基于PCA的寒地商業(yè)步行街活力因子研究

馬薈欽， 畢冰實(shí)， 陳劍飛，

（1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院，寒地城鄉(xiāng)人居環(huán)境科學(xué)與技術(shù)工業(yè)和信息化部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150006；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，哈爾濱 150090）

0 引言

2018年，商務(wù)部發(fā)布《商務(wù)部辦公廳關(guān)于推動(dòng)高品質(zhì)步行街建設(shè)的通知》，標(biāo)志著以品質(zhì)提升為目標(biāo)的商業(yè)步行街升級(jí)改造計(jì)劃全面啟動(dòng)。商業(yè)步行街是指經(jīng)過(guò)交通管制或者改造形成的商業(yè)步行街區(qū)［1］，是城市活力的聚集場(chǎng)所。綜觀國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，當(dāng)下對(duì)于寒地城市公共空間、商業(yè)步行街的空間活力影響因素研究已取得一定成果［2-5］，但仍缺乏對(duì)“一年中日均氣溫在0℃以下的時(shí)間連續(xù)三個(gè)月以上”的寒地城市商業(yè)步行街的相關(guān)研究。由于氣候條件和城市經(jīng)濟(jì)條件的限制，寒地商業(yè)步行街面臨活力不足、消費(fèi)者流失的現(xiàn)狀，在“消費(fèi)升級(jí)、存量更新”的背景下，如何從人本視角出發(fā)，提振寒地商業(yè)步行街空間活力，滿足使用者需求，打造高品質(zhì)城市名片，是亟待思考和解決的問(wèn)題［6］。文中以位于寒地城市哈爾濱的中央大街為例，展開(kāi)實(shí)地調(diào)研并收集空間環(huán)境數(shù)據(jù)和步行者行為數(shù)據(jù)，利用主成分分析法對(duì)復(fù)雜變量進(jìn)行降維，總結(jié)分析出不同寒地商業(yè)步行街空間環(huán)境要素對(duì)空間活力的影響，提取出寒地商業(yè)步行街空間活力因子，為寒地城市商業(yè)步行街空間環(huán)境設(shè)計(jì)研究提供重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 研究對(duì)象概況與數(shù)據(jù)采集

1.1 研究方法

主成分分析法（PCA）是一種數(shù)據(jù)分析的技術(shù)，主要思想是將高維數(shù)據(jù)投影到較低維空間，提取多元事物的主要因素，揭示其本質(zhì)特征［7］。已有學(xué)者將其運(yùn)用到建筑與城市空間的相關(guān)研究中，例如日本學(xué)者柳沢吉保等利用主成分分析法，研究了長(zhǎng)野市善光寺表參道的步行空間滿意度潛在影響因素，孫莞等利用主成分分析法研究了嚴(yán)寒城市景觀使用影響因子，均具有較高參考價(jià)值［8，9］。

1.2 哈爾濱中央大街概況及調(diào)研區(qū)域選取

哈爾濱位于我國(guó)東北地區(qū)，以熱工設(shè)計(jì)規(guī)范中的中國(guó)建筑氣候區(qū)劃圖為基礎(chǔ)，屬于典型的寒地城市。中央大街是哈爾濱地標(biāo)性的商業(yè)步行街，全長(zhǎng)1450m，至今仍保存著具有濃厚歐式特色的若干歷史建筑，步行街業(yè)態(tài)布局集中［10］，且實(shí)行交通管制，有利于排除服務(wù)人群和機(jī)動(dòng)車輛的干擾，將研究集中于以步行為載體的行人活動(dòng)，便于后續(xù)研究的展開(kāi)。文中將中央大街主街道細(xì)分為4個(gè)街段。A：經(jīng)緯街至西十三道街；B：西十三道街至西七道街；C：西七道街至西二道街；D：西二道街至中央大街與防洪紀(jì)念塔廣場(chǎng)前交叉口處（萬(wàn)達(dá)影城主入口處）。

