基于行為軌跡數(shù)據分析的武漢大學校園開放空間停留行為適應性評價及應用

張 霞 | Zhang Xia

萬書程 | Wan Shucheng

1 背景介紹

克萊爾·庫珀·馬庫斯曾在《人性場所》中提到：要將戶外空間設計成能讓人們“駐足其中”，而不是“經過”的區(qū)域[1]。在城市空間營造方面，路易斯·康認為“城市始于作為交流場所的公共開放空間和街道，人際交流是城市的本原”[2]。不同停留行為可以促成不同社會活動的進行，公共空間是否具有可停留性，是極為重要的一點。在當今高校學術環(huán)境中，這種戶外的交流不僅能夠提高校園活力，也是大學所追求的精神核心。多貝爾·理查德曾在《校園景觀》中提出“校園參與指數(shù)”的概念，他認為“校園參與指數(shù)”的一個方面就是指在校園戶外空間里，有多少座位可供人們停留休息、思考或是與他人交流思想[3]。停留行為的發(fā)生多少及其質量高低作為良好校園景觀環(huán)境的重要衡量標準及依據。無論是在校園公共空間活力營造，或是空間景觀規(guī)劃方面，均起著決定性作用。

現(xiàn)今國內外針對停留行為的研究較多，且不僅局限于停留行為本身。停留行為特征也常作為參考因素，在不同方向及領域的研究分析中得以運用。國外研究中，Yuji Yoshimura（2014）提出使用停留信息預測用戶偏好，改善博物館瀏覽路線環(huán)境及游客體驗[4]。Vikas Mehta（2018）提出停留行為可以成為衡量街區(qū)活力的標準，可以通過增加座椅來增加街區(qū)活力[5]。在停留數(shù)據收集方面，Yu Zhang（2019）提出交互式可視化方法，幫助確定停留點從而進行軌跡數(shù)據挖掘與分析[6]。國外對停留行為的特性，公共空間設計及數(shù)據處理等多方面研究都已經達到了一定深度，但是針對校園開放空間評價方面研究并不多，且由于各個國家高校校園空間存在較大差異，研究結果不具有普適性。國內研究中，楊秋慧（2015）在針對法國城市空間可停留性上，將可停留的公共空間分為四類，分析其可停留性[7]。張夢辰（2016）總結了停留行為與空間景觀設計的關系[8]。賈蓉（2017）以停留行為為前提提出交往型坐憩校園環(huán)境的概念[9]。張文元（2018）介紹了將行人的停留行為作為景觀豐富及吸引力程度的評判標準[10]。國內停留行為多用于場地熱度的判斷，被靈活運用于各個領域。國內對停留行為的研究相比國外起步較晚，但是已形成了一定的研究基礎，在校園開放空間方面亦有一定程度的研究，但在空間評價方面沒有形成統(tǒng)一標準。

2 研究思路及方法

2.1 研究對象概況

武漢大學作為“最美大學”，擁有百余年歷史，坐落于珞珈山麓，東湖之濱，校園內圍繞珞珈山半自然山林進行環(huán)境建設，擁有豐富的校園開放空間，現(xiàn)已形成獨具特色的校園景觀體系。本文研究區(qū)域為武大核心景觀區(qū)（圖1）。核心景觀區(qū)位于校園中心區(qū)域，處于武漢大學三條景觀軸線交匯點。核心景觀區(qū)內包括了武大大門牌坊、櫻花大道、老圖書館、萬林藝術博物館等武大象征性景點。同時也涵蓋了九一二操場、教五樓等學習活動區(qū)域。核心景觀區(qū)作為連接三大學部的中心地帶，連通了校內多條主要道路，涵蓋生活、學習、休閑等多種活動區(qū)域，承載著多種類型活動。區(qū)域內開放空間較多，停留設施資源豐富，人群密集度及活躍程度較高。但經過初步觀察，某些區(qū)域呈現(xiàn)停留設施與使用人群不相匹配的現(xiàn)象，區(qū)域內亟待優(yōu)化停留空間資源配置。

圖1 武大核心景觀區(qū)范圍

2.2 研究思路

本文從校園停留設施使用問題角度出發(fā)，通過區(qū)域內停留設施數(shù)量及其可供給停留時長，計量研究區(qū)域范圍內停留設施供給能力。通過軌跡數(shù)量及軌跡停留時長，計算研究區(qū)域范圍內停留活動需求量。分別總結出校園內現(xiàn)有停留設施分布特征及人流軌跡停留特征，建立停留供需模型對兩者進行適應性分析。由此將校園開放空間停留設施使用現(xiàn)狀分為三類：供給小于需求、供給等于需求、供給大于需求，針對不同區(qū)域給出不同評價指數(shù)，評價結果可為校園開放空間設計提供一定參考，具體研究思路參看圖2。

