校园土地利用结构和空间布局优化研究——以北京大学燕园校区为例

唐 琳 汪 涵 张家瑞 唐伽拉 陈 杰

校园土地利用结构和空间布局优化研究——以北京大学燕园校区为例

唐 琳 汪 涵 张家瑞 唐伽拉 陈 杰

[北京大学]

针对校园空间现状问题，本研究结合北京大学发展的实际发展需求，首先从历史角度结合GIS等空间分析和可视化手段分析比较历次校园规划用地结构的变化，总结学校发展趋势和内在要求；进一步地，基于百度热力图大数据等定量方法，从功能布局、空间资源利用等角度，结合供给和需求分析校园空间布局的矛盾及形成机制；最后，提出北京大学燕园校区空间功能提升的针对性和组合性策略，并以期为其他高校校园功能优化提供借鉴。

校园规划；空间布局优化；热力图；空间可视方法

一、引言

北京大学是具有百年历史的名校，今日的北京大学海淀本部校区是在原燕京大学基础上经过七十余年的扩建发展而形成的。上世纪20-30年代由美籍建筑师亨利·墨菲规划设计的燕京大学校园奠定了现北京大学海淀本部校区的雏形，1953-1957年北京大学根据院系调整时城建部民用设计院提出的扩建方案，向东扩建了教学区，向南新建了学生宿舍区，同时在中关园建造了一批临时性教职工住宅。上世纪80-90年代，依据1979年北大总体规划草案，学校进行了新教学楼群、东西部学生宿舍和西部住宅区的扩建，并在燕园校园内部建设了部分的学生活动和服务设施，在校园周边建设了大量的教职工住宅。2004年和2017年北大又进行了两次校园规划，实现了校园环境综合改进。2019年北大启动建设昌平新校区和怀柔多模态跨尺度生物医学成像设施工程，进一步缓解了校园用地面积严重不足的问题，但是作为学校发展根本依托的燕园主校园，仍然面临空间资源受限的瓶颈性问题。尤其是在北京大学未名湖燕园建筑被列入第五批全国重点文物保护单位后，使得大部分建设只能集中在未名湖以南的地区，导致教学科研用房、学生宿舍密度过高，给校园规划和学校发展带来了极大困难。同时，本部校区四周的城市建设也限制了校园地域的进一步扩展：南边有北四环，北部有圆明园遗址公园，东部为清华大学校园，西边有城市主干道。本部校区几乎没有再发展的腹地，北大的建设发展受到了较大的影响。

随着昌平新校区建设和周边部分产业空间的收回，为燕园校区的空间优化调整提供了难得的契机，本研究将在历史和现状分析的基础上，尝试提出合理的调整与优化建议。

二、国内外研究现状

国内外学者在校园规划、功能布局等领域进行了模式和理念层面的初步探索，发现校园规划与校园空间环境常呈现出一定的阶段性变迁。校园规划的编制多由单一自上而下的过程转变为兼顾学校意志与师生诉求这种自上而下与自下而上结合的过程[1]；校园功能的布局多体现为由早期的功能区划演变为组团构建[2]；校园空间的形态多由碎片化不断整合直至一体化[3]；校园与周边环境的关系也自孤立逐渐过渡为有机融入[4]。上述规划与空间组织模式的转变与规划理念的持续变迁密不可分，规划理念的升级在校园空间布局调整中始终发挥着至关重要的引领和驱动作用。早期的校园规划多源自粗放式发展背景下的城市功能分区思想，规划者常自上而下、主观地赋予不同地块专业化的功能。但随着校园功能的复杂多样化、人口密度的提高、人地关系的不断紧张，传统规划思路的局限性逐渐显现。以此为背景，空间集约利用、以人为本、生态共享等校园规划新理念逐渐深入人心。[5,6]

