導(dǎo)語：工業(yè)工程視野下的校園規(guī)劃一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

一、引言

進入知識經(jīng)濟時代后,教育事業(yè)在我們國家發(fā)展中的地位更加突出,高等教育對國民經(jīng)濟的發(fā)展更是有著舉足輕重的影響。而大學(xué)校園作為知識經(jīng)濟的重要載體,其規(guī)劃、建設(shè)、發(fā)展的成功與否,直接影響著高等教育質(zhì)量,直接關(guān)系到國民素質(zhì)的提高。自進入21世紀(jì)以來,近些年許多高校不同程度地進行了辦學(xué)規(guī)模的擴大和調(diào)整,大學(xué)新建校區(qū)以及大學(xué)城的建設(shè)熱潮一度席卷全國。高校校園建設(shè)滿足我國高等教育規(guī)模擴張的需要的同時,也涌現(xiàn)出諸多問題。這些問題突出反映在兩點:一是校園規(guī)劃與學(xué)校發(fā)展之間的矛盾,二是校園規(guī)劃與校內(nèi)師生實際使用感受之間的矛盾。而高校校園建設(shè)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(xué)合理地進行高校校園規(guī)劃具有非常巨大的現(xiàn)實意義。

二、與高校校園規(guī)劃相關(guān)的工業(yè)工程理論

總體來看,多數(shù)設(shè)計單位對于校園的規(guī)模、功能布局、交通聯(lián)系等還都停留在感性認(rèn)識和定性分析階段,大多依靠經(jīng)驗和直覺進行判斷和規(guī)劃,這樣就容易出現(xiàn)如分區(qū)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(shù)的高校校園規(guī)劃研究仍然只局限在建筑學(xué)與城市規(guī)劃理論范疇內(nèi)進行,研究視野受到一定局限。其不足之處在于:一是規(guī)劃手段古老而不成熟,對于高校校園的規(guī)模、功能布局、交通組織等內(nèi)容,至今仍然停留在粗放型定性分析的階段,其規(guī)劃設(shè)計還主要是依靠經(jīng)驗作直觀的判斷,缺乏對資料、數(shù)據(jù)進行深度加工的技術(shù)和手段,缺乏科學(xué)的方案比選方法和決策手段。二是缺乏駕馭全局的系統(tǒng)支持。校園規(guī)劃是一個動態(tài)過程,隨著大學(xué)的發(fā)展,校園的功能也不斷充實和擴展。僅靠建筑學(xué)或城市規(guī)劃理論,面對高校校園這一復(fù)雜系統(tǒng)工程,顯得力不從心。因此,必須進行觀念和理論創(chuàng)新,積極借鑒和汲取其他學(xué)科的理論與研究成果,這樣使高校校園規(guī)劃水平不斷提高,向廣大學(xué)生和教師交出滿意的規(guī)劃答卷。工業(yè)工程的主要目標(biāo)是提高生產(chǎn)或服務(wù)系統(tǒng)的效率,其中重要一環(huán)就是生產(chǎn)系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計,核心是設(shè)施規(guī)劃與設(shè)計,通過對建設(shè)項目的各類設(shè)施、人員、物資進行規(guī)劃,優(yōu)化人流、物流、信息流,從而有效、經(jīng)濟地達到預(yù)期目標(biāo)。其中物流系統(tǒng)理論以及設(shè)施規(guī)劃與設(shè)計理論[1]可對高校校園規(guī)劃工作起到一定借鑒意義。

1.物流系統(tǒng)