圖2 開放空間及行為適應性評價思路

3 開放空間供需現(xiàn)狀調研分析

3.1 研究區(qū)域供給水平現(xiàn)狀

楊·蓋爾曾將停留空間劃分為駐足空間及坐歇空間[11]，本文選取校園坐歇空間作為研究對象。通過走訪調查、標記等方法，統(tǒng)計武漢大學核心景觀區(qū)域內所有停留設施具體坐標位置及數(shù)量相關信息。將收集到的停留設施數(shù)據以數(shù)據點反映在地圖上，共591個設施點，通過密度計算可以得出當前座椅分布密度概況（圖3），核心景觀區(qū)內停留設施分布數(shù)量較多，供給水平較高的區(qū)域依次為：櫻頂、李達樟樹林、珞珈廣場、櫻園、萬林藝術博物館（表1）。停留設施在分布上呈現(xiàn)總體分散，局部集中的特點。大多分布于開放的綠地空間及其周邊，與景觀設計相呼應；或分布于生活學習區(qū)域范圍內，以滿足基本需求。不同區(qū)域相同面積內座椅數(shù)量大致相同，但由于場地空間承擔活動類型及地點知名程度不同等多種外部因素影響，總體停留設施數(shù)量略有差異。

表1 軌跡停留時長及停留設施密度對比表

圖3 停留設施及其分布密度圖

3.2 開放空間停留需求現(xiàn)狀

通過查閱相關文獻及研究發(fā)現(xiàn)區(qū)域內活動人數(shù)以及停留時長的綜合評判能夠有效反映該區(qū)域的需求特征。通過利用手機等GPS軌跡收集工具收集校內活動人群志愿者的行為軌跡，由于校內停留設施使用主體多為校內師生，且校外人群流量受時間影響較大，因此將校內學生及部分教職工為數(shù)據主要收集對象，對校內師生總共374人的活動進行軌跡記錄，文理學部、工學部、信息學部學生比例人數(shù)為1∶1∶1。本次研究每人數(shù)據的記錄從早上起床開始到晚上回宿舍結束，分不同季節(jié)，前后共一年時間，收集有效軌跡529條，共計79w個軌跡點（圖4）。通過觀察研究對象軌跡時空分布規(guī)律可看出人群經過頻次較高的區(qū)域依次有文體路、九一二操場、萬林博物館及宋卿體育館（圖5）。軌跡分布受景觀熱度及開放空間整體設計影響較小，主要散布于校園主要道路及生活學習區(qū)域。同時利用軌跡數(shù)據計算出研究區(qū)域軌跡停留時長分布圖（圖6）。停留時間分布與軌跡密度分布存在一定程度差異，由圖6可總結出產生停留的空間多為功能性空間及其周邊一定范圍內公共空間，如教學樓、操場、宿舍及其周邊綠地。從產生停留的地點及時間來看，校內師生的停留行為多衍生于日常活動，開放空間內受空間環(huán)境影響主動發(fā)生停留行為的概率較小。

圖4 研究對象行為軌跡信息

圖5 軌跡分布密度分析圖

圖6 軌跡停留時間分布圖

3.3 開放空間供需現(xiàn)狀分析

通過統(tǒng)計20個研究區(qū)域停留設施數(shù)量及一天內的軌跡總停留時長，可以得出核心景觀區(qū)內開放空間停留需求及停留設施設置不相匹配（表1）。在軌跡密度較高，發(fā)生停留時間較長的教五樓、梅園宿舍、大門牌坊區(qū)域停留設施設置較少；停留設施密度較高的櫻頂平臺及李達樟樹林反而呈現(xiàn)軌跡稀疏且停留時間較少的現(xiàn)狀。校園開放空間停留設施資源豐富，但卻沒有得到合理分配及利用，基于此種供需不匹配的情況，應對校園停留設施進行進一步的適應性分析。

4 停留空間及行為適應性評價與應用

4.1 基于行為與設施供需評價模型構建

本文將開放空間內停留時間及座椅供給時間兩個變量作為衡量區(qū)域內供需適應性指標。行為軌跡數(shù)據中行進速度及分布信息可以有效地反映人群停留需求，結合現(xiàn)有停留設施情況疊加分析，可反映開放空間與停留行為的供需關系。

