旅游景观改造成本的线性规划研究.doc

城市景观改造成本控制的线性规划法王芳王 芳：硕士，讲师，研究方向为城市景观设计。项目来源：侨办科研基金资助项目（编号：10QSK04） the Linear Programming of Urban Landscapes Rearrangement CostWANG Fang 摘要：本文导入线性规划法，以制约条件和目标值定量化分析城市景观改造成本，构建城市景观改造的成本控制模型，运用于城市景观改造实践，并探讨该方法模型在城市景观设计中的适用性和局限性，以期为城市景观规划设计者在城市景观改造设计中提供较为科学合理的成本控制依据。关键词：城市景观；改造成本；线性规划Abstract：This study applies the linear programming method though restricting conditions and target value to quantize the cost control of urban landscapes rearrangement，builds the cost control model of urban landscapes rearrangement，uses the practice of urban landscapes rearrangement, and analysis applicability and limitations on the cost control of urban landscapes rearrangement. The purpose of this study provides reasonable basis of cost control in urban landscape rearrangement in the future. Key words：urban landscape；rearrangement cost control；linear programming随着经济飞速发展，城市景观更新步伐加快，越来越多城市景观在现实使用过程中逐渐不能满足使用者需求，需要进一步改造与完善，城市景观改造成本控制就显得尤为重要。当前城市景观规划设计研究方法多局限在定性描述分析上，因为空间形态的规划与设计，多是运用感性思维，接近于艺术创作。但是一旦考虑到成本控制又必须将重心转移到规划设计的理性思维中，然而规划设计中的理性思维却缺乏相应的理论与方法指导，因此引入专业领域的科学研究方法极具迫切性和实际应用价值。1 研究理论基础1.1景观价值的经济学理论经济学中投入产出分析，是研究经济系统各个部分间表现为投入与产出的相互依存关系的经济数量方法，投入是进行一项活动的消耗，如生产过程的消耗包括本系统内各部门产品的消耗（中间投入）和初始投入要素的消耗（最初投入）1。景观价值包括景观投入和景观产出。景观投入是指景观前期设计建造和后期维护管理等一系列资金投入的全部总和，包括项目咨询设计费用、景观材质费用、建设施工费用、后期维护和管理费用等2。景观成本即景观投入，由于景观成本投入计算较为复杂，并且无专业计算公式，景观成本总预算可以将其各种费用进行综合后，分摊于所对应的单位（每平方米）景观要素所需成本中。景观改造成本即景观改造过程中增加的景观成本。1.2景观成本控制方法论的相关研究景观成本控制研究方法多以定性描述为主，定性描述一般集中于局部景观要素描述法（Jimena Martignoni，2008年3），或者是对比分析法（徐晞，2008年4），或者是某种技术等手段方法（斯蒂芬莱曼，2009年5；戴维埃利斯，2009年6；王芳，2010年2）。由于定性描述局限性较大，当前成本控制定量为主的分析方法多运用于城市规划设计宏观研究领域，如采用访问类、观察类、捕捉意识类、实验类和资料调查类等研究方法（日本建筑学会，1998年7），以及层次分析法和线性规划法（章俊华，2005年8），其中层次分析法也运用于城市景观相关的定量分析（林小玲，2008年9）。本文导入线性规划法分析城市景观改造成本的控制研究。2 研究方法城市景观改造的成本控制模型是通过线性规划法进行定量化分析，以制约条件和目标值获得最适解，最终确定景观改造方案（见图1）。