導語：工業工程視野下的校園規劃一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

一、引言

進入知識經濟時代后,教育事業在我們國家發展中的地位更加突出,高等教育對國民經濟的發展更是有著舉足輕重的影響。而大學校園作為知識經濟的重要載體,其規劃、建設、發展的成功與否,直接影響著高等教育質量,直接關系到國民素質的提高。自進入21世紀以來,近些年許多高校不同程度地進行了辦學規模的擴大和調整,大學新建校區以及大學城的建設熱潮一度席卷全國。高校校園建設滿足我國高等教育規模擴張的需要的同時,也涌現出諸多問題。這些問題突出反映在兩點:一是校園規劃與學校發展之間的矛盾,二是校園規劃與校內師生實際使用感受之間的矛盾。而高校校園建設往往投資巨大,一旦決策失誤很難更改和挽回,因此研究如何更加科學合理地進行高校校園規劃具有非常巨大的現實意義。

二、與高校校園規劃相關的工業工程理論

總體來看,多數設計單位對于校園的規模、功能布局、交通聯系等還都停留在感性認識和定性分析階段,大多依靠經驗和直覺進行判斷和規劃,這樣就容易出現如分區不合理、交通組織不便捷等各種問題。造成這種情況的原因在于目前大多數的高校校園規劃研究仍然只局限在建筑學與城市規劃理論范疇內進行,研究視野受到一定局限。其不足之處在于:一是規劃手段古老而不成熟,對于高校校園的規模、功能布局、交通組織等內容,至今仍然停留在粗放型定性分析的階段,其規劃設計還主要是依靠經驗作直觀的判斷,缺乏對資料、數據進行深度加工的技術和手段,缺乏科學的方案比選方法和決策手段。二是缺乏駕馭全局的系統支持。校園規劃是一個動態過程,隨著大學的發展,校園的功能也不斷充實和擴展。僅靠建筑學或城市規劃理論,面對高校校園這一復雜系統工程,顯得力不從心。因此,必須進行觀念和理論創新,積極借鑒和汲取其他學科的理論與研究成果,這樣使高校校園規劃水平不斷提高,向廣大學生和教師交出滿意的規劃答卷。工業工程的主要目標是提高生產或服務系統的效率,其中重要一環就是生產系統的規劃和設計,核心是設施規劃與設計,通過對建設項目的各類設施、人員、物資進行規劃,優化人流、物流、信息流,從而有效、經濟地達到預期目標。其中物流系統理論以及設施規劃與設計理論[1]可對高校校園規劃工作起到一定借鑒意義。

1.物流系統

物流的概念是在20世紀50年代產生的,曾被定義為“實物配送(PhysicalDistribution)”。1935年,美國的銷售協會將“實物配送”定義為“包含于銷售之中的物質資料和服務從生產地點到消費地點流動過程中伴隨的種種經濟活動”。[2]在工廠企業、交通運輸、城市規劃、等活動中都存在物流,廣義的物流概念可以表達為:物流是指物資或物料實體的場所(或位置)的轉移和時間占用,即物理流動過程,目的是使物資有形或無形地從供給者手中轉移到需求者手中,從而實現其使用價值。物流體系建立的好壞直接影響到企業的發展和進步,而高等院校盡管不是贏利性質的企業,也同樣要考慮成本、效率和服務質量。因此,在高校的日常管理中同樣可以認為存在著物流的概念,即實體(如學生、教師和各類信息、資源等)在校園內流動的過程。而高校的物流體系也應在滿足師生日常物質及精神需要的前提下,盡可能追求高效益、低成本。[3]而高校的校園規劃是不是科學合理是高校物流系統能否正常高效運轉的前提。

2.設施規劃與設計

設施規劃與設計是工業工程的一個重要組成部分。它的任務實對建設項目的各類設施、人員、物資進行系統規劃與設計,用以優化人流、物流、信息流,從而有效、經濟、安全地達到建設項目的預期目標。[3]設施規劃與設計的主要內容有場址選擇、物流分析、工廠布置、物料搬運和貯存系統等。目前的設施規劃與設計絕大多數應用在生產制造領域。而在其他領域,由于對其中物流關系的認識不夠,人們往往不是很重視設施規劃與設計,設施規劃往往被建筑設計所取代。而高校校園內存在著教學樓、辦公樓、學生宿舍、餐廳、體育場等建筑物設施,學生和教師在校內的流動盡管不像工廠那樣嚴格和有序,但同樣有著很多規律性。[4]從校園規劃的設計過程來看,它具有現代工業工程的四個基本職能:規劃、設計、評價、創新。而高校校園規劃過程及建成后的校園硬件的使用過程,涉及到高等教育學、經濟學、工程技術學、建筑學、環境工程學及管理科學等多個學科領域,使一個復雜的系統過程,具備系統工程的所有特征。因此,用定性和定量的工具,對高校校園規劃進行系統結構和系統狀態的分析,對各種方案進行比較、評價和協調,就具有了較高的可行性。