將研究區(qū)域以10m為單位進行網格劃分，其中56萬個軌跡點散落于4631個格網單元內，591個設施點散落于150個格網單元內。通過疊加兩個變量，對停留設施進行適應性分析，具體步驟如下。

第一步，確定供給水平。統(tǒng)計研究區(qū)域內停留設施數(shù)量及單個座椅可供給停留時長。公式中Xti指的是第i個網格單位內t時段的停留設施供給水平。Fi為網格單元i內設施數(shù)量，T為可停留時長。

第二步，確定需求水平，楊·蓋爾曾提到，“停留和活動是‘多少和多長’的產物”[12]。即活動水平受活動人數(shù)與停留時長影響。當活動人數(shù)增加則區(qū)域內人口密度不斷增高，發(fā)生停留的需求也越高。停留時間越長表示區(qū)域內空間吸引力越強，發(fā)生停留的頻率越高。由于軌跡數(shù)據中包含部分途經研究區(qū)域而未產生實際停留的人流，因此區(qū)域內實際產生停留的人數(shù)應為固定時間內增加/減少的人數(shù)加上區(qū)域內原有人數(shù)。公式中Yti指的是第i個網格單位內t時段的需求水平。Rti與Sti分別為第i個網格單位內t時段區(qū)域內流入人數(shù)及流出人數(shù)，Tti為第i個網格單位內t時段區(qū)域內未流動人數(shù)，TAti為第i個網格單位內t時段區(qū)域內人均停留時長。

Yti=（Rti－Sti+Tti）× TAti

第三步，疊加分析區(qū)域內網格單元空間的停留設施供需狀況，供需指數(shù)的計算以需求/供給為基礎，即供需關系Bti以Yti/Xti 表達。楊·蓋爾曾提出使用率在70%左右是座椅使用的最佳狀態(tài)[11]，因此當B＜0.7時，供給大于需求；當0.7≤B≤1時，供需狀況良好；當B＞1時，供給無法滿足需求。

4.2 武漢大學開放空間停留設施適應性評價

供需平衡在實質上是使物品供應量及其構成與物品需求量及其構成之間保持平衡，針對不同需求給予不同方面的供給，以尋求更為和諧長久的發(fā)展。本次研究中合理評價校園開放空間內停留設施之間的供需關系（圖7），能夠科學探究不同區(qū)域供需狀態(tài)及需求，幫助不同類型的校園開放空間進行合理優(yōu)化。

圖7 核心景觀區(qū)停留設施供需指數(shù)

在已有的分級標準上以0.3為區(qū)間，對單位網格供需指數(shù)進一步分級分析，由此評價研究范圍內停留設施供需整體水平（表2）。

表2 研究區(qū)域供需指數(shù)供給分級表

通過統(tǒng)計分析，在產生停留或存在停留設施的區(qū)域內，需求量大于供給量的區(qū)域所占比例高達84.6%，需求量小于供給量的區(qū)域占8.3%，供需狀態(tài)良好的區(qū)域僅占6.2%。武漢大學核心景觀區(qū)內的停留設施供給極不平衡，接下來針對不同區(qū)域情況進一步進行分析。

（1）活力不足——空間資源過剩

供給量大于需求量的區(qū)域占8.3%，主要出現(xiàn)于櫻頂、李達樟樹林及珞珈廣場的部分區(qū)域。以上區(qū)域人流量較少且少有停留，停留設施普遍閑置。

供給量過剩（B＜0.4）的區(qū)域以櫻頂為例（圖8a）。櫻頂作為武大象征性空間，承載實際活動功能較少，校外人群日流量大于校內人群。停留設施排放及形式較為單一，主要目的在于滿足大量校外人流休憩需求。由于本次研究主要以師生為研究對象，因此軌跡數(shù)據較為稀疏，與密集的停留設施形成反差，出現(xiàn)供過于求的現(xiàn)象。反觀櫻花節(jié)時期游客軌跡信息，櫻頂區(qū)域軌跡密度較高（圖9），座椅使用情況呈現(xiàn)出較為飽和的狀態(tài)。綜合不同時段的使用狀況，櫻頂區(qū)域有一定的停留需求，供給與需求相互匹配。針對當今高校某些與櫻頂相似的特殊開放空間，應結合具體情況并以校內人群的需求為主要目的的同時，考慮外來人流潛在使用需求，合理安排座椅數(shù)量及形式。

