校園土地利用結構和空間布局優化研究——以北京大學燕園校區為例

唐 琳 汪 涵 張家瑞 唐伽拉 陳 杰

校園土地利用結構和空間布局優化研究——以北京大學燕園校區為例

唐 琳 汪 涵 張家瑞 唐伽拉 陳 杰

[北京大學]

針對校園空間現狀問題，本研究結合北京大學發展的實際發展需求，首先從歷史角度結合GIS等空間分析和可視化手段分析比較歷次校園規劃用地結構的變化，總結學校發展趨勢和內在要求；進一步地，基于百度熱力圖大數據等定量方法，從功能布局、空間資源利用等角度，結合供給和需求分析校園空間布局的矛盾及形成機制；最后，提出北京大學燕園校區空間功能提升的針對性和組合性策略，并以期為其他高校校園功能優化提供借鑒。

校園規劃；空間布局優化；熱力圖；空間可視方法

一、引言

北京大學是具有百年歷史的名校，今日的北京大學海淀本部校區是在原燕京大學基礎上經過七十余年的擴建發展而形成的。上世紀20-30年代由美籍建筑師亨利·墨菲規劃設計的燕京大學校園奠定了現北京大學海淀本部校區的雛形，1953-1957年北京大學根據院系調整時城建部民用設計院提出的擴建方案，向東擴建了教學區，向南新建了學生宿舍區，同時在中關園建造了一批臨時性教職工住宅。上世紀80-90年代，依據1979年北大總體規劃草案，學校進行了新教學樓群、東西部學生宿舍和西部住宅區的擴建，并在燕園校園內部建設了部分的學生活動和服務設施，在校園周邊建設了大量的教職工住宅。2004年和2017年北大又進行了兩次校園規劃，實現了校園環境綜合改進。2019年北大啟動建設昌平新校區和懷柔多模態跨尺度生物醫學成像設施工程，進一步緩解了校園用地面積嚴重不足的問題，但是作為學校發展根本依托的燕園主校園，仍然面臨空間資源受限的瓶頸性問題。尤其是在北京大學未名湖燕園建筑被列入第五批全國重點文物保護單位后，使得大部分建設只能集中在未名湖以南的地區，導致教學科研用房、學生宿舍密度過高，給校園規劃和學校發展帶來了極大困難。同時，本部校區四周的城市建設也限制了校園地域的進一步擴展：南邊有北四環，北部有圓明園遺址公園，東部為清華大學校園，西邊有城市主干道。本部校區幾乎沒有再發展的腹地，北大的建設發展受到了較大的影響。

隨著昌平新校區建設和周邊部分產業空間的收回，為燕園校區的空間優化調整提供了難得的契機，本研究將在歷史和現狀分析的基礎上，嘗試提出合理的調整與優化建議。

二、國內外研究現狀

國內外學者在校園規劃、功能布局等領域進行了模式和理念層面的初步探索，發現校園規劃與校園空間環境常呈現出一定的階段性變遷。校園規劃的編制多由單一自上而下的過程轉變為兼顧學校意志與師生訴求這種自上而下與自下而上結合的過程[1]；校園功能的布局多體現為由早期的功能區劃演變為組團構建[2]；校園空間的形態多由碎片化不斷整合直至一體化[3]；校園與周邊環境的關系也自孤立逐漸過渡為有機融入[4]。上述規劃與空間組織模式的轉變與規劃理念的持續變遷密不可分，規劃理念的升級在校園空間布局調整中始終發揮著至關重要的引領和驅動作用。早期的校園規劃多源自粗放式發展背景下的城市功能分區思想，規劃者常自上而下、主觀地賦予不同地塊專業化的功能。但隨著校園功能的復雜多樣化、人口密度的提高、人地關系的不斷緊張，傳統規劃思路的局限性逐漸顯現。以此為背景，空間集約利用、以人為本、生態共享等校園規劃新理念逐漸深入人心。[5,6]