物流的概念是在20世紀(jì)50年代產(chǎn)生的,曾被定義為“實物配送(PhysicalDistribution)”。1935年,美國的銷售協(xié)會將“實物配送”定義為“包含于銷售之中的物質(zhì)資料和服務(wù)從生產(chǎn)地點到消費地點流動過程中伴隨的種種經(jīng)濟活動”。[2]在工廠企業(yè)、交通運輸、城市規(guī)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(zhuǎn)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(zhuǎn)移到需求者手中,從而實現(xiàn)其使用價值。物流體系建立的好壞直接影響到企業(yè)的發(fā)展和進步,而高等院校盡管不是贏利性質(zhì)的企業(yè),也同樣要考慮成本、效率和服務(wù)質(zhì)量。因此,在高校的日常管理中同樣可以認(rèn)為存在著物流的概念,即實體(如學(xué)生、教師和各類信息、資源等)在校園內(nèi)流動的過程。而高校的物流體系也應(yīng)在滿足師生日常物質(zhì)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(guī)劃是不是科學(xué)合理是高校物流系統(tǒng)能否正常高效運轉(zhuǎn)的前提。

2.設(shè)施規(guī)劃與設(shè)計

設(shè)施規(guī)劃與設(shè)計是工業(yè)工程的一個重要組成部分。它的任務(wù)實對建設(shè)項目的各類設(shè)施、人員、物資進行系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計,用以優(yōu)化人流、物流、信息流,從而有效、經(jīng)濟、安全地達到建設(shè)項目的預(yù)期目標(biāo)。[3]設(shè)施規(guī)劃與設(shè)計的主要內(nèi)容有場址選擇、物流分析、工廠布置、物料搬運和貯存系統(tǒng)等。目前的設(shè)施規(guī)劃與設(shè)計絕大多數(shù)應(yīng)用在生產(chǎn)制造領(lǐng)域。而在其他領(lǐng)域,由于對其中物流關(guān)系的認(rèn)識不夠,人們往往不是很重視設(shè)施規(guī)劃與設(shè)計,設(shè)施規(guī)劃往往被建筑設(shè)計所取代。而高校校園內(nèi)存在著教學(xué)樓、辦公樓、學(xué)生宿舍、餐廳、體育場等建筑物設(shè)施,學(xué)生和教師在校內(nèi)的流動盡管不像工廠那樣嚴(yán)格和有序,但同樣有著很多規(guī)律性。[4]從校園規(guī)劃的設(shè)計過程來看,它具有現(xiàn)代工業(yè)工程的四個基本職能:規(guī)劃、設(shè)計、評價、創(chuàng)新。而高校校園規(guī)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(xué)、經(jīng)濟學(xué)、工程技術(shù)學(xué)、建筑學(xué)、環(huán)境工程學(xué)及管理科學(xué)等多個學(xué)科領(lǐng)域,使一個復(fù)雜的系統(tǒng)過程,具備系統(tǒng)工程的所有特征。因此,用定性和定量的工具,對高校校園規(guī)劃進行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)狀態(tài)的分析,對各種方案進行比較、評價和協(xié)調(diào),就具有了較高的可行性。

三、基于SLP方法的校園分區(qū)相關(guān)性分析

功能分區(qū)是指將校園內(nèi)各建筑設(shè)施按照其使用功能進行布局,傳統(tǒng)的高校校園布局,主要圍繞著教學(xué)、生活、體育等功能進行區(qū)分,建筑物的布局往往只是按照交通流線進行規(guī)劃安排,功能分區(qū)理念也起到了良好的作用。功能分區(qū)提供了校園規(guī)劃的清晰結(jié)構(gòu),防止了各區(qū)間互相干擾,對于一定規(guī)模內(nèi)的校園是合適的。但是當(dāng)校園發(fā)展到萬人乃至數(shù)萬人的規(guī)模,區(qū)與區(qū)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(qū)便成為校園規(guī)劃的桎梏,帶來一系列使用上的問題。因此,既要認(rèn)識到功能分區(qū)的必要性,又要其局限性。在決定校園規(guī)劃整體布局的時候,必須科學(xué)地分析各功能分區(qū)的規(guī)模及其聯(lián)系。在分析各分區(qū)功能組成及相應(yīng)空間特點的基礎(chǔ)上,科學(xué)合理地明確校園內(nèi)各分區(qū)的主要組成部分及其相互關(guān)系,圍繞“主體-行人-空間”這一思路,可采取工業(yè)工程中的活動關(guān)聯(lián)性分析,通過活動關(guān)系圖和活動相關(guān)線圖(行為流線圖)進行圖解分析。[5]