圖8 供給度大于需求度

圖9 櫻花節(jié)游客軌跡核密度圖

供給大于需求（0.4≤B＜0.7）以李達樟樹林為例（圖8b）。李達樟樹林作為校園中心區(qū)域集中綠地空間，其目的是為校內師生提供休憩交流的場所，環(huán)境景觀設計較為細致，停留設施設計擺放合理，但其作為交往空間可達性較差。同時林間內部照明效果較差，只能依靠月光或道路路燈解決照明，影響夜間活動。以上兩個原因導致綠地邊界區(qū)域的停留設施普遍利用率較高且供不應求，但內部大面積停留設施均為閑置狀態(tài)。總體來看李達樟樹林作為交往空間的使用率比設想中要低，且依據地理位置出現(xiàn)兩極分化的情況。

（2）使用合理——空間供需平衡

供給量等于需求量的區(qū)域占6.2%，主要出現(xiàn)于珞珈廣場東側、萬林藝術博物館前廣場及九一二操場東側部分區(qū)域。以上所述區(qū)域停留設施設置適當，合理滿足了人群停留需求。

供給量等于需求量（0.7≤B≤1）的區(qū)域以珞珈廣場東側（圖10a）及萬林博物館前廣場（圖10b）為例。珞珈廣場作為校園入口區(qū)域廣場，位于主要步行人流經過的地方，承載著多類人群的使用，其周邊分布著圖書館、萬林博物館、教學樓等全天利用率極高的建筑，校內人流量偏大。廣場東側遠離校園主干道，使用對象多為圖書館及教學樓內師生，使用頻率適中，廣場東側采用了不同形式的停留設施，如單條座椅、亭廊等，均勻分散于廣場內部道路交匯處，并預留出大面積可供觀賞或休憩的草坪及花壇等輔助座椅，豐富廣場內部坐憩方式，滿足不同停歇需求，使廣場東側需求與供給呈現(xiàn)較為平衡的狀態(tài)。

圖10 供給度等于需求度

萬林前廣場位于自強大道、櫻花大道、文體路、科技路交匯處，日均人流量大，發(fā)生隨機性停留的幾率較大。且由于地理位置特殊性，多產生交談、休憩等短時間停留行為，極少發(fā)生聚會、學習等需要一定私密性的長時間停留行為。針對停留需求的不同，停留設施設計多樣化，布局靠近道路，與路邊綠化營造出既通透可見又濃蔭遮日的環(huán)境，同時又為道路交叉口的開放空間保留一定私密性，營造出適宜停留，參與性高的空間。

（3）不勝負荷——空間需求過盛

供給量小于需求量的區(qū)域占84.6%，其中包括大門牌坊、教五樓、梅園宿舍、宋卿體育館、九一二操場。涵蓋校園內大部分教學生活區(qū)域，該區(qū)域設置停留設施少，無法滿足正常的停留需求。

供給無法滿足需求（1＜B≤1.3）的區(qū)域以大門牌坊為例（圖11a）。大門牌坊作為武漢大學標志性的象征空間，擁有較強的識別性與認同感，因此成為集會、碰面、等待的優(yōu)先選擇場所，隨機性交流，常發(fā)生于此。由于大門牌坊的象征性及疏散功能的影響導致該區(qū)域極少設置停留設施，某種程度上無法滿足當前使用需求，出現(xiàn)供不應求的現(xiàn)象。對于高校校園內部分特殊開放空間，應根據實際情況設置足量輔助座椅或停留設施，以滿足使用需求。

圖11 供給度小于需求度

供給極度匱乏（1.3＜B）以教五前廣場（圖11b）、梅園一舍為例（圖11c）。其交往行為多為自發(fā)性或社會性活動，隨機性較強，如見面、打招呼、聊天或者聚會。教五樓與梅園宿舍等生活學習區(qū)域，作為校內師生每日必經的活動路線，是校內人群使用頻繁，軌跡數(shù)量多且停留時間長的區(qū)域，是活動與交流易發(fā)生地。但該區(qū)域未設置足夠的停留設施滿足人群交流需求，也無法促進戶外交往的發(fā)生。教學區(qū)與生活區(qū)作為重要的交往空間，應成為開放空間及停留設施設計重點，依附建筑豐富戶外空間，提供休憩設施，創(chuàng)造校內人群停留的開放空間，促進交往行為的產生。