在校園空間布局優化的實踐應用上，近年涌現了一系列新的技術方法。技術方法的創新離不開數據獲取能力的提升和獲取手段的多樣化。在傳統的統計和調查資料的基礎上，相關研究探索并嘗試GPS定位數據[1]、監控視頻資料[7]、學生卡刷卡數據[8]、WIFI連接數據[9]等用于人群行為特征和日常生活軌跡的分析的數據，從而能夠從需求端總結不同人群的行為模式，進而深入探究行為差異所反映出的多樣化需求，并為校園規劃提供參考。此外，大數據、遙感等技術的發展也為從歷史視角分析校園空間形態變遷帶來了更多可能性。[10]利用遙感影像數據和大數據可視化技術，結合校園歷次規劃和土地利用情況進行比對分析，能夠更直觀、清晰地反映校園空間功能的歷史演變。[11]同時，基于多源大數據構建的大數據分析框架，以及校園規劃支持系統等，能夠為校園功能優化、規劃評估和管理提供實時的數據反饋，從而有效支撐智慧校園建設和高校的智慧化管理。[12-13]整體而言，在校園規劃研究領域存在定性方法和定量方法結合的趨勢，方法的革新推動著研究內容的不斷深化和規劃策略的精細化。[14]

相關研究針對校園功能布局的共性和個性問題，也給出了有針對性的解決策略。當土地資源約束不斷強化，傳統的功能區劃方法導致的空間低效利用問題也凸顯出來。[15]為提高空間資源利用效率、激發校園活力，除了打破傳統區劃思想、追求小空間尺度上的功能完善（組團）以外，因地制宜地結合學校發展脈絡和學科特色，在不同尺度上優化空間結構、完善空間流線組織、完善復合功能，也是行之有效的存量改造路徑。[5,16,17]基于以人為本的規劃思想，從不同師生群體的差異化需求出發，進行校園建成環境的精細化改造，提高空間品質、優化生態景觀、提升步行便利性與舒適性等，將能夠有效提高師生的校園學習生活體驗，進而服務于高校人才培養的核心任務。[18-19]

國內外相關領域的研究在理念、方法和實踐上的系列探索有效推動了規劃的精細化、深入化，但在完善體系、有效對接現實需求等方面仍存在不足。本研究探索將大數據等新技術手段與傳統分析方法結合的路徑，并將相關技術手段在方法論層面進行體系化的整合，對于服務新時代校園規劃具有重要意義，并針對北大燕園校區的空間優化問題，給出理念深入、方法完善、實踐可操作性強的系統解決策略，進行實現由北京大學向全國高校推廣的目標。

三、土地利用結構演變分析

從歷史角度結合GIS[20]等空間分析手段分析比較歷次校園規劃用地結構的變化，可以更全面系統的了解校園空間變化的趨勢，為后續的規劃設計提供有力參考。本研究對2004和2016年的北京大學燕園校區內共176.5公頃土地的利用結構（圖1）進行對比分析，通過比較校園土地利用結構的變化趨勢從而發現學校發展趨勢和內在要求。

從各土地類型的面積及比重來看：2004年，公共綠地、教職工居住用地和教學科研用地的面積比例最高，3類用地的面積之和占校園總面積的59.22%；到了2016年，公共綠地和教學科研用地面積依舊最高，其面積之和占校園總面積的58.36%，但教職工居住用地面積大幅度縮減，減幅達到51%。再從變化情況來看：教職工居住用地、行政辦公用地、文化交流用地、后勤保障設施用地和科學園區用地面積減少，其他類型面積均有不同幅度地增加，面積增加最多的為學生公寓用地，這表明隨著招生規模的擴大，學生公寓的需求量激增。同時，校園內的公共綠地仍然維持了較大的面積占比，這是為了防止生態環境惡化，學校極其重視對校園綠地用地的保護和塑造。最后從面積比例來看：增幅最高的是學生公寓用地，增幅達到84%。為更加詳細的說明各種類型用地的變化狀況及背后的原因，本研究對四種主要類型的用地進行了單獨列舉。

