陳旸， 劉梓瑩

（哈爾濱工業(yè)大學建筑學院，寒地城鄉(xiāng)人居環(huán)境科學與技術工業(yè)和信息化部重點實驗室，哈爾濱 150006）

0 引言

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

1 概念解析

1.1 恢復性環(huán)境

“恢復性環(huán)境”又稱復愈性環(huán)境，是由美國學者Kaplan與Talbot提出的概念，是指使個體緩解精神疲勞、減少負面情緒、促進生理健康和心理健康的環(huán)境。近年來有多個學科將自然環(huán)境作為健康資源進行相關研究，已有大量研究表明“自然-健康”的關聯(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能的恢復[1]，同時也可以起到緩解疲勞、提升認知能力的作用[2]。目前，有兩種理論假說可以用來解釋恢復性環(huán)境對于人體的影響機制，分別為減壓理論與注意力恢復理論。

減壓理論由Ulrich提出的，認為人類在面對危機和不安的情況時，對生長所處的特定的環(huán)境產生依賴心理，比如可以被庇護的場所。當人們面臨對自身產生威脅的突發(fā)事件時，在心理上會產生焦慮、不安、恐懼的情緒，從而轉化為生理上的心率加速、掌心出汗、血壓升高等變化。而當人們來到恢復性環(huán)境中時，便不再過多注意消極的方面，更多的變?yōu)閷臻g環(huán)境的注意，從而放松心態(tài)，使生理指標回歸到正常水平狀態(tài)。

注意力恢復理論由Kaplan提出[3]，他認為人們如果長期消耗主動注意力，就會產生生理疲憊、認知能力下降、導致健康問題，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個因素：遠離、魅力、一致、相容。其中，遠離是指人們處于區(qū)別于平時的環(huán)境會產生遠離生活煩惱的感受；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)境具有豐富的內容，使用者毫不費力就對目標環(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、寧靜程度、圍合程度對人體健康的恢復性均有影響[4]，文中選取空間的圍合程度作為變量，探究對老年人身心恢復最具影響的空間圍透度特征。

1.2 戶外空間圍透度

空間圍透度就是對空間圍合程度的量化。根據(jù)英國地理學家阿普爾頓的“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影響人的情緒和精神感受。瑞典學者斯蒂格的感知恢復維度（PSD）理論也指出“具有空間維度和庇護維度的空間對健康的恢復性更好”。因此，針對戶外空間的圍透度進行設計，對提升環(huán)境對人體的恢復性效應具有影響作用。

戶外空間的圍透度主要與建筑間距與高度之比、垂直要素高度對空間感的影響、地形特征對空間感的影響有關。其量化指標有視野空隙率、遮擋物距離、遮擋物高度和視野權重等。人的視野面范圍是人們判斷空間是否開敞的關鍵因素，空間圍透度的分析是將人的視野模擬成一個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進行計算，如圖1所示[5]。

圖1 空間圍透度分析

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

圖2 試驗流程

由于受到真實場地的限制，難以對實際場景中的環(huán)境因子進行有效控制，因此文中將真實場景轉化為試驗條件，采用“基礎模型建構-試驗參數(shù)調整-虛擬場景生成”所創(chuàng)造的人工場景進行環(huán)境模擬分析，可以根據(jù)試驗需要構建一些復雜實驗條件，并增強對無關變量的可控性應用[6]?？臻g圍透度計算公式。

2 環(huán)境模擬試驗設計

對戶外空間圍透度的研究采取試驗模擬的方法進行量化與測評。老年人對空間的感受可以通過生理反饋技術測量指標對環(huán)境感受進行量化分析。由于心率與皮電可以直接反應人體的生理變化并且容易被檢測到，所以選取這兩個指標進行測量研究[7]。對于不同場景的遠離、魅力、一致、相容4個維度具體引起老年人的生理恢復效果，則通過PRS量表所改編的主觀問卷進行統(tǒng)計分析。

