基于PCA的寒地商業步行街活力因子研究

馬薈欽， 畢冰實， 陳劍飛，

（1.哈爾濱工業大學建筑學院，寒地城鄉人居環境科學與技術工業和信息化部重點實驗室，哈爾濱 150006；2.哈爾濱工業大學建筑設計研究院有限公司，哈爾濱 150090）

0 引言

2018年，商務部發布《商務部辦公廳關于推動高品質步行街建設的通知》，標志著以品質提升為目標的商業步行街升級改造計劃全面啟動。商業步行街是指經過交通管制或者改造形成的商業步行街區［1］，是城市活力的聚集場所。綜觀國內外相關文獻，當下對于寒地城市公共空間、商業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“一年中日均氣溫在0℃以下的時間連續三個月以上”的寒地城市商業步行街的相關研究。由于氣候條件和城市經濟條件的限制，寒地商業步行街面臨活力不足、消費者流失的現狀，在“消費升級、存量更新”的背景下，如何從人本視角出發，提振寒地商業步行街空間活力，滿足使用者需求，打造高品質城市名片，是亟待思考和解決的問題［6］。文中以位于寒地城市哈爾濱的中央大街為例，展開實地調研并收集空間環境數據和步行者行為數據，利用主成分分析法對復雜變量進行降維，總結分析出不同寒地商業步行街空間環境要素對空間活力的影響，提取出寒地商業步行街空間活力因子，為寒地城市商業步行街空間環境設計研究提供重要的基礎數據。

1 研究對象概況與數據采集

1.1 研究方法

主成分分析法（PCA）是一種數據分析的技術，主要思想是將高維數據投影到較低維空間，提取多元事物的主要因素，揭示其本質特征［7］。已有學者將其運用到建筑與城市空間的相關研究中，例如日本學者柳沢吉保等利用主成分分析法，研究了長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寒城市景觀使用影響因子，均具有較高參考價值［8，9］。

1.2 哈爾濱中央大街概況及調研區域選取

哈爾濱位于我國東北地區，以熱工設計規范中的中國建筑氣候區劃圖為基礎，屬于典型的寒地城市。中央大街是哈爾濱地標性的商業步行街，全長1450m，至今仍保存著具有濃厚歐式特色的若干歷史建筑，步行街業態布局集中［10］，且實行交通管制，有利于排除服務人群和機動車輛的干擾，將研究集中于以步行為載體的行人活動，便于后續研究的展開。文中將中央大街主街道細分為4個街段。A：經緯街至西十三道街；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念塔廣場前交叉口處（萬達影城主入口處）。

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

圖1 細分樣本街段示意圖

表1 各街段空間環境特征

1.3 步行者活動數據收集

1.3.1 步行者活動類型劃分

步行者在寒地商業步行街中的活動由多種活動狀態的接續過程組成，伴隨著一定的目的性。根據揚·蓋爾的觀點，人的戶外活動可以分為必要性活動、自發性活動、社會性活動［11］。

基于上述理論依據，文中根據寒地商業步行街中步行者活動的特征，結合實地調研，將步行者活動分為三種類型，①通勤活動（穿行、路過等）；②商業活動（觀望、排隊、消費購物等）；③社會活動（休閑、旅游、娛樂、集會等）。由于通勤活動在街道空間中存在普遍性，是寒地商業步行街空間中行為活動的載體，因此文中僅就②、③類型的行為展開研究和討論。

1.3.2 步行者活動測度

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

表2 各街步行者活動數據統計

1.4 空間環境數據收集

對已有研究成果進行歸納，并結合寒地商業步行街的環境和人群活動特征，文中對寒地商業步行街的空間環境測度指標可分為四類：業態要素、空間要素、環境要素、設施要素。由于沿街建筑的底層界面對步行者來說更具有吸引力［12］，因此文中所有空間環境測度數據均基于商業步行街底層界面，各項測度結果見表3。

表3 各樣本街段空間環境信息

1.4.1 業態要素

業態多樣性=業態種類/街段長度×100%。

1.4.2 空間要素

安全步行寬度=步行街段無冰雪面積/街段長度；獨立店面密度=街段內店鋪個數/街段長度；廣場密度=街段內廣場個數/街段長度；緩沖節點密度=街段內可緩沖節點數目/街段長度，其中緩沖節點數目=步行者可進入門店數目+室內化門斗等庇護空間數目+室內化步行空間（含地下）出入口數目。

1.4.3 環境要素

界面透明度：按照陳泳、趙杏花提出的四個等級對沿街建筑界面透明度進行計算。①完全開放的界面，無玻璃櫥窗或完整實體墻面隔斷；②通過通透式玻璃櫥窗看到室內；③通過廣告式玻璃櫥窗看到商品布景；④被不透明實墻或廣告隔斷視線。透明度=（①類界面長度×1.25+②類界面長度+③類界面長度×0.75）/街段長度。暖色面積比例=立面暖色區域面積/立面總面積×100%。

