基于實測步行參數(shù)的天津城建大學(xué)校園人行步道優(yōu)化方案研究

管青海 吳港 邢郡 王守耕 李盼盼 李英志 時鍵

摘要：基于天津城建大學(xué)青年大學(xué)生步行特性參數(shù)，研究大學(xué)校園人行步道優(yōu)化方案。通過視頻采樣法，對1066個男生樣本，1017個女生樣本進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計分析，得到置信水平為90%的男生步幅區(qū)間為0.6m-0.9m，置信水平為90%的女生步幅區(qū)間為0.5m-0.8m，提出了 “交錯型”和 “V型”新型校園人行步道的布設(shè)方案。

關(guān)鍵詞：人行步道；步幅；步頻；數(shù)理統(tǒng)計；視頻采樣

人行步道常見在校園、公園、景點等地，既有通行作用又有休閑娛樂、裝飾美化環(huán)境的作用[1]。高校人行步道作為水泥混凝土路面的補充，以及湖邊散步休閑娛樂的林間小路，可一定程度上引導(dǎo)行人不踐踏草坪，以石板路為主的人行步道，在高校校園中較為常見。

在行人步行參數(shù)的研究中，最早的是1971年悉尼大學(xué)Henderson的研究成果：人群中單個行人的步行速度呈正態(tài)分布，人群行人平均速度為1.34 m/s [2-5]。近年來國內(nèi)外許多學(xué)者對交通樞紐、人行橫道、十字路口等不同地段進(jìn)行了人行步道鋪設(shè)研究 [6-8]，楊艷群等人對影響步幅的因素進(jìn)行了研究，并提出在大學(xué)校園內(nèi)人行步道鋪設(shè)的建議值[9]。

現(xiàn)行規(guī)范中，只有《城市綠地設(shè)計規(guī)范》（GB50420—2007）規(guī)定綠地小路的寬度不應(yīng)小于0.8 m，其他相關(guān)規(guī)范并未對這種人行步道鋪設(shè)間距及寬度等進(jìn)行規(guī)定[10-12]。

當(dāng)前校園人行步道的鋪設(shè)仍存在很多問題：人行步道的間距、寬度未充分考慮到行人的步行特性而隨意鋪設(shè)，致使行人舒適度較差，進(jìn)一步導(dǎo)致人行步道通行能力嚴(yán)重降低，也容易導(dǎo)致行人踏空，造成意外傷害及鞋子的損傷，這都大大違背其鋪設(shè)的初衷。合理設(shè)計人行步道的鋪設(shè)間距及寬度，對提高行人舒適度和保護鋪設(shè)地草坪都具有重要意義。

大學(xué)校園內(nèi)人行步道的鋪設(shè)需要充分考慮行人步行特性，為了探究適合大學(xué)生步行特點的人行步道鋪設(shè)方案，作者研究了天津城建大學(xué)校園內(nèi)大學(xué)生正常步行狀態(tài)下的步行特性，分析了大學(xué)生的步幅、步頻、步速等步行參數(shù)，并提出了人行步道新型布設(shè)方案。

1 實測步行參數(shù)統(tǒng)計值

1.1 測試方法

為了保證試驗結(jié)果的可靠性，選取了天津城建大學(xué)校園內(nèi)符合試驗要求的建園一路中的一段，本試驗段距離12m，通過此路段的人流適中。有持續(xù)人流通過試驗段時，距離試驗段10m處固定一臺運動相機，測試人員控制視頻錄制狀態(tài)，實時全景拍攝通過此路段的行人體態(tài)特征和行走狀態(tài)（見圖1），對所拍攝的視頻進(jìn)行反復(fù)觀看分析，只選取正常狀態(tài)下獨立行走且行走路線為直線的行人樣本，從大量行人樣本中剔除異常值，共篩選出了符合試驗要求的1066個男生樣本和1010個女生樣本，并對這些樣本進(jìn)行了數(shù)理統(tǒng)計分析。

1.2 統(tǒng)計結(jié)果

利用 MATLAB 和 STATA軟件對步幅、步頻和步速的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，繪制直方圖并用正態(tài)分布進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，最后進(jìn)行擬合度的檢驗。從統(tǒng)計分布圖可以看出，被測青年大學(xué)生的步速，步頻，步幅分布基本呈正態(tài)分布，得到男生的平均步幅為0.73m，女生的平均步幅為0.66m。抽樣誤差為±2.3%，置信水平為90%的男生步幅區(qū)間為0.6m-0.9m，女生步幅的區(qū)間為0.5m-0.8m。

2 校園人行步道布設(shè)方案研究

影響人行步道板寬的主要因素為大學(xué)生的鞋子尺碼，由于大學(xué)生以運動鞋為主，在調(diào)查中隨機詢問了100個行人（50男、50女）的鞋子尺碼和各種運動鞋尺碼的長度，分析認(rèn)為可取男生鞋子尺碼均值為25.5cm，相應(yīng)板寬可取35cm，可取女生鞋子尺碼均值為22.9cm，相應(yīng)板寬可取33cm。行人步行參數(shù)中，對相鄰兩板間距離影響最大的是步幅，而步頻與步速與相鄰兩板間的距離相關(guān)不大[13]。

