陳旸， 劉梓瑩

（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）

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，城市環(huán)境對(duì)人體身心健康的影響越來(lái)越受到社會(huì)各界的高度關(guān)注。其中，作為老年人親近自然、鍛煉身體、情感交流、緩解壓力的重要場(chǎng)所，戶外空間恢復(fù)性環(huán)境與老年人身心健康的關(guān)聯(lián)性，尤其是戶外空間的圍透度對(duì)老年人的情緒、精神感受以及生理健康恢復(fù)性的影響值得我們探討。

1 概念解析

1.1 恢復(fù)性環(huán)境

“恢復(fù)性環(huán)境”又稱復(fù)愈性環(huán)境，是由美國(guó)學(xué)者Kaplan與Talbot提出的概念，是指使個(gè)體緩解精神疲勞、減少負(fù)面情緒、促進(jìn)生理健康和心理健康的環(huán)境。近年來(lái)有多個(gè)學(xué)科將自然環(huán)境作為健康資源進(jìn)行相關(guān)研究，已有大量研究表明“自然-健康”的關(guān)聯(lián)性。比起人工環(huán)境，綠地、水體、山林等自然景觀，甚至景觀圖片均可以提升人們的生理機(jī)能的恢復(fù)[1]，同時(shí)也可以起到緩解疲勞、提升認(rèn)知能力的作用[2]。目前，有兩種理論假說(shuō)可以用來(lái)解釋恢復(fù)性環(huán)境對(duì)于人體的影響機(jī)制，分別為減壓理論與注意力恢復(fù)理論。

減壓理論由Ulrich提出的，認(rèn)為人類在面對(duì)危機(jī)和不安的情況時(shí)，對(duì)生長(zhǎng)所處的特定的環(huán)境產(chǎn)生依賴心理，比如可以被庇護(hù)的場(chǎng)所。當(dāng)人們面臨對(duì)自身產(chǎn)生威脅的突發(fā)事件時(shí)，在心理上會(huì)產(chǎn)生焦慮、不安、恐懼的情緒，從而轉(zhuǎn)化為生理上的心率加速、掌心出汗、血壓升高等變化。而當(dāng)人們來(lái)到恢復(fù)性環(huán)境中時(shí)，便不再過(guò)多注意消極的方面，更多的變?yōu)閷?duì)空間環(huán)境的注意，從而放松心態(tài)，使生理指標(biāo)回歸到正常水平狀態(tài)。

注意力恢復(fù)理論由Kaplan提出[3]，他認(rèn)為人們?nèi)绻L(zhǎng)期消耗主動(dòng)注意力，就會(huì)產(chǎn)生生理疲憊、認(rèn)知能力下降、導(dǎo)致健康問(wèn)題，而某些特定的環(huán)境具有吸引力，這種特定的環(huán)境具備4個(gè)因素：遠(yuǎn)離、魅力、一致、相容。其中，遠(yuǎn)離是指人們處于區(qū)別于平時(shí)的環(huán)境會(huì)產(chǎn)生遠(yuǎn)離生活煩惱的感受；魅力是指能夠激發(fā)人們的好奇心從而產(chǎn)生興趣，這種吸引力又稱非自愿注意力；一致是指環(huán)境具有豐富的內(nèi)容，使用者毫不費(fèi)力就對(duì)目標(biāo)環(huán)境有探索的欲望；相容是指空間特征能夠滿足人們的使用需求。

根據(jù)以往研究的分析，環(huán)境中的綠視率、物種豐富程度、寧?kù)o程度、圍合程度對(duì)人體健康的恢復(fù)性均有影響[4]，文中選取空間的圍合程度作為變量，探究對(duì)老年人身心恢復(fù)最具影響的空間圍透度特征。

1.2 戶外空間圍透度

空間圍透度就是對(duì)空間圍合程度的量化。根據(jù)英國(guó)地理學(xué)家阿普爾頓的“前景避難理論”（1975），“人們有希望看到別人而不被別人看到的需求”，因此空間的圍合程度會(huì)影響人的情緒和精神感受。瑞典學(xué)者斯蒂格的感知恢復(fù)維度（PSD）理論也指出“具有空間維度和庇護(hù)維度的空間對(duì)健康的恢復(fù)性更好”。因此，針對(duì)戶外空間的圍透度進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)提升環(huán)境對(duì)人體的恢復(fù)性效應(yīng)具有影響作用。

