基于實測步行參數的天津城建大學校園人行步道優化方案研究

吳港 邢郡 王守耕 李盼盼 李英志 時鍵

摘要：基于天津城建大學青年大學生步行特性參數，研究大學校園人行步道優化方案。通過視頻采樣法，對1066個男生樣本，1017個女生樣本進行數理統計分析，得到置信水平為90%的男生步幅區間為0.6m-0.9m，置信水平為90%的女生步幅區間為0.5m-0.8m，提出了 “交錯型”和 “V型”新型校園人行步道的布設方案。

關鍵詞：人行步道；步幅；步頻；數理統計；視頻采樣

Abstract：Based on the walking characteristics of young college students of Tianjin Chengjian University，this paper studied the optimization plan of the campus Pedestrian trail. Through the video sampling method，a statistical analysis of 1066 male college student samples and 1017 female college student samples was conducted. Male college student with a confidence level of 90% has a stride range of 0.6m-0.9m，and female college student with a confidence level of 90% has a stride range of 0.5m-0.8m. The layout scheme of "staggered" and "V" new campus Pedestrian trail is put forward.

Key words：Pedestrian trail；stride length；stride frequency；mathematical statistics；video sampling.

人行步道常見在校園、公園、景點等地，既有通行作用又有休閑娛樂、裝飾美化環境的作用[1]。高校人行步道作為水泥混凝土路面的補充，以及湖邊散步休閑娛樂的林間小路，可一定程度上引導行人不踐踏草坪，以石板路為主的人行步道，在高校校園中較為常見。

在行人步行參數的研究中，最早的是1971年悉尼大學Henderson的研究成果：人群中單個行人的步行速度呈正態分布，人群行人平均速度為1.34 m/s [2-5]。近年來國內外許多學者對交通樞紐、人行橫道、十字路口等不同地段進行了人行步道鋪設研究 [6-8]，楊艷群等人對影響步幅的因素進行了研究，并提出在大學校園內人行步道鋪設的建議值[9]。

現行規范中，只有《城市綠地設計規范》（GB50420—2007）規定綠地小路的寬度不應小于0.8 m，其他相關規范并未對這種人行步道鋪設間距及寬度等進行規定[10-12]。

當前校園人行步道的鋪設仍存在很多問題：人行步道的間距、寬度未充分考慮到行人的步行特性而隨意鋪設，致使行人舒適度較差，進一步導致人行步道通行能力嚴重降低，也容易導致行人踏空，造成意外傷害及鞋子的損傷，這都大大違背其鋪設的初衷。合理設計人行步道的鋪設間距及寬度，對提高行人舒適度和保護鋪設地草坪都具有重要意義。

大學校園內人行步道的鋪設需要充分考慮行人步行特性，為了探究適合大學生步行特點的人行步道鋪設方案，作者研究了天津城建大學校園內大學生正常步行狀態下的步行特性，分析了大學生的步幅、步頻、步速等步行參數，并提出了人行步道新型布設方案。

1 實測步行參數統計值

1.1 測試方法

為了保證試驗結果的可靠性，選取了天津城建大學校園內符合試驗要求的建園一路中的一段，本試驗段距離12m，通過此路段的人流適中。有持續人流通過試驗段時，距離試驗段10m處固定一臺運動相機，測試人員控制視頻錄制狀態，實時全景拍攝通過此路段的行人體態特征和行走狀態（見圖1），對所拍攝的視頻進行反復觀看分析，只選取正常狀態下獨立行走且行走路線為直線的行人樣本，從大量行人樣本中剔除異常值，共篩選出了符合試驗要求的1066個男生樣本和1010個女生樣本，并對這些樣本進行了數理統計分析。

1.2 統計結果

利用 MATLAB 和 STATA軟件對步幅、步頻和步速的數據進行分析，繪制直方圖并用正態分布進行數據擬合，最后進行擬合度的檢驗。從統計分布圖可以看出，被測青年大學生的步速，步頻，步幅分布基本呈正態分布，得到男生的平均步幅為0.73m，女生的平均步幅為0.66m。抽樣誤差為±2.3%，置信水平為90%的男生步幅區間為0.6m-0.9m，女生步幅的區間為0.5m-0.8m。

（1）男生步行參數統計結果

（2）女生步行參數統計結果

2 校園人行步道布設方案研究

影響人行步道板寬的主要因素為大學生的鞋子尺碼，由于大學生以運動鞋為主，在調查中隨機詢問了100個行人（50男、50女）的鞋子尺碼和各種運動鞋尺碼的長度，分析認為可取男生鞋子尺碼均值為25.5cm，相應板寬可取35cm，可取女生鞋子尺碼均值為22.9cm，相應板寬可取33cm。行人步行參數中，對相鄰兩板間距離影響最大的是步幅，而步頻與步速與相鄰兩板間的距離相關不大[13]。

