户外空间围透度对老年人生理-心理恢复性影响研究

时间：2024-12-28

陈旸，刘梓莹

（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）

0 引言

随着城市化进程的不断加快，城市环境对人体身心健康的影响越来越受到社会各界的高度关注。其中，作为老年人亲近自然、锻炼身体、情感交流、缓解压力的重要场所，户外空间恢复性环境与老年人身心健康的关联性，尤其是户外空间的围透度对老年人的情绪、精神感受以及生理健康恢复性的影响值得我们探讨。

1 概念解析

1.1 恢复性环境

“恢复性环境”又称复愈性环境，是由美国学者Kaplan与Talbot提出的概念，是指使个体缓解精神疲劳、减少负面情绪、促进生理健康和心理健康的环境。近年来有多个学科将自然环境作为健康资源进行相关研究，已有大量研究表明“自然-健康”的关联性。比起人工环境，绿地、水体、山林等自然景观，甚至景观图片均可以提升人们的生理机能的恢复[1]，同时也可以起到缓解疲劳、提升认知能力的作用[2]。目前，有两种理论假说可以用来解释恢复性环境对于人体的影响机制，分别为减压理论与注意力恢复理论。

减压理论由Ulrich提出的，认为人类在面对危机和不安的情况时，对生长所处的特定的环境产生依赖心理，比如可以被庇护的场所。当人们面临对自身产生威胁的突发事件时，在心理上会产生焦虑、不安、恐惧的情绪，从而转化为生理上的心率加速、掌心出汗、血压升高等变化。而当人们来到恢复性环境中时，便不再过多注意消极的方面，更多的变为对空间环境的注意，从而放松心态，使生理指标回归到正常水平状态。

注意力恢复理论由Kaplan提出[3]，他认为人们如果长期消耗主动注意力，就会产生生理疲惫、认知能力下降、导致健康问题，而某些特定的环境具有吸引力，这种特定的环境具备4个因素：远离、魅力、一致、相容。其中，远离是指人们处于区别于平时的环境会产生远离生活烦恼的感受；魅力是指能够激发人们的好奇心从而产生兴趣，这种吸引力又称非自愿注意力；一致是指环境具有丰富的内容，使用者毫不费力就对目标环境有探索的欲望；相容是指空间特征能够满足人们的使用需求。

根据以往研究的分析，环境中的绿视率、物种丰富程度、宁静程度、围合程度对人体健康的恢复性均有影响[4]，文中选取空间的围合程度作为变量，探究对老年人身心恢复最具影响的空间围透度特征。

1.2 户外空间围透度

空间围透度就是对空间围合程度的量化。根据英国地理学家阿普尔顿的“前景避难理论”（1975），“人们有希望看到别人而不被别人看到的需求”，因此空间的围合程度会影响人的情绪和精神感受。瑞典学者斯蒂格的感知恢复维度（PSD）理论也指出“具有空间维度和庇护维度的空间对健康的恢复性更好”。因此，针对户外空间的围透度进行设计，对提升环境对人体的恢复性效应具有影响作用。

户外空间的围透度主要与建筑间距与高度之比、垂直要素高度对空间感的影响、地形特征对空间感的影响有关。其量化指标有视野空隙率、遮挡物距离、遮挡物高度和视野权重等。人的视野面范围是人们判断空间是否开敞的关键因素，空间围透度的分析是将人的视野模拟成一个与地面垂直的虚拟面，户外空间的遮挡物与地形使空间分为可视部分和被遮挡部分，两者可以用占总视域面的比例来进行计算，如图1所示[5]。

图1 空间围透度分析

在计算空间围透度时将人的视野观察范围模拟成一个与地面垂直的虚拟视野面，并将其抽象成120×50的点阵组成，通过采用两点之间可视性分析法，依次计算视野面上每个点与观察点之间的可视性，判断是通视或被遮挡。相应的计算公式如图2所示，其中，O是观察点，P是视野面的任意一点，n为该视野面的点阵总数。

图2 试验流程

由于受到真实场地的限制，难以对实际场景中的环境因子进行有效控制，因此文中将真实场景转化为试验条件，采用“基础模型建构-试验参数调整-虚拟场景生成”所创造的人工场景进行环境模拟分析，可以根据试验需要构建一些复杂实验条件，并增强对无关变量的可控性应用[6]。空间围透度计算公式。

2 环境模拟试验设计

对户外空间围透度的研究采取试验模拟的方法进行量化与测评。老年人对空间的感受可以通过生理反馈技术测量指标对环境感受进行量化分析。由于心率与皮电可以直接反应人体的生理变化并且容易被检测到，所以选取这两个指标进行测量研究[7]。对于不同场景的远离、魅力、一致、相容4个维度具体引起老年人的生理恢复效果，则通过PRS量表所改编的主观问卷进行统计分析。

