基于2SFCA改进模型的城市公园季节性供需评价

陈 希,董玉宽,王秋实

(1.沈阳建筑大学建筑与规划学院，辽宁 沈阳 110168；2.辽宁省城市信息与空间感知重点实验室，辽宁 沈阳 110168)

城市公园分配的合理性本质是公众的城市公园资源获益程度是否平等[1]。将城市公园视为供给侧，居民为需求侧，供给侧的服务能力和资源分配的公平程度则反应为供需关系[2]。供给侧的评价对象为公园绿地、交通及周边商业等。运用出行距离法[3]、人均公园绿地面积计算[4]等方法获取公园可达性评价指标，对研究区域内的供给量进行评价。需求侧通过居民的季节行为差异[5]、人群分异[6]等评价手段研究居民的时空间需求。在供需比评价方面，可依据评价范围及数据粒度将其分为中观层及微观层。中观层通过引力模型法[7]、两步移动搜寻法[8]等方法计算空间可达性，服务面积及人口比[9]、有效服务比[10]等方法计算公园服务效率。而微观层则是通过恢复性、感知可达性、安全性等人本视角评价个体公园的服务能力。对于季节差异显著的城市，供给侧及需求侧随着季节变化。鉴于此，笔者提出季节系数的概念，尝试描述不同城市公园在“显著性-非显著性”季节中所能提供的实际服务时长及服务量，并建构SC2FSCA模型,分析公园与居民的供需关系及不同公园在季节维度上的服务差异。

1 SC2SFCA模型建构

1.1 2SFCA模型

两步移动搜寻法(2SFCA)基于引力模型，将供给、需求和运输成本之间的相互作用纳入空间表征。

第一步：识别出从每个供给点(城市公园)位置j起在出行时间阈值内的所有居民区位置k，并计算公园j服务范围内的供需比Rj。

(1)

式中：i为需求点(居住区);Sj为城市公园j的服务能力，以公园面积表示；Pi为k分区中单个需求点i的需求，以该居住区人口数表示；dij为i和j之间的出行距离;d0为出行距离阈值；k为出行距离阈值范围d0内所有j可访问的i的数目。

(2)

G(dij)是考虑空间摩擦因数的距离衰减函数。

第二步:可达性计算。

(3)

式中：Ai为可达性。

1.2 建立SC2SFCA模型

1.2.1 季节系数

笔者考虑公园使用的季节性差异，引入季节系数(Seasonal coefficient)优化Rj计算，考虑公园实际使用情况受季节时长及季节性使用差异的影响，将季节系数分为季节占比系数及季节可用系数两个测度指标，引入公园j的供给量计算中。

随着季节演替及气温的变化，各个区域会出现显著性季节，即低舒适温度区间；非显著性季节，即舒适温度区间。根据建筑气候区划，其中的严寒地区显著性季节表现在气温较低的冬季，夏热冬暖地区的显著性季节表现在气温较高的夏季。将季节占比系数分为显著性季节占比系数α及非显著季节占比系数β；季节可用系数分为显著性季节可用系数及非显著性季节可用系数。

SC=VSα+Vnsβ.

(4)

式中:VSα，Vnsβ分别为显著性季节及非显著性季节双取值单元。

引入SC的供需比计算式为

(5)

(6)

(1)季节占比系数

考虑不同季节全年占比时长会影响供给量的取值，笔者设定季节占比系数，以此控制取值结果。系数计算方法为显著性季节及非显著性季节的平均时长占全年长度比例。

Spc=α+β=1.

(7)

其中，α及β的取值区间及数值会随着地域气候特征变化。

(8)

式中:ds为全年内显著性季节平均时长;dns为全年内非显著性季节平均时长;d为全年平均时长。

(2)季节可用系数

在低舒适度温度区间内，各个公园产生不同程度的季节性使用衰减，其衰减程度受外部环境因素及内部季节性景观活力的影响。因此，笔者引入季节可用系数概念，以此量化不同季节各个公园提供的实际服务量。

构建季节可用系数计算模型为

Saf=VS+Vns.