在校园空间布局优化的实践应用上，近年涌现了一系列新的技术方法。技术方法的创新离不开数据获取能力的提升和获取手段的多样化。在传统的统计和调查资料的基础上，相关研究探索并尝试GPS定位数据[1]、监控视频资料[7]、学生卡刷卡数据[8]、WIFI连接数据[9]等用于人群行为特征和日常生活轨迹的分析的数据，从而能够从需求端总结不同人群的行为模式，进而深入探究行为差异所反映出的多样化需求，并为校园规划提供参考。此外，大数据、遥感等技术的发展也为从历史视角分析校园空间形态变迁带来了更多可能性。[10]利用遥感影像数据和大数据可视化技术，结合校园历次规划和土地利用情况进行比对分析，能够更直观、清晰地反映校园空间功能的历史演变。[11]同时，基于多源大数据构建的大数据分析框架，以及校园规划支持系统等，能够为校园功能优化、规划评估和管理提供实时的数据反馈，从而有效支撑智慧校园建设和高校的智慧化管理。[12-13]整体而言，在校园规划研究领域存在定性方法和定量方法结合的趋势，方法的革新推动着研究内容的不断深化和规划策略的精细化。[14]

相关研究针对校园功能布局的共性和个性问题，也给出了有针对性的解决策略。当土地资源约束不断强化，传统的功能区划方法导致的空间低效利用问题也凸显出来。[15]为提高空间资源利用效率、激发校园活力，除了打破传统区划思想、追求小空间尺度上的功能完善（组团）以外，因地制宜地结合学校发展脉络和学科特色，在不同尺度上优化空间结构、完善空间流线组织、完善复合功能，也是行之有效的存量改造路径。[5,16,17]基于以人为本的规划思想，从不同师生群体的差异化需求出发，进行校园建成环境的精细化改造，提高空间品质、优化生态景观、提升步行便利性与舒适性等，将能够有效提高师生的校园学习生活体验，进而服务于高校人才培养的核心任务。[18-19]

国内外相关领域的研究在理念、方法和实践上的系列探索有效推动了规划的精细化、深入化，但在完善体系、有效对接现实需求等方面仍存在不足。本研究探索将大数据等新技术手段与传统分析方法结合的路径，并将相关技术手段在方法论层面进行体系化的整合，对于服务新时代校园规划具有重要意义，并针对北大燕园校区的空间优化问题，给出理念深入、方法完善、实践可操作性强的系统解决策略，进行实现由北京大学向全国高校推广的目标。

三、土地利用结构演变分析

从历史角度结合GIS[20]等空间分析手段分析比较历次校园规划用地结构的变化，可以更全面系统的了解校园空间变化的趋势，为后续的规划设计提供有力参考。本研究对2004和2016年的北京大学燕园校区内共176.5公顷土地的利用结构（图1）进行对比分析，通过比较校园土地利用结构的变化趋势从而发现学校发展趋势和内在要求。

从各土地类型的面积及比重来看：2004年，公共绿地、教职工居住用地和教学科研用地的面积比例最高，3类用地的面积之和占校园总面积的59.22%；到了2016年，公共绿地和教学科研用地面积依旧最高，其面积之和占校园总面积的58.36%，但教职工居住用地面积大幅度缩减，减幅达到51%。再从变化情况来看：教职工居住用地、行政办公用地、文化交流用地、后勤保障设施用地和科学园区用地面积减少，其他类型面积均有不同幅度地增加，面积增加最多的为学生公寓用地，这表明随着招生规模的扩大，学生公寓的需求量激增。同时，校园内的公共绿地仍然维持了较大的面积占比，这是为了防止生态环境恶化，学校极其重视对校园绿地用地的保护和塑造。最后从面积比例来看：增幅最高的是学生公寓用地，增幅达到84%。为更加详细的说明各种类型用地的变化状况及背后的原因，本研究对四种主要类型的用地进行了单独列举。