系統(tǒng)布置設(shè)置(SLP,SystematicLayoutPlanning)采用嚴(yán)密的系統(tǒng)分析手段和規(guī)范的系統(tǒng)設(shè)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(yè)單位的相互關(guān)系進行分析,經(jīng)過綜合得到作業(yè)單位之間的關(guān)系矩陣;然后根據(jù)關(guān)系矩陣中作業(yè)單位之間相互關(guān)系的密切程度決定作業(yè)單位之間距離的遠近,安排作業(yè)單位的位置,繪制出相應(yīng)的位置關(guān)系圖,并將作業(yè)單位實際占地面積與位置關(guān)系圖結(jié)合起來,形成作業(yè)單位面積相關(guān)圖,通過進一步的修正和調(diào)整,得到可行的布置方案,最后再對方案進行優(yōu)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(xué)生在不同分區(qū)內(nèi)的活動內(nèi)容,首先進行關(guān)聯(lián)性分析。一般而言,高校校園內(nèi)的活動可分為兩類:教學(xué)科研活動和教學(xué)科研輔助活動,這兩類活動又可再進行細(xì)分。因此確定分區(qū)之間的關(guān)聯(lián),應(yīng)首先分析活動相關(guān)性的類型,確定其重要性。通常有下列活動相關(guān)性類別:兩項教學(xué)科研活動的相關(guān)性;一項教學(xué)科研活動和一項教學(xué)科研輔助活動的相關(guān)性;兩項教學(xué)科研輔助活動的相關(guān)性。這里采取RichardMuther提供的相關(guān)程度評分等級系統(tǒng),[6]共分為六個等級,如表1所示。一般來說,高校校園內(nèi)各類建筑設(shè)施可分為教學(xué)區(qū)、行政辦公區(qū)、學(xué)生生活區(qū)、體育運動區(qū)、后勤服務(wù)區(qū)、教職工生活區(qū)等類型。對各個功能分區(qū)的關(guān)聯(lián)性分析,采取關(guān)聯(lián)性兩兩判斷矩陣來進行,按照SLP方法的習(xí)慣表示方法,即可得到圖2所示校園功能分區(qū)活動關(guān)聯(lián)圖。根據(jù)圖2,做出校園功能分區(qū)相關(guān)線圖如圖3所示。校園功能分區(qū)活動關(guān)聯(lián)圖和相關(guān)線圖,為校園規(guī)劃整體的布局提供了一個清晰的總體框架,可以在設(shè)計人員進行各個功能分區(qū)位置確定時提供重要的參考依據(jù)。在此基礎(chǔ)上,可以進一步整合分區(qū)內(nèi)的各項功能,根據(jù)其使用功能、空間特點、交通聯(lián)系、防火及衛(wèi)生要求等;并結(jié)合具體地形限制,將性質(zhì)相同、功能相近、聯(lián)系密切、對環(huán)境要求相似的建筑單體進行調(diào)整、歸納,從而較為有序地組織起整體的校園規(guī)劃初步布局。

四、高校校園規(guī)劃選址模型分析

數(shù)學(xué)模型的建立并不能夠完全取代傳統(tǒng)的分析及設(shè)計方法,但模型的應(yīng)用可以對設(shè)計工作的科學(xué)性起到補充作用,在面臨多方案優(yōu)選時通過定量計算得出的數(shù)據(jù)也具有很大的參考價值。

