基于行为轨迹数据分析的武汉大学校园开放空间停留行为适应性评价及应用

张 霞 | Zhang Xia

万书程 | Wan Shucheng

1 背景介绍

克莱尔·库珀·马库斯曾在《人性场所》中提到：要将户外空间设计成能让人们“驻足其中”，而不是“经过”的区域[1]。在城市空间营造方面，路易斯·康认为“城市始于作为交流场所的公共开放空间和街道，人际交流是城市的本原”[2]。不同停留行为可以促成不同社会活动的进行，公共空间是否具有可停留性，是极为重要的一点。在当今高校学术环境中，这种户外的交流不仅能够提高校园活力，也是大学所追求的精神核心。多贝尔·理查德曾在《校园景观》中提出“校园参与指数”的概念，他认为“校园参与指数”的一个方面就是指在校园户外空间里，有多少座位可供人们停留休息、思考或是与他人交流思想[3]。停留行为的发生多少及其质量高低作为良好校园景观环境的重要衡量标准及依据。无论是在校园公共空间活力营造，或是空间景观规划方面，均起着决定性作用。

现今国内外针对停留行为的研究较多，且不仅局限于停留行为本身。停留行为特征也常作为参考因素，在不同方向及领域的研究分析中得以运用。国外研究中，Yuji Yoshimura（2014）提出使用停留信息预测用户偏好，改善博物馆浏览路线环境及游客体验[4]。Vikas Mehta（2018）提出停留行为可以成为衡量街区活力的标准，可以通过增加座椅来增加街区活力[5]。在停留数据收集方面，Yu Zhang（2019）提出交互式可视化方法，帮助确定停留点从而进行轨迹数据挖掘与分析[6]。国外对停留行为的特性，公共空间设计及数据处理等多方面研究都已经达到了一定深度，但是针对校园开放空间评价方面研究并不多，且由于各个国家高校校园空间存在较大差异，研究结果不具有普适性。国内研究中，杨秋慧（2015）在针对法国城市空间可停留性上，将可停留的公共空间分为四类，分析其可停留性[7]。张梦辰（2016）总结了停留行为与空间景观设计的关系[8]。贾蓉（2017）以停留行为为前提提出交往型坐憩校园环境的概念[9]。张文元（2018）介绍了将行人的停留行为作为景观丰富及吸引力程度的评判标准[10]。国内停留行为多用于场地热度的判断，被灵活运用于各个领域。国内对停留行为的研究相比国外起步较晚，但是已形成了一定的研究基础，在校园开放空间方面亦有一定程度的研究，但在空间评价方面没有形成统一标准。

2 研究思路及方法

2.1 研究对象概况

武汉大学作为“最美大学”，拥有百余年历史，坐落于珞珈山麓，东湖之滨，校园内围绕珞珈山半自然山林进行环境建设，拥有丰富的校园开放空间，现已形成独具特色的校园景观体系。本文研究区域为武大核心景观区（图1）。核心景观区位于校园中心区域，处于武汉大学三条景观轴线交汇点。核心景观区内包括了武大大门牌坊、樱花大道、老图书馆、万林艺术博物馆等武大象征性景点。同时也涵盖了九一二操场、教五楼等学习活动区域。核心景观区作为连接三大学部的中心地带，连通了校内多条主要道路，涵盖生活、学习、休闲等多种活动区域，承载着多种类型活动。区域内开放空间较多，停留设施资源丰富，人群密集度及活跃程度较高。但经过初步观察，某些区域呈现停留设施与使用人群不相匹配的现象，区域内亟待优化停留空间资源配置。

图1 武大核心景观区范围

2.2 研究思路

本文从校园停留设施使用问题角度出发，通过区域内停留设施数量及其可供给停留时长，计量研究区域范围内停留设施供给能力。通过轨迹数量及轨迹停留时长，计算研究区域范围内停留活动需求量。分别总结出校园内现有停留设施分布特征及人流轨迹停留特征，建立停留供需模型对两者进行适应性分析。由此将校园开放空间停留设施使用现状分为三类：供给小于需求、供给等于需求、供给大于需求，针对不同区域给出不同评价指数，评价结果可为校园开放空间设计提供一定参考，具体研究思路参看图2。

图2 开放空间及行为适应性评价思路

3 开放空间供需现状调研分析

3.1 研究区域供给水平现状

杨·盖尔曾将停留空间划分为驻足空间及坐歇空间[11]，本文选取校园坐歇空间作为研究对象。通过走访调查、标记等方法，统计武汉大学核心景观区域内所有停留设施具体坐标位置及数量相关信息。将收集到的停留设施数据以数据点反映在地图上，共591个设施点，通过密度计算可以得出当前座椅分布密度概况（图3），核心景观区内停留设施分布数量较多，供给水平较高的区域依次为：樱顶、李达樟树林、珞珈广场、樱园、万林艺术博物馆（表1）。停留设施在分布上呈现总体分散，局部集中的特点。大多分布于开放的绿地空间及其周边，与景观设计相呼应；或分布于生活学习区域范围内，以满足基本需求。不同区域相同面积内座椅数量大致相同，但由于场地空间承担活动类型及地点知名程度不同等多种外部因素影响，总体停留设施数量略有差异。