（一）教学科研用地

图2 北京大学燕园校区教学科研用地变化情况

2004至2016年间，教学科研用地由28.23公顷上升至31.2公顷，于校园面积中的占比由15.99%上升至17.68%，新规划的教学科研用地主要为原来的待建设用地和教职工住宅用地转化得来（图2）：承泽园由教职工住宅用地变为国家发展研究院用地；民主楼和化学北楼由行政办公用地分别变为外国语学院用地和国际汉学家研究基地；红一楼-红六楼由行政办公用地变为考古、艺术等院系用地；镜春园由行政办公用地变为数学国际中心用地；未名湖东侧建设用地新建文科教学楼群、光华学院新楼、经济学院大楼、政管学院大楼、法学院大楼、环境科学与工程学院大楼等教学办公楼；东门轴线两侧新建理科教学楼、生命科学教学楼，往南新建第二教学楼；南门轴线两侧将原来的教职工住宅用地、学生宿舍用地改为新闻与传播学院大楼、对外汉语学院大楼、教育学院大楼等教学办公用地；东门外新建化学学院大楼、城市与环境学院大楼、工学院大楼等教学办公楼；燕南园东侧的原医疗卫生用地变为综合科研楼、实验设备二号楼、核磁共振中心等科研用地。

产生变化的原因如下：一方面，由于教学科研的需要，院系数量有所增加，新建设的院系亟需新的教学办公场所，另外化学与分子工程学院、环境科学与工程学院、城市与环境学院等也纷纷迁入新教学楼来改善教学办公条件；另一方面，十几年来国家强有力的扶持基础科学领域，北京大学作为国内高校的排头兵建成了一批国家重点实验室、基础科学中心等；另外，北京大学于肖家河附近建设了教职工住宅，转移腾置了一批教职工住宅用地，这批教职工住宅用地部分被用来作为教学办公场所。这一用地变化体现了北京大学对教学科研的投入、对学科发展的重视。

（二）学生公寓用地

图3 北京大学燕园校区学生公寓用地变化情况

2004至2016年间，学生住宿用地由9.16公顷上升至16.84公顷，占比由5.19%上升至9.54%，新规划的学生住宿用地主要为原来的待建设用地、教职工住宅用地及文化交流用地转化得来（图3）：畅春园由教职工住宅用地变为学生住宿用地；勺园由文化交流用地变为学生住宿用地；成府路南侧建设用地建成中关新园，为学生住宿用地；南门轴线东侧将原来的学生宿舍用地改为新闻与传播学院、对外汉语学院、教育学院等教学办公用地。

产生这些变化的原因如下：北京大学作为中国高等教育最高学府，在过去十年不断扩大办学规模，客观需要更多的学生宿舍；随着研究生的扩招政策，北京大学的硕博生比例不断上升，客观需要更多的宿舍面积；北京大学的国际影响力不断提高，越来越多的海外学子前来求学，需要建设一定规模的留学生住宿区。这一变化体现了北京大学办学规模的扩大以及国际影响力的提高、体现了学校以学生为本的教育方针。

（三）行政办公用地

图4 北京大学燕园校区行政办公用地变化情况

2004至2016年间，行政办公用地由2.72公顷下降至1.29公顷，占比由1.54%下降至0.73%，新的行政办公用地为原待建设用地、教学科研用地及教职工住宅用地转化得来，减少的行政办公用地主要改为教学科研用地（图4）：红一楼-红六楼由行政办公用地变为教学科研用地；化学南楼由教育科研用地变为行政办公用地；西南门附近及五四操场东侧建设用地建成43号楼及燕园大厦，为行政办公用地；怀宁园改为教育基金会办公用地。

行政办公用地面积虽然下降，但通过建设43号楼及燕园大厦等高密度现代建筑，建筑面积反而得到了提升，将行政办公集中起来不仅利于各部门协力合作，更为学校的其他功能腾让了大量建设用地。