4.3 武漢大學校園開放空間停留行為適應性分析及應用

（1）校園適應性分析

總體來看，武大核心景觀區(qū)內停留設施供需極不平衡。存在數(shù)量不足、類型單一、部分使用頻率低的問題。充足的停留設施是產生停留行為的基礎，停留行為在教學生活區(qū)域以及道路邊的發(fā)生頻率較高，但以上區(qū)域停留設施數(shù)量有限，使高達84.6%的停留需求無法得到滿足。同時在數(shù)量有限的停留設施中，部分區(qū)域設施設計未與開放空間環(huán)境相融合，無法既滿足必要性的停留，又能引導人流產生停留需求，降低了停留設施使用率。如李達樟樹林區(qū)域，空間景觀豐富，綠化率極高，為產生活動與交往提供了條件。但由于缺少后期管理，導致停留設施逐步喪失使用功能，被綠化覆蓋閑置。

另一方面，校內人群活動在生活學習的影響下是極具規(guī)律的，活動路線與停留行為受其他因素影響較少，教學樓與宿舍等生活學習區(qū)域是在校人群活動最為頻繁的區(qū)域，產生停留的機率也隨之增加。此類開放空間停留設施常出現(xiàn)供不應求的狀態(tài)。如梅園宿舍是軌跡停留時間較長且軌跡密度較高的區(qū)域，發(fā)生豐富的交往活動可能性較高。但該區(qū)域開放空間大部分為景觀綠化，停留設施數(shù)量少，無法滿足基本需求。圍繞宿舍展開的一系列交往活動由于沒有基礎停留設施的依托而逐步流失。因此在設計時校園開放空間，應與人群活動特點、校園不同功能分區(qū)及開放空間特點相結合，在滿足基本活動需求的同時推動更多交往活動的產生。

（2）基于供需不平衡的開放空間優(yōu)化策略

開放空間停留設施使用優(yōu)化主要通過合理調節(jié)座椅數(shù)量，在需求量較大的區(qū)域靈活增設座椅；或通過改變開放空間景觀組成，在座椅供給過盛的區(qū)域分析其具體原因，通過設計引導人群使用停留設施或改造成其他使用空間。基于上文行為軌跡分析選取供需不平衡的兩種類型空間為例進行進一步優(yōu)化設計。

李達樟樹林作為空間資源過剩的案例，區(qū)域座椅數(shù)量占核心景觀區(qū)座椅總量21%，但除去區(qū)域邊界靠近道路邊的座椅，其余座椅均為閑置狀態(tài)（圖12）。其主要原因是區(qū)域可達性較差，樹林入口較少且內部道路被綠化景觀遮擋。在此基礎上可拓寬樹林入口，減少綠化面積，增加可活動面積，完善基礎設施，營造更加開闊自由的開放空間（圖13）。

圖12 李達樟樹林供需現(xiàn)狀

圖13 李達樟樹林空間優(yōu)化

梅園宿舍作為空間需求過剩的案例，調節(jié)停留設施數(shù)量及形式是優(yōu)化重點，利用樹池等現(xiàn)有景觀增添輔助停留設施。基于行為軌跡信息在建筑周邊衍生空間以及人群日常經過最頻繁的區(qū)域加設座椅，提供可停留空間（圖14）。

圖14 梅園宿舍停留額設施優(yōu)化

結語

開放空間及其停留設施供需分析是校園公共空間規(guī)劃的基礎，校園開放空間是動態(tài)發(fā)展的，影響校園開放空間的因素是多樣化的。本文通過停留設施布局特征及軌跡停留時長信息，利用GIS分析方法評價校園開放空間停留設施供需狀態(tài)，為校園開放空間使用特征提供新的研究思路以及設計參考。但在此基礎上并不提倡千篇一律的校園開放空間環(huán)境，而是尋求一種評價設計方法。本文研究仍然存在一定不足，如停留設施類型及其服務對象有待評價模型中進一步的考慮。另外關于開放空間的使用，其行為適應性的影響因素也是多樣的，空間優(yōu)化時應具體問題具體分析。

在2020年新冠疫情全球蔓延的影響下，戶外的社會交往活動需求增加，校園開放空間與教學空間具有同樣重要的意義。在滿足基本需求的同時，更重要的是通過停留設施提升校園開放空間品質，鼓勵高校學生產生多層次交往行為。開放空間中的停留設施作為現(xiàn)代化校園硬件重要組成部分，也是校園空間品質的重要評價指標。建立有效的校園公共空間設施的適應性評價方法，將有效地引導高校校園開放空間的優(yōu)化設計。

資料來源：

文中圖表均為作者自攝或自繪。