基于PCA的寒地商业步行街活力因子研究

马荟钦， 毕冰实， 陈剑飞，

（1.哈尔滨工业大学建筑学院，寒地城乡人居环境科学与技术工业和信息化部重点实验室，哈尔滨 150006；2.哈尔滨工业大学建筑设计研究院有限公司，哈尔滨 150090）

0 引言

2018年，商务部发布《商务部办公厅关于推动高品质步行街建设的通知》，标志着以品质提升为目标的商业步行街升级改造计划全面启动。商业步行街是指经过交通管制或者改造形成的商业步行街区［1］，是城市活力的聚集场所。综观国内外相关文献，当下对于寒地城市公共空间、商业步行街的空间活力影响因素研究已取得一定成果［2-5］，但仍缺乏对“一年中日均气温在0℃以下的时间连续三个月以上”的寒地城市商业步行街的相关研究。由于气候条件和城市经济条件的限制，寒地商业步行街面临活力不足、消费者流失的现状，在“消费升级、存量更新”的背景下，如何从人本视角出发，提振寒地商业步行街空间活力，满足使用者需求，打造高品质城市名片，是亟待思考和解决的问题［6］。文中以位于寒地城市哈尔滨的中央大街为例，展开实地调研并收集空间环境数据和步行者行为数据，利用主成分分析法对复杂变量进行降维，总结分析出不同寒地商业步行街空间环境要素对空间活力的影响，提取出寒地商业步行街空间活力因子，为寒地城市商业步行街空间环境设计研究提供重要的基础数据。

1 研究对象概况与数据采集

1.1 研究方法

主成分分析法（PCA）是一种数据分析的技术，主要思想是将高维数据投影到较低维空间，提取多元事物的主要因素，揭示其本质特征［7］。已有学者将其运用到建筑与城市空间的相关研究中，例如日本学者柳沢吉保等利用主成分分析法，研究了长野市善光寺表参道的步行空间满意度潜在影响因素，孙莞等利用主成分分析法研究了严寒城市景观使用影响因子，均具有较高参考价值［8，9］。

1.2 哈尔滨中央大街概况及调研区域选取

哈尔滨位于我国东北地区，以热工设计规范中的中国建筑气候区划图为基础，属于典型的寒地城市。中央大街是哈尔滨地标性的商业步行街，全长1450m，至今仍保存着具有浓厚欧式特色的若干历史建筑，步行街业态布局集中［10］，且实行交通管制，有利于排除服务人群和机动车辆的干扰，将研究集中于以步行为载体的行人活动，便于后续研究的展开。文中将中央大街主街道细分为4个街段。A：经纬街至西十三道街；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与防洪纪念塔广场前交叉口处（万达影城主入口处）。

需要说明的是，虽然过往针对中央大街的空间环境研究多集中在经纬路至友谊路，但由于友谊路至中央大街与防洪纪念塔广场前交叉口路段存在地下步行通道进行连接，仍然能与前置街段形成连续的步行体验，且能观测到较为丰富的步行者行为活动，具有活力因子的观测和分析价值，因此文中将其纳入研究范围内。综上所述，文中所提及的各街段位置示意如图1所示，空间环境特征如表1所示。

图1 细分样本街段示意图

表1 各街段空间环境特征

1.3 步行者活动数据收集

1.3.1 步行者活动类型划分

步行者在寒地商业步行街中的活动由多种活动状态的接续过程组成，伴随着一定的目的性。根据扬·盖尔的观点，人的户外活动可以分为必要性活动、自发性活动、社会性活动［11］。

基于上述理论依据，文中根据寒地商业步行街中步行者活动的特征，结合实地调研，将步行者活动分为三种类型，①通勤活动（穿行、路过等）；②商业活动（观望、排队、消费购物等）；③社会活动（休闲、旅游、娱乐、集会等）。由于通勤活动在街道空间中存在普遍性，是寒地商业步行街空间中行为活动的载体，因此文中仅就②、③类型的行为展开研究和讨论。