（四）教职工居住用地

图5 北京大学燕园校区教职工居住用地变化情况

2004至2016年间，教职工住宅用地面积由30.08公顷下降至14.67公顷，占比由17.04%下降至8.31%，教职工住宅用地主要转化为教学科研用地、学生住宿用地（图5）：畅春园变为学生住宿用地；承泽园变为国家发展研究院教育科研用地；中关村北大街东侧住宅区变为教育科研用地；南门轴线西侧住宅区改为新闻与传播学院、对外汉语学院、教育学院等用地；燕南园大部分改为人文社科办公用地；镜春园及朗润园改为教育科研用地。

产生这些变化的原因如下：根据“双一流“建设工作内在要求，北大在过去十几年里不断强调精细化管理，教职工人数也随之上升，校内原有的教职工住宅楼建设年代久远，很难满足教职工群体的生活需求，且校园内住宅楼受限高等因素影响，容积率偏小以致浪费了大量校园用地，北京大学在校外建设了如肖家河住宅小区等教职工住宅区，这大大缓解并优化了教职工住宿问题。这一变化符合北京大学优化教职工居住环境、整合校园用地的需求。

四、校园功能布局供需层面分析

在校园用地结构历史分析的基础上，本研究试图从现状功能布局、空间资源利用等角度，结合供给和需求分析校园空间布局的矛盾及形成机制，以现有供需的差距分析目前校园功能布局调整的内在要求。

（一）供给层面特征

本研究中校园功能布局供给主要关注校园内部各区域的现有建筑物面积，根据《北京大学海淀本部校区总体规划（2016-2030）》的近期建设图，将燕园校区划分为大大小小共计98个地块，根据学校公用房系统搜集汇总各个地块内所有建筑物的建筑面积。采用专业三维建模软件Rhino[21]对各个地块的建筑面积进行可视化建模，柱状体高度即对应建筑面积大小，建筑面积客观反映了地块内的可承载的功能量级。

图6 北京大学燕园校区建筑面积分布图

校园建筑面积分布图中（图6）的红色虚线区是各个校园地块的分界线，橙色柱状体代表对应地块内部的所有建筑物面积之和，观察该图可发现北京大学燕园校区内建筑物面积整体呈西北少、东南多的状况；校园内建筑面积分布最密集的区域为燕园南部学生宿舍区、勺园—畅春园学生宿舍区、中关新园公寓区几大学生住宿区，其次为理科教学楼区、图书馆、文科教学楼区几大教学科研区，最后是未名湖、燕南园、蔚秀园等几大历史文化区。

（二）需求层面特征

本研究中校园功能布局供给主要关注校园内部人流热力图，客观反映不同时间点人群对于校园的使用状况与使用强度。人流热力图是一种通过不同颜色来表现一定区域内人流量大小的分析图，颜色色调越冷表示区域内的人流量越小。本文以百度公司后台端口为基础统计实时行人数据，并使用爬虫框架Scrapy[22]来获取校园内学生用户的终端连接信息，它可以反映地块上各个位置上的实时人流量。通过在百度地图中选取包含北京大学燕园校区的一块矩形地块，收集该地块上能显示热力的数据（以2023年2月22日来代表工作日、2月25日代表休息日，然后分别收集8点、12点、16点、20点中的数据，表现不同时间段的状态）；使用GIS软件将收集到的数据按日期、时间进行分类并整理列表，供后续可视化使用；按照热力图算法生成这两天的四个时间点共计8张热力图，再叠加地图底图，得到了既包含热力关系、又包含地图信息的校园热力地图（图7、图8）。

