大数据融入城乡总体规划设计课程教学的探索

张小东,王彦春,常丰镇

(塔里木大学,新疆 阿拉尔 843300)

一、前言

21世纪互联网技术的快速发展,带来了信息的爆炸性增长,信息快速膨胀形成了类型多、容量大、存取速度快和应用价值高的大数据,进一步引发了大数据处理与分析技术研究热潮[1]。大数据由于涉及政府、企业和群众等方方面面,大数据变革也引发了各行各业变革,城乡规划行业也不例外[2]。中共中央、国务院于2016年印发《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》,明确提出要深入探索研究和总结大数据、移动互联网、云计算、物联网等现代信息技术与城乡管理服务融合模式,提高城乡规划成果的科学性、精准度,实现城乡治理能力和治理体系现代化[3]。基于此,大数据如何融入城乡规划设计成了亟待探索的问题。城市和乡村作为大数据的主要产地,城乡规划就更离不开大数据的支撑。大数据方法作为城乡规划的一项新技术,可以为城乡土地规划成果带来更高的精度,提升城乡规划成果的科学性[4]。除了传统的定性规划设计成果,大数据的引入还可以提供准确的数理统计分析和模型建设,为规划编制和规划决策提供科学依据。将定量分析与定性规划融为一体,这也将是城乡规划学科发展的大趋势。城乡总体规划作为城乡规划专业的主要核心课程之一,涉及城乡人口、交通、经济和环境等一系列大数据,大数据辅助城乡总体规划编制势在必行[5]。由此可见,大数据为城乡总体规划教学的发展提供了机遇和方法,同时也向传统城乡总体规划教学模式发起了挑战。在此背景下,城乡总体规划教育教学如何利用大数据辅助设计也应紧跟时代步伐。

二、大数据对城乡总体规划设计的影响

(一)大数据在城乡总体规划研究中的应用

目前,大数据主要应用于城乡国土空间开发适宜性评价和资源环境承载力评价,对规划区域的山、水、林、田、湖等资源大数据进行汇总评价研究,结合人口容量分布,评价区域资源环境的承载力上线,以指导规划合理的布局用地、控制人口容量,以保障规划区域可持续发展;另外,土地资源紧缺也是城乡经济社会发展的痛点,合理促进土地集约化高效利用,成为城乡总体规划编制的共识。基于此,各地方政府在编制总体规划前,开展了国土空间开发适宜性评价工作,对全域土地进行深入评价分类,以保障各类型土地高效利用。双评价是大数据在城乡总体规划中应用的一个经典案例,在保障城乡资源环境可持续发展的同时,也完成了国土空间开发建设目标。当然,除了上述资源型大数据,城市和乡村还生产了交通流、知识流、资本流和信息流等区域大数据。在城乡总体规划编制过程中,交通流大数据可以帮助规划师精准找出城乡道路交通的拥堵区域和新增交通需求;知识流大数据可以辅助规划者编制教育类基础规划;资本流大数据可以精准帮助城市和乡村制定产业发展规划;信息流大数据有助于规划师掌握区域人口分布状况,了解区域职住关系,合理地做出人口规划布局及划分城市及乡村功能空间。总之,双评价只是大数据在城乡规划中应用的开端,现实生活中各方面的城市和乡村大数据都值得深度挖掘,并用于指导规划编制。

(二)大数据在城乡总体规划编制中的实践

传统城乡总体规划定量分析主要依赖于地方统计数据、主体访谈及调查问卷数据。随着大数据分析及可视化技术的发展,传统地方调查数据已经无法满足当前规划发展的需求。手机数据、公交刷卡、社交兴趣点和交通导航等大数据被挖掘出来,增进了规划师对城乡运作的认知,摆脱了传统地方统计数据的束缚,规划师可以精准、直观和全面地描述城乡的运作过程,有助于规划师对城乡问题和城乡需求做出针对性响应,避免了不必要的、无效的规划应对。例如,规划师采用百度迁徙大数据刻画城乡间联系网络,用于指导区域城镇体系规划;采用百度热力图、土地出让数据、兴趣点数据(POI)和房价数据开展城乡经济规模和人口分布研究,用于指导城乡总体规划布局。上海市、常州市和深圳市等城乡总体规划均采用了大数据辅助设计。通过大数据的诊断分析,为城乡总体规划与决策提供科学依据。