2.1 试验对象的选择

研究在哈尔滨市招募了30名60岁以上的老年人，所有参与者都需要经过简易精神状态量表（MMSE）的测试，且得分需要超过27分的参与者（具有较好的认知能力）才能被招募为试验对象。

表1 户外空间场景特征及图示

2.2 试验场景的建立

首先建立试验所需户外空间的三维模型，然后根据试验目的对模型场景的某些设计参数进行调整，最后通过Lumion渲染出逼真的户外场景图片，作为供参与者体验的试验条件。

虚拟场景建立时，根据试验内容，考虑环视和仰视时空间围透度的差异。通过几种常见的植物空间围合方式设计场景效果图并计算围透度值，分别为开敞空间（0.10）、低遮挡空间（0.20）、中遮挡空间（0.30）、左右围合空间（0.40）、顶面围合空间（0.50）、高围合空间（0.60）。场景特征及描述简图，如表1所示。

2.3 试验程序与数据采集

试验为了探究老年人在压力状态下观察不同空间围透度的场景图片，比较被试者在生理、心理两个维度所产生的恢复效果差异。试验程序为“压力-恢复”，试验模块由“压力导入”与“压力恢复测量”两个部分组成，即通过刺激手段使被试者处于紧张焦虑的状态，随后通过场景图片使被试者情绪恢复平静。试验中生理指标的测量采用生理监测设备。试验测量过程包括：生理基线测量、压力的导入、恢复期三部分。

（1）压力的导入。首先记录1min被试者在平静状态下的生理基线值，之后为应激反应导入阶段，本试验将简化版的马斯特里赫特急性应激测试（MAST）作为主动施加压力的手段。在MAST中，3min内让被试者交替完成冷压测试和心算测试。冷压测试是让被试者将手和手腕浸泡在2℃的冰水中，心算测试是让被试者从2043开始，不断减去17，尽量快速准确，出错时便重新开始，每个测试持续时长在40～90s的时间。通过生理指标变化与Marteau的STAI-Y6量表[8]共同衡量施压是否成功。

（2）压力恢复的测量。被试者在完成焦虑水平问卷后，进入生理-心理恢复期，可以自由观看场景图片。研究表明以图片形式作为刺激源对生理心理指标产生影响至少需要15s的时间[9]，而老年人由于机体功能衰退，对刺激不能给出更及时的反应，因此每张场景图片显示时间为30s。当图片显示结束时，生理传感器停止记录，为被试者拆除设备，并指引被试者对其观看的场景图片填写感知恢复量表。

研究使用改编过的缩减版知觉恢复量表PRS-5对场景图片进行评价[10]，量表评估了Kaplan注意力恢复理论中的4个恢复性环境属性，短版本有5个问题分别关注于4个维度，分别为远离、魅力、一致、相容，并用7级李克特量表进行打分。研究分别针对量表总得分和各维度得分对不同围透度对人体的恢复性效应进行分析。详细试验流程，如图3所示。

图3 不同围透度下的心率变化率

3 试验数据统计与分析

3.1 空间围透度对老年人生理指标恢复性影响分析

老年人生理反馈指标与恢复性效应之间的关系，主要依据心率变化和皮肤导电反应变化分析得出。文中引入生理指标变化率的概念，选取生理指标变化率R作为统计分析的数据基础。将个体刺激与恢复阶段的生理压力指标均值差F1～F2，除以刺激与休息阶段的生理压力指标均值差F1～F0，得到被试者的压力状态生理指标变化率R。数据的统计分析均采用非参数检验。

心率数据与皮电数据排除记录率低及数据异常的样本，通过ErgoLAB进行整理，采用Kruskal-Wallis检验分析6种场景对老年人生理指标变化率的差异性。根据6种空间围透度的皮电水平和心率下降程度的描述性统计数据，被试者的心率和皮电水平均产生了不同程度的下降，证实了户外空间对老年人的压力恢复产生了作用。

各试验条件下，老年人的心率恢复率没有显著差异性（p>0.05），而皮肤导电性恢复率的差异达到显著水平（p<0.05）。皮肤导电性恢复率的渐进显著性小于0.05，说明老年人生理指标在不同空间围透度值之间具有显著差异性。将30名老年人在6种场景中的心率变化率平均值与皮肤导电性变化率平均值绘制成柱形图见图3、图4，发现随着空间围透度值增加，老年人的心率变化率和皮肤导电性变化率逐渐上升，直至空间围透度值提高至0.4，R值达到最高。而从数据分布区间和平均值上看，开敞空间的恢复水平低于半开敞空间的恢复水平。