戶外空間的圍透度主要與建筑間距與高度之比、垂直要素高度對(duì)空間感的影響、地形特征對(duì)空間感的影響有關(guān)。其量化指標(biāo)有視野空隙率、遮擋物距離、遮擋物高度和視野權(quán)重等。人的視野面范圍是人們判斷空間是否開(kāi)敞的關(guān)鍵因素，空間圍透度的分析是將人的視野模擬成一個(gè)與地面垂直的虛擬面，戶外空間的遮擋物與地形使空間分為可視部分和被遮擋部分，兩者可以用占總視域面的比例來(lái)進(jìn)行計(jì)算，如圖1所示[5]。

圖1 空間圍透度分析

在計(jì)算空間圍透度時(shí)將人的視野觀察范圍模擬成一個(gè)與地面垂直的虛擬視野面，并將其抽象成120×50的點(diǎn)陣組成，通過(guò)采用兩點(diǎn)之間可視性分析法，依次計(jì)算視野面上每個(gè)點(diǎn)與觀察點(diǎn)之間的可視性，判斷是通視或被遮擋。相應(yīng)的計(jì)算公式如圖2所示，其中，O是觀察點(diǎn)，P是視野面的任意一點(diǎn)，n為該視野面的點(diǎn)陣總數(shù)。

圖2 試驗(yàn)流程

由于受到真實(shí)場(chǎng)地的限制，難以對(duì)實(shí)際場(chǎng)景中的環(huán)境因子進(jìn)行有效控制，因此文中將真實(shí)場(chǎng)景轉(zhuǎn)化為試驗(yàn)條件，采用“基礎(chǔ)模型建構(gòu)-試驗(yàn)參數(shù)調(diào)整-虛擬場(chǎng)景生成”所創(chuàng)造的人工場(chǎng)景進(jìn)行環(huán)境模擬分析，可以根據(jù)試驗(yàn)需要構(gòu)建一些復(fù)雜實(shí)驗(yàn)條件，并增強(qiáng)對(duì)無(wú)關(guān)變量的可控性應(yīng)用[6]?？臻g圍透度計(jì)算公式。

2 環(huán)境模擬試驗(yàn)設(shè)計(jì)

對(duì)戶外空間圍透度的研究采取試驗(yàn)?zāi)M的方法進(jìn)行量化與測(cè)評(píng)。老年人對(duì)空間的感受可以通過(guò)生理反饋技術(shù)測(cè)量指標(biāo)對(duì)環(huán)境感受進(jìn)行量化分析。由于心率與皮電可以直接反應(yīng)人體的生理變化并且容易被檢測(cè)到，所以選取這兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量研究[7]。對(duì)于不同場(chǎng)景的遠(yuǎn)離、魅力、一致、相容4個(gè)維度具體引起老年人的生理恢復(fù)效果，則通過(guò)PRS量表所改編的主觀問(wèn)卷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2.1 試驗(yàn)對(duì)象的選擇

研究在哈爾濱市招募了30名60歲以上的老年人，所有參與者都需要經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)易精神狀態(tài)量表（MMSE）的測(cè)試，且得分需要超過(guò)27分的參與者（具有較好的認(rèn)知能力）才能被招募為試驗(yàn)對(duì)象。

表1 戶外空間場(chǎng)景特征及圖示

2.2 試驗(yàn)場(chǎng)景的建立

首先建立試驗(yàn)所需戶外空間的三維模型，然后根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康膶?duì)模型場(chǎng)景的某些設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，最后通過(guò)Lumion渲染出逼真的戶外場(chǎng)景圖片，作為供參與者體驗(yàn)的試驗(yàn)條件。

虛擬場(chǎng)景建立時(shí)，根據(jù)試驗(yàn)內(nèi)容，考慮環(huán)視和仰視時(shí)空間圍透度的差異。通過(guò)幾種常見(jiàn)的植物空間圍合方式設(shè)計(jì)場(chǎng)景效果圖并計(jì)算圍透度值，分別為開(kāi)敞空間（0.10）、低遮擋空間（0.20）、中遮擋空間（0.30）、左右圍合空間（0.40）、頂面圍合空間（0.50）、高圍合空間（0.60）。場(chǎng)景特征及描述簡(jiǎn)圖，如表1所示。