（一）教學科研用地

圖2 北京大學燕園校區教學科研用地變化情況

2004至2016年間，教學科研用地由28.23公頃上升至31.2公頃，于校園面積中的占比由15.99%上升至17.68%，新規劃的教學科研用地主要為原來的待建設用地和教職工住宅用地轉化得來（圖2）：承澤園由教職工住宅用地變為國家發展研究院用地；民主樓和化學北樓由行政辦公用地分別變為外國語學院用地和國際漢學家研究基地；紅一樓-紅六樓由行政辦公用地變為考古、藝術等院系用地；鏡春園由行政辦公用地變為數學國際中心用地；未名湖東側建設用地新建文科教學樓群、光華學院新樓、經濟學院大樓、政管學院大樓、法學院大樓、環境科學與工程學院大樓等教學辦公樓；東門軸線兩側新建理科教學樓、生命科學教學樓，往南新建第二教學樓；南門軸線兩側將原來的教職工住宅用地、學生宿舍用地改為新聞與傳播學院大樓、對外漢語學院大樓、教育學院大樓等教學辦公用地；東門外新建化學學院大樓、城市與環境學院大樓、工學院大樓等教學辦公樓；燕南園東側的原醫療衛生用地變為綜合科研樓、實驗設備二號樓、核磁共振中心等科研用地。

產生變化的原因如下：一方面，由于教學科研的需要，院系數量有所增加，新建設的院系亟需新的教學辦公場所，另外化學與分子工程學院、環境科學與工程學院、城市與環境學院等也紛紛遷入新教學樓來改善教學辦公條件；另一方面，十幾年來國家強有力的扶持基礎科學領域，北京大學作為國內高校的排頭兵建成了一批國家重點實驗室、基礎科學中心等；另外，北京大學于肖家河附近建設了教職工住宅，轉移騰置了一批教職工住宅用地，這批教職工住宅用地部分被用來作為教學辦公場所。這一用地變化體現了北京大學對教學科研的投入、對學科發展的重視。

（二）學生公寓用地

圖3 北京大學燕園校區學生公寓用地變化情況

2004至2016年間，學生住宿用地由9.16公頃上升至16.84公頃，占比由5.19%上升至9.54%，新規劃的學生住宿用地主要為原來的待建設用地、教職工住宅用地及文化交流用地轉化得來（圖3）：暢春園由教職工住宅用地變為學生住宿用地；勺園由文化交流用地變為學生住宿用地；成府路南側建設用地建成中關新園，為學生住宿用地；南門軸線東側將原來的學生宿舍用地改為新聞與傳播學院、對外漢語學院、教育學院等教學辦公用地。

產生這些變化的原因如下：北京大學作為中國高等教育最高學府，在過去十年不斷擴大辦學規模，客觀需要更多的學生宿舍；隨著研究生的擴招政策，北京大學的碩博生比例不斷上升，客觀需要更多的宿舍面積；北京大學的國際影響力不斷提高，越來越多的海外學子前來求學，需要建設一定規模的留學生住宿區。這一變化體現了北京大學辦學規模的擴大以及國際影響力的提高、體現了學校以學生為本的教育方針。

（三）行政辦公用地

圖4 北京大學燕園校區行政辦公用地變化情況

2004至2016年間，行政辦公用地由2.72公頃下降至1.29公頃，占比由1.54%下降至0.73%，新的行政辦公用地為原待建設用地、教學科研用地及教職工住宅用地轉化得來，減少的行政辦公用地主要改為教學科研用地（圖4）：紅一樓-紅六樓由行政辦公用地變為教學科研用地；化學南樓由教育科研用地變為行政辦公用地；西南門附近及五四操場東側建設用地建成43號樓及燕園大廈，為行政辦公用地；懷寧園改為教育基金會辦公用地。

行政辦公用地面積雖然下降，但通過建設43號樓及燕園大廈等高密度現代建筑，建筑面積反而得到了提升，將行政辦公集中起來不僅利于各部門協力合作，更為學校的其他功能騰讓了大量建設用地。