基于步幅數(shù)理統(tǒng)計結(jié)果并考慮行人步行特點與環(huán)境相適應(yīng)度，提出了兩種新型校園人行步道布設(shè)方案。

2.1 方案一

“交錯型”校園人行步道，如圖6所示，在需要鋪設(shè)人行步道的位置鋪設(shè)兩條人行步道，兩條人行步道交錯布置。上幅路供男生行走，板寬為0.35m，中心間距為0.66m，下幅路供女生行走，板寬為0.33m，中心間距為0.66m，兩條人行步道緊密接連，錯落布置，圖6所示形式為單人單向通行，若人流量較大時，可延長寬度。此種方案較為適宜布設(shè)在具有坡度的地方，更能體現(xiàn)交錯而至、起起伏伏，與環(huán)境相適應(yīng)，及增加了校園文化特色。

該方案優(yōu)點：男女生各行其道，互不干擾，交錯布置，與自然風(fēng)景相互襯托。缺點：①當(dāng)交通量大時或者某些情況下不允許選擇合適路線時，男女生會錯走適合自己的路線，造成舒適度差。②石板的用量較大，材料利用率不高。③實用性較差，不宜大面積布設(shè)。

2.2方案二

進(jìn)一步優(yōu)化方案一，提出“V型”校園人行步道布設(shè)方案，如圖7所示，在需要鋪設(shè)人行步道的位置，用石板拼出“V”形狀，順次疊加，此種方案最大間距為1m，核心間距范圍為0.50m-0.90m，可供男女生通行。

若交通量較大時可采用組合“V型”人行步道，如圖8所示，為了更好的與環(huán)境和行人步行特點相適應(yīng)，組合“V型”人行步道可采取交叉式、橢圓式和菱形式等方式。此方案人行步道較為適宜布設(shè)在平坦的路面上。

該方案中的基礎(chǔ)“V型”樣式施工要素為兩板最大中心間距為X，板長為Y，將女生步幅區(qū)間和男生步幅區(qū)間的下限值為中間道路中心寬度，可得兩板張開夾角經(jīng)驗公式，=2arctan（X/2Y）。X在1m-1.2m時最為合適，保證該步道為三人道，可取Y為1.65m，該方案的兩板夾角設(shè)置區(qū)間可取33.8°-40°。若X，Y值繼續(xù)增大，會造成材料的浪費和與環(huán)境的不匹配。

方案二優(yōu)點：①通行方便快捷，設(shè)計新穎。②交通量大時，可快速選擇適合自己的間距行走。缺點：施工較為復(fù)雜

人行步道設(shè)計除滿足使用功能外，布設(shè)樣式應(yīng)根據(jù)不同環(huán)境選用不同的色調(diào)、不同搭配與構(gòu)圖設(shè)計，體現(xiàn)人行步道與環(huán)境的協(xié)調(diào)和融洽，襯托校園中的特色景觀，也可以根據(jù)不同的地質(zhì)、環(huán)境改變?nèi)诵胁降赖牟牧?，形式?/p>

在校園中鋪設(shè)了方案一和方案二的兩條長度為10m的人行步道試驗段，并隨機邀請男女生各20人，在人行步道上通行，通行后詢問其行走的舒適度，受試者均反映與之前校園中的人行步道相比舒適度有了大幅提升。

3結(jié)論

使用視頻采樣法獲得青年大學(xué)生步行參數(shù)，基于步行參數(shù)統(tǒng)計值研究天津城建大學(xué)校園人行步道新型布設(shè)方案。

（1）步幅：男生樣本的均值為0.73m，標(biāo)準(zhǔn)差為0.07，步幅范圍為0.6m-0.9m；女生樣本的均值為0.66m，標(biāo)準(zhǔn)差為0.07，步幅范圍為0.5m-0.8m。

（2）步頻：男生樣本的均值為1.90步/s，（下轉(zhuǎn)第頁）

（上接第頁）標(biāo)準(zhǔn)差為0.21；女生樣本的均值為1.85步/s，標(biāo)準(zhǔn)差為0.22。

（3）步速：男生樣本的均值為1.38m/s，標(biāo)準(zhǔn)差為0.21；女生樣本的均值為1.22m/s，標(biāo)準(zhǔn)差為0.21。

（4）人行步道新型方案：

①“交錯型”人行步道，男生通行段，板寬為0.35m，中心間距為0.66m，女生通行段，板寬為0.33m，中心間距為0.66m，直線、曲線鋪設(shè)均可。②“V型”人行步道，石板拼出V的形狀，順次疊加，鋪設(shè)最大間距為1m，間距范圍為0.5m-1.0m，為了更好的與環(huán)境和行人步行特點相適應(yīng)，組合“V型”人行步道可采取交叉式、橢圓式和菱形式等方式?？晒┠信ㄐ?，直線、曲線鋪設(shè)均可。

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基金項目：天津市應(yīng)用基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計劃（17JCYBJC22300）；天津市土木建筑結(jié)構(gòu)防護與加固重點實驗室開放課題基金（12030504）；天津城建大學(xué)科技成果轉(zhuǎn)化獎勵資助項目（KJZH-CA3-1744；KJZH-CB8-1724）；天津市市級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目（201710792049）.

作者簡介：

管青海（1985—）男，山東諸城人，天津城建大學(xué)講師，博士.