三、城乡总体规划课程现状问题

城乡总体规划课程的设计对象依然以城市中心区总体规划设计为核心,授课内容重点关注中心城乡总体规划布局,授课方式采用理论讲授与设计实践相结合。前期的数据收集仍旧以城市各职能部门统计的传统数据为主,调研对象包括住建局、自然资源局、电力局和国家发展改革委等城市行政职能部门;调研数据涵盖人口、土地、建筑和市政等相关统计领域。规划设计实践对象依旧以中心城区、开发新区或者规划新城为主;规划内容以规划区土地利用规划为核心开展设计;规划设计逻辑以人口预测推算土地供给,再到市政和设施配套规划。但是,随着国家提出全域国土空间整治以来,总体规划又作为全域国土空间治理的工具,其规划对象就不能只局限于某个城区,随着规划对象的范围扩大,前期需要分析研究的区域也将随之扩大,需要更大体量的数据分析才能精准、科学地完成全域规划[6]。总之,传统城乡总体规划设计课程存在以下不足。

(一)城乡总体规划缺乏大数据的知识体系

城乡总体规划课程并未涉及大数据知识体系,大数据采集、传输、处理及应用等一系列理论知识未加入城乡总体规划课程,导致城乡总体规划课程依旧采用较为原始的调查问卷数据和统计数据。传统数据一般采用人工方式获取,存在获取周期长、人工成本高和覆盖面小等局限性,也会影响规划设计成果的科学性和时效性。大数据作为一种新的分析调研方法,对全域城乡总体规划编制极其重要,传统规划课程对其理论讲授较缺乏。所以,总体规划课程在理论讲授部分需要加入大数据的基础知识,以便学生在规划设计过程中主动运用大数据解决城乡问题。

(二)城乡总体规划缺乏大数据的分析及可视化方法

城乡总体规划课程数据处理软件仍然以CAD、Excel等软件为主,数据分析方法较简单,多数以定性分析为主,很少涉及大数据分析方法。大数据主要分析方法有回归分析、对比分析、预测分析等。完成这些分析方法的主要软件有SPSS、GIS、Python等,除了通过大数据分析发现城乡问题,还需要将其可视化,作为发现城乡问题和总体规划设计成果的科学依据,以保障城乡问题在总体规划过程中得到解决回应。

(三)城乡总体规划缺乏大数据的实践锻炼

传统的城乡总体规划课程设计主要表现为就设计论设计,极少学生关注阻碍城乡发展的关键问题,大部分学生不在意规划是否能解决城乡发展存在的问题,也不对城乡可持续发展进行评估,导致很多学生养成了浮于表面的规划设计态度,不用科学的眼光去深入挖掘城乡发展问题。当然,深度挖掘城乡发展问题需要充足的大数据知识和技术储备,对于初学者来说很容易放弃技术攻关,进而选择简单的数据和传统数据分析方法,做一个平庸的设计。显然,需要课程教学环节正确的引导,才能在实践锻炼环节落实大数据的应用。

四、大数据融入城乡总体规划课程教学的改革思路

(一)融入总体规划课程,构建大数据教学体系

首先,依据总体规划设计课程的阶段性目标调整教学大纲的教学目标,融入课程各阶段的大数据运用教学目标。制定总体规划设计各阶段需要大数据辅助的详细内容,建立好总体规划设计与大数据运用的逻辑关系,并明确总体规划设计阶段性成果需要相应的大数据分析支撑,以保障阶段性设计成果的精准和科学性。在修订教学大纲的教学目标时,需要强调大数据对城乡总体规划设计思维形成产生的路径以及创新设计思维在成果中的可视化表达。然后,结合既定教学目标,做好相应的课前准备,制定好大数据辅助总体规划设计课程改革策略(表1)。教师需要结合课程各设计阶段,准备充足的教学设备、教学大数据和教学案例,以应对各个设计环节的实践教学需要。对于初学者来说,大数据运用要求不宜过高,以调度学生学习兴趣为主。需要任课教师对课程各阶段数据运用难易程度进行设定,做好相应的调整方案。明确各总体规划设计各阶段大数据的运用要求,并提供大数据获取、处理和分析的方法,以保障大数据运用不偏离教学目标。以2020级本科生城乡总体规划设计课程“阿克苏地区基础设施总体规划”设计实践操作为例,教师需要提前预演各个设计环节需要的基础设施大数据,掌握阿克苏地区基础设施大数据的获取渠道、处理方法和分析工具,分阶段引导学生学习和运用大数据来完成基础设施总体规划设计成果,并建构于GIS系统之中[7]。同时,除了提供必要的大数据,教师在课程教学过程中可以适当引导学生挖掘互联网大数据,以拓宽学生使用大数据的局限性[8]。最后,通过课程评价和反馈环节,了解教师教学中存在的问题及学生在理解和操作上的困难,提出针对性合理化的改进建议[9]。采用问卷对学生大数据使用感受、难易度和设计思维影响进行调研分析,及时反馈问题,调整不符合实际的教学内容、教学目标和教学环节。