表1 轨迹停留时长及停留设施密度对比表

图3 停留设施及其分布密度图

3.2 开放空间停留需求现状

通过查阅相关文献及研究发现区域内活动人数以及停留时长的综合评判能够有效反映该区域的需求特征。通过利用手机等GPS轨迹收集工具收集校内活动人群志愿者的行为轨迹，由于校内停留设施使用主体多为校内师生，且校外人群流量受时间影响较大，因此将校内学生及部分教职工为数据主要收集对象，对校内师生总共374人的活动进行轨迹记录，文理学部、工学部、信息学部学生比例人数为1∶1∶1。本次研究每人数据的记录从早上起床开始到晚上回宿舍结束，分不同季节，前后共一年时间，收集有效轨迹529条，共计79w个轨迹点（图4）。通过观察研究对象轨迹时空分布规律可看出人群经过频次较高的区域依次有文体路、九一二操场、万林博物馆及宋卿体育馆（图5）。轨迹分布受景观热度及开放空间整体设计影响较小，主要散布于校园主要道路及生活学习区域。同时利用轨迹数据计算出研究区域轨迹停留时长分布图（图6）。停留时间分布与轨迹密度分布存在一定程度差异，由图6可总结出产生停留的空间多为功能性空间及其周边一定范围内公共空间，如教学楼、操场、宿舍及其周边绿地。从产生停留的地点及时间来看，校内师生的停留行为多衍生于日常活动，开放空间内受空间环境影响主动发生停留行为的概率较小。

图4 研究对象行为轨迹信息

图5 轨迹分布密度分析图

图6 轨迹停留时间分布图

3.3 开放空间供需现状分析

通过统计20个研究区域停留设施数量及一天内的轨迹总停留时长，可以得出核心景观区内开放空间停留需求及停留设施设置不相匹配（表1）。在轨迹密度较高，发生停留时间较长的教五楼、梅园宿舍、大门牌坊区域停留设施设置较少；停留设施密度较高的樱顶平台及李达樟树林反而呈现轨迹稀疏且停留时间较少的现状。校园开放空间停留设施资源丰富，但却没有得到合理分配及利用，基于此种供需不匹配的情况，应对校园停留设施进行进一步的适应性分析。

4 停留空间及行为适应性评价与应用

4.1 基于行为与设施供需评价模型构建

本文将开放空间内停留时间及座椅供给时间两个变量作为衡量区域内供需适应性指标。行为轨迹数据中行进速度及分布信息可以有效地反映人群停留需求，结合现有停留设施情况叠加分析，可反映开放空间与停留行为的供需关系。

将研究区域以10m为单位进行网格划分，其中56万个轨迹点散落于4631个格网单元内，591个设施点散落于150个格网单元内。通过叠加两个变量，对停留设施进行适应性分析，具体步骤如下。

第一步，确定供给水平。统计研究区域内停留设施数量及单个座椅可供给停留时长。公式中Xti指的是第i个网格单位内t时段的停留设施供给水平。Fi为网格单元i内设施数量，T为可停留时长。

第二步，确定需求水平，杨·盖尔曾提到，“停留和活动是‘多少和多长’的产物”[12]。即活动水平受活动人数与停留时长影响。当活动人数增加则区域内人口密度不断增高，发生停留的需求也越高。停留时间越长表示区域内空间吸引力越强，发生停留的频率越高。由于轨迹数据中包含部分途经研究区域而未产生实际停留的人流，因此区域内实际产生停留的人数应为固定时间内增加/减少的人数加上区域内原有人数。公式中Yti指的是第i个网格单位内t时段的需求水平。Rti与Sti分别为第i个网格单位内t时段区域内流入人数及流出人数，Tti为第i个网格单位内t时段区域内未流动人数，TAti为第i个网格单位内t时段区域内人均停留时长。

Yti=（Rti－Sti+Tti）× TAti

第三步，叠加分析区域内网格单元空间的停留设施供需状况，供需指数的计算以需求/供给为基础，即供需关系Bti以Yti/Xti 表达。杨·盖尔曾提出使用率在70%左右是座椅使用的最佳状态[11]，因此当B＜0.7时，供给大于需求；当0.7≤B≤1时，供需状况良好；当B＞1时，供给无法满足需求。