判定需要进行改造的景观元素划定目标景观改造的功能分区确定景观改造所增加的景观成本获得满足景观改造成本的最适解确定景观改造方案城市景观改造的本控制方法制约条件目标值线性规划法图1：城市景观改造成本控制模型Fig.1 The model of cost control for urban landscape rearrangement3 研究过程及结果3.1制约条件3.1.1判定需要进行改造的景观元素1）调查问卷获得基础数据通过调查问卷，收集收集使用者对景观改造的意见，调查问卷主要内容是调研城市景观构成中可能需要调整和改造的景观要素：如广场、景观设施、树木栽植量、道路、水面、花坛、草坪、入口、座椅、灯、垃圾箱、公厕等，调研以上景观要素面积增减情况，看是需要增加、维持现状还是需要减少，获得相应的调查结果。本文选择泉州西湖公园作为案例分析，西湖公园是泉州市新十八景之“西湖烟霞”，也是西北洋滞洪排涝工程重要组成部分，随着海西经济发展，西湖公园景观更新迫在眉睫。本次调查共发放调查问卷500份，回收有效问卷390份，有效回收率78%。在发放的问卷调查中，问卷调查对象认为西湖公园有必要进行改造的共280名游客，这280名游客对各项景观要素按增加、维持现状、减少3方面进行再选择,调查结果见表1。表1 各景观要素改造意见调查表Tab.1 The opinion questionnaire of landscape elements to rearrange构成要素增加维持现状减少合计人数百分率()人数百分率()人数百分率()人数广场4121.72910.519067.8280景观设施4415.816057.27627280树木栽植量6623.717963.83512.5280园路14451.37326.36322.4280水面175.99935.516458.6280花坛10336.811440.86322.4280草坪140508329.65720.4280入口7727.614250.76121.7280座椅9232.98730.910136.2280果皮箱8329.610336.89433.6280公厕5017.818666.44415.82802）多重比较：选择变量因子被调查的使用者对景观内构成要素分别做出各自的选择后，为正确判定并选择需要进行改造的景观变量要素，采用多重比较法进行鉴定8（Scheffe法，有意水准为0.05，Scheffe法为统计检定方法中适用于需要进行全组比较鉴定的方法），选择存在组间差异的（即差异不是因为统计误差引起，具有统计学意义）景观要素，而对于其他景观要素，其中的差异在统计学上是无意义的，也就是说可以认为这种差异“不存在”，均维持现状。泉州西湖公园中，通过调查问卷，游客对西湖公园内构成要素分别做出各自选择后，经过多重比较鉴定，西湖公园内12项要素中除了广场、园路、水面、草坪4种要素外，其它要素均维持现状，其鉴定结果见表2。结合现场调研及公园管理者访谈，以及咨询相关专家建议，其结果与使用者的需求基本一致。表2 多重比较鉴定结果Tab.2 The identification results of multiple comparison 构成要素多重比较结论广场*需要减少景观设施不做改变树木栽植量不做改变园路*需要增加水面*需要减少花坛不做改变草坪*需要增加入口不做改变座椅不做改变果皮箱不做改变公厕不做改变图2 改造区内的功能分区Fig.2 The function zoning of rearrange regional3.1.2划定目标景观改造的功能分区依据现状情况与景观功能分区，确定需要改造的区域，并将改造区域划定分区，划定的各分区面积不宜相差过大，以便统计各分区中的各项城市景观要素面积；划定的各分区应各自有其重点景点，这样各分区内的游客利用率不会相差过大。西湖公园依据现状情况与景点，确定需要改造的区域并划分为A、B、C、D四个区（见图2）。3.1.3确定景观改造所增加的景观成本所增加的景观成本确定主要是为成本控制模型提供决定系数。景观改造成本包括景观改造过程中的项目咨询设计费用、景观材质费用、建设施工费用、后期维护和管理费用等各种费用，将其进行综合分摊于所对应的单位景观要素所需成本中。 西湖公园景观改造中所选4种景观要素的景观成本是在现状景观基础上，根据增加或减少的景观要素所导致的景观成本，结合市场行情和参照同类景观的经验值，确定景观要素变化所增加的景观成本价格。其中减少广场只需要砸掉清除现有广场的费用，成本确定为2元/ m2；增加的园路景观成本确定为200元/ m2；减少的水体需要填湖造地，成本确定为20元/ m2；增加的草地景观成本定为10元/ m2（草地种植成本3元/ m2，养护成本7元/ m2）。3.2目标值3.2.1获得满足低成本景观改造的最适解本文研究的城市景观改造主要体现在几种元素面积大小上的调整。由于总面积值保持在一定范围之内，这几种要素间成一定的对应关系，一种元素面积的上升或下降必然会影响到其它元素面积的改变。