三、基于SLP方法的校園分區相關性分析

功能分區是指將校園內各建筑設施按照其使用功能進行布局,傳統的高校校園布局,主要圍繞著教學、生活、體育等功能進行區分,建筑物的布局往往只是按照交通流線進行規劃安排,功能分區理念也起到了良好的作用。功能分區提供了校園規劃的清晰結構,防止了各區間互相干擾,對于一定規模內的校園是合適的。但是當校園發展到萬人乃至數萬人的規模,區與區之間的步行距離超過了輕松可及的范圍時,硬性的功能分區便成為校園規劃的桎梏,帶來一系列使用上的問題。因此,既要認識到功能分區的必要性,又要其局限性。在決定校園規劃整體布局的時候,必須科學地分析各功能分區的規模及其聯系。在分析各分區功能組成及相應空間特點的基礎上,科學合理地明確校園內各分區的主要組成部分及其相互關系,圍繞“主體-行人-空間”這一思路,可采取工業工程中的活動關聯性分析,通過活動關系圖和活動相關線圖(行為流線圖)進行圖解分析。[5]

系統布置設置(SLP,SystematicLayoutPlanning)采用嚴密的系統分析手段和規范的系統設計步驟進行分析,具有很強的實踐性。運用SLP法進行總平面布置時,首先要對各作業單位的相互關系進行分析,經過綜合得到作業單位之間的關系矩陣;然后根據關系矩陣中作業單位之間相互關系的密切程度決定作業單位之間距離的遠近,安排作業單位的位置,繪制出相應的位置關系圖,并將作業單位實際占地面積與位置關系圖結合起來,形成作業單位面積相關圖,通過進一步的修正和調整,得到可行的布置方案,最后再對方案進行優選評估。SLP方法的流程圖如圖1所示。[6]圖1SLP方法流程圖針對學生在不同分區內的活動內容,首先進行關聯性分析。一般而言,高校校園內的活動可分為兩類:教學科研活動和教學科研輔助活動,這兩類活動又可再進行細分。因此確定分區之間的關聯,應首先分析活動相關性的類型,確定其重要性。通常有下列活動相關性類別:兩項教學科研活動的相關性;一項教學科研活動和一項教學科研輔助活動的相關性;兩項教學科研輔助活動的相關性。這里采取RichardMuther提供的相關程度評分等級系統,[6]共分為六個等級,如表1所示。一般來說,高校校園內各類建筑設施可分為教學區、行政辦公區、學生生活區、體育運動區、后勤服務區、教職工生活區等類型。對各個功能分區的關聯性分析,采取關聯性兩兩判斷矩陣來進行,按照SLP方法的習慣表示方法,即可得到圖2所示校園功能分區活動關聯圖。根據圖2,做出校園功能分區相關線圖如圖3所示。校園功能分區活動關聯圖和相關線圖,為校園規劃整體的布局提供了一個清晰的總體框架,可以在設計人員進行各個功能分區位置確定時提供重要的參考依據。在此基礎上,可以進一步整合分區內的各項功能,根據其使用功能、空間特點、交通聯系、防火及衛生要求等;并結合具體地形限制,將性質相同、功能相近、聯系密切、對環境要求相似的建筑單體進行調整、歸納,從而較為有序地組織起整體的校園規劃初步布局。

四、高校校園規劃選址模型分析

數學模型的建立并不能夠完全取代傳統的分析及設計方法,但模型的應用可以對設計工作的科學性起到補充作用,在面臨多方案優選時通過定量計算得出的數據也具有很大的參考價值。

