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(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

一、引言

進(jìn)入知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代后,教育事業(yè)在我們國(guó)家發(fā)展中的地位更加突出,高等教育對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(shí)經(jīng)濟(jì)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(guó)民素質(zhì)的提高。自進(jìn)入21世紀(jì)以來,近些年許多高校不同程度地進(jìn)行了辦學(xué)規(guī)模的擴(kuò)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(guó)。高校校園建設(shè)滿足我國(guó)高等教育規(guī)模擴(kuò)張的需要的同時(shí),也涌現(xiàn)出諸多問題。這些問題突出反映在兩點(diǎn):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(shí)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(jìn)行高校校園規(guī)劃具有非常巨大的現(xiàn)實(shí)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(jì)單位對(duì)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(shí)和定性分析階段,大多依靠經(jīng)驗(yàn)和直覺進(jìn)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(jìn)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(duì)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(jì)還主要是依靠經(jīng)驗(yàn)作直觀的判斷,缺乏對(duì)資料、數(shù)據(jù)進(jìn)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(gè)動(dòng)態(tài)過程,隨著大學(xué)的發(fā)展,校園的功能也不斷充實(shí)和擴(kuò)展。僅靠建筑學(xué)或城市規(guī)劃理論,面對(duì)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(jìn)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(jì),核心是設(shè)施規(guī)劃與設(shè)計(jì),通過對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的各類設(shè)施、人員、物資進(jìn)行規(guī)劃,優(yōu)化人流、物流、信息流,從而有效、經(jīng)濟(jì)地達(dá)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(jì)理論[1]可對(duì)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(shí)物配送(PhysicalDistribution)”。1935年,美國(guó)的銷售協(xié)會(huì)將“實(shí)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(diǎn)到消費(fèi)地點(diǎn)流動(dòng)過程中伴隨的種種經(jīng)濟(jì)活動(dòng)”。[2]在工廠企業(yè)、交通運(yùn)輸、城市規(guī)劃、等活動(dòng)中都存在物流,廣義的物流概念可以表達(dá)為:物流是指物資或物料實(shí)體的場(chǎng)所(或位置)的轉(zhuǎn)移和時(shí)間占用,即物理流動(dòng)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(shí)現(xiàn)其使用價(jià)值。物流體系建立的好壞直接影響到企業(yè)的發(fā)展和進(jìn)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(shí)體(如學(xué)生、教師和各類信息、資源等)在校園內(nèi)流動(dòng)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(yùn)轉(zhuǎn)的前提。

2.設(shè)施規(guī)劃與設(shè)計(jì)

設(shè)施規(guī)劃與設(shè)計(jì)是工業(yè)工程的一個(gè)重要組成部分。它的任務(wù)實(shí)對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的各類設(shè)施、人員、物資進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計(jì),用以優(yōu)化人流、物流、信息流,從而有效、經(jīng)濟(jì)、安全地達(dá)到建設(shè)項(xiàng)目的預(yù)期目標(biāo)。[3]設(shè)施規(guī)劃與設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有場(chǎng)址選擇、物流分析、工廠布置、物料搬運(yùn)和貯存系統(tǒng)等。目前的設(shè)施規(guī)劃與設(shè)計(jì)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(duì)其中物流關(guān)系的認(rèn)識(shí)不夠,人們往往不是很重視設(shè)施規(guī)劃與設(shè)計(jì),設(shè)施規(guī)劃往往被建筑設(shè)計(jì)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(chǎng)等建筑物設(shè)施,學(xué)生和教師在校內(nèi)的流動(dòng)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(jì)過程來看,它具有現(xiàn)代工業(yè)工程的四個(gè)基本職能:規(guī)劃、設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)、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(jì)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(gè)學(xué)科領(lǐng)域,使一個(gè)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(duì)高校校園規(guī)劃進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)狀態(tài)的分析,對(duì)各種方案進(jìn)行比較、評(píng)價(jià)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(jìn)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(jìn)行區(qū)分,建筑物的布局往往只是按照交通流線進(jìn)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(duì)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(shí),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(shí)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(shí)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(diǎn)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(dòng)關(guān)聯(lián)性分析,通過活動(dòng)關(guān)系圖和活動(dòng)相關(guān)線圖(行為流線圖)進(jìn)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(jì)步驟進(jìn)行分析,具有很強(qiáng)的實(shí)踐性。運(yùn)用SLP法進(jìn)行總平面布置時(shí),首先要對(duì)各作業(yè)單位的相互關(guān)系進(jìn)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(yuǎn)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(shí)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(jìn)一步的修正和調(diào)整,得到可行的布置方案,最后再對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)選評(píng)估。SLP方法的流程圖如圖1所示。[6]圖1SLP方法流程圖針對(duì)學(xué)生在不同分區(qū)內(nèi)的活動(dòng)內(nèi)容,首先進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析。一般而言,高校校園內(nèi)的活動(dòng)可分為兩類:教學(xué)科研活動(dòng)和教學(xué)科研輔助活動(dòng),這兩類活動(dòng)又可再進(jìn)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(dòng)相關(guān)性的類型,確定其重要性。通常有下列活動(dòng)相關(guān)性類別:兩項(xiàng)教學(xué)科研活動(dòng)的相關(guān)性;一項(xiàng)教學(xué)科研活動(dòng)和一項(xiàng)教學(xué)科研輔助活動(dòng)的相關(guān)性;兩項(xiàng)教學(xué)科研輔助活動(dòng)的相關(guān)性。這里采取RichardMuther提供的相關(guān)程度評(píng)分等級(jí)系統(tǒng),[6]共分為六個(gè)等級(jí),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(yùn)動(dòng)區(qū)、后勤服務(wù)區(qū)、教職工生活區(qū)等類型。對(duì)各個(gè)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(jìn)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(dòng)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(dòng)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(gè)清晰的總體框架,可以在設(shè)計(jì)人員進(jìn)行各個(gè)功能分區(qū)位置確定時(shí)提供重要的參考依據(jù)。在此基礎(chǔ)上,可以進(jìn)一步整合分區(qū)內(nèi)的各項(xiàng)功能,根據(jù)其使用功能、空間特點(diǎn)、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(duì)環(huán)境要求相似的建筑單體進(jìn)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(jì)方法,但模型的應(yīng)用可以對(duì)設(shè)計(jì)工作的科學(xué)性起到補(bǔ)充作用,在面臨多方案優(yōu)選時(shí)通過定量計(jì)算得出的數(shù)據(jù)也具有很大的參考價(jià)值。