1.4.4 設施要素

冰雪設施密度［13］：各種以冰雪為主題的雕塑類景觀、互動類景觀占比，冰雪設施密度=冰雪設施個數/街段總長度×100%。其它設施密度：非冰雪主題的休憩功能和其它一般性輔助設施，其它設施密度=其他設施個數/街段長度×100%。

2 基于主成分分析法的空間活力因子提取

2.1 數據整理

首先，將四個街段內的空間環境數據與行人活動數據進行整合，得到中央大街空間活力影響因素主成分分析的基礎數據集見圖2、圖3。

圖2 中央大街空間活力影響因素基礎數據統計

圖3 中央大街步行者各行為數據統計

2.2 空間活力影響因素主成分分析

研究調用OriginPro2019b軟件下的PCA模塊計算空間活力影響因素主成分，各成分方差貢獻率見表4和特征向量分析結果見表5。

表4 解釋總方差數據

表5 各成分方差貢獻率

根據以上分析，初步得出4個中央大街空間活力影響因素的主成分，其中，由于第4個主成分（PC4）方差貢獻率僅占0.01%，影響過于微弱，因此研究將其忽略不計，從而得到3個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獨立店面密度-0.14業態多樣性+0.26廣場密度+0.15緩沖節點密度-0.02暖色面積比例+0.36界面透明度+0.36座椅密度+0.23冰雪設施密度+0.37其它設施密度+0.34商業行為密度+0.34社會行為密度。各項系數統計如圖4所示。

圖4 PC1數學計算式系數統計

（2） 主成分2：PC2=-0.3安全步行寬度+0.01獨立店面密度+0.22業態多樣性-0.28廣場密度+0.51緩沖節點密度+0.5暖色面積比例+0.18界面透明度-0.03座椅密度-0.4冰雪設施密度+0.13其它設施密度-0.25商業行為密度+0.08社會行為密度。各項系數統計如圖5所示。

圖5 PC2數學計算式系數統計

（3） 主成分3：PC3=0.36安全步行寬度+0.03獨立店面密度+0.56業態多樣性-0.37廣場密度+0.26緩沖節點密度-0.38暖色比例面積+0.03界面透明度+0.21座椅密度+0.3冰雪設施密度+0.02其它設施密度-0.12商業行為+0.27社會行為密度。各項系數統計如圖6所示。

圖6 PC3數學計算式系數統計

3 寒地商業步行街的空間活力因子內涵解析

3.1 空間活力因子提取

基于以上研究結果，結合寒地商業步行街活力影響因素的因子荷載分布圖見圖7，可以初步看出因子荷載分布在四個區域上：社會-綜合積極區、商業-綜合積極區、社會-綜合消極區、商業-綜合消極區。

圖7 空間活力影響因素因子荷載分布

對各項影響因素組成的寒地商業步行街空間活力影響因素主成分進行進一步闡釋，可歸納出三個寒地商業步行街空間活力因子，分別為場域支援因子、商業活化因子、冰雪賦能因子。

3.2 空間活力因子解析

3.2.1 場域支援因子

主成分1提供了57.92%的方差貢獻率，是寒地商業步行街空間活力的主導因子。首先，由于其商業行為密度、社會行為密度系數分別為+0.37和+0.34，均有較高正值，說明主成分1對寒地商業步行街中各項活動均有促進作用。

圖8 PC1中各項影響因素統計

廣場密度、界面透明度、座椅密度、其它設施密度等具有高正值，說明在寒地商業步行街中帶有交互性質的設施和空間設計能夠提升其綜合活力。緩沖節點密度、冰雪設施密度均為正值，說明在寒地城市中，保證人體在寒地氣候條件下生理的舒適性，對寒地商業步行街整體活力有一定促進作用，若能在特定條件下將冰雪設施與寒地商業步行街的設計相結合，則能夠進一步激發空間活力，激發步行者行為與寒地商業步行街空間的交互。此外，安全步行寬度系數為負，說明在寒地商業步行街中，寬度過大的街道空間會稀釋空間的整體活力，不能較好的營造熱鬧的商業街區氛圍；業態多樣性、暖色面積比例系數均為負，但由于其絕對值均＜0.15，在研究中視為小系數，表示其雖然對寒地商業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能同時反應寒地商業步行街空間促進商業行為、社會行為發生，且與空間有較強交互性，尤其是與保障寒地氣候條件下步行者的舒適體感有較強關聯，故將主成分1命名為“場域支援因子”。