（四）教職工居住用地

圖5 北京大學燕園校區教職工居住用地變化情況

2004至2016年間，教職工住宅用地面積由30.08公頃下降至14.67公頃，占比由17.04%下降至8.31%，教職工住宅用地主要轉化為教學科研用地、學生住宿用地（圖5）：暢春園變為學生住宿用地；承澤園變為國家發展研究院教育科研用地；中關村北大街東側住宅區變為教育科研用地；南門軸線西側住宅區改為新聞與傳播學院、對外漢語學院、教育學院等用地；燕南園大部分改為人文社科辦公用地；鏡春園及朗潤園改為教育科研用地。

產生這些變化的原因如下：根據“雙一流“建設工作內在要求，北大在過去十幾年里不斷強調精細化管理，教職工人數也隨之上升，校內原有的教職工住宅樓建設年代久遠，很難滿足教職工群體的生活需求，且校園內住宅樓受限高等因素影響，容積率偏小以致浪費了大量校園用地，北京大學在校外建設了如肖家河住宅小區等教職工住宅區，這大大緩解并優化了教職工住宿問題。這一變化符合北京大學優化教職工居住環境、整合校園用地的需求。

四、校園功能布局供需層面分析

在校園用地結構歷史分析的基礎上，本研究試圖從現狀功能布局、空間資源利用等角度，結合供給和需求分析校園空間布局的矛盾及形成機制，以現有供需的差距分析目前校園功能布局調整的內在要求。

（一）供給層面特征

本研究中校園功能布局供給主要關注校園內部各區域的現有建筑物面積，根據《北京大學海淀本部校區總體規劃（2016-2030）》的近期建設圖，將燕園校區劃分為大大小小共計98個地塊，根據學校公用房系統搜集匯總各個地塊內所有建筑物的建筑面積。采用專業三維建模軟件Rhino[21]對各個地塊的建筑面積進行可視化建模，柱狀體高度即對應建筑面積大小，建筑面積客觀反映了地塊內的可承載的功能量級。

圖6 北京大學燕園校區建筑面積分布圖

校園建筑面積分布圖中（圖6）的紅色虛線區是各個校園地塊的分界線，橙色柱狀體代表對應地塊內部的所有建筑物面積之和，觀察該圖可發現北京大學燕園校區內建筑物面積整體呈西北少、東南多的狀況；校園內建筑面積分布最密集的區域為燕園南部學生宿舍區、勺園—暢春園學生宿舍區、中關新園公寓區幾大學生住宿區，其次為理科教學樓區、圖書館、文科教學樓區幾大教學科研區，最后是未名湖、燕南園、蔚秀園等幾大歷史文化區。

（二）需求層面特征

本研究中校園功能布局供給主要關注校園內部人流熱力圖，客觀反映不同時間點人群對于校園的使用狀況與使用強度。人流熱力圖是一種通過不同顏色來表現一定區域內人流量大小的分析圖，顏色色調越冷表示區域內的人流量越小。本文以百度公司后臺端口為基礎統計實時行人數據，并使用爬蟲框架Scrapy[22]來獲取校園內學生用戶的終端連接信息，它可以反映地塊上各個位置上的實時人流量。通過在百度地圖中選取包含北京大學燕園校區的一塊矩形地塊，收集該地塊上能顯示熱力的數據（以2023年2月22日來代表工作日、2月25日代表休息日，然后分別收集8點、12點、16點、20點中的數據，表現不同時間段的狀態）；使用GIS軟件將收集到的數據按日期、時間進行分類并整理列表，供后續可視化使用；按照熱力圖算法生成這兩天的四個時間點共計8張熱力圖，再疊加地圖底圖，得到了既包含熱力關系、又包含地圖信息的校園熱力地圖（圖7、圖8）。