对不同时间点的人流热力图进行对比分析可以发现：上午8点，北大燕园校区的人流集中在燕园南部学生宿舍区、学一食堂、家园食堂、农园食堂、畅春园学生宿舍区等地；而在中午12点，宿舍区的人流转移到理科教学楼、北部人文社科教学楼区、图书馆等区域；下午16点，图书馆、体育区、校东门人流量增大；晚上20点，各地区人流量均有下降，宿舍区人流量较下午增长；除下午4点外，西校门及其附近的办公楼、民主楼等地人流量均较低，除早上8点外，燕南园大部分区域人流量较低，而在未名湖、鸣鹤园、朗润园、镜春园等校园北部区域，蔚秀园、承泽园等校园西部区域，燕东园、燕南园东北部等地，几乎没有人流量较大的情况发生。

图7 2023年2月22日（工作日）8点、12点、16点、20点人流热力图

图8 2023年2月25日（休息日）8点、12点、16点、20点人流热力图

对不同日期的人流热力图进行叠加对比分析，可以发现：休息日在教学楼区域、图书馆的人流量远少于工作日的，但在燕南园、承泽园等地的人流量略大于工作日的；无论是休息日还是工作日，宿舍区与食堂区都是人流集中地区，而未名湖、五四体育场、鸣鹤园、朗润园、镜春园、蔚秀园的人流一直都相对分散。

（三）供需差距分析

将建筑面积分布图分别叠加工作日与休息日的人流热力图（图9），得到了既包含人流量又包含建筑面积的分析图，可以直接分析得到同一地块上人流量与建筑面积的关联程度，为校园规划建设、校内人流疏导提供客观数据支撑，进而可以提出有效的校园规划建议。

对比观察两张分析图可以发现：北大燕园校区内部人流量密集区域基本与建筑面积主要分布区域重合；在承泽园、燕东园、朗润园、鸣鹤园东侧、勺园东侧、五四体育场、王克桢大厦、中关新园有较大的可使用建筑面积，但这些地点的人流量没有到达与面积匹配的密度，未来可以进一步考虑有针对性的功能疏导；东门两侧、西门与蔚秀园交接地区有较大的人流量但缺少相匹配的建筑面积，其压力主要来源于游客来访需求，可以在周边建设服务管理设施。

五、校园空间布局优化建议

结合历史规划趋势与现状供需矛盾，本文提出校园空间布局优化的原则与重点功能用地的优化策略。

（一）校园空间布局优化的原则

1.以人为本。以服务师生、提高师生学习、生活和工作质量为功能区划的根本宗旨，有限的空间优先服务于提高教学科研效率、提升学生居住舒适性。适度疏解主校区的教职工住宿、部分科研、后勤、产业培训和校地合作等非核心功能，提高教学科研用地和学生公寓用地的比例，满足未来北京大学的教学科研需求。

2.规划前瞻。本次功能分区注重规划的前瞻性，强调规划弹性和规划留白，强调与校园周边协同规划发展，以应对北京大学未来发展的不确定性。

3.环境育人。功能区划秉持环境育人理念，将文化底蕴丰厚、环境优美的空间优先供应教学科研功能。

4.存量优化。在北京市全面开始瘦身健体，实施“减量发展”的大背景下，要走内涵式、高质量发展道路，将现有的教学科研区域更加集中，相关院系分别迁移到文、理科区域，形成影响力更大的教学科研区域；优化利用地下空间，结合无车校园建设，减少部分地下停车场，转化为文化会展等其他校园功能空间。

5）服务重大战略。空间资源优先满足学校重大战略的发展需求，向着交叉和前沿学科（如现代农学、双碳战略、人工智能等）倾斜。

（二）重点功能区空间布局优化策略

1.教学科研用地

按照用途与使用群体的区别，教学科研功能区细分为公共教学区、理工科教学科研区、人文社科教学科研区以及图书与档案信息区。未来可将部分向外疏解的非核心功能、规划留白功能用地来满足教学科研需求。

公共教学区。将南门附近原有的部分教职工住宅区调整为规划留白功能，此类用地暂时赋予公共教学功能，未来视学校的发展需求进行功能调整。现有的公共教学功能区适度分散布局，形成多中心的功能分布，以减少高峰时段的交通拥堵，提高学住平衡性。公共教学区主要包括理科教学楼、第一教学楼、第二教学楼、南门周边教学楼、电教楼等。