4.2 武汉大学开放空间停留设施适应性评价

供需平衡在实质上是使物品供应量及其构成与物品需求量及其构成之间保持平衡，针对不同需求给予不同方面的供给，以寻求更为和谐长久的发展。本次研究中合理评价校园开放空间内停留设施之间的供需关系（图7），能够科学探究不同区域供需状态及需求，帮助不同类型的校园开放空间进行合理优化。

图7 核心景观区停留设施供需指数

在已有的分级标准上以0.3为区间，对单位网格供需指数进一步分级分析，由此评价研究范围内停留设施供需整体水平（表2）。

表2 研究区域供需指数供给分级表

通过统计分析，在产生停留或存在停留设施的区域内，需求量大于供给量的区域所占比例高达84.6%，需求量小于供给量的区域占8.3%，供需状态良好的区域仅占6.2%。武汉大学核心景观区内的停留设施供给极不平衡，接下来针对不同区域情况进一步进行分析。

（1）活力不足——空间资源过剩

供给量大于需求量的区域占8.3%，主要出现于樱顶、李达樟树林及珞珈广场的部分区域。以上区域人流量较少且少有停留，停留设施普遍闲置。

供给量过剩（B＜0.4）的区域以樱顶为例（图8a）。樱顶作为武大象征性空间，承载实际活动功能较少，校外人群日流量大于校内人群。停留设施排放及形式较为单一，主要目的在于满足大量校外人流休憩需求。由于本次研究主要以师生为研究对象，因此轨迹数据较为稀疏，与密集的停留设施形成反差，出现供过于求的现象。反观樱花节时期游客轨迹信息，樱顶区域轨迹密度较高（图9），座椅使用情况呈现出较为饱和的状态。综合不同时段的使用状况，樱顶区域有一定的停留需求，供给与需求相互匹配。针对当今高校某些与樱顶相似的特殊开放空间，应结合具体情况并以校内人群的需求为主要目的的同时，考虑外来人流潜在使用需求，合理安排座椅数量及形式。

图8 供给度大于需求度

图9 樱花节游客轨迹核密度图

供给大于需求（0.4≤B＜0.7）以李达樟树林为例（图8b）。李达樟树林作为校园中心区域集中绿地空间，其目的是为校内师生提供休憩交流的场所，环境景观设计较为细致，停留设施设计摆放合理，但其作为交往空间可达性较差。同时林间内部照明效果较差，只能依靠月光或道路路灯解决照明，影响夜间活动。以上两个原因导致绿地边界区域的停留设施普遍利用率较高且供不应求，但内部大面积停留设施均为闲置状态。总体来看李达樟树林作为交往空间的使用率比设想中要低，且依据地理位置出现两极分化的情况。

（2）使用合理——空间供需平衡

供给量等于需求量的区域占6.2%，主要出现于珞珈广场东侧、万林艺术博物馆前广场及九一二操场东侧部分区域。以上所述区域停留设施设置适当，合理满足了人群停留需求。

供给量等于需求量（0.7≤B≤1）的区域以珞珈广场东侧（图10a）及万林博物馆前广场（图10b）为例。珞珈广场作为校园入口区域广场，位于主要步行人流经过的地方，承载着多类人群的使用，其周边分布着图书馆、万林博物馆、教学楼等全天利用率极高的建筑，校内人流量偏大。广场东侧远离校园主干道，使用对象多为图书馆及教学楼内师生，使用频率适中，广场东侧采用了不同形式的停留设施，如单条座椅、亭廊等，均匀分散于广场内部道路交汇处，并预留出大面积可供观赏或休憩的草坪及花坛等辅助座椅，丰富广场内部坐憩方式，满足不同停歇需求，使广场东侧需求与供给呈现较为平衡的状态。

图10 供给度等于需求度

万林前广场位于自强大道、樱花大道、文体路、科技路交汇处，日均人流量大，发生随机性停留的几率较大。且由于地理位置特殊性，多产生交谈、休憩等短时间停留行为，极少发生聚会、学习等需要一定私密性的长时间停留行为。针对停留需求的不同，停留设施设计多样化，布局靠近道路，与路边绿化营造出既通透可见又浓荫遮日的环境，同时又为道路交叉口的开放空间保留一定私密性，营造出适宜停留，参与性高的空间。

（3）不胜负荷——空间需求过盛

供给量小于需求量的区域占84.6%，其中包括大门牌坊、教五楼、梅园宿舍、宋卿体育馆、九一二操场。涵盖校园内大部分教学生活区域，该区域设置停留设施少，无法满足正常的停留需求。

供给无法满足需求（1＜B≤1.3）的区域以大门牌坊为例（图11a）。大门牌坊作为武汉大学标志性的象征空间，拥有较强的识别性与认同感，因此成为集会、碰面、等待的优先选择场所，随机性交流，常发生于此。由于大门牌坊的象征性及疏散功能的影响导致该区域极少设置停留设施，某种程度上无法满足当前使用需求，出现供不应求的现象。对于高校校园内部分特殊开放空间，应根据实际情况设置足量辅助座椅或停留设施，以满足使用需求。

