)、教學(xué)區(qū)、行政辦公區(qū)和附屬醫(yī)院,后者的主要目的地包括中央景觀區(qū)、山水林地區(qū)和運(yùn)動區(qū).

圖1 功能分區(qū)與既有步行路網(wǎng)

既有步行路網(wǎng)的組織模式為:1) 在山水林地區(qū)以北,采用嵌套式“8字型”環(huán)線(車行道兩側(cè)建人行道)串聯(lián)各個(gè)子區(qū)(圖1b),形成校園步行交通的基本骨架.基于該骨架,教學(xué)區(qū)采用以景觀大道為中心的“魚骨狀”步行專用路網(wǎng)(允許消防、救護(hù)等特殊車輛使用),學(xué)生宿舍區(qū)和行政辦公區(qū)采用部分平行的人車混行路網(wǎng).2) 在山水林地區(qū)以南,教職工住宿區(qū)和附屬醫(yī)院采用人車混行路網(wǎng)(圖1c).

1.2 研究方法

1.2.1 空間句法理論與線段模型

與軸線模型“可視即可達(dá)”的原理不同,線段模型考慮真實(shí)距離和道路偏轉(zhuǎn)角度對行人的影響[11].相關(guān)研究表明,在交通流量預(yù)測方面,線段模型與交通流的擬合度高[12],適于檢測道路網(wǎng)絡(luò)中最佳到達(dá)性和穿越性交通路徑.因此,本研究采用空間句法理論下的線段模型,選取整合度(Integration)和擬合度(R2)為分析指標(biāo)[13],基于Depthmap軟件平臺量化重醫(yī)縉云校區(qū)既有步行路網(wǎng)的全局、局部空間可達(dá)性和空間感知可達(dá)性.為減少線段數(shù)量對分析結(jié)果的影響,對整合度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,得到標(biāo)準(zhǔn)化角度整合度(Normalized Angular Integration,半徑為R).

全局空間可達(dá)性反映某一路段與整體路網(wǎng)所有路段間相互到達(dá)的難易程度,可用全局標(biāo)準(zhǔn)化角度整合度量化.局部空間可達(dá)性反映某一路段與局部范圍內(nèi)路段聯(lián)系的緊密程度,可用局部標(biāo)準(zhǔn)化角度整合度量化.考慮到重醫(yī)縉云校區(qū)校園面積和功能性出行的步行時(shí)速(5.00 km/h),計(jì)算400 m,800 m和1 200 m半徑下的局部空間可達(dá)性.空間感知可達(dá)性反映局部路網(wǎng)與整體路網(wǎng)的關(guān)聯(lián)程度,可用局部標(biāo)準(zhǔn)化角度整合度和全局標(biāo)準(zhǔn)化角度整合度的擬合度量化.對于以上指標(biāo),其數(shù)值越高,意味著空間的可達(dá)性越高.

1.2.2 ArcGIS最優(yōu)路徑分析模型

最優(yōu)路徑分析模型旨在找尋既有或規(guī)劃道路網(wǎng)中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間成本最低的路徑,其成本阻抗多為距離(可換算為時(shí)間)和費(fèi)用[14].本研究基于ArcGIS軟件平臺,將步行時(shí)耗(步行距離與速度的比值)設(shè)為阻抗,計(jì)算重醫(yī)縉云校區(qū)校園內(nèi)部功能性步行出行的吸引點(diǎn)與出發(fā)點(diǎn)之間的最短步行時(shí)長路徑,分析步行的時(shí)間可達(dá)性.

1.3 研究數(shù)據(jù)

基于重醫(yī)縉云校區(qū)現(xiàn)狀平面圖和實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù),按道路中心線原則,在AutoCAD軟件(版本:AutoCAD 2016)中繪制校園既有步行路網(wǎng),分別另存為適合Depthmap和ArcGIS軟件使用的DXF,DWG格式文件.其中,DXF格式文件導(dǎo)入Depthmap軟件后,需先將步行路網(wǎng)轉(zhuǎn)為軸線模型,再轉(zhuǎn)為線段模型,然后利用節(jié)點(diǎn)數(shù)(Node Count)構(gòu)建全局綠色驗(yàn)證模型,刪除存在斷點(diǎn)和脫離拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的線段,最終梳理出用于線段模型的步行路網(wǎng)數(shù)據(jù)[13-14].重醫(yī)縉云校區(qū)改造后步行路網(wǎng)亦采用上述方法獲取.