2.1 試驗對象的選擇

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過簡易精神狀態(tài)量表（MMSE）的測試，且得分需要超過27分的參與者（具有較好的認知能力）才能被招募為試驗對象。

表1 戶外空間場景特征及圖示

2.2 試驗場景的建立

首先建立試驗所需戶外空間的三維模型，然后根據(jù)試驗目的對模型場景的某些設計參數(shù)進行調整，最后通過Lumion渲染出逼真的戶外場景圖片，作為供參與者體驗的試驗條件。

虛擬場景建立時，根據(jù)試驗內容，考慮環(huán)視和仰視時空間圍透度的差異。通過幾種常見的植物空間圍合方式設計場景效果圖并計算圍透度值，分別為開敞空間（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）。場景特征及描述簡圖，如表1所示。

2.3 試驗程序與數(shù)據(jù)采集

試驗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景圖片，比較被試者在生理、心理兩個維度所產生的恢復效果差異。試驗程序為“壓力-恢復”，試驗模塊由“壓力導入”與“壓力恢復測量”兩個部分組成，即通過刺激手段使被試者處于緊張焦慮的狀態(tài)，隨后通過場景圖片使被試者情緒恢復平靜。試驗中生理指標的測量采用生理監(jiān)測設備。試驗測量過程包括：生理基線測量、壓力的導入、恢復期三部分。

（1） 壓力的導入。首先記錄1min被試者在平靜狀態(tài)下的生理基線值，之后為應激反應導入階段，本試驗將簡化版的馬斯特里赫特急性應激測試（MAST）作為主動施加壓力的手段。在MAST中，3min內讓被試者交替完成冷壓測試和心算測試。冷壓測試是讓被試者將手和手腕浸泡在2℃的冰水中，心算測試是讓被試者從2043開始，不斷減去17，盡量快速準確，出錯時便重新開始，每個測試持續(xù)時長在40～90s的時間。通過生理指標變化與Marteau的STAI-Y6量表[8]共同衡量施壓是否成功。

（2） 壓力恢復的測量。被試者在完成焦慮水平問卷后，進入生理-心理恢復期，可以自由觀看場景圖片。研究表明以圖片形式作為刺激源對生理心理指標產生影響至少需要15s的時間[9]，而老年人由于機體功能衰退，對刺激不能給出更及時的反應，因此每張場景圖片顯示時間為30s。當圖片顯示結束時，生理傳感器停止記錄，為被試者拆除設備，并指引被試者對其觀看的場景圖片填寫感知恢復量表。

研究使用改編過的縮減版知覺恢復量表PRS-5對場景圖片進行評價[10]，量表評估了Kaplan注意力恢復理論中的4個恢復性環(huán)境屬性，短版本有5個問題分別關注于4個維度，分別為遠離、魅力、一致、相容，并用7級李克特量表進行打分。研究分別針對量表總得分和各維度得分對不同圍透度對人體的恢復性效應進行分析。詳細試驗流程，如圖3所示。

圖3 不同圍透度下的心率變化率

3 試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

3.1 空間圍透度對老年人生理指標恢復性影響分析

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

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ErgoLAB進行整理，采用Kruskal-Wallis檢驗分析6種場景對老年人生理指標變化率的差異性。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)計數(shù)據(jù)，被試者的心率和皮電水平均產生了不同程度的下降，證實了戶外空間對老年人的壓力恢復產生了作用。

各試驗條件下，老年人的心率恢復率沒有顯著差異性（p>0.05），而皮膚導電性恢復率的差異達到顯著水平（p<0.05）。皮膚導電性恢復率的漸進顯著性小于0.05，說明老年人生理指標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種場景中的心率變化率平均值與皮膚導電性變化率平均值繪制成柱形圖見圖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值達到最高。而從數(shù)據(jù)分布區(qū)間和平均值上看，開敞空間的恢復水平低于半開敞空間的恢復水平。