需要說(shuō)明的是，雖然過(guò)往針對(duì)中央大街的空間環(huán)境研究多集中在經(jīng)緯路至友誼路，但由于友誼路至中央大街與防洪紀(jì)念塔廣場(chǎng)前交叉口路段存在地下步行通道進(jìn)行連接，仍然能與前置街段形成連續(xù)的步行體驗(yàn)，且能觀測(cè)到較為豐富的步行者行為活動(dòng)，具有活力因子的觀測(cè)和分析價(jià)值，因此文中將其納入研究范圍內(nèi)。綜上所述，文中所提及的各街段位置示意如圖1所示，空間環(huán)境特征如表1所示。

圖1 細(xì)分樣本街段示意圖

表1 各街段空間環(huán)境特征

1.3 步行者活動(dòng)數(shù)據(jù)收集

1.3.1 步行者活動(dòng)類型劃分

步行者在寒地商業(yè)步行街中的活動(dòng)由多種活動(dòng)狀態(tài)的接續(xù)過(guò)程組成，伴隨著一定的目的性。根據(jù)揚(yáng)·蓋爾的觀點(diǎn)，人的戶外活動(dòng)可以分為必要性活動(dòng)、自發(fā)性活動(dòng)、社會(huì)性活動(dòng)［11］。

基于上述理論依據(jù)，文中根據(jù)寒地商業(yè)步行街中步行者活動(dòng)的特征，結(jié)合實(shí)地調(diào)研，將步行者活動(dòng)分為三種類型，①通勤活動(dòng)（穿行、路過(guò)等）；②商業(yè)活動(dòng)（觀望、排隊(duì)、消費(fèi)購(gòu)物等）；③社會(huì)活動(dòng)（休閑、旅游、娛樂(lè)、集會(huì)等）。由于通勤活動(dòng)在街道空間中存在普遍性，是寒地商業(yè)步行街空間中行為活動(dòng)的載體，因此文中僅就②、③類型的行為展開(kāi)研究和討論。

1.3.2 步行者活動(dòng)測(cè)度

研究沿用楊蒙等人的活力測(cè)度方法［12］，結(jié)合寒地城市氣候特征，采用行為注記法對(duì)步行者活動(dòng)類型及空間分布進(jìn)行記錄。選擇具有寒地氣候季節(jié)特征、街道活力特征較明顯的周末（2021年12月26日）下午14：00～17：00進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，對(duì)每個(gè)街段連續(xù)快照10次，取各類行為密度作為該街段的活力參考值，結(jié)果如表2所示。

表2 各街步行者活動(dòng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

1.4 空間環(huán)境數(shù)據(jù)收集

對(duì)已有研究成果進(jìn)行歸納，并結(jié)合寒地商業(yè)步行街的環(huán)境和人群活動(dòng)特征，文中對(duì)寒地商業(yè)步行街的空間環(huán)境測(cè)度指標(biāo)可分為四類：業(yè)態(tài)要素、空間要素、環(huán)境要素、設(shè)施要素。由于沿街建筑的底層界面對(duì)步行者來(lái)說(shuō)更具有吸引力［12］，因此文中所有空間環(huán)境測(cè)度數(shù)據(jù)均基于商業(yè)步行街底層界面，各項(xiàng)測(cè)度結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 各樣本街段空間環(huán)境信息

1.4.1 業(yè)態(tài)要素

業(yè)態(tài)多樣性=業(yè)態(tài)種類/街段長(zhǎng)度×100%。

1.4.2 空間要素

安全步行寬度=步行街段無(wú)冰雪面積/街段長(zhǎng)度；獨(dú)立店面密度=街段內(nèi)店鋪個(gè)數(shù)/街段長(zhǎng)度；廣場(chǎng)密度=街段內(nèi)廣場(chǎng)個(gè)數(shù)/街段長(zhǎng)度；緩沖節(jié)點(diǎn)密度=街段內(nèi)可緩沖節(jié)點(diǎn)數(shù)目/街段長(zhǎng)度，其中緩沖節(jié)點(diǎn)數(shù)目=步行者可進(jìn)入門店數(shù)目+室內(nèi)化門斗等庇護(hù)空間數(shù)目+室內(nèi)化步行空間（含地下）出入口數(shù)目。