1.3.2 步行者活动测度

研究沿用杨蒙等人的活力测度方法［12］，结合寒地城市气候特征，采用行为注记法对步行者活动类型及空间分布进行记录。选择具有寒地气候季节特征、街道活力特征较明显的周末（2021年12月26日）下午14：00～17：00进行实地调研，对每个街段连续快照10次，取各类行为密度作为该街段的活力参考值，结果如表2所示。

表2 各街步行者活动数据统计

1.4 空间环境数据收集

对已有研究成果进行归纳，并结合寒地商业步行街的环境和人群活动特征，文中对寒地商业步行街的空间环境测度指标可分为四类：业态要素、空间要素、环境要素、设施要素。由于沿街建筑的底层界面对步行者来说更具有吸引力［12］，因此文中所有空间环境测度数据均基于商业步行街底层界面，各项测度结果见表3。

表3 各样本街段空间环境信息

1.4.1 业态要素

业态多样性=业态种类/街段长度×100%。

1.4.2 空间要素

安全步行宽度=步行街段无冰雪面积/街段长度；独立店面密度=街段内店铺个数/街段长度；广场密度=街段内广场个数/街段长度；缓冲节点密度=街段内可缓冲节点数目/街段长度，其中缓冲节点数目=步行者可进入门店数目+室内化门斗等庇护空间数目+室内化步行空间（含地下）出入口数目。

1.4.3 环境要素

界面透明度：按照陈泳、赵杏花提出的四个等级对沿街建筑界面透明度进行计算。①完全开放的界面，无玻璃橱窗或完整实体墙面隔断；②通过通透式玻璃橱窗看到室内；③通过广告式玻璃橱窗看到商品布景；④被不透明实墙或广告隔断视线。透明度=（①类界面长度×1.25+②类界面长度+③类界面长度×0.75）/街段长度。暖色面积比例=立面暖色区域面积/立面总面积×100%。

1.4.4 设施要素

冰雪设施密度［13］：各种以冰雪为主题的雕塑类景观、互动类景观占比，冰雪设施密度=冰雪设施个数/街段总长度×100%。其它设施密度：非冰雪主题的休憩功能和其它一般性辅助设施，其它设施密度=其他设施个数/街段长度×100%。

2 基于主成分分析法的空间活力因子提取

2.1 数据整理

首先，将四个街段内的空间环境数据与行人活动数据进行整合，得到中央大街空间活力影响因素主成分分析的基础数据集见图2、图3。

图2 中央大街空间活力影响因素基础数据统计

图3 中央大街步行者各行为数据统计

2.2 空间活力影响因素主成分分析

研究调用OriginPro2019b软件下的PCA模块计算空间活力影响因素主成分，各成分方差贡献率见表4和特征向量分析结果见表5。

表4 解释总方差数据

表5 各成分方差贡献率

根据以上分析，初步得出4个中央大街空间活力影响因素的主成分，其中，由于第4个主成分（PC4）方差贡献率仅占0.01%，影响过于微弱，因此研究将其忽略不计，从而得到3个中央大街空间活力影响因素主成分。

（1） 主成分1：PC1=-0.26安全步行宽度+0.38独立店面密度-0.14业态多样性+0.26广场密度+0.15缓冲节点密度-0.02暖色面积比例+0.36界面透明度+0.36座椅密度+0.23冰雪设施密度+0.37其它设施密度+0.34商业行为密度+0.34社会行为密度。各项系数统计如图4所示。

图4 PC1数学计算式系数统计

（2） 主成分2：PC2=-0.3安全步行宽度+0.01独立店面密度+0.22业态多样性-0.28广场密度+0.51缓冲节点密度+0.5暖色面积比例+0.18界面透明度-0.03座椅密度-0.4冰雪设施密度+0.13其它设施密度-0.25商业行为密度+0.08社会行为密度。各项系数统计如图5所示。