图4 不同围透度下的皮电变化率

3.2 空间围透度对心理指标恢复性影响分析

为了比较不同空间围透度的心理恢复性作用，统计分析了感知恢复性评价中每种场景的恢复性特征维度得分及总分。研究发现4个维度的得分在区间分布和平均值方面都大于3.5，说明被试者认为6种空间特征都具有较好的心理恢复效果。老年人对空间满意度的意见较为分散，但总体趋势仍为正向。在总分上，围透度值为0.4的空间得分最高见图5。单因素方差分析结果显示，不同空间围透度的恢复性评价总分差异显著（p<0.05），结果表明不同空间围透度对老年人的压力恢复水平具有显著性差异。

图5 不同围透度下的PRS量表总分

感知恢复的差异可以从恢复性特征维度评分方面进行进一步解释，如图6所示，6个场景的远离性得分相对其它3个维度整体上更高。围透度值为0.4的空间恢复性特征维度最高，远离性（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）。围透度值为0.6的4个特征维度为最低，远离性（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）。通过对不同场景在4个特征维度上的差异性分析，老年人在获得远离性感受方面均值较高。结果发现在不同空间围透度下，老年人的远离感受具有显著差异性（p<0.05）,其他3个维度差异性不明显。原因可能是户外空间围透度与室内有明显差异，且具有明显的自然特征，更能带给老年人逃离生活压力的感受。

图6 不同空间围透度下PRS量表各维度得分

4 基于试验结果的设计建议

试验结果表明，户外空间围透度是影响老年人生理-心理恢复的重要因素。合适的空间围透度能够显著提高老年人生理应激恢复水平并降低主观焦虑水平。根据试验分析得出，围透度为0.4～0.5的空间，即半开敞空间的恢复效应更强，从围合方式来看，顶面围合空间更具有使老年人身心恢复的作用。因此，基于试验结果，文中对老年人的户外活动空间提出四方面的设计建议。

4.1 建筑布局的庇护设计

建筑的布局是影响户外空间围透度的主要因素之一。具有领域感和场所感的户外空间可以通过调整建筑单体形式和建筑群体组合方式两方面来营造。

对于单体建筑而言，建议在可能的情况下增加建筑的转折，从而通过建筑的外界面创造出具有不同围合程度的户外空间，如“凹”形、“L”形、“Y”形和“十”字形的建筑单体形式均可创造出具有围合感的转角空间。

在建筑群体组合上，尽量避免过于平直单调的布局形态，可以通过将建筑倾斜布置、错位布置、或增加不对称元素等，打破狭长空间的通畅感，增加空间的围合感和领域感，创造对老年人起庇护作用的半开敞空间。

4.2 建筑形态的竖向设计

建筑的高度对空间感的影响也是户外空间围透度的影响因素。建筑单体与群体的竖向形态处理可以创造户外空间形态的变换从而影响空间的围透度。

建筑单体可以通过设置局部退台形成阶梯式的竖向形态，退让出屋顶空间，减弱由于建筑的体量过大而产生的压迫感。

群体建筑的竖向组合设计，可以通过不同位置的建筑高度的变化，打造具有高差的视觉形象，从而减轻建筑群体空间的封闭感，避免造成压抑的心理感受。

4.3 场地空间的层次设计

在户外场地中，空间的层次感营造也是改善空间围透度的重要环节。在无法改变建筑布局的情况下，可以通过增加户外设施要素的类型、优化设施的布局来改善空间的围透度。

具体可以通过设置门洞、空廊、亭子、列柱、矮墙、山石、雕塑、活动及休息设施、地形高差等手法来分隔和营造具有层次感的空间，并加强空间的灵活性与渗透性，丰富老年人户外场地空间的层次感与庇护感。

4.4 景观要素的自然度设计

已有研究证明自然度较高的户外空间更具有恢复性。因此，可以通过调整自然景观元素的类型和组合方式来提升户外空间场景对老年人的视觉吸引力和舒适度。

结合自然景观要素的设计来达到适宜的空间围透度的需求。可以增加植物的种类、形态、色彩和覆盖率，可以引入水体来提高空间的观赏性，可以利用地形的高低起伏和绿植来界定空间，虚化空间界面，使空间更具层次感，增加老年人对空间尺度的掌握和认识。此外，可以多使用高大的乔木营造顶面围合的空间，既保证通透的视线，还能起到遮荫的作用。