(9)

(10)

(11)

1.2.2 搜索半径

计算需考虑步行搜索半径分级及各季节步行距离阈值划定。住房城乡建设部颁布的《城市居住区规划设计标准》(GB50180—2018)中提到的“时间生活圈居住区”概念，，将社区生活圈划分为15 min、10 min、5 min3个层级，日本生活圈规划思路提出基础聚落圈的概念[11]，用于满足居民日常生活的基本需求，具体设定半径为1～2 km，步行时间15～30 min的区域为基础聚落圈的包含范围。考虑居民到达公园的目的差异，设定搜索半径为两个等级，舒适步行为等级1，时间区间为0～15 min。体力活动步行为等级2，时间区间为15～30 min。

笔者将步行容忍时间的季节性衰减引入搜索距离阈值的计算中。

(12)

(13)

(14)

(15)

2 典型公园供需比计算

2.1 沈阳市沈河区典型公园选取

笔者对沈阳市沈河区21个公园进行调研,选取其中8个典型公园作为研究对象。根据我国住房和城乡建设部颁布的《城市绿地分类标准》(CJJ/T 85—2017),各公园信息统计如表1所示。

表1 沈河区8个典型公园信息统计

2.2 POI点及人口数据获取

笔者依据沈河区各街道办事处公布的街道地理位置，整理11个街道的区域范围及其管辖内的社区名录，利用开源地图结合实地调研获取各社区内居住小区信息，并统计街道办事处公布的各社区人口数据。可达性计算的行程起点数据为研究区内445各小区的POI点及覆盖范围各小区出入口补充数据，共获得704个起点。可达性计算的出行目的地各个公园的出入口。带状公园一般为开放公园，边界不规则、多点出入等问题，笔者采用实际测量与网上查询结合的方式，确定高频次使用出入口，得到了49个目的地点位。在居民步行模式下，各个小区出入口到达各个公园出入口的搜索词条共计34 496条，规定距离成本范围词条共计5 248条。

2.3 基于API的距离成本获取

为便于批量获取各个搜索点间的距离成本信息，笔者构建了“时间-距离成本集测平台”。该平台借助HBuilder调用前端数据接口，使用Eclipse工具运行java后端，并连接MySQL数据库实现批量数据计算与导出。获取指定地理点位信息、不同的交通模式的路线规划及时间成本计算结果。并利用数据库管理工具Navicat实现对数据库的智能化管理，导出Excel数据文件。

2.4 典型公园供需比计算

2.4.1 季节可用系数计算

参考陈菲等[12]构建冬夏季景观活力评价模型(见图1)及Gidlow的邻里绿色空间测量工具(NGST)[13](见表2)，构建普适于类型公园的季节性景观活力测度模型。

图1 寒地冬夏季公共空间景观活力评价模型

表2 邻里绿色空间测量工具

根据模型设计“沈河区季节性公园景观活力影响调查”问卷，采集线上样本数据共计223份。使用问卷采集数据进行筛选季节影响显著因子，并计算权重因子分析，推导严寒城市公园季节可用系数预测模型(见表3)。

表3 严寒城市公园“显著-非显著”季节可用系数预测模型

依据二级指标进行沈阳市沈河区8个典型公园评价变量统计。实测型观测变量包括：水景面积、植物覆盖度、区位活力、便利设施数量、休闲设施。评测型观测变量包括：显著性季节及非显著性季节水景亲水度、植物丰富度、设施质量、周边商业丰富度。评测型观测变量结合现场实拍照片、视频及区域商业住区点密度分析图专家进行10制打分。实测型观测变量将统计结果对应分段实施10分制取值，以此统一评测型及实测型观测变量结果，并对数值进行归一化处理，沈河区典型公园显著性、非显著性季节评价变量统计结果如表4所示。