图5 PC2数学计算式系数统计

（3） 主成分3：PC3=0.36安全步行宽度+0.03独立店面密度+0.56业态多样性-0.37广场密度+0.26缓冲节点密度-0.38暖色比例面积+0.03界面透明度+0.21座椅密度+0.3冰雪设施密度+0.02其它设施密度-0.12商业行为+0.27社会行为密度。各项系数统计如图6所示。

图6 PC3数学计算式系数统计

3 寒地商业步行街的空间活力因子内涵解析

3.1 空间活力因子提取

基于以上研究结果，结合寒地商业步行街活力影响因素的因子荷载分布图见图7，可以初步看出因子荷载分布在四个区域上：社会-综合积极区、商业-综合积极区、社会-综合消极区、商业-综合消极区。

图7 空间活力影响因素因子荷载分布

对各项影响因素组成的寒地商业步行街空间活力影响因素主成分进行进一步阐释，可归纳出三个寒地商业步行街空间活力因子，分别为场域支援因子、商业活化因子、冰雪赋能因子。

3.2 空间活力因子解析

3.2.1 场域支援因子

主成分1提供了57.92%的方差贡献率，是寒地商业步行街空间活力的主导因子。首先，由于其商业行为密度、社会行为密度系数分别为+0.37和+0.34，均有较高正值，说明主成分1对寒地商业步行街中各项活动均有促进作用。

图8 PC1中各项影响因素统计

广场密度、界面透明度、座椅密度、其它设施密度等具有高正值，说明在寒地商业步行街中带有交互性质的设施和空间设计能够提升其综合活力。缓冲节点密度、冰雪设施密度均为正值，说明在寒地城市中，保证人体在寒地气候条件下生理的舒适性，对寒地商业步行街整体活力有一定促进作用，若能在特定条件下将冰雪设施与寒地商业步行街的设计相结合，则能够进一步激发空间活力，激发步行者行为与寒地商业步行街空间的交互。此外，安全步行宽度系数为负，说明在寒地商业步行街中，宽度过大的街道空间会稀释空间的整体活力，不能较好的营造热闹的商业街区氛围；业态多样性、暖色面积比例系数均为负，但由于其绝对值均＜0.15，在研究中视为小系数，表示其虽然对寒地商业步行街整体活力有着抑制作用，但效果较微弱，不纳入研究讨论范围。

综上所述，由于主成分1能同时反应寒地商业步行街空间促进商业行为、社会行为发生，且与空间有较强交互性，尤其是与保障寒地气候条件下步行者的舒适体感有较强关联，故将主成分1命名为“场域支援因子”。

3.2.2 商业活化因子

主成分2提供了22.33%的方差贡献率，是寒地商业步行街空间活力的次要因子。由于其商业行为密度系数为-0.25，社会行为密度系数为+0.08，说明主成分2对商业行为、社会行为具有差别性吸引力，负值表明该因素对商业行为有促进作用，正值表明该因素对社会行为有促进作用，但社会行为密度系数＜0.15，可视为小系数，说明该促进作用较微弱，非主成分2中的主导项。

图9 PC2中各项影响因素统计

安全步行宽度、广场密度系数为负，说明寒地商业步行街中，宽阔的街道、入口广场的合理设置能够较好地吸引步行者停留观望、参与消费，有利于营造良好的现代化商业氛围。冰雪设施密度的系数为负，与商业行为密度成正相关性，主要是由于大中型商场所在街段（如B段、C段）会在其入口设置特殊的冰雕景观、冰雪互动设施以吸引人流，因此呈现出正相关关系。独立店面密度、座椅密度系数分别为+0.01和-0.03，均可看作小系数，对主成分2的影响可忽略不计。