3.2.2 商業活化因子

主成分2提供了22.33%的方差貢獻率，是寒地商業步行街空間活力的次要因子。由于其商業行為密度系數為-0.25，社會行為密度系數為+0.08，說明主成分2對商業行為、社會行為具有差別性吸引力，負值表明該因素對商業行為有促進作用，正值表明該因素對社會行為有促進作用，但社會行為密度系數＜0.15，可視為小系數，說明該促進作用較微弱，非主成分2中的主導項。

圖9 PC2中各項影響因素統計

安全步行寬度、廣場密度系數為負，說明寒地商業步行街中，寬闊的街道、入口廣場的合理設置能夠較好地吸引步行者停留觀望、參與消費，有利于營造良好的現代化商業氛圍。冰雪設施密度的系數為負，與商業行為密度成正相關性，主要是由于大中型商場所在街段（如B段、C段）會在其入口設置特殊的冰雕景觀、冰雪互動設施以吸引人流，因此呈現出正相關關系。獨立店面密度、座椅密度系數分別為+0.01和-0.03，均可看作小系數，對主成分2的影響可忽略不計。

綜上，主成分2主要體現了寒地商業步行街吸引商業行為發生的能力，因此將主成分2命名為“商業活化因子”。

3.2.3 冰雪賦能因子

主成分3提供了19.74%的方差貢獻率，與主成分2的方差貢獻率差距不大，同為寒地商業步行街空間活力的次要影響因子。其商業行為密度系數為-0.12，社會行為密度系數為+0.27，說明主成分3對商業行為和社會行為同樣有著差別吸引力，負值表明該因素對商業行為有促進作用，正值表明該因素對社會行為有促進作用，但由于商業行為密度系數絕對值＜0.15，因此可看作小系數，代表主成分3對商業行為的促進作用較微弱，非主導項。

安全步行寬度、業態多樣性、緩沖節點密度、座椅密度、冰雪設施密度系數都為正值，說明在寒地商業步行街中，以上因素對社會活動吸引力有著正面影響，可以看出寒地商業步行街整體功能的多樣化、活動場地的完備性、寒地景觀的特色展示對于吸引步行者參加社會性活動有著積極作用。但考慮到在主成分1中安全步行寬度系數為負，因此無法由主成分3的相關性分析結果定論安全步行寬度能夠促進寒地商業步行街中社會性行為的發生，由于主成分1的方差貢獻率更高，因此安全步行寬度的作用參照主成分1的分析結果。獨立店面密度、界面透明度、其它設施密度雖然也為正值，但其系數絕對值過小，影響微弱，故此處不納入考慮范圍。

圖10 PC3中各項影響因素統計

綜上，主成分3主要體現了寒地商業步行街吸引社會性活動發生的能力，且主要與冰雪條件的正面利用、整合場地促進步行者自發參與多樣化活動相關，因此命名為“冰雪賦能因子”。

3.2.4 活力因子多因素相關性分析

根據文中分析結果，對于寒地商業步行街而言，各空間環境因素與不同的行為種類表現出程度各異的促進作用，其中表現出較強相關性的結果如下：①業態多樣性、緩沖節點密度、暖色面積比例、其它設施密度、冰雪設施密度能夠促進商業行為的發生；②業態多樣性、緩沖節點密度、暖色面積比例、廣場密度、冰雪設施密度能夠促進社會行為的發生?？傮w而言，提升獨立店面密度、緩沖節點密度、座椅密度、冰雪設施密度能夠綜合提升寒地商業步行街的活力。寒地商業步行街空間活力因子、空間活力影響因素、步行者行為數據的多因素相關性模型如圖11所示。

圖11 寒地商業步行街空間活力因子、空間活力影響因素、步行者行為數據的多因素相關性模型

4 設計建議

基于研究得出的寒地商業步行街空間活力影響因子，對寒地商業步行街的活力提升能夠提出如下設計建議。

（1） 增加在寒冷氣候條件下的緩沖機會，保證步行者的舒適體感是提升寒地商業步行街整體活力的基礎保障，此外臨街門店的布設應注重對步行者的包容性。

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

（3） 注重寒地商業步行街的業態多樣性、設施的多樣性和完備性，能夠促使居民進行多樣化活動，在常規的商業氛圍中增添市井的生活氣息。

此外，需要注意的是，寒地商業步行街的類型有較強傾向性，可根據該實際的街區建設目的、功能需求對提及的指標進行調整。

5 結語

寒地商業步行街作為寒地城市中重要的公共空間，其活力的塑造對寒地城市空間人本化、精細化設計具有重要意義。文中在前人的研究成果上加以拓展，對位于特殊氣候地區的寒地商業步行街及其各類活動的關系展開研究，采用主成分分析法得出具有地域性、量化特征的結論，對寒地商業步行街的空間活力因子進行歸納和解析，為商業街道空間環境提供了地域性的研究范本，為營造更高品質、更有活力的寒地商業步行街空間提供了理論支持。