2 重醫(yī)縉云校區(qū)既有步行路網(wǎng)的可達(dá)水平解析

2.1 步行的空間可達(dá)性

2.1.1 全局空間可達(dá)性

重醫(yī)縉云校區(qū)既有步行路網(wǎng)全局標(biāo)準(zhǔn)化角度整合度的最大值、最小值和平均值分別為0.89,0.33,0.61.最大值分布在楓渝路東段和學(xué)苑中路.從教學(xué)區(qū)至其他功能子區(qū),全局標(biāo)準(zhǔn)化角度整合度值下降.其中,低于平均值的路段占53.08%,表明校園內(nèi)部步行可達(dá)水平偏低.尤其在教職工住宿A,B區(qū)和附屬醫(yī)院,其內(nèi)部路段全局標(biāo)準(zhǔn)化角度整合度值過低,步行到達(dá)其他功能子區(qū)十分不便(圖2).

圖2 既有步行路網(wǎng)的全局與局部空間可達(dá)性

現(xiàn)場調(diào)查行人使用空間,結(jié)果發(fā)現(xiàn):由于行道樹種植池、路燈等設(shè)施的侵占,使得嵌套式“8字型”環(huán)線上的人行道有效寬度不足1.20 m(圖3a),造成行人不得不使用自行車道甚至機(jī)動車道,這意味著該段道路的真實(shí)步行可達(dá)性未達(dá)到空間可達(dá)性的高值(0.89).此外,在楓渝路東段和學(xué)苑中路交叉口處(圖3b),雖建設(shè)了人行橫道但缺少精細(xì)化道路設(shè)施,如未提供行人過自行車道、過機(jī)動車道的待行區(qū),造成人流與自行車、機(jī)動車交通流之間存在交互作用,進(jìn)而引發(fā)人車沖突.這些缺少精細(xì)化設(shè)計(jì)的路口,降低了步行路網(wǎng)的全局空間可達(dá)性.

圖3 路段和路口步行設(shè)施現(xiàn)狀

2.1.2 局部空間可達(dá)性

在400 m,800 m和1 200 m半徑下,局部標(biāo)準(zhǔn)化角度整合度的最大值分別為1.72,1.77,1.78,最小值分別為0.34,0.36,0.35,平均值分別為0.98,1.01,1.12.雖然這些值大于全局標(biāo)準(zhǔn)化角度整合度的相應(yīng)值,但局部和全局空間可達(dá)性的分布特征具有相似性.此外,在400 m,800 m和1 200 m半徑范圍下,低于平均值的路段占比亦接近50.00%,表明局部空間視角下的步行可達(dá)水平也有待提升(圖2b,c,d).

2.1.3 空間感知可達(dá)性

x和y分別表示全局、局部標(biāo)準(zhǔn)化角度整合度.二者的擬合度R2值可校驗(yàn)步行路網(wǎng)的空間感知可達(dá)水平:R2值大于0.70表示可通過局部步行路網(wǎng)獲取整體路網(wǎng)的信息,位于0.5～0.7表示步行路網(wǎng)的空間感知可達(dá)水平一般,小于0.5則表示步行路網(wǎng)的空間感知可達(dá)水平較差[13].在400 m,800 m和1 200 m半徑下,R2值分別為0.24,0.44,0.49,均小于0.50(圖4),表明重醫(yī)縉云校區(qū)既有步行路網(wǎng)的空間感知可達(dá)性較差,無法通過局部空間步行路網(wǎng)感知校園整體步行路網(wǎng).此外,分析各功能子區(qū)的空間感知可達(dá)性結(jié)果(表1)發(fā)現(xiàn)教學(xué)區(qū)、教職工住宿(A,B區(qū))和附屬醫(yī)院的R2值較高,中央景觀區(qū)和行政辦公區(qū)的R2值較低.這表明路網(wǎng)組織的秩序性對空間感知有明顯的影響.