综上，主成分2主要体现了寒地商业步行街吸引商业行为发生的能力，因此将主成分2命名为“商业活化因子”。

3.2.3 冰雪赋能因子

主成分3提供了19.74%的方差贡献率，与主成分2的方差贡献率差距不大，同为寒地商业步行街空间活力的次要影响因子。其商业行为密度系数为-0.12，社会行为密度系数为+0.27，说明主成分3对商业行为和社会行为同样有着差别吸引力，负值表明该因素对商业行为有促进作用，正值表明该因素对社会行为有促进作用，但由于商业行为密度系数绝对值＜0.15，因此可看作小系数，代表主成分3对商业行为的促进作用较微弱，非主导项。

安全步行宽度、业态多样性、缓冲节点密度、座椅密度、冰雪设施密度系数都为正值，说明在寒地商业步行街中，以上因素对社会活动吸引力有着正面影响，可以看出寒地商业步行街整体功能的多样化、活动场地的完备性、寒地景观的特色展示对于吸引步行者参加社会性活动有着积极作用。但考虑到在主成分1中安全步行宽度系数为负，因此无法由主成分3的相关性分析结果定论安全步行宽度能够促进寒地商业步行街中社会性行为的发生，由于主成分1的方差贡献率更高，因此安全步行宽度的作用参照主成分1的分析结果。独立店面密度、界面透明度、其它设施密度虽然也为正值，但其系数绝对值过小，影响微弱，故此处不纳入考虑范围。

图10 PC3中各项影响因素统计

综上，主成分3主要体现了寒地商业步行街吸引社会性活动发生的能力，且主要与冰雪条件的正面利用、整合场地促进步行者自发参与多样化活动相关，因此命名为“冰雪赋能因子”。

3.2.4 活力因子多因素相关性分析

根据文中分析结果，对于寒地商业步行街而言，各空间环境因素与不同的行为种类表现出程度各异的促进作用，其中表现出较强相关性的结果如下：①业态多样性、缓冲节点密度、暖色面积比例、其它设施密度、冰雪设施密度能够促进商业行为的发生；②业态多样性、缓冲节点密度、暖色面积比例、广场密度、冰雪设施密度能够促进社会行为的发生。总体而言，提升独立店面密度、缓冲节点密度、座椅密度、冰雪设施密度能够综合提升寒地商业步行街的活力。寒地商业步行街空间活力因子、空间活力影响因素、步行者行为数据的多因素相关性模型如图11所示。

图11 寒地商业步行街空间活力因子、空间活力影响因素、步行者行为数据的多因素相关性模型

4 设计建议

基于研究得出的寒地商业步行街空间活力影响因子，对寒地商业步行街的活力提升能够提出如下设计建议。

（1） 增加在寒冷气候条件下的缓冲机会，保证步行者的舒适体感是提升寒地商业步行街整体活力的基础保障，此外临街门店的布设应注重对步行者的包容性。

（2） 适当增设店前广场和冰雪景观，尤其是在步行街内的明星门店或大型商业综合体前，能够起到汇聚人流、吸引人气的作用，利于营造高品质、高活跃度的商业氛围。

（3） 注重寒地商业步行街的业态多样性、设施的多样性和完备性，能够促使居民进行多样化活动，在常规的商业氛围中增添市井的生活气息。

此外，需要注意的是，寒地商业步行街的类型有较强倾向性，可根据该实际的街区建设目的、功能需求对提及的指标进行调整。

5 结语

寒地商业步行街作为寒地城市中重要的公共空间，其活力的塑造对寒地城市空间人本化、精细化设计具有重要意义。文中在前人的研究成果上加以拓展，对位于特殊气候地区的寒地商业步行街及其各类活动的关系展开研究，采用主成分分析法得出具有地域性、量化特征的结论，对寒地商业步行街的空间活力因子进行归纳和解析，为商业街道空间环境提供了地域性的研究范本，为营造更高品质、更有活力的寒地商业步行街空间提供了理论支持。