1.4.3 環(huán)境要素

界面透明度：按照陳泳、趙杏花提出的四個(gè)等級(jí)對(duì)沿街建筑界面透明度進(jìn)行計(jì)算。①完全開(kāi)放的界面，無(wú)玻璃櫥窗或完整實(shí)體墻面隔斷；②通過(guò)通透式玻璃櫥窗看到室內(nèi)；③通過(guò)廣告式玻璃櫥窗看到商品布景；④被不透明實(shí)墻或廣告隔斷視線。透明度=（①類界面長(zhǎng)度×1.25+②類界面長(zhǎng)度+③類界面長(zhǎng)度×0.75）/街段長(zhǎng)度。暖色面積比例=立面暖色區(qū)域面積/立面總面積×100%。

1.4.4 設(shè)施要素

冰雪設(shè)施密度［13］：各種以冰雪為主題的雕塑類景觀、互動(dòng)類景觀占比，冰雪設(shè)施密度=冰雪設(shè)施個(gè)數(shù)/街段總長(zhǎng)度×100%。其它設(shè)施密度：非冰雪主題的休憩功能和其它一般性輔助設(shè)施，其它設(shè)施密度=其他設(shè)施個(gè)數(shù)/街段長(zhǎng)度×100%。

2 基于主成分分析法的空間活力因子提取

2.1 數(shù)據(jù)整理

首先，將四個(gè)街段內(nèi)的空間環(huán)境數(shù)據(jù)與行人活動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，得到中央大街空間活力影響因素主成分分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集見(jiàn)圖2、圖3。

圖2 中央大街空間活力影響因素基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

圖3 中央大街步行者各行為數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2.2 空間活力影響因素主成分分析

研究調(diào)用OriginPro2019b軟件下的PCA模塊計(jì)算空間活力影響因素主成分，各成分方差貢獻(xiàn)率見(jiàn)表4和特征向量分析結(jié)果見(jiàn)表5。

表4 解釋總方差數(shù)據(jù)

表5 各成分方差貢獻(xiàn)率

根據(jù)以上分析，初步得出4個(gè)中央大街空間活力影響因素的主成分，其中，由于第4個(gè)主成分（PC4）方差貢獻(xiàn)率僅占0.01%，影響過(guò)于微弱，因此研究將其忽略不計(jì)，從而得到3個(gè)中央大街空間活力影響因素主成分。

（1） 主成分1：PC1=-0.26安全步行寬度+0.38獨(dú)立店面密度-0.14業(yè)態(tài)多樣性+0.26廣場(chǎng)密度+0.15緩沖節(jié)點(diǎn)密度-0.02暖色面積比例+0.36界面透明度+0.36座椅密度+0.23冰雪設(shè)施密度+0.37其它設(shè)施密度+0.34商業(yè)行為密度+0.34社會(huì)行為密度。各項(xiàng)系數(shù)統(tǒng)計(jì)如圖4所示。

圖4 PC1數(shù)學(xué)計(jì)算式系數(shù)統(tǒng)計(jì)

（2） 主成分2：PC2=-0.3安全步行寬度+0.01獨(dú)立店面密度+0.22業(yè)態(tài)多樣性-0.28廣場(chǎng)密度+0.51緩沖節(jié)點(diǎn)密度+0.5暖色面積比例+0.18界面透明度-0.03座椅密度-0.4冰雪設(shè)施密度+0.13其它設(shè)施密度-0.25商業(yè)行為密度+0.08社會(huì)行為密度。各項(xiàng)系數(shù)統(tǒng)計(jì)如圖5所示。