對不同時間點的人流熱力圖進行對比分析可以發現：上午8點，北大燕園校區的人流集中在燕園南部學生宿舍區、學一食堂、家園食堂、農園食堂、暢春園學生宿舍區等地；而在中午12點，宿舍區的人流轉移到理科教學樓、北部人文社科教學樓區、圖書館等區域；下午16點，圖書館、體育區、校東門人流量增大；晚上20點，各地區人流量均有下降，宿舍區人流量較下午增長；除下午4點外，西校門及其附近的辦公樓、民主樓等地人流量均較低，除早上8點外，燕南園大部分區域人流量較低，而在未名湖、鳴鶴園、朗潤園、鏡春園等校園北部區域，蔚秀園、承澤園等校園西部區域，燕東園、燕南園東北部等地，幾乎沒有人流量較大的情況發生。

圖7 2023年2月22日（工作日）8點、12點、16點、20點人流熱力圖

圖8 2023年2月25日（休息日）8點、12點、16點、20點人流熱力圖

對不同日期的人流熱力圖進行疊加對比分析，可以發現：休息日在教學樓區域、圖書館的人流量遠少于工作日的，但在燕南園、承澤園等地的人流量略大于工作日的；無論是休息日還是工作日，宿舍區與食堂區都是人流集中地區，而未名湖、五四體育場、鳴鶴園、朗潤園、鏡春園、蔚秀園的人流一直都相對分散。

（三）供需差距分析

將建筑面積分布圖分別疊加工作日與休息日的人流熱力圖（圖9），得到了既包含人流量又包含建筑面積的分析圖，可以直接分析得到同一地塊上人流量與建筑面積的關聯程度，為校園規劃建設、校內人流疏導提供客觀數據支撐，進而可以提出有效的校園規劃建議。

對比觀察兩張分析圖可以發現：北大燕園校區內部人流量密集區域基本與建筑面積主要分布區域重合；在承澤園、燕東園、朗潤園、鳴鶴園東側、勺園東側、五四體育場、王克楨大廈、中關新園有較大的可使用建筑面積，但這些地點的人流量沒有到達與面積匹配的密度，未來可以進一步考慮有針對性的功能疏導；東門兩側、西門與蔚秀園交接地區有較大的人流量但缺少相匹配的建筑面積，其壓力主要來源于游客來訪需求，可以在周邊建設服務管理設施。

五、校園空間布局優化建議

結合歷史規劃趨勢與現狀供需矛盾，本文提出校園空間布局優化的原則與重點功能用地的優化策略。

（一）校園空間布局優化的原則

1.以人為本。以服務師生、提高師生學習、生活和工作質量為功能區劃的根本宗旨，有限的空間優先服務于提高教學科研效率、提升學生居住舒適性。適度疏解主校區的教職工住宿、部分科研、后勤、產業培訓和校地合作等非核心功能，提高教學科研用地和學生公寓用地的比例，滿足未來北京大學的教學科研需求。

2.規劃前瞻。本次功能分區注重規劃的前瞻性，強調規劃彈性和規劃留白，強調與校園周邊協同規劃發展，以應對北京大學未來發展的不確定性。

3.環境育人。功能區劃秉持環境育人理念，將文化底蘊豐厚、環境優美的空間優先供應教學科研功能。

4.存量優化。在北京市全面開始瘦身健體，實施“減量發展”的大背景下，要走內涵式、高質量發展道路，將現有的教學科研區域更加集中，相關院系分別遷移到文、理科區域，形成影響力更大的教學科研區域；優化利用地下空間，結合無車校園建設，減少部分地下停車場，轉化為文化會展等其他校園功能空間。

5）服務重大戰略。空間資源優先滿足學校重大戰略的發展需求，向著交叉和前沿學科（如現代農學、雙碳戰略、人工智能等）傾斜。

（二）重點功能區空間布局優化策略

1.教學科研用地

按照用途與使用群體的區別，教學科研功能區細分為公共教學區、理工科教學科研區、人文社科教學科研區以及圖書與檔案信息區。未來可將部分向外疏解的非核心功能、規劃留白功能用地來滿足教學科研需求。