表1 各功能子區(qū)內(nèi)部既有步行路網(wǎng)的空間感知可達(dá)性

圖4 既有步行路網(wǎng)的空間感知可達(dá)性

2.2 步行的時(shí)間可達(dá)性

根據(jù)ArcGIS最優(yōu)路徑分析模型,得到重醫(yī)縉云校區(qū)校園步行出行的步行時(shí)間與繞行系數(shù)(表2).在功能性步行出行中,僅學(xué)生宿舍區(qū)、行政辦公共區(qū)—教學(xué)區(qū)的步行時(shí)間小于10.00 min; 學(xué)生宿舍區(qū)—附屬醫(yī)院,教職工住宿區(qū)—教學(xué)區(qū)、行政辦公區(qū)的平均步行時(shí)長為24.00 min.其中,教職工住宿A區(qū)—行政辦公區(qū)的步行時(shí)間超過30.00 min,繞行系數(shù)高達(dá)4.31,步行的時(shí)間可達(dá)性極低.雖然游憩性步行出行對步行時(shí)間更為包容,但教職工住宿區(qū)—中央景觀區(qū)、運(yùn)動區(qū)的平均步行時(shí)間高達(dá)26.00 min,兩端步行時(shí)間占步行總時(shí)長的比重過高.此外,重醫(yī)縉云校區(qū)既有步行路網(wǎng)被山水林地區(qū)分割為獨(dú)立的南北兩部分,學(xué)生宿舍區(qū)、教學(xué)區(qū)—附屬醫(yī)院,教職工住宿區(qū)—教學(xué)區(qū)、行政辦公區(qū)、中央景觀區(qū)和運(yùn)動區(qū),需繞道校園外的城市主干路,舒適性不足且存在安全隱患(圖5).

表2 現(xiàn)狀步行時(shí)間可達(dá)性與繞行系數(shù)

圖5 功能性步行繞行分析

3 重醫(yī)縉云校區(qū)面向時(shí)空可達(dá)的步行路網(wǎng)優(yōu)化

基于以上分析,提出重醫(yī)縉云校區(qū)步行路網(wǎng)改善方案,并檢驗(yàn)其可達(dá)水平.

3.1 營造全局和局部空間可達(dá)的分級步行路網(wǎng)

3.1.1 精細(xì)路網(wǎng)等級體系

圖6為重醫(yī)縉云校區(qū)校園路網(wǎng)改善方案.為提升全局、局部空間可達(dá)性,消除人車沖突帶來的安全隱患,改善方案重新組織了車行交通.在山水林地區(qū)以北,嵌套式“8字型”車行環(huán)路細(xì)化為3個(gè)等級的車行道路:1) 沿楓渝路規(guī)劃雙向行駛車行環(huán)路(圖6a紅色實(shí)線),服務(wù)日常車行交通.結(jié)合功能子區(qū)內(nèi)的建筑布局與可利用空間,在環(huán)線兩側(cè)規(guī)劃機(jī)動車停車場,確保日常車行交通不進(jìn)入功能子區(qū); 2) 在人流高度集聚的學(xué)生宿舍區(qū)與教學(xué)區(qū),規(guī)劃單向行駛車行管控環(huán)路(圖6a粉色實(shí)線).非必要情況下,禁止除垃圾清運(yùn)、物資運(yùn)輸、救護(hù)和消防等特殊車輛外的機(jī)動車通行; 3) 原有穿越中心景觀區(qū)的車行道優(yōu)化為緊急車行道(圖6a綠色實(shí)線),僅允許救護(hù)和消防等車輛通行.在山水林地區(qū)以南,教職工住宿區(qū)與附屬醫(yī)院內(nèi)車行路網(wǎng)不變,但車行速度不得超過7.00 km/h.

圖6 改善后的校園路網(wǎng)

結(jié)合車行路網(wǎng)組織,改善方案將學(xué)生宿舍區(qū)和教學(xué)區(qū)優(yōu)化為步行區(qū),允許日常非人流高峰時(shí)段垃圾清運(yùn)、生活品運(yùn)輸?shù)忍厥廛囕v通行,及救護(hù)、消防等緊急車輛進(jìn)入; 規(guī)劃了4類步行道路網(wǎng),包括人行道、人車混行道(步行優(yōu)先)、健身步道和景觀步道(圖6b).