圖5 PC2數(shù)學(xué)計(jì)算式系數(shù)統(tǒng)計(jì)

（3） 主成分3：PC3=0.36安全步行寬度+0.03獨(dú)立店面密度+0.56業(yè)態(tài)多樣性-0.37廣場(chǎng)密度+0.26緩沖節(jié)點(diǎn)密度-0.38暖色比例面積+0.03界面透明度+0.21座椅密度+0.3冰雪設(shè)施密度+0.02其它設(shè)施密度-0.12商業(yè)行為+0.27社會(huì)行為密度。各項(xiàng)系數(shù)統(tǒng)計(jì)如圖6所示。

圖6 PC3數(shù)學(xué)計(jì)算式系數(shù)統(tǒng)計(jì)

3 寒地商業(yè)步行街的空間活力因子內(nèi)涵解析

3.1 空間活力因子提取

基于以上研究結(jié)果，結(jié)合寒地商業(yè)步行街活力影響因素的因子荷載分布圖見(jiàn)圖7，可以初步看出因子荷載分布在四個(gè)區(qū)域上：社會(huì)-綜合積極區(qū)、商業(yè)-綜合積極區(qū)、社會(huì)-綜合消極區(qū)、商業(yè)-綜合消極區(qū)。

圖7 空間活力影響因素因子荷載分布

對(duì)各項(xiàng)影響因素組成的寒地商業(yè)步行街空間活力影響因素主成分進(jìn)行進(jìn)一步闡釋，可歸納出三個(gè)寒地商業(yè)步行街空間活力因子，分別為場(chǎng)域支援因子、商業(yè)活化因子、冰雪賦能因子。

3.2 空間活力因子解析

3.2.1 場(chǎng)域支援因子

主成分1提供了57.92%的方差貢獻(xiàn)率，是寒地商業(yè)步行街空間活力的主導(dǎo)因子。首先，由于其商業(yè)行為密度、社會(huì)行為密度系數(shù)分別為+0.37和+0.34，均有較高正值，說(shuō)明主成分1對(duì)寒地商業(yè)步行街中各項(xiàng)活動(dòng)均有促進(jìn)作用。

圖8 PC1中各項(xiàng)影響因素統(tǒng)計(jì)

廣場(chǎng)密度、界面透明度、座椅密度、其它設(shè)施密度等具有高正值，說(shuō)明在寒地商業(yè)步行街中帶有交互性質(zhì)的設(shè)施和空間設(shè)計(jì)能夠提升其綜合活力。緩沖節(jié)點(diǎn)密度、冰雪設(shè)施密度均為正值，說(shuō)明在寒地城市中，保證人體在寒地氣候條件下生理的舒適性，對(duì)寒地商業(yè)步行街整體活力有一定促進(jìn)作用，若能在特定條件下將冰雪設(shè)施與寒地商業(yè)步行街的設(shè)計(jì)相結(jié)合，則能夠進(jìn)一步激發(fā)空間活力，激發(fā)步行者行為與寒地商業(yè)步行街空間的交互。此外，安全步行寬度系數(shù)為負(fù)，說(shuō)明在寒地商業(yè)步行街中，寬度過(guò)大的街道空間會(huì)稀釋空間的整體活力，不能較好的營(yíng)造熱鬧的商業(yè)街區(qū)氛圍；業(yè)態(tài)多樣性、暖色面積比例系數(shù)均為負(fù)，但由于其絕對(duì)值均＜0.15，在研究中視為小系數(shù)，表示其雖然對(duì)寒地商業(yè)步行街整體活力有著抑制作用，但效果較微弱，不納入研究討論范圍。

綜上所述，由于主成分1能同時(shí)反應(yīng)寒地商業(yè)步行街空間促進(jìn)商業(yè)行為、社會(huì)行為發(fā)生，且與空間有較強(qiáng)交互性，尤其是與保障寒地氣候條件下步行者的舒適體感有較強(qiáng)關(guān)聯(lián)，故將主成分1命名為“場(chǎng)域支援因子”。