2.3 試驗(yàn)程序與數(shù)據(jù)采集

試驗(yàn)為了探究老年人在壓力狀態(tài)下觀察不同空間圍透度的場(chǎng)景圖片，比較被試者在生理、心理兩個(gè)維度所產(chǎn)生的恢復(fù)效果差異。試驗(yàn)程序?yàn)椤皦毫?恢復(fù)”，試驗(yàn)?zāi)K由“壓力導(dǎo)入”與“壓力恢復(fù)測(cè)量”兩個(gè)部分組成，即通過(guò)刺激手段使被試者處于緊張焦慮的狀態(tài)，隨后通過(guò)場(chǎng)景圖片使被試者情緒恢復(fù)平靜。試驗(yàn)中生理指標(biāo)的測(cè)量采用生理監(jiān)測(cè)設(shè)備。試驗(yàn)測(cè)量過(guò)程包括：生理基線測(cè)量、壓力的導(dǎo)入、恢復(fù)期三部分。

（1） 壓力的導(dǎo)入。首先記錄1min被試者在平靜狀態(tài)下的生理基線值，之后為應(yīng)激反應(yīng)導(dǎo)入階段，本試驗(yàn)將簡(jiǎn)化版的馬斯特里赫特急性應(yīng)激測(cè)試（MAST）作為主動(dòng)施加壓力的手段。在MAST中，3min內(nèi)讓被試者交替完成冷壓測(cè)試和心算測(cè)試。冷壓測(cè)試是讓被試者將手和手腕浸泡在2℃的冰水中，心算測(cè)試是讓被試者從2043開(kāi)始，不斷減去17，盡量快速準(zhǔn)確，出錯(cuò)時(shí)便重新開(kāi)始，每個(gè)測(cè)試持續(xù)時(shí)長(zhǎng)在40～90s的時(shí)間。通過(guò)生理指標(biāo)變化與Marteau的STAI-Y6量表[8]共同衡量施壓是否成功。

（2） 壓力恢復(fù)的測(cè)量。被試者在完成焦慮水平問(wèn)卷后，進(jìn)入生理-心理恢復(fù)期，可以自由觀看場(chǎng)景圖片。研究表明以圖片形式作為刺激源對(duì)生理心理指標(biāo)產(chǎn)生影響至少需要15s的時(shí)間[9]，而老年人由于機(jī)體功能衰退，對(duì)刺激不能給出更及時(shí)的反應(yīng)，因此每張場(chǎng)景圖片顯示時(shí)間為30s。當(dāng)圖片顯示結(jié)束時(shí)，生理傳感器停止記錄，為被試者拆除設(shè)備，并指引被試者對(duì)其觀看的場(chǎng)景圖片填寫(xiě)感知恢復(fù)量表。

研究使用改編過(guò)的縮減版知覺(jué)恢復(fù)量表PRS-5對(duì)場(chǎng)景圖片進(jìn)行評(píng)價(jià)[10]，量表評(píng)估了Kaplan注意力恢復(fù)理論中的4個(gè)恢復(fù)性環(huán)境屬性，短版本有5個(gè)問(wèn)題分別關(guān)注于4個(gè)維度，分別為遠(yuǎn)離、魅力、一致、相容，并用7級(jí)李克特量表進(jìn)行打分。研究分別針對(duì)量表總得分和各維度得分對(duì)不同圍透度對(duì)人體的恢復(fù)性效應(yīng)進(jìn)行分析。詳細(xì)試驗(yàn)流程，如圖3所示。

圖3 不同圍透度下的心率變化率

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

3.1 空間圍透度對(duì)老年人生理指標(biāo)恢復(fù)性影響分析

老年人生理反饋指標(biāo)與恢復(fù)性效應(yīng)之間的關(guān)系，主要依據(jù)心率變化和皮膚導(dǎo)電反應(yīng)變化分析得出。文中引入生理指標(biāo)變化率的概念，選取生理指標(biāo)變化率R作為統(tǒng)計(jì)分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。將個(gè)體刺激與恢復(fù)階段的生理壓力指標(biāo)均值差F1～F2，除以刺激與休息階段的生理壓力指標(biāo)均值差F1～F0，得到被試者的壓力狀態(tài)生理指標(biāo)變化率R。數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析均采用非參數(shù)檢驗(yàn)。