改善后步行路網(wǎng)的全局標(biāo)準(zhǔn)化角度整合度最大值、最小值和平均值分別為1.21,0.54,0.78,高于平均值的路段占比為68.48%(增幅達(dá)45.95%),步行可達(dá)水平大幅提升(圖7a).各功能子區(qū)的局部可達(dá)性亦大幅提升.如圖7b,c,d所示,400 m,800 m和1 200 m半徑下,局部標(biāo)準(zhǔn)化角度整合度:1) 最大值分別為1.95,1.98,1.99,均位于教學(xué)區(qū).路網(wǎng)改善后,教學(xué)區(qū)在保持外圍路段高水平可達(dá)的基礎(chǔ)上,中心“魚骨狀”步行專用道也達(dá)到了可步行性的最大值,這意味著教學(xué)區(qū)內(nèi)部及教學(xué)區(qū)與中央景觀區(qū)、行政辦公區(qū)之間的步行出行更加便捷; 2) 平均值分別為1.25,1.31,1.33.其中,學(xué)生宿舍區(qū)、中央景觀區(qū)、行政辦公區(qū)及運(yùn)動區(qū)內(nèi)70.00%以上的路段均大于平均值,步行可達(dá)水平由一般提升至較高.山水林地區(qū)、教職工住宿區(qū)B區(qū)內(nèi)60.00%的路段接近于平均值,步行可達(dá)性大幅改善; 3) 最小值分別為0.63,0.66,0.65,位于教職工住宿A區(qū)和附屬醫(yī)院,盡管這兩個(gè)功能子區(qū)的步行可達(dá)性低于其他子區(qū),但相比改造前,其可達(dá)水平已翻了一番.

圖7 改善后步行路網(wǎng)的全局與局部空間可達(dá)性

3.1.2 優(yōu)化道路設(shè)施設(shè)計(jì)

為提高實(shí)際使用過程中步行路網(wǎng)的空間可達(dá)性,改善方案精細(xì)了路段和路口道路設(shè)施.針對人行道被其他設(shè)施侵占的問題,改善方案通過借道外側(cè)綠化空間,將被侵占的人行道拆分為設(shè)施帶和人行道,保障實(shí)際可用的步行空間.如圖8a所示,改造后,楓渝路和學(xué)苑東、中、西路人行道寬1.80～2.40 m,設(shè)施帶寬0.90～1.20 m,配置行道樹種植池、路燈和垃圾箱等設(shè)施.

圖8 楓渝路路段和交叉口改善

以交叉口為主的校園人車沖突易發(fā)點(diǎn),如楓渝路與其沿線機(jī)動車道、步行道的交叉路口,改善方案通過增設(shè)轉(zhuǎn)角保護(hù)安全島和中央安全島,設(shè)計(jì)抬升路口并搭配前置停止線,最小化右轉(zhuǎn)機(jī)動車與直行行人的沖突,減小步行過自行車道和步行過機(jī)動車道的沖突[15],提高行人過車行道的可達(dá)性(圖8b,c).

3.2 規(guī)劃圍繞空間感知可達(dá)的有序游憩性步道

3.2.1 打造有序嵌套的游憩環(huán)線

為提高空間感知可達(dá)性,在山水林地區(qū)規(guī)劃無障礙濱水步道(圖9藍(lán)線),在中央景觀區(qū)規(guī)劃面向秩序的中央環(huán)路(圖9綠線),利用楓渝路人行道外側(cè)充裕的樹林空間規(guī)劃林下健身環(huán)路(圖9紅線),形成有序嵌套的游憩環(huán)線.改造后,游憩環(huán)線400 m,800 m和1 200 m半徑下的全局與局部標(biāo)準(zhǔn)化角度整合度的擬合度值分別為0.54,0.67,0.69,空間感知可達(dá)水平高于改造前相應(yīng)路段的相應(yīng)值.

圖9 游憩步道

3.2.2 打造面向秩序的中央環(huán)路

針對空間感知可達(dá)水平較低的中央景觀區(qū),改善方案打造了面向秩序的林下步行環(huán)路,串聯(lián)主入口廣場、藍(lán)花楹大道、中心廣場、大草坪和毛主席雕像等核心序列場景,從而強(qiáng)化入口中軸線并營造氣勢磅礴的秩序性觀景體驗(yàn)(圖9綠線).改造后,400 m,800 m和1 200 m半徑下,其全局與局部標(biāo)準(zhǔn)化角度整合度的擬合度值分別為0.50,0.65,0.68,表明改造方案有效地將中央景觀區(qū)的空間感知可達(dá)從較低提升至中等水平.

