大數據融入城鄉總體規劃設計課程教學的探索

張小東,王彥春,常豐鎮

(塔里木大學,新疆 阿拉爾 843300)

一、前言

21世紀互聯網技術的快速發展,帶來了信息的爆炸性增長,信息快速膨脹形成了類型多、容量大、存取速度快和應用價值高的大數據,進一步引發了大數據處理與分析技術研究熱潮[1]。大數據由于涉及政府、企業和群眾等方方面面,大數據變革也引發了各行各業變革,城鄉規劃行業也不例外[2]。中共中央、國務院于2016年印發《關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》,明確提出要深入探索研究和總結大數據、移動互聯網、云計算、物聯網等現代信息技術與城鄉管理服務融合模式,提高城鄉規劃成果的科學性、精準度,實現城鄉治理能力和治理體系現代化[3]。基于此,大數據如何融入城鄉規劃設計成了亟待探索的問題。城市和鄉村作為大數據的主要產地,城鄉規劃就更離不開大數據的支撐。大數據方法作為城鄉規劃的一項新技術,可以為城鄉土地規劃成果帶來更高的精度,提升城鄉規劃成果的科學性[4]。除了傳統的定性規劃設計成果,大數據的引入還可以提供準確的數理統計分析和模型建設,為規劃編制和規劃決策提供科學依據。將定量分析與定性規劃融為一體,這也將是城鄉規劃學科發展的大趨勢。城鄉總體規劃作為城鄉規劃專業的主要核心課程之一,涉及城鄉人口、交通、經濟和環境等一系列大數據,大數據輔助城鄉總體規劃編制勢在必行[5]。由此可見,大數據為城鄉總體規劃教學的發展提供了機遇和方法,同時也向傳統城鄉總體規劃教學模式發起了挑戰。在此背景下,城鄉總體規劃教育教學如何利用大數據輔助設計也應緊跟時代步伐。

二、大數據對城鄉總體規劃設計的影響

(一)大數據在城鄉總體規劃研究中的應用

目前,大數據主要應用于城鄉國土空間開發適宜性評價和資源環境承載力評價,對規劃區域的山、水、林、田、湖等資源大數據進行匯總評價研究,結合人口容量分布,評價區域資源環境的承載力上線,以指導規劃合理的布局用地、控制人口容量,以保障規劃區域可持續發展;另外,土地資源緊缺也是城鄉經濟社會發展的痛點,合理促進土地集約化高效利用,成為城鄉總體規劃編制的共識。基于此,各地方政府在編制總體規劃前,開展了國土空間開發適宜性評價工作,對全域土地進行深入評價分類,以保障各類型土地高效利用。雙評價是大數據在城鄉總體規劃中應用的一個經典案例,在保障城鄉資源環境可持續發展的同時,也完成了國土空間開發建設目標。當然,除了上述資源型大數據,城市和鄉村還生產了交通流、知識流、資本流和信息流等區域大數據。在城鄉總體規劃編制過程中,交通流大數據可以幫助規劃師精準找出城鄉道路交通的擁堵區域和新增交通需求;知識流大數據可以輔助規劃者編制教育類基礎規劃;資本流大數據可以精準幫助城市和鄉村制定產業發展規劃;信息流大數據有助于規劃師掌握區域人口分布狀況,了解區域職住關系,合理地做出人口規劃布局及劃分城市及鄉村功能空間。總之,雙評價只是大數據在城鄉規劃中應用的開端,現實生活中各方面的城市和鄉村大數據都值得深度挖掘,并用于指導規劃編制。

(二)大數據在城鄉總體規劃編制中的實踐

傳統城鄉總體規劃定量分析主要依賴于地方統計數據、主體訪談及調查問卷數據。隨著大數據分析及可視化技術的發展,傳統地方調查數據已經無法滿足當前規劃發展的需求。手機數據、公交刷卡、社交興趣點和交通導航等大數據被挖掘出來,增進了規劃師對城鄉運作的認知,擺脫了傳統地方統計數據的束縛,規劃師可以精準、直觀和全面地描述城鄉的運作過程,有助于規劃師對城鄉問題和城鄉需求做出針對性響應,避免了不必要的、無效的規劃應對。例如,規劃師采用百度遷徙大數據刻畫城鄉間聯系網絡,用于指導區域城鎮體系規劃;采用百度熱力圖、土地出讓數據、興趣點數據(POI)和房價數據開展城鄉經濟規模和人口分布研究,用于指導城鄉總體規劃布局。上海市、常州市和深圳市等城鄉總體規劃均采用了大數據輔助設計。通過大數據的診斷分析,為城鄉總體規劃與決策提供科學依據。