图11 供给度小于需求度

供给极度匮乏（1.3＜B）以教五前广场（图11b）、梅园一舍为例（图11c）。其交往行为多为自发性或社会性活动，随机性较强，如见面、打招呼、聊天或者聚会。教五楼与梅园宿舍等生活学习区域，作为校内师生每日必经的活动路线，是校内人群使用频繁，轨迹数量多且停留时间长的区域，是活动与交流易发生地。但该区域未设置足够的停留设施满足人群交流需求，也无法促进户外交往的发生。教学区与生活区作为重要的交往空间，应成为开放空间及停留设施设计重点，依附建筑丰富户外空间，提供休憩设施，创造校内人群停留的开放空间，促进交往行为的产生。

4.3 武汉大学校园开放空间停留行为适应性分析及应用

（1）校园适应性分析

总体来看，武大核心景观区内停留设施供需极不平衡。存在数量不足、类型单一、部分使用频率低的问题。充足的停留设施是产生停留行为的基础，停留行为在教学生活区域以及道路边的发生频率较高，但以上区域停留设施数量有限，使高达84.6%的停留需求无法得到满足。同时在数量有限的停留设施中，部分区域设施设计未与开放空间环境相融合，无法既满足必要性的停留，又能引导人流产生停留需求，降低了停留设施使用率。如李达樟树林区域，空间景观丰富，绿化率极高，为产生活动与交往提供了条件。但由于缺少后期管理，导致停留设施逐步丧失使用功能，被绿化覆盖闲置。

另一方面，校内人群活动在生活学习的影响下是极具规律的，活动路线与停留行为受其他因素影响较少，教学楼与宿舍等生活学习区域是在校人群活动最为频繁的区域，产生停留的机率也随之增加。此类开放空间停留设施常出现供不应求的状态。如梅园宿舍是轨迹停留时间较长且轨迹密度较高的区域，发生丰富的交往活动可能性较高。但该区域开放空间大部分为景观绿化，停留设施数量少，无法满足基本需求。围绕宿舍展开的一系列交往活动由于没有基础停留设施的依托而逐步流失。因此在设计时校园开放空间，应与人群活动特点、校园不同功能分区及开放空间特点相结合，在满足基本活动需求的同时推动更多交往活动的产生。

（2）基于供需不平衡的开放空间优化策略

开放空间停留设施使用优化主要通过合理调节座椅数量，在需求量较大的区域灵活增设座椅；或通过改变开放空间景观组成，在座椅供给过盛的区域分析其具体原因，通过设计引导人群使用停留设施或改造成其他使用空间。基于上文行为轨迹分析选取供需不平衡的两种类型空间为例进行进一步优化设计。

李达樟树林作为空间资源过剩的案例，区域座椅数量占核心景观区座椅总量21%，但除去区域边界靠近道路边的座椅，其余座椅均为闲置状态（图12）。其主要原因是区域可达性较差，树林入口较少且内部道路被绿化景观遮挡。在此基础上可拓宽树林入口，减少绿化面积，增加可活动面积，完善基础设施，营造更加开阔自由的开放空间（图13）。

图12 李达樟树林供需现状

图13 李达樟树林空间优化

梅园宿舍作为空间需求过剩的案例，调节停留设施数量及形式是优化重点，利用树池等现有景观增添辅助停留设施。基于行为轨迹信息在建筑周边衍生空间以及人群日常经过最频繁的区域加设座椅，提供可停留空间（图14）。

图14 梅园宿舍停留额设施优化

结语

开放空间及其停留设施供需分析是校园公共空间规划的基础，校园开放空间是动态发展的，影响校园开放空间的因素是多样化的。本文通过停留设施布局特征及轨迹停留时长信息，利用GIS分析方法评价校园开放空间停留设施供需状态，为校园开放空间使用特征提供新的研究思路以及设计参考。但在此基础上并不提倡千篇一律的校园开放空间环境，而是寻求一种评价设计方法。本文研究仍然存在一定不足，如停留设施类型及其服务对象有待评价模型中进一步的考虑。另外关于开放空间的使用，其行为适应性的影响因素也是多样的，空间优化时应具体问题具体分析。

在2020年新冠疫情全球蔓延的影响下，户外的社会交往活动需求增加，校园开放空间与教学空间具有同样重要的意义。在满足基本需求的同时，更重要的是通过停留设施提升校园开放空间品质，鼓励高校学生产生多层次交往行为。开放空间中的停留设施作为现代化校园硬件重要组成部分，也是校园空间品质的重要评价指标。建立有效的校园公共空间设施的适应性评价方法，将有效地引导高校校园开放空间的优化设计。

资料来源：

文中图表均为作者自摄或自绘。