1.連續(xù)點(diǎn)校園規(guī)劃選址———交叉中值模型

連續(xù)點(diǎn)選址問題指的是在同一條路徑或一個(gè)區(qū)域內(nèi)的任何位置都可以作為地址的一個(gè)選擇。對(duì)于擬進(jìn)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(jìn)行分析,首先做如下假設(shè)(建模前提):一是校園中人流活動(dòng)是隨機(jī)的、不確定的,但是根據(jù)學(xué)校教學(xué)活動(dòng)的安排以及學(xué)生自發(fā)的課余時(shí)間安排,從某一較長(zhǎng)時(shí)間(如半學(xué)期、或一學(xué)期)內(nèi),學(xué)生的流動(dòng)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(gè)學(xué)生(k是有限正整數(shù)),每一個(gè)學(xué)生的流動(dòng)成本都可以以一種當(dāng)量物流量來表示(如耗費(fèi)的時(shí)間或者消耗的自身能量等)。如某高校擬在一個(gè)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(dá)這些學(xué)生公寓的位置,可把學(xué)生公寓看作需求點(diǎn);表2是各個(gè)學(xué)生公寓對(duì)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(gè)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(diǎn)為(xs,ys)。為了找到x方向上的中值點(diǎn)xs,從左到右將所有的Wi加起來,按照升序排列到中值點(diǎn),如表3所示。然后再?gòu)挠业阶髮⑺械腤i加起來,按照升序排列到中值點(diǎn)。從表中可以看出,從左邊開始到需求點(diǎn)A就剛好到達(dá)中值點(diǎn),而從右邊開始則是到需求點(diǎn)C到達(dá)中值點(diǎn)。從圖3中可知在需求點(diǎn)A、C之間100m的范圍內(nèi)對(duì)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(diǎn)ys。從上到下逐個(gè)疊加各個(gè)需求點(diǎn)的權(quán)重Wi,如表3所示。在考慮E、D兩個(gè)需求點(diǎn)時(shí),權(quán)重之和是9,沒有達(dá)到中值點(diǎn)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(diǎn)或者C點(diǎn)以上的位置。然后從下往上,在A和B點(diǎn)之后,權(quán)重總和達(dá)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(diǎn)或者其下的位置。結(jié)合兩個(gè)方面的限制和其相對(duì)位置,在y方向,只能選擇一個(gè)有效的中值點(diǎn)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。考慮到清真餐廳與學(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(diǎn)校園規(guī)劃選址———P-中值模型

在校園規(guī)劃設(shè)計(jì)研究中,對(duì)于某一個(gè)建筑單體或構(gòu)筑物,其實(shí)際可備選的位置往往都是有限的,因此采用離散點(diǎn)選址模型更為便捷和適用。候選方案中只有有限個(gè)元素,只需要在這有限的幾個(gè)位置中進(jìn)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(gè)給定數(shù)量和位置的需求集合和一個(gè)候選選址位置的集合下,分別為p個(gè)設(shè)施找到合適的位置并指派每個(gè)需求點(diǎn)到一個(gè)特定的設(shè)施,使之達(dá)到在需求點(diǎn)和候選選址點(diǎn)之間的運(yùn)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(gè)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(shí)際地形和校園現(xiàn)狀,可以確定4個(gè)候選地址,如圖6所示。從A、B、C、D4個(gè)候選地址到不同學(xué)生公寓的交通成本、各個(gè)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(gè)候選位置都選中,然后將每個(gè)學(xué)生宿舍指派給距離其最近的一個(gè)候選位置;(2)選擇并取走一個(gè)位置點(diǎn),滿足以下條件:假如將這個(gè)點(diǎn)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(duì)交通成本進(jìn)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?yàn)閷儆谶^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(duì)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(diǎn)校園規(guī)劃選址模型和基于P-中值算法的離散點(diǎn)校園規(guī)劃選址模型,并各自通過實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證。在當(dāng)前,我國(guó)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(jìn)行校園規(guī)劃時(shí),如何結(jié)合本校的特點(diǎn),根據(jù)國(guó)家和地方經(jīng)濟(jì)對(duì)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(duì)于一直以來偏重于依靠設(shè)計(jì)規(guī)范和主觀經(jīng)驗(yàn)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(shí)事求是,具體情況具體分析,這樣才能起到有益的補(bǔ)充和完善作用。