3.3 構(gòu)建時(shí)間可達(dá)下吸引點(diǎn)為導(dǎo)向的步行捷徑

針對出發(fā)點(diǎn)和吸引點(diǎn)之間缺少直捷的校內(nèi)步道,改善方案打通了瓶頸路段,消除了局部功能子區(qū)之間步行繞行且需借道城市主干路的現(xiàn)象,有效提高了步行的時(shí)間可達(dá)性.

3.3.1 增設(shè)貫通南北的步行捷徑

規(guī)劃學(xué)生宿舍區(qū)—教學(xué)區(qū)、行政辦公區(qū)—教職工住宿區(qū)、附屬醫(yī)院之間的步行捷徑,見圖10a.改造后,在學(xué)生宿舍區(qū)、教學(xué)區(qū)和附屬醫(yī)院之間,盡管縮短的步行距離有限(約100 m),但無需繞道城市主干路.教職工宿舍A區(qū)與教學(xué)區(qū)、行政辦公區(qū)的平均步行距離分別為1 462.25 m,919.13 m,步行時(shí)間分別比改造前節(jié)約12.12 min,20.75 min; 教職工宿舍B區(qū)與教學(xué)區(qū)、行政辦公區(qū)的平均步行距離分別為997.31 m,498.24 m,步行時(shí)間分別比改造前節(jié)約11.15 min,19.03 min.

圖10 吸引點(diǎn)與出發(fā)點(diǎn)間的步行捷徑

3.3.2 增設(shè)南區(qū)東西向步行捷徑

規(guī)劃教職工宿舍A區(qū)—教職工宿舍B區(qū)—附屬醫(yī)院之間的步行捷徑,見圖10b.改造后,教職工可利用校內(nèi)步道往返住宿區(qū)與附屬醫(yī)院,且B區(qū)最東側(cè)樓棟的教職工步行至附屬醫(yī)院的距離大幅縮短.

4 結(jié)論與展望

空間與時(shí)間可達(dá)是高校校園步行出行的基本要求.本研究以重醫(yī)縉云校區(qū)為例,利用線段模型和最優(yōu)路徑分析模型,量化重醫(yī)縉云校區(qū)的步行時(shí)空可達(dá)水平,提出校園步行路網(wǎng)改善方案并評估改善方案的步行可達(dá)性.結(jié)果表明,精細(xì)化步行路網(wǎng)等級體系可有效提升全局和局部空間的步行可達(dá)性,搭配精細(xì)化的道路設(shè)施設(shè)計(jì),可確保實(shí)際使用過程中的步行空間可達(dá)性與拓?fù)淇臻g可達(dá)性的高值相匹配; 打造有序的游憩步道可提升空間感知可達(dá)性; 構(gòu)建吸引點(diǎn)為導(dǎo)向的步行捷徑可有效改善步行的時(shí)間可達(dá)性.

重醫(yī)縉云校區(qū)既有步行路網(wǎng)時(shí)空可達(dá)水平欠佳,是我國諸多高校新校區(qū)步行路網(wǎng)面臨問題的縮影[1,16]; 前者步行路網(wǎng)優(yōu)化的分析思路和研究結(jié)論,可為諸多高校校園路網(wǎng)的更新改善提供經(jīng)驗(yàn)借鑒[17-19].值得強(qiáng)調(diào)的是,分級的校園步行路網(wǎng)等級體系、精細(xì)的路段和路口設(shè)施設(shè)計(jì)、有序的游憩步道、搭配吸引點(diǎn)為導(dǎo)向的步行捷徑,有助于完善校園內(nèi)師生的步行路權(quán),提高步行的時(shí)間與空間可達(dá)水平.這些優(yōu)化策略雖沒有太多深奧的道理,沒有高端的施工技術(shù),但其核心是人本思想下對高校師生步行出行需求的積極與有效的關(guān)注,是對校園細(xì)之事、易之事的不斷提升改進(jìn)[20].

此外,高校新校區(qū)往往以大學(xué)城的方式開發(fā),步行時(shí)空可達(dá)性不高的問題同樣存在于多個(gè)新校區(qū)組成的大學(xué)城區(qū).若能在新校區(qū)校園步行路網(wǎng)優(yōu)化的基礎(chǔ)上,將其經(jīng)驗(yàn)推廣至大學(xué)城區(qū),將有助于形成時(shí)空可達(dá)的大學(xué)城區(qū)一體化步行路網(wǎng)體系.