3.2.2 商業(yè)活化因子

主成分2提供了22.33%的方差貢獻(xiàn)率，是寒地商業(yè)步行街空間活力的次要因子。由于其商業(yè)行為密度系數(shù)為-0.25，社會(huì)行為密度系數(shù)為+0.08，說(shuō)明主成分2對(duì)商業(yè)行為、社會(huì)行為具有差別性吸引力，負(fù)值表明該因素對(duì)商業(yè)行為有促進(jìn)作用，正值表明該因素對(duì)社會(huì)行為有促進(jìn)作用，但社會(huì)行為密度系數(shù)＜0.15，可視為小系數(shù)，說(shuō)明該促進(jìn)作用較微弱，非主成分2中的主導(dǎo)項(xiàng)。

圖9 PC2中各項(xiàng)影響因素統(tǒng)計(jì)

安全步行寬度、廣場(chǎng)密度系數(shù)為負(fù)，說(shuō)明寒地商業(yè)步行街中，寬闊的街道、入口廣場(chǎng)的合理設(shè)置能夠較好地吸引步行者停留觀望、參與消費(fèi)，有利于營(yíng)造良好的現(xiàn)代化商業(yè)氛圍。冰雪設(shè)施密度的系數(shù)為負(fù)，與商業(yè)行為密度成正相關(guān)性，主要是由于大中型商場(chǎng)所在街段（如B段、C段）會(huì)在其入口設(shè)置特殊的冰雕景觀、冰雪互動(dòng)設(shè)施以吸引人流，因此呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系。獨(dú)立店面密度、座椅密度系數(shù)分別為+0.01和-0.03，均可看作小系數(shù)，對(duì)主成分2的影響可忽略不計(jì)。

綜上，主成分2主要體現(xiàn)了寒地商業(yè)步行街吸引商業(yè)行為發(fā)生的能力，因此將主成分2命名為“商業(yè)活化因子”。

3.2.3 冰雪賦能因子

主成分3提供了19.74%的方差貢獻(xiàn)率，與主成分2的方差貢獻(xiàn)率差距不大，同為寒地商業(yè)步行街空間活力的次要影響因子。其商業(yè)行為密度系數(shù)為-0.12，社會(huì)行為密度系數(shù)為+0.27，說(shuō)明主成分3對(duì)商業(yè)行為和社會(huì)行為同樣有著差別吸引力，負(fù)值表明該因素對(duì)商業(yè)行為有促進(jìn)作用，正值表明該因素對(duì)社會(huì)行為有促進(jìn)作用，但由于商業(yè)行為密度系數(shù)絕對(duì)值＜0.15，因此可看作小系數(shù)，代表主成分3對(duì)商業(yè)行為的促進(jìn)作用較微弱，非主導(dǎo)項(xiàng)。

安全步行寬度、業(yè)態(tài)多樣性、緩沖節(jié)點(diǎn)密度、座椅密度、冰雪設(shè)施密度系數(shù)都為正值，說(shuō)明在寒地商業(yè)步行街中，以上因素對(duì)社會(huì)活動(dòng)吸引力有著正面影響，可以看出寒地商業(yè)步行街整體功能的多樣化、活動(dòng)場(chǎng)地的完備性、寒地景觀的特色展示對(duì)于吸引步行者參加社會(huì)性活動(dòng)有著積極作用。但考慮到在主成分1中安全步行寬度系數(shù)為負(fù)，因此無(wú)法由主成分3的相關(guān)性分析結(jié)果定論安全步行寬度能夠促進(jìn)寒地商業(yè)步行街中社會(huì)性行為的發(fā)生，由于主成分1的方差貢獻(xiàn)率更高，因此安全步行寬度的作用參照主成分1的分析結(jié)果。獨(dú)立店面密度、界面透明度、其它設(shè)施密度雖然也為正值，但其系數(shù)絕對(duì)值過(guò)小，影響微弱，故此處不納入考慮范圍。