三、城鄉總體規劃課程現狀問題

城鄉總體規劃課程的設計對象依然以城市中心區總體規劃設計為核心,授課內容重點關注中心城鄉總體規劃布局,授課方式采用理論講授與設計實踐相結合。前期的數據收集仍舊以城市各職能部門統計的傳統數據為主,調研對象包括住建局、自然資源局、電力局和國家發展改革委等城市行政職能部門;調研數據涵蓋人口、土地、建筑和市政等相關統計領域。規劃設計實踐對象依舊以中心城區、開發新區或者規劃新城為主;規劃內容以規劃區土地利用規劃為核心開展設計;規劃設計邏輯以人口預測推算土地供給,再到市政和設施配套規劃。但是,隨著國家提出全域國土空間整治以來,總體規劃又作為全域國土空間治理的工具,其規劃對象就不能只局限于某個城區,隨著規劃對象的范圍擴大,前期需要分析研究的區域也將隨之擴大,需要更大體量的數據分析才能精準、科學地完成全域規劃[6]。總之,傳統城鄉總體規劃設計課程存在以下不足。

(一)城鄉總體規劃缺乏大數據的知識體系

城鄉總體規劃課程并未涉及大數據知識體系,大數據采集、傳輸、處理及應用等一系列理論知識未加入城鄉總體規劃課程,導致城鄉總體規劃課程依舊采用較為原始的調查問卷數據和統計數據。傳統數據一般采用人工方式獲取,存在獲取周期長、人工成本高和覆蓋面小等局限性,也會影響規劃設計成果的科學性和時效性。大數據作為一種新的分析調研方法,對全域城鄉總體規劃編制極其重要,傳統規劃課程對其理論講授較缺乏。所以,總體規劃課程在理論講授部分需要加入大數據的基礎知識,以便學生在規劃設計過程中主動運用大數據解決城鄉問題。

(二)城鄉總體規劃缺乏大數據的分析及可視化方法

城鄉總體規劃課程數據處理軟件仍然以CAD、Excel等軟件為主,數據分析方法較簡單,多數以定性分析為主,很少涉及大數據分析方法。大數據主要分析方法有回歸分析、對比分析、預測分析等。完成這些分析方法的主要軟件有SPSS、GIS、Python等,除了通過大數據分析發現城鄉問題,還需要將其可視化,作為發現城鄉問題和總體規劃設計成果的科學依據,以保障城鄉問題在總體規劃過程中得到解決回應。

(三)城鄉總體規劃缺乏大數據的實踐鍛煉

傳統的城鄉總體規劃課程設計主要表現為就設計論設計,極少學生關注阻礙城鄉發展的關鍵問題,大部分學生不在意規劃是否能解決城鄉發展存在的問題,也不對城鄉可持續發展進行評估,導致很多學生養成了浮于表面的規劃設計態度,不用科學的眼光去深入挖掘城鄉發展問題。當然,深度挖掘城鄉發展問題需要充足的大數據知識和技術儲備,對于初學者來說很容易放棄技術攻關,進而選擇簡單的數據和傳統數據分析方法,做一個平庸的設計。顯然,需要課程教學環節正確的引導,才能在實踐鍛煉環節落實大數據的應用。

四、大數據融入城鄉總體規劃課程教學的改革思路

(一)融入總體規劃課程,構建大數據教學體系

首先,依據總體規劃設計課程的階段性目標調整教學大綱的教學目標,融入課程各階段的大數據運用教學目標。制定總體規劃設計各階段需要大數據輔助的詳細內容,建立好總體規劃設計與大數據運用的邏輯關系,并明確總體規劃設計階段性成果需要相應的大數據分析支撐,以保障階段性設計成果的精準和科學性。在修訂教學大綱的教學目標時,需要強調大數據對城鄉總體規劃設計思維形成產生的路徑以及創新設計思維在成果中的可視化表達。然后,結合既定教學目標,做好相應的課前準備,制定好大數據輔助總體規劃設計課程改革策略(表1)。教師需要結合課程各設計階段,準備充足的教學設備、教學大數據和教學案例,以應對各個設計環節的實踐教學需要。對于初學者來說,大數據運用要求不宜過高,以調度學生學習興趣為主。需要任課教師對課程各階段數據運用難易程度進行設定,做好相應的調整方案。明確各總體規劃設計各階段大數據的運用要求,并提供大數據獲取、處理和分析的方法,以保障大數據運用不偏離教學目標。以2020級本科生城鄉總體規劃設計課程“阿克蘇地區基礎設施總體規劃”設計實踐操作為例,教師需要提前預演各個設計環節需要的基礎設施大數據,掌握阿克蘇地區基礎設施大數據的獲取渠道、處理方法和分析工具,分階段引導學生學習和運用大數據來完成基礎設施總體規劃設計成果,并建構于GIS系統之中[7]。同時,除了提供必要的大數據,教師在課程教學過程中可以適當引導學生挖掘互聯網大數據,以拓寬學生使用大數據的局限性[8]。最后,通過課程評價和反饋環節,了解教師教學中存在的問題及學生在理解和操作上的困難,提出針對性合理化的改進建議[9]。采用問卷對學生大數據使用感受、難易度和設計思維影響進行調研分析,及時反饋問題,調整不符合實際的教學內容、教學目標和教學環節。