理工科教学科研区。包括理学部、信息与工程科学部、跨学科类各院系。目前主要布局于校园东侧，以保留现状为主，东门外的城环学院、工学院、物理学院可以打通形成整体园区统一管理。此外，从长远规划来看，本部校区继续发展基础文理学科，昌平新校区着重发展新工科，大兴校区和怀柔校区则定位为农学军工和大设施。

人文社科教学科研区。包括人文学部、社会科学部、经济与管理学部各院系。目前主要向西门附近、燕园北部未名湖周边以及学校南门周边历史建筑群布局，以校园的园林景观为基础，发挥典雅宜人环境的育人功能，建设成书院式的人文类学科教研环境。

图书与档案信息区。以北京大学图书馆以及沙特国王图书馆为基础，将图书与档案信息功能适度集中；院系分馆以存放高度专业性的图书为重点，疏解部分空间用于其他教学科研。

2.学生公寓用地

功能区划重点关注学生群体的需求。在空间资源受限的条件下，校园空间优先向学生倾斜，以达到教育部规定的标准生均建筑面积。同时适当腾退、调整教职工住宅，并争取周边的市场化资源，解决研究生的住宿问题。

西南学生生活区。本科生集中居住于西南生活区。目前已经将部分楼宇的地下后勤员工宿舍置换到圆明园校区，未来将自习区、学生交谈活动区、少量体育活动设施等在此布局，为学生生活区打造良好的开放共享、交流合作氛围。从更长远角度来看，可以考虑将艺园、43楼等行政办公区置换到燕园大厦，疏解出来的空间改造为学生公寓。同时完善周边的生活服务设施，注重提高服务质量的同时适度还原校园“烟火气”，打造舒适的本科生住宿环境。

畅春园学生生活区。将畅春园现有的教职工住宅逐步置换为学生公寓，用于解决研究生住宿问题，将研究生尽量向主校区及周边集中（教职工住宅依靠万柳园区和租用周边市场化资源解决）。在扩大学生生活区规模的同时逐步完善畅春园园区内的生活服务设施，力争达到与西南学生生活区相同的水平。

3.行政办公用地

适度打破按职能部门进行空间划分的传统模式，将部分服务类行政办公区进行整合，配套行政模式改革，提高校内窗口的服务效率，增强服务的便利性。将业务联系紧密的行政单位适度集中化，提高部门之间的沟通和协作效率；并根据职能部门的业务特征进行合理布局，以提高服务效率。

将涉及学生服务功能的单位（如公寓中心、学工部、团委等）布局在学生宿舍区周边；将涉及教师服务功能的行政办公空间（如学科建设办公室、科研部、社科部、科技开发部等）向燕园大厦集中，尤其是将服务窗口进行跨部门整合，形成第二行政中心，配合“最多跑一次”改革，提升职能部门的服务效率。

此外，可以在保持现有环境和建筑外观的基础上，改善内部设施，清理停放废旧自行车或堆放杂物的地下空间，逐步开放，作为工作空间、服务设施空间等，努力提高空间的使用效率。

4.教职工居住用地

北京大学海淀主校区的教职工居住用地目前分布在学校内部的朗润园、燕南园、校园周边的中关园、燕东园、承泽园、蔚秀园、肖家河、燕北园、万柳公寓等外围地块。

由于校内教学科研空间紧张，未来需要进一步腾退校内的教职工居住用地，向校外疏解；部分校园周边教职工居住楼宇建设年代久远，如中关园、燕东园、朗润园等，需要进行立面更新、内部修缮、加装电梯、完善配套设施等改造工程。

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本研究论文系经北京大学桐山教育基金研究资助支持

（责任编辑：赵鹏程）