1.連續點校園規劃選址———交叉中值模型

連續點選址問題指的是在同一條路徑或一個區域內的任何位置都可以作為地址的一個選擇。對于擬進行定量分析的校園規劃方案,將學生的人流看作物流來進行分析,首先做如下假設(建模前提):一是校園中人流活動是隨機的、不確定的,但是根據學校教學活動的安排以及學生自發的課余時間安排,從某一較長時間(如半學期、或一學期)內,學生的流動過程有一定的規律性,從物流成本分析的角度,可以看作均勻、連續、確定的。二是校園中有k個學生(k是有限正整數),每一個學生的流動成本都可以以一種當量物流量來表示(如耗費的時間或者消耗的自身能量等)。如某高校擬在一個由5棟學生公寓組成的學生宿舍區內新建一座清真餐廳,主要服務于這5棟學生公寓中的回民學生。用圖4中的笛卡爾坐標系確切的表達這些學生公寓的位置,可把學生公寓看作需求點;表2是各個學生公寓對應的權重,在此權重即為經過調查后所知的各個學生公寓需要去清真餐廳就餐的學生總量,設最終的清真餐廳坐標點為(xs,ys)。為了找到x方向上的中值點xs,從左到右將所有的Wi加起來,按照升序排列到中值點,如表3所示。然后再從右到左將所有的Wi加起來,按照升序排列到中值點。從表中可以看出,從左邊開始到需求點A就剛好到達中值點,而從右邊開始則是到需求點C到達中值點。從圖3中可知在需求點A、C之間100m的范圍內對于x軸方向都是一樣的,所以xs在300m到400m之間。接著尋找在y方向上的中值點ys。從上到下逐個疊加各個需求點的權重Wi,如表3所示。在考慮E、D兩個需求點時,權重之和是9,沒有達到中值點10,但是加上C之后,權重之和為12,大于10。所以從上向下的方向考慮,清真餐廳應設置在C點或者C點以上的位置。然后從下往上,在A和B點之后,權重總和達到8,仍舊不到10,當加入C后,權重總和為11,所以清真餐廳應設置在該C點或者其下的位置。結合兩個方面的限制和其相對位置,在y方向,只能選擇一個有效的中值點即ys在300m處。由此,可得清真餐廳的位置可在圖5中粗線所標示的范圍內選擇。考慮到清真餐廳與學生公寓之間的相互影響,故而距離100m較好,因此最終可選址在坐標(3,3)所示的位置。

2.離散點校園規劃選址———P-中值模型

在校園規劃設計研究中,對于某一個建筑單體或構筑物,其實際可備選的位置往往都是有限的,因此采用離散點選址模型更為便捷和適用。候選方案中只有有限個元素,只需要在這有限的幾個位置中進行分析來確定選址。我們采用P-中值模型來解決此類問題,即在一個給定數量和位置的需求集合和一個候選選址位置的集合下,分別為p個設施找到合適的位置并指派每個需求點到一個特定的設施,使之達到在需求點和候選選址點之間的運輸成本最低如某高校宿舍區共8棟學生公寓,擬在其中建設2個學生餐廳,用最低的交通成本來滿足學生就餐需求。根據實際地形和校園現狀,可以確定4個候選地址,如圖6所示。從A、B、C、D4個候選地址到不同學生公寓的交通成本、各個宿舍的需要就餐人數,如表4所示。采用貪婪取走啟發式算法(GreedyDroppingHeuristicAlgorithm)求解,[7]步驟如下:(1)初始化,令循環參數k=m,將所有的m個候選位置都選中,然后將每個學生宿舍指派給距離其最近的一個候選位置;(2)選擇并取走一個位置點,滿足以下條件:假如將這個點取走并將該學生公寓內的學生重新指派后,總交通成本增加量最小。然后令k=k-1;(3)重復2.,直到k=p(在這里p=2)。對交通成本進行比較,在初始化中,假設1、2、3公寓的學生就餐由A來提供,4、5公寓的學生就餐由D提供,6公寓的學生就餐由B提供,7、8位置的就餐由C提供,如圖7所示(因為屬于過程中的交通成本分析,故這里暫且不考慮餐廳規模及學生就餐喜好等問題)。

五、結語

本文針對當前高校校園規劃中出現的一些問題,結合工業工程的部分理論方法,建立了基于交叉中值的連續點校園規劃選址模型和基于P-中值算法的離散點校園規劃選址模型,并各自通過實例進行了驗證。在當前,我國的高等教育的投資還比較有限,土地資源也很匱乏,因此在進行校園規劃時,如何結合本校的特點,根據國家和地方經濟對各類的人才需求充分論證,從而使得校園規劃科學合理,不留或少留遺憾,值得認真研究。應用工業工程理論,將物流和設施規劃的理論、方法引入高校校園規劃工作中,對于一直以來偏重于依靠設計規范和主觀經驗的校園規劃工作帶來了新鮮的理念。當然,物流系統規劃理論主要應用于企業,若應用于高校校園規劃,應實事求是,具體情況具體分析,這樣才能起到有益的補充和完善作用。