表4 沈河区典型公园"显著性-非显著"季节评价变量统计

2.4.2 季节占比系数计算

笔者根据王雷等[14]整理的东北地区2000～2010年四季平均开始日计算显著季节(冬季)及非显著季节(非冬季)平均长度占比。将沈阳地区季节占比系数取值为：α=0.45、β=0.55,α+β=1。在此基础上计算季节可用系数差值，以此评价公园季节服务水平的变化程度。并综合各类季节系数得出SC，运用季节可用系数预测模型的5个影响因子及权重，分别计算及，沈河区典型公园显著性、非显著性季节系数结果如表5所示。

表5 沈河区典型公园显著性、非显著性季节系数

2.4.3 季节分异搜索半径设置

冷红等[15]研究表明，寒地气候对居民冬季步行出行至公共开放空间的容忍时间有约30%的衰减。居民普通季节的步行速度为4.8 km/h，冬季步行速度为4.77 km/h。笔者将每个居住小区起点到测试园区入口的最小步行距离作为可达性测度指标。根据搜索半径距离阈值计算公式得出显著性季节搜索距离等级分别为小于等于0.8 km及0.8～1.7 km；非显著性季节搜索距离等级分别小于等于1.2 km及1.2～2.4 km。

2.4.4 典型公园供需比计算

运用计算式(3)、式(4)计算8个典型公园步行模式下服务供需比，并绘制显著性及非显著性季节公园服务供需空间分布图(见图2)。

图2 沈阳市沈河区8个典型公园季节性供需比空间分布

3 典型公园季节性供需评价

3.1 季节搜索半径设置对服务人口的影响

根据差异季节等级搜索距离阈值获取的可服务社区数量对比可见，随着冬季及非冬季步行距离阈值变化，可服务社区数量存在差距(见表6)。冬季一级搜索阈值内8个典型公园共服务约10.6万人；冬季二级搜索阈值内共服务约155.5万人。非冬季一级搜索阈值内8个典型公园共服务约50.5万人；非冬季二级搜索阈值内，共服务约195.3万人。除五里河公园的显著及非显著季节搜索结果一致外，其余公园均在一定程度上存在服务社区及人口数量差异。这说明了季节性搜索半径设置的必要性。

表6 各等级搜索距离阈值内的可服务社区及人口数量统计

3.2 季节可用系数差值分析

从表5中的季节可用系数差值可以看出，各个公园的使用评价受季节影响程度不同。青年公园、皂角园、长青公园因其所处的地理位置及公园服务性质等因素，季节影响较弱。而沈河区体育公园、五里河公园、双河城公园影响较大，冬季使用呈现明显衰减。综合季节系数显示，万柳塘公园、五里河公园及沈河区体育公园的内部服务表现较佳，长青公园、东新园、双河城公园的公园内部服务程度较差。

3.3 典型公园供需比计算结果

从图2可知，双河城公园、青年公园及皂角园供需比在显著性季节存在明显下降。分别由非显著性季节的高度供需比、中度供需比及中下供需比下降至中度供需比、中下供需比及极低供需比。

从供需比的空间分布上，沈河区呈东西双区域差异化布局特点，西区公园数量较多，居住密度较大，东区则相反。综合冬季及非冬季供需比结果可以看出，位于西沈河的浑河沿岸的五里河公园、体育公园及位于东沈河的双河城公园全年呈较高供需比值，而西沈河区域的社区公园呈较低供需比值。

4 结 论

(1)在一级步行搜索阈值内，公园可服务人口量冬季较非冬季下降约79%。由此可见，步行可达阈值季节差异显著。在城市绿地更新中，可参考显著性季节供需比计算结果，优先增设低供需比区域小微绿地，以此补充显著季节局域公园供给量不足的问题。

(2)沈河区专类公园综合季节系数较高，但季节系数差值较大，说明其全年整体访问度较高，但冬季使用度衰减明显。后续相关更新改造中，应突出服务内容特色，补充适宜显著性季节的休闲体育设施。同时增强慢道交通网络的连通度，以此激发显著性季节景观活力。

(3)区域型社区公园，普遍内部服务质量不佳，虽季节差异性不显著，但其全年平均公园活力较低。应考虑其地理区位的优势及社区老年人、儿童等弱势群体日常活动需求，优化其内部服务设施质量及景观品质。