表1 大数据辅助总体规划设计课程改革策略

(二)加强学科交叉,创新大数据教学方法与手段

坚持理论联系实际、数据指导设计的教学方法,将大数据诊断城乡问题引入课堂,提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力[10];坚持现代与传统教学手段相结合,加强学科交叉,引入统计学、经济学等相关学科分析方法,尽可能边演示边讲解,化繁为简,提高学生的学习兴趣;注重应用讨论式和案例式教学方法,引导学生积极思考分析问题,拓展学生的思维;注重大数据分析教学,大力培养学生动脑、动手、独立解决问题的能力。

第一,采用案例式教学。结合本门课程教学内容多、大数据分析及可视化复杂、设计对象抽象而难以理解、图纸可视化表达多等特点,课程运用案例法(表2)进行教学理论的讲解。通过列举大量数据分析实例和科研案例来充实教学内容,调动学生运用大数据的积极性和兴趣,同时加强学生对理论部分的理解。此外,以组为对象开展案例分析交流汇报,要求学生挖掘大数据运用对标案例,结合本课程规划设计对象,要求学生收集对标案例,分析案例相关数据处理方法及其规划设计过程,并进行PPT讲解和展示。一方面,学生可以学习大数据运用的基本思路;另一方面,学生学习大数据在规划设计中的应用和分析方法,掌握大数据技术及其方法,从而激发学生对本课程的学习兴趣,拓展学生本专业学术科研前沿的知识面,提升学生的团队协作能力,锻炼学生用大数据解决城乡发展问题的能力。

表2 案例式教学活动方案

第二,采用讨论式教学法。教师在课下布置作业,让学生查阅文献,分析文献中所采用的数据处理和规划设计方法,并审核其是否使用合理;然后在课堂上进行讲解、分析和讨论。通过辩论、评价、提出疑问等互动教学方法,引导学生思考,保障学生掌握大数据运用的关键步骤,提高主动学习的热情和科研兴趣。

第三,充分利用各类网络教学资源平台。充分利用互联网大数据教学资源,搭建大数据网络教学服务平台,给学生提供大数据交互式学习环境,让学生在业余时间学习大数据获取、分析与应用的优秀教学视频。让学生结合自己规划设计方向寻找最新的大数据分析方案,培养学生分析城乡问题、解决城乡问题的创新能力。学生通过查询案例,了解本门课程的大数据辅助规划设计方法,促进规划设计理论的学习和吸收,增强学生设计成果科学性的同时,培养了学生的科研意识。

第四,教师可以通过大数据技术实现学生设计成果个性化教育,如,采用雨课堂、问卷等大数据技术,关注学生在规划设计过程中的多方位表现,发掘学生在使用大数据时的主要兴趣点,针对学生的兴趣点开展因材施教,在大数据讲解过程中,对学生注意的数据和方法进行重点讲解。

(三)增强实践锻炼,融入大数据挖掘城乡发展问题

鉴于计算机数据处理软件的不断开发和更新,增加软件应用的课时量和上机实验课时,指导学生熟练使用Excel 和Python等数据获取、处理和分析软件,并将统计数据和分析数据的SPSS、Matlab、ArcGIS等新颖软件引入,通过课堂上机实操训练,增强学生使用大数据的实践能力,使学生在理解数据分析知识点的同时,能够真正应用相关软件对大数据进行处理和可视化表达,以达到提升学生数据处理和分析研究能力的目标(表3)。在城乡总体规划课程各环节融入大数据实践训练内容,以小作业方式开展大数据分析与应用,增强实践锻炼,引导学生在规划设计各环节采用相应大数据挖掘城乡发展问题,针对问题制定相应的规划设计策略,以达到解决城乡发展问题的目标。

表3 课程培养能力目标与上机操作内容

五、结语

面对国土空间总体规划实践的精细化管理和数字化设计的新要求,大数据为城乡总体规划设计改革带来了新机遇,也为城乡发展问题研究提供新可能,大数据能精准地覆盖到区域个体,为宏观规划深入微观分析提供路径,为城乡总体规划设计解决城乡问题提供科学的依据。当然,大数据分析与运用还处在起步阶段,随着互联网、物联网、智慧化和信息化等领域的快速发展,大数据也会被城乡规划广泛应用,城乡总体规划教学改革也需要与时俱进,加快改革速度,培养更多更好的城乡规划人才,才能满足国土空间治理能力现代化的时代诉求。