公共教學區。將南門附近原有的部分教職工住宅區調整為規劃留白功能，此類用地暫時賦予公共教學功能，未來視學校的發展需求進行功能調整。現有的公共教學功能區適度分散布局，形成多中心的功能分布，以減少高峰時段的交通擁堵，提高學住平衡性。公共教學區主要包括理科教學樓、第一教學樓、第二教學樓、南門周邊教學樓、電教樓等。

理工科教學科研區。包括理學部、信息與工程科學部、跨學科類各院系。目前主要布局于校園東側，以保留現狀為主，東門外的城環學院、工學院、物理學院可以打通形成整體園區統一管理。此外，從長遠規劃來看，本部校區繼續發展基礎文理學科，昌平新校區著重發展新工科，大興校區和懷柔校區則定位為農學軍工和大設施。

人文社科教學科研區。包括人文學部、社會科學部、經濟與管理學部各院系。目前主要向西門附近、燕園北部未名湖周邊以及學校南門周邊歷史建筑群布局，以校園的園林景觀為基礎，發揮典雅宜人環境的育人功能，建設成書院式的人文類學科教研環境。

圖書與檔案信息區。以北京大學圖書館以及沙特國王圖書館為基礎，將圖書與檔案信息功能適度集中；院系分館以存放高度專業性的圖書為重點，疏解部分空間用于其他教學科研。

2.學生公寓用地

功能區劃重點關注學生群體的需求。在空間資源受限的條件下，校園空間優先向學生傾斜，以達到教育部規定的標準生均建筑面積。同時適當騰退、調整教職工住宅，并爭取周邊的市場化資源，解決研究生的住宿問題。

西南學生生活區。本科生集中居住于西南生活區。目前已經將部分樓宇的地下后勤員工宿舍置換到圓明園校區，未來將自習區、學生交談活動區、少量體育活動設施等在此布局，為學生生活區打造良好的開放共享、交流合作氛圍。從更長遠角度來看，可以考慮將藝園、43樓等行政辦公區置換到燕園大廈，疏解出來的空間改造為學生公寓。同時完善周邊的生活服務設施，注重提高服務質量的同時適度還原校園“煙火氣”，打造舒適的本科生住宿環境。

暢春園學生生活區。將暢春園現有的教職工住宅逐步置換為學生公寓，用于解決研究生住宿問題，將研究生盡量向主校區及周邊集中（教職工住宅依靠萬柳園區和租用周邊市場化資源解決）。在擴大學生生活區規模的同時逐步完善暢春園園區內的生活服務設施，力爭達到與西南學生生活區相同的水平。

3.行政辦公用地

適度打破按職能部門進行空間劃分的傳統模式，將部分服務類行政辦公區進行整合，配套行政模式改革，提高校內窗口的服務效率，增強服務的便利性。將業務聯系緊密的行政單位適度集中化，提高部門之間的溝通和協作效率；并根據職能部門的業務特征進行合理布局，以提高服務效率。

將涉及學生服務功能的單位（如公寓中心、學工部、團委等）布局在學生宿舍區周邊；將涉及教師服務功能的行政辦公空間（如學科建設辦公室、科研部、社科部、科技開發部等）向燕園大廈集中，尤其是將服務窗口進行跨部門整合，形成第二行政中心，配合“最多跑一次”改革，提升職能部門的服務效率。

此外，可以在保持現有環境和建筑外觀的基礎上，改善內部設施，清理停放廢舊自行車或堆放雜物的地下空間，逐步開放，作為工作空間、服務設施空間等，努力提高空間的使用效率。

4.教職工居住用地

北京大學海淀主校區的教職工居住用地目前分布在學校內部的朗潤園、燕南園、校園周邊的中關園、燕東園、承澤園、蔚秀園、肖家河、燕北園、萬柳公寓等外圍地塊。

由于校內教學科研空間緊張，未來需要進一步騰退校內的教職工居住用地，向校外疏解；部分校園周邊教職工居住樓宇建設年代久遠，如中關園、燕東園、朗潤園等，需要進行立面更新、內部修繕、加裝電梯、完善配套設施等改造工程。

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本研究論文系經北京大學桐山教育基金研究資助支持

（責任編輯：趙鵬程）