表1 大數據輔助總體規劃設計課程改革策略

(二)加強學科交叉,創新大數據教學方法與手段

堅持理論聯系實際、數據指導設計的教學方法,將大數據診斷城鄉問題引入課堂,提高學生發現問題、分析問題和解決問題的能力[10];堅持現代與傳統教學手段相結合,加強學科交叉,引入統計學、經濟學等相關學科分析方法,盡可能邊演示邊講解,化繁為簡,提高學生的學習興趣;注重應用討論式和案例式教學方法,引導學生積極思考分析問題,拓展學生的思維;注重大數據分析教學,大力培養學生動腦、動手、獨立解決問題的能力。

第一,采用案例式教學。結合本門課程教學內容多、大數據分析及可視化復雜、設計對象抽象而難以理解、圖紙可視化表達多等特點,課程運用案例法(表2)進行教學理論的講解。通過列舉大量數據分析實例和科研案例來充實教學內容,調動學生運用大數據的積極性和興趣,同時加強學生對理論部分的理解。此外,以組為對象開展案例分析交流匯報,要求學生挖掘大數據運用對標案例,結合本課程規劃設計對象,要求學生收集對標案例,分析案例相關數據處理方法及其規劃設計過程,并進行PPT講解和展示。一方面,學生可以學習大數據運用的基本思路;另一方面,學生學習大數據在規劃設計中的應用和分析方法,掌握大數據技術及其方法,從而激發學生對本課程的學習興趣,拓展學生本專業學術科研前沿的知識面,提升學生的團隊協作能力,鍛煉學生用大數據解決城鄉發展問題的能力。

表2 案例式教學活動方案

第二,采用討論式教學法。教師在課下布置作業,讓學生查閱文獻,分析文獻中所采用的數據處理和規劃設計方法,并審核其是否使用合理;然后在課堂上進行講解、分析和討論。通過辯論、評價、提出疑問等互動教學方法,引導學生思考,保障學生掌握大數據運用的關鍵步驟,提高主動學習的熱情和科研興趣。

第三,充分利用各類網絡教學資源平臺。充分利用互聯網大數據教學資源,搭建大數據網絡教學服務平臺,給學生提供大數據交互式學習環境,讓學生在業余時間學習大數據獲取、分析與應用的優秀教學視頻。讓學生結合自己規劃設計方向尋找最新的大數據分析方案,培養學生分析城鄉問題、解決城鄉問題的創新能力。學生通過查詢案例,了解本門課程的大數據輔助規劃設計方法,促進規劃設計理論的學習和吸收,增強學生設計成果科學性的同時,培養了學生的科研意識。

第四,教師可以通過大數據技術實現學生設計成果個性化教育,如,采用雨課堂、問卷等大數據技術,關注學生在規劃設計過程中的多方位表現,發掘學生在使用大數據時的主要興趣點,針對學生的興趣點開展因材施教,在大數據講解過程中,對學生注意的數據和方法進行重點講解。

(三)增強實踐鍛煉,融入大數據挖掘城鄉發展問題

鑒于計算機數據處理軟件的不斷開發和更新,增加軟件應用的課時量和上機實驗課時,指導學生熟練使用Excel 和Python等數據獲取、處理和分析軟件,并將統計數據和分析數據的SPSS、Matlab、ArcGIS等新穎軟件引入,通過課堂上機實操訓練,增強學生使用大數據的實踐能力,使學生在理解數據分析知識點的同時,能夠真正應用相關軟件對大數據進行處理和可視化表達,以達到提升學生數據處理和分析研究能力的目標(表3)。在城鄉總體規劃課程各環節融入大數據實踐訓練內容,以小作業方式開展大數據分析與應用,增強實踐鍛煉,引導學生在規劃設計各環節采用相應大數據挖掘城鄉發展問題,針對問題制定相應的規劃設計策略,以達到解決城鄉發展問題的目標。

表3 課程培養能力目標與上機操作內容

五、結語

面對國土空間總體規劃實踐的精細化管理和數字化設計的新要求,大數據為城鄉總體規劃設計改革帶來了新機遇,也為城鄉發展問題研究提供新可能,大數據能精準地覆蓋到區域個體,為宏觀規劃深入微觀分析提供路徑,為城鄉總體規劃設計解決城鄉問題提供科學的依據。當然,大數據分析與運用還處在起步階段,隨著互聯網、物聯網、智慧化和信息化等領域的快速發展,大數據也會被城鄉規劃廣泛應用,城鄉總體規劃教學改革也需要與時俱進,加快改革速度,培養更多更好的城鄉規劃人才,才能滿足國土空間治理能力現代化的時代訴求。