因此，改造景观总成本的确定就是依靠这几种元素各自占到的面积及其景观成本来确定。为了求出一个经济成本最低的最优解值，可运用线性规划法解决问题。1）线性规划法的标准模型8目标函数 f = c1X1 + c2 X2 + c3 X3 + cn Xn最大值Max f ；最小值Min f （下限值为需要改造的几种元素面积之和，上限值为几种元素面积之和再加上其它备用地的面积）制约条件：aij Xj (= 、) bj （i=1,2,m）；Xj0 （j = 1,2,n） a.决定变数（Xj）决定变数指需要改造的各景观要素的面积量。西湖公园改造区域中决定变数为：广场X1、园路X2、水面X3、草坪X4。b.决定变数系数（aij）将改造区域划定功能分区，设改造区域内分区中的几种景观要素面积各自所占百分率为决定变数系数。西湖公园改造区域划定四个分区，设改造区域内分区A、B、C、D中四种要素面积各自所占百分率为决定变数系数。c.限定量（bj）设需要改造的景观要素各自的总面积和在各分区中所占的面积的百分率为限定量（说明：面积测量使用google earth pro版进行测量，测量结果取三次平均值，测量误差保持在一定范围之内）。西湖公园中广场、园路、水面、草坪四种要素各自的总面积和在各分区中所占面积的百分率见表3。表3 各分区中景观要素的面积和百分率Tab.3 The area and percentage of each partition elements分 区ABCD合计广场X1面积（m）1235215032609801536008百分率（）34.341.71.722.3100园路X2面积（m）465828072836463214933百分率（）31.218.81931100水面X3面积（m）007659585712162307百分率（）0047.252.8100草坪X4面积（m）37611333091959348119138632百分率（）27.12414.234.7100合计面积（m）546215114899633146478351880d.决定系数 （cn）设需要改造的景观要素所增加的景观成本为决定系数，西湖公园四种景观构成要素的景观变化成本见表4。表4 景观构成要素的数量与单价表Tab.4 The quantity and the unit price table of elements 构成要素数量（m）增加的景观成本（cn）（元/m）广场360082园路14933200水面16230720草坪13863210备用地6311e.目标函数设目标函数最适值的必要条件为景观改造所增加的景观成本，并取它的最小值，表示为：目标函数 f = c1X1 + c2 X2 + c3 X3 + cn Xn，结合决定变数、决定变数系数、限定量和决定系数，获得出目标函数与制约条件式，用重复顺列（n=nr），获得相应组合的可能方案，排除计算结果中不满足所有制约条件的可能解，再计算满足制约式的可能解。根据西湖公园案例中表3和表4数据，得出表5。表5 目标函数与制约条件式Tab.5 The objective function and constraint condition type目标函数式：Min f = c1X1 + c2 X2 + c3 X3 + cn Xn即：Min f= 2（36008-X1）+ 200（X2-14933）+20（162307-X3）+10（X4-138632）（1）制约条件式IX1+ X2+ X3+ X4351880（2-1）X1+ X2+ X3+ X4358191（2-2）II0.343 X1+ 0.312 X2+0 X3+0.271 X4（）54621（2-3）0.417 X1+ 0.188 X2+0 X3+0.24 X4（）51148（2-4）0.017 X1+ 0.190 X2+0.472 X3+0.142 X4（）99633（2-5）0.223 X1+ 0.310 X2+0.528 X3+0.347 X4（）146478（2-6）IIIX136008（2-7）X214933（2-8）X3162307（2-9）X4138632（2-10）X1 、X30（2-11）表5中，制约条件式I为现状制约条件，下限值为需要改造的几种元素面积之和（2-1式），上限值为几种元素面积之和再加上其它备用地的面积（2-2式）；制约条件式II为分区A、B、C、D的制约条件，西湖公园总面积较大，各个功能分区相对独立，都应具备相对完整的景观要素，所以各要素在各个分区中比例成为约束条件，而各分区面积可以有两种选择（2-3式2-6式）；制约条件式III为各要素面积的制约条件，根据调查问卷多重比较鉴定结果，西湖公园广场需要减少（2-7式），园路需要增加（2-8式），草坪需要增加（2-9式），水面需要减少（2-10式），且要素值均是正值（2-11式）。