基于步幅數理統計結果并考慮行人步行特點與環境相適應度，提出了兩種新型校園人行步道布設方案。

2.1 方案一

“交錯型”校園人行步道，如圖6所示，在需要鋪設人行步道的位置鋪設兩條人行步道，兩條人行步道交錯布置。上幅路供男生行走，板寬為0.35m，中心間距為0.66m，下幅路供女生行走，板寬為0.33m，中心間距為0.66m，兩條人行步道緊密接連，錯落布置，圖6所示形式為單人單向通行，若人流量較大時，可延長寬度。此種方案較為適宜布設在具有坡度的地方，更能體現交錯而至、起起伏伏，與環境相適應，及增加了校園文化特色。

該方案優點：男女生各行其道，互不干擾，交錯布置，與自然風景相互襯托。缺點：①當交通量大時或者某些情況下不允許選擇合適路線時，男女生會錯走適合自己的路線，造成舒適度差。②石板的用量較大，材料利用率不高。③實用性較差，不宜大面積布設。

2.2方案二

進一步優化方案一，提出“V型”校園人行步道布設方案，如圖7所示，在需要鋪設人行步道的位置，用石板拼出“V”形狀，順次疊加，此種方案最大間距為1m，核心間距范圍為0.50m-0.90m，可供男女生通行。

若交通量較大時可采用組合“V型”人行步道，如圖8所示，為了更好的與環境和行人步行特點相適應，組合“V型”人行步道可采取交叉式、橢圓式和菱形式等方式。此方案人行步道較為適宜布設在平坦的路面上。

該方案中的基礎“V型”樣式施工要素為兩板最大中心間距為X，板長為Y，將女生步幅區間和男生步幅區間的下限值為中間道路中心寬度，可得兩板張開夾角經驗公式，=2arctan（X/2Y）。X在1m-1.2m時最為合適，保證該步道為三人道，可取Y為1.65m，該方案的兩板夾角設置區間可取33.8°-40°。若X，Y值繼續增大，會造成材料的浪費和與環境的不匹配。

方案二優點：①通行方便快捷，設計新穎。②交通量大時，可快速選擇適合自己的間距行走。缺點：施工較為復雜

人行步道設計除滿足使用功能外，布設樣式應根據不同環境選用不同的色調、不同搭配與構圖設計，體現人行步道與環境的協調和融洽，襯托校園中的特色景觀，也可以根據不同的地質、環境改變人行步道的材料，形式。

在校園中鋪設了方案一和方案二的兩條長度為10m的人行步道試驗段，并隨機邀請男女生各20人，在人行步道上通行，通行后詢問其行走的舒適度，受試者均反映與之前校園中的人行步道相比舒適度有了大幅提升。

3結論

使用視頻采樣法獲得青年大學生步行參數，基于步行參數統計值研究天津城建大學校園人行步道新型布設方案。

（1）步幅：男生樣本的均值為0.73m，標準差為0.07，步幅范圍為0.6m-0.9m；女生樣本的均值為0.66m，標準差為0.07，步幅范圍為0.5m-0.8m。

（2）步頻：男生樣本的均值為1.90步/s，標準差為0.21；女生樣本的均值為1.85步/s，標準差為0.22。

（3）步速：男生樣本的均值為1.38m/s，標準差為0.21；女生樣本的均值為1.22m/s，標準差為0.21。

（4）人行步道新型方案：

①“交錯型”人行步道，男生通行段，板寬為0.35m，中心間距為0.66m，女生通行段，板寬為0.33m，中心間距為0.66m，直線、曲線鋪設均可。②“V型”人行步道，石板拼出V的形狀，順次疊加，鋪設最大間距為1m，間距范圍為0.5m-1.0m，為了更好的與環境和行人步行特點相適應，組合“V型”人行步道可采取交叉式、橢圓式和菱形式等方式。可供男女生通行，直線、曲線鋪設均可。

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基金項目：

天津市應用基礎與前沿技術研究計劃.（17JCYBJC22300）；天津市土木建筑結構防護與加固重點實驗室開放課題基金（12030504）；天津城建大學科技成果轉化獎勵資助項目（KJZH-CA3-1744；KJZH-CB8-1724）；天津市市級大學生創新創業項目（201710792049）.