圖4 不同圍透度下的皮電變化率

3.2 空間圍透度對心理指標恢復性影響分析

為了比較不同空間圍透度的心理恢復性作用，統(tǒng)計分析了感知恢復性評價中每種場景的恢復性特征維度得分及總分。研究發(fā)現(xiàn)4個維度的得分在區(qū)間分布和平均值方面都大于3.5，說明被試者認為6種空間特征都具有較好的心理恢復效果。老年人對空間滿意度的意見較為分散，但總體趨勢仍為正向。在總分上，圍透度值為0.4的空間得分最高見圖5。單因素方差分析結果顯示，不同空間圍透度的恢復性評價總分差異顯著（p<0.05），結果表明不同空間圍透度對老年人的壓力恢復水平具有顯著性差異。

圖5 不同圍透度下的PRS量表總分

感知恢復的差異可以從恢復性特征維度評分方面進行進一步解釋，如圖6所示，6個場景的遠離性得分相對其它3個維度整體上更高。圍透度值為0.4的空間恢復性特征維度最高，遠離性（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個特征維度為最低，遠離性（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）。通過對不同場景在4個特征維度上的差異性分析，老年人在獲得遠離性感受方面均值較高。結果發(fā)現(xiàn)在不同空間圍透度下，老年人的遠離感受具有顯著差異性（p<0.05）,其他3個維度差異性不明顯。原因可能是戶外空間圍透度與室內有明顯差異，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 基于試驗結果的設計建議

試驗結果表明，戶外空間圍透度是影響老年人生理-心理恢復的重要因素。合適的空間圍透度能夠顯著提高老年人生理應激恢復水平并降低主觀焦慮水平。根據(jù)試驗分析得出，圍透度為0.4～0.5的空間，即半開敞空間的恢復效應更強，從圍合方式來看，頂面圍合空間更具有使老年人身心恢復的作用。因此，基于試驗結果，文中對老年人的戶外活動空間提出四方面的設計建議。

4.1 建筑布局的庇護設計

建筑的布局是影響戶外空間圍透度的主要因素之一。具有領域感和場所感的戶外空間可以通過調整建筑單體形式和建筑群體組合方式兩方面來營造。

對于單體建筑而言，建議在可能的情況下增加建筑的轉折，從而通過建筑的外界面創(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角空間。

在建筑群體組合上，盡量避免過于平直單調的布局形態(tài)，可以通過將建筑傾斜布置、錯位布置、或增加不對稱元素等，打破狹長空間的通暢感，增加空間的圍合感和領域感，創(chuàng)造對老年人起庇護作用的半開敞空間。

4.2 建筑形態(tài)的豎向設計

建筑的高度對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。

建筑單體可以通過設置局部退臺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大而產生的壓迫感。

群體建筑的豎向組合設計，可以通過不同位置的建筑高度的變化，打造具有高差的視覺形象，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 場地空間的層次設計

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

具體可以通過設置門洞、空廊、亭子、列柱、矮墻、山石、雕塑、活動及休息設施、地形高差等手法來分隔和營造具有層次感的空間，并加強空間的靈活性與滲透性，豐富老年人戶外場地空間的層次感與庇護感。

4.4 景觀要素的自然度設計

已有研究證明自然度較高的戶外空間更具有恢復性。因此，可以通過調整自然景觀元素的類型和組合方式來提升戶外空間場景對老年人的視覺吸引力和舒適度。

結合自然景觀要素的設計來達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，可以引入水體來提高空間的觀賞性，可以利用地形的高低起伏和綠植來界定空間，虛化空間界面，使空間更具層次感，增加老年人對空間尺度的掌握和認識。此外，可以多使用高大的喬木營造頂面圍合的空間，既保證通透的視線，還能起到遮蔭的作用。

5 結語

文中通過6個空間場景4個維度的環(huán)境模擬實驗，對老年人在不同空間圍透度的虛擬場景下生理、心理指標變化的差異性進行了分析，并基于實驗研究結果，從建筑布局的庇護設計、建筑形態(tài)的豎向設計、場地空間的層次設計以及景觀要素的自然度設計等四個方面提出了設計建議，旨在為老年人戶外活動空間建設提供參考。