心率數(shù)據(jù)與皮電數(shù)據(jù)排除記錄率低及數(shù)據(jù)異常的樣本，通過(guò)ErgoLAB進(jìn)行整理，采用Kruskal-Wallis檢驗(yàn)分析6種場(chǎng)景對(duì)老年人生理指標(biāo)變化率的差異性。根據(jù)6種空間圍透度的皮電水平和心率下降程度的描述性統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，被試者的心率和皮電水平均產(chǎn)生了不同程度的下降，證實(shí)了戶外空間對(duì)老年人的壓力恢復(fù)產(chǎn)生了作用。

各試驗(yàn)條件下，老年人的心率恢復(fù)率沒(méi)有顯著差異性（p>0.05），而皮膚導(dǎo)電性恢復(fù)率的差異達(dá)到顯著水平（p<0.05）。皮膚導(dǎo)電性恢復(fù)率的漸進(jìn)顯著性小于0.05，說(shuō)明老年人生理指標(biāo)在不同空間圍透度值之間具有顯著差異性。將30名老年人在6種場(chǎng)景中的心率變化率平均值與皮膚導(dǎo)電性變化率平均值繪制成柱形圖見(jiàn)圖3、圖4，發(fā)現(xiàn)隨著空間圍透度值增加，老年人的心率變化率和皮膚導(dǎo)電性變化率逐漸上升，直至空間圍透度值提高至0.4，R值達(dá)到最高。而從數(shù)據(jù)分布區(qū)間和平均值上看，開(kāi)敞空間的恢復(fù)水平低于半開(kāi)敞空間的恢復(fù)水平。

圖4 不同圍透度下的皮電變化率

3.2 空間圍透度對(duì)心理指標(biāo)恢復(fù)性影響分析

為了比較不同空間圍透度的心理恢復(fù)性作用，統(tǒng)計(jì)分析了感知恢復(fù)性評(píng)價(jià)中每種場(chǎng)景的恢復(fù)性特征維度得分及總分。研究發(fā)現(xiàn)4個(gè)維度的得分在區(qū)間分布和平均值方面都大于3.5，說(shuō)明被試者認(rèn)為6種空間特征都具有較好的心理恢復(fù)效果。老年人對(duì)空間滿意度的意見(jiàn)較為分散，但總體趨勢(shì)仍為正向。在總分上，圍透度值為0.4的空間得分最高見(jiàn)圖5。單因素方差分析結(jié)果顯示，不同空間圍透度的恢復(fù)性評(píng)價(jià)總分差異顯著（p<0.05），結(jié)果表明不同空間圍透度對(duì)老年人的壓力恢復(fù)水平具有顯著性差異。

圖5 不同圍透度下的PRS量表總分

感知恢復(fù)的差異可以從恢復(fù)性特征維度評(píng)分方面進(jìn)行進(jìn)一步解釋，如圖6所示，6個(gè)場(chǎng)景的遠(yuǎn)離性得分相對(duì)其它3個(gè)維度整體上更高。圍透度值為0.4的空間恢復(fù)性特征維度最高，遠(yuǎn)離性（7.08±1.12）、魅力性（5.20±1.75）、一致性（5.51±1.52）、相容性（5.55±1.53）。圍透度值為0.6的4個(gè)特征維度為最低，遠(yuǎn)離性（3.89±1.79）、魅力性（4.60±1.60）、一致性（4.60±2.10）、相容性（4.55±1.64）。通過(guò)對(duì)不同場(chǎng)景在4個(gè)特征維度上的差異性分析，老年人在獲得遠(yuǎn)離性感受方面均值較高。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在不同空間圍透度下，老年人的遠(yuǎn)離感受具有顯著差異性（p<0.05）,其他3個(gè)維度差異性不明顯。原因可能是戶外空間圍透度與室內(nèi)有明顯差異，且具有明顯的自然特征，更能帶給老年人逃離生活壓力的感受。

圖6 不同空間圍透度下PRS量表各維度得分

4 基于試驗(yàn)結(jié)果的設(shè)計(jì)建議

試驗(yàn)結(jié)果表明，戶外空間圍透度是影響老年人生理-心理恢復(fù)的重要因素。合適的空間圍透度能夠顯著提高老年人生理應(yīng)激恢復(fù)水平并降低主觀焦慮水平。根據(jù)試驗(yàn)分析得出，圍透度為0.4～0.5的空間，即半開(kāi)敞空間的恢復(fù)效應(yīng)更強(qiáng)，從圍合方式來(lái)看，頂面圍合空間更具有使老年人身心恢復(fù)的作用。因此，基于試驗(yàn)結(jié)果，文中對(duì)老年人的戶外活動(dòng)空間提出四方面的設(shè)計(jì)建議。