圖10 PC3中各項(xiàng)影響因素統(tǒng)計(jì)

綜上，主成分3主要體現(xiàn)了寒地商業(yè)步行街吸引社會(huì)性活動(dòng)發(fā)生的能力，且主要與冰雪條件的正面利用、整合場(chǎng)地促進(jìn)步行者自發(fā)參與多樣化活動(dòng)相關(guān)，因此命名為“冰雪賦能因子”。

3.2.4 活力因子多因素相關(guān)性分析

根據(jù)文中分析結(jié)果，對(duì)于寒地商業(yè)步行街而言，各空間環(huán)境因素與不同的行為種類表現(xiàn)出程度各異的促進(jìn)作用，其中表現(xiàn)出較強(qiáng)相關(guān)性的結(jié)果如下：①業(yè)態(tài)多樣性、緩沖節(jié)點(diǎn)密度、暖色面積比例、其它設(shè)施密度、冰雪設(shè)施密度能夠促進(jìn)商業(yè)行為的發(fā)生；②業(yè)態(tài)多樣性、緩沖節(jié)點(diǎn)密度、暖色面積比例、廣場(chǎng)密度、冰雪設(shè)施密度能夠促進(jìn)社會(huì)行為的發(fā)生?？傮w而言，提升獨(dú)立店面密度、緩沖節(jié)點(diǎn)密度、座椅密度、冰雪設(shè)施密度能夠綜合提升寒地商業(yè)步行街的活力。寒地商業(yè)步行街空間活力因子、空間活力影響因素、步行者行為數(shù)據(jù)的多因素相關(guān)性模型如圖11所示。

圖11 寒地商業(yè)步行街空間活力因子、空間活力影響因素、步行者行為數(shù)據(jù)的多因素相關(guān)性模型

4 設(shè)計(jì)建議

基于研究得出的寒地商業(yè)步行街空間活力影響因子，對(duì)寒地商業(yè)步行街的活力提升能夠提出如下設(shè)計(jì)建議。

（1） 增加在寒冷氣候條件下的緩沖機(jī)會(huì)，保證步行者的舒適體感是提升寒地商業(yè)步行街整體活力的基礎(chǔ)保障，此外臨街門店的布設(shè)應(yīng)注重對(duì)步行者的包容性。

（2） 適當(dāng)增設(shè)店前廣場(chǎng)和冰雪景觀，尤其是在步行街內(nèi)的明星門店或大型商業(yè)綜合體前，能夠起到匯聚人流、吸引人氣的作用，利于營(yíng)造高品質(zhì)、高活躍度的商業(yè)氛圍。

（3） 注重寒地商業(yè)步行街的業(yè)態(tài)多樣性、設(shè)施的多樣性和完備性，能夠促使居民進(jìn)行多樣化活動(dòng)，在常規(guī)的商業(yè)氛圍中增添市井的生活氣息。

此外，需要注意的是，寒地商業(yè)步行街的類型有較強(qiáng)傾向性，可根據(jù)該實(shí)際的街區(qū)建設(shè)目的、功能需求對(duì)提及的指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整。

5 結(jié)語(yǔ)

寒地商業(yè)步行街作為寒地城市中重要的公共空間，其活力的塑造對(duì)寒地城市空間人本化、精細(xì)化設(shè)計(jì)具有重要意義。文中在前人的研究成果上加以拓展，對(duì)位于特殊氣候地區(qū)的寒地商業(yè)步行街及其各類活動(dòng)的關(guān)系展開(kāi)研究，采用主成分分析法得出具有地域性、量化特征的結(jié)論，對(duì)寒地商業(yè)步行街的空間活力因子進(jìn)行歸納和解析，為商業(yè)街道空間環(huán)境提供了地域性的研究范本，為營(yíng)造更高品質(zhì)、更有活力的寒地商業(yè)步行街空間提供了理論支持。