用重复顺列（n=nr），可得知有16种组合的可能方案存在（见表6），计算结果中满足所有制约条件的可能解有10个（见表7）。表6 制约式II的重复顺序列与解Tab.6 The repeat sequence and solutions of restriction type II编号2-32-42-52-6解010203040506070809-10-11-12-131415-16-（注：表示此方案有解存在，即此方案可行性成立；-表示此方案无解，即此方案不可行）表7 满足制约式的可能解Tab.7 The possible solutions of meeting restricting type 目标函数式：Minf=236008-X1）+ 200（X2-14933）+20（162307-X3）+10（X4-138632）项目目标值Min f（元）决定变数X1（m）决定变数X2（m）决定变数X3（m）决定变数X4（m）解017499901052814933149603183127解02314303521314933161618140238解031595636014933125626217632解0453013060149330336947解05995956014933145615197642解06423303462814933161448140871解071220406014933136281201419解081235466014933135528201419解13723736014933152586184362解14160983543414933162000139513（2）最适解的选择根据专家意见，西湖公园作为满足大众休闲需求的公园，必然需要广场这一景观元素为游客的休闲、集会活动提供场地，所以在解值中X1为0的解予以排除，即排除解03、解04、解05、解07、解08、解09。目标函数值中解02、解06、和解14的解值虽然很小，改造成本相当低，但相应的景观要素变化也微乎其微，与游客需求和专家建议明显不符合，也失去景观改造的意义。比较而言，最终确定西湖公园景观改造最适解为解01，即西湖公园景观改造成本最适值为749990元。3.2.2确定景观改造方案表8 解01与实际值的比较结果Tab.8 The comparison results of solution 01 and the actual data项目值广场X1（m）园路X2（m）水面X3（m）草坪X4（m）解01计算值1052814933149603183127实际值3600814933162307138632差和-254800-1270444495根据最适解01的结果进行相应景观要素的改造。通过解01各要素与实际值的比较结果（见表8），西湖公园改造区域中广场面积比现有面积减少25480 m，园路面积保持不变（园路面积虽保持不变，但道路系统需要调整），水面面积比现有面积减少12704 m，草坪面积比现有面积增加44494 m，总面积比现有面积扩大6311 m，既改造中利用了所有的备用地。4 结论本文尝试导入线性规划法从定量分析角度来探讨城市景观改造设计中的成本控制模型和方法，此探讨契合了城市景观发展的方向和需要。4.1城市景观改造成本控制模型适用性本文在所构建的城市景观改造成本控制模型中导入线性规划法，通过对城市景观改造成本控制进行定量化分析和计算，使得其结果具有较高的科学性和准确性，具有一定的适应性和推广性，对于今后景观改造和景观新设计的成本定量控制都具有较好的参考性和可操作性。4.1.1在景观改造中的应用本文研究的成本控制模型主要是从景观构成要素数量上的调整进行最适成本分析，然后计算改造成本。因此，该成本控制模型不仅可运用于城市公园景观改造，还可推广运用于城市景观改造实践，如城市居住区景观、度假酒店外景观等具有明显人工景观痕迹的景观区域。4.1.2推广在景观新设计中的应用本文所运用的成本控制模型定量研究方法，虽然最终是使景观改造成本得到相对准确的计算并控制，同时该模型中的线性规划法对景观总成本计算也适用，因此成本控制模型不仅仅适用于景观改造过程中对其定量化分析，对于景观新设计也同样适用。4.2城市景观改造成本控制模型的局限性运用线性规划法首先要找出决定变数，决定变数系数，限定量，决定系数四大量，但是如果分析的改造元素无法靠面积来确定