4.1 建筑布局的庇護(hù)設(shè)計(jì)

建筑的布局是影響戶外空間圍透度的主要因素之一。具有領(lǐng)域感和場(chǎng)所感的戶外空間可以通過(guò)調(diào)整建筑單體形式和建筑群體組合方式兩方面來(lái)營(yíng)造。

對(duì)于單體建筑而言，建議在可能的情況下增加建筑的轉(zhuǎn)折，從而通過(guò)建筑的外界面創(chuàng)造出具有不同圍合程度的戶外空間，如“凹”形、“L”形、“Y”形和“十”字形的建筑單體形式均可創(chuàng)造出具有圍合感的轉(zhuǎn)角空間。

在建筑群體組合上，盡量避免過(guò)于平直單調(diào)的布局形態(tài)，可以通過(guò)將建筑傾斜布置、錯(cuò)位布置、或增加不對(duì)稱元素等，打破狹長(zhǎng)空間的通暢感，增加空間的圍合感和領(lǐng)域感，創(chuàng)造對(duì)老年人起庇護(hù)作用的半開(kāi)敞空間。

4.2 建筑形態(tài)的豎向設(shè)計(jì)

建筑的高度對(duì)空間感的影響也是戶外空間圍透度的影響因素。建筑單體與群體的豎向形態(tài)處理可以創(chuàng)造戶外空間形態(tài)的變換從而影響空間的圍透度。

建筑單體可以通過(guò)設(shè)置局部退臺(tái)形成階梯式的豎向形態(tài)，退讓出屋頂空間，減弱由于建筑的體量過(guò)大而產(chǎn)生的壓迫感。

群體建筑的豎向組合設(shè)計(jì)，可以通過(guò)不同位置的建筑高度的變化，打造具有高差的視覺(jué)形象，從而減輕建筑群體空間的封閉感，避免造成壓抑的心理感受。

4.3 場(chǎng)地空間的層次設(shè)計(jì)

在戶外場(chǎng)地中，空間的層次感營(yíng)造也是改善空間圍透度的重要環(huán)節(jié)。在無(wú)法改變建筑布局的情況下，可以通過(guò)增加戶外設(shè)施要素的類型、優(yōu)化設(shè)施的布局來(lái)改善空間的圍透度。

具體可以通過(guò)設(shè)置門(mén)洞、空廊、亭子、列柱、矮墻、山石、雕塑、活動(dòng)及休息設(shè)施、地形高差等手法來(lái)分隔和營(yíng)造具有層次感的空間，并加強(qiáng)空間的靈活性與滲透性，豐富老年人戶外場(chǎng)地空間的層次感與庇護(hù)感。

4.4 景觀要素的自然度設(shè)計(jì)

已有研究證明自然度較高的戶外空間更具有恢復(fù)性。因此，可以通過(guò)調(diào)整自然景觀元素的類型和組合方式來(lái)提升戶外空間場(chǎng)景對(duì)老年人的視覺(jué)吸引力和舒適度。

結(jié)合自然景觀要素的設(shè)計(jì)來(lái)達(dá)到適宜的空間圍透度的需求?？梢栽黾又参锏姆N類、形態(tài)、色彩和覆蓋率，可以引入水體來(lái)提高空間的觀賞性，可以利用地形的高低起伏和綠植來(lái)界定空間，虛化空間界面，使空間更具層次感，增加老年人對(duì)空間尺度的掌握和認(rèn)識(shí)。此外，可以多使用高大的喬木營(yíng)造頂面圍合的空間，既保證通透的視線，還能起到遮蔭的作用。

5 結(jié)語(yǔ)

文中通過(guò)6個(gè)空間場(chǎng)景4個(gè)維度的環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)老年人在不同空間圍透度的虛擬場(chǎng)景下生理、心理指標(biāo)變化的差異性進(jìn)行了分析，并基于實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果，從建筑布局的庇護(hù)設(shè)計(jì)、建筑形態(tài)的豎向設(shè)計(jì)、場(chǎng)地空間的層次設(shè)計(jì)以及景觀要素的自然度設(shè)計(jì)等四個(gè)方面提出了設(shè)計(jì)建議，旨在為老年人戶外活動(dòng)空間建設(shè)提供參考。