1.連續(xù)點校園規(guī)劃選址———交叉中值模型

連續(xù)點選址問題指的是在同一條路徑或一個區(qū)域內(nèi)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(guī)劃方案,將學(xué)生的人流看作物流來進行分析,首先做如下假設(shè)(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(jù)學(xué)校教學(xué)活動的安排以及學(xué)生自發(fā)的課余時間安排,從某一較長時間(如半學(xué)期、或一學(xué)期)內(nèi),學(xué)生的流動過程有一定的規(guī)律性,從物流成本分析的角度,可以看作均勻、連續(xù)、確定的。二是校園中有k個學(xué)生(k是有限正整數(shù)),每一個學(xué)生的流動成本都可以以一種當(dāng)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(xué)生公寓組成的學(xué)生宿舍區(qū)內(nèi)新建一座清真餐廳,主要服務(wù)于這5棟學(xué)生公寓中的回民學(xué)生。用圖4中的笛卡爾坐標(biāo)系確切的表達這些學(xué)生公寓的位置,可把學(xué)生公寓看作需求點;表2是各個學(xué)生公寓對應(yīng)的權(quán)重,在此權(quán)重即為經(jīng)過調(diào)查后所知的各個學(xué)生公寓需要去清真餐廳就餐的學(xué)生總量,設(shè)最終的清真餐廳坐標(biāo)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(nèi)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(quán)重Wi,如表3所示。在考慮E、D兩個需求點時,權(quán)重之和是9,沒有達到中值點10,但是加上C之后,權(quán)重之和為12,大于10。所以從上向下的方向考慮,清真餐廳應(yīng)設(shè)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(quán)重總和達到8,仍舊不到10,當(dāng)加入C后,權(quán)重總和為11,所以清真餐廳應(yīng)設(shè)置在該C點或者其下的位置。結(jié)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(biāo)示的范圍內(nèi)選擇?？紤]到清真餐廳與學(xué)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(biāo)(3,3)所示的位置。

2.離散點校園規(guī)劃選址———P-中值模型

在校園規(guī)劃設(shè)計研究中,對于某一個建筑單體或構(gòu)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(shù)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(shè)施找到合適的位置并指派每個需求點到一個特定的設(shè)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(qū)共8棟學(xué)生公寓,擬在其中建設(shè)2個學(xué)生餐廳,用最低的交通成本來滿足學(xué)生就餐需求。根據(jù)實際地形和校園現(xiàn)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(xué)生公寓的交通成本、各個宿舍的需要就餐人數(shù),如表4所示。采用貪婪取走啟發(fā)式算法(GreedyDroppingHeuristicAlgorithm)求解,[7]步驟如下:(1)初始化,令循環(huán)參數(shù)k=m,將所有的m個候選位置都選中,然后將每個學(xué)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(xué)生公寓內(nèi)的學(xué)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(fù)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(shè)1、2、3公寓的學(xué)生就餐由A來提供,4、5公寓的學(xué)生就餐由D提供,6公寓的學(xué)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(guī)模及學(xué)生就餐喜好等問題)。

五、結(jié)語

本文針對當(dāng)前高校校園規(guī)劃中出現(xiàn)的一些問題,結(jié)合工業(yè)工程的部分理論方法,建立了基于交叉中值的連續(xù)點校園規(guī)劃選址模型和基于P-中值算法的離散點校園規(guī)劃選址模型,并各自通過實例進行了驗證。在當(dāng)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(guī)劃時,如何結(jié)合本校的特點,根據(jù)國家和地方經(jīng)濟對各類的人才需求充分論證,從而使得校園規(guī)劃科學(xué)合理,不留或少留遺憾,值得認(rèn)真研究。應(yīng)用工業(yè)工程理論,將物流和設(shè)施規(guī)劃的理論、方法引入高校校園規(guī)劃工作中,對于一直以來偏重于依靠設(shè)計規(guī)范和主觀經(jīng)驗的校園規(guī)劃工作帶來了新鮮的理念。當(dāng)然,物流系統(tǒng)規(guī)劃理論主要應(yīng)用于企業(yè),若應(yīng)用于高校校園規(guī)劃,應(yīng)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。