珠三角高層辦公建筑空中庭院的療愈作用研究*

王思遠，杜宏武

引言

空中庭院作為高密度城市的一種補償空間已被許多學者作為研究對象?？罩型ピ涸诟邔痈呙芏拳h境中有特殊的作用，其對城市環境和社會可持續發展的潛能具有重要的研究價值。過往對辦公建筑內空中庭院的相關研究多聚焦于交往功能、綠色節能技術和建造技術，對空中庭院的療愈作用相關研究較為少見。城市社會中加班情況較為常見，長時間的室內辦公現狀能改善人員健康狀況的辦公環境相關研究變得有價值?；诏熡h境理論對空中庭院設計提供指導，有利于擴展高層辦公建筑設計研究領域，推動高層辦公建筑往健康建筑發展。

1 背景研究

1.1 高層辦公環境與白領亞健康

高密度布局是我國中心城市的基本形態，在中心城區的CBD 區域，存在大量高層辦公建筑。我國南方城市受地理地形的影響，城市空間多以集中的組團式發展；同時南方地區建筑之間的日照間距較小，城市的空間布局較北方城市更為緊湊。城市中心在追求高效城市用地效率的同時，開放綠地等傳統療愈環境被進一步壓縮；空中環境的生活與工作遠離地面，進一步拉大了人們日常接觸綠色空間的距離。

都市白領普遍面臨著巨大壓力，其中高強度工作的心理壓力及長時間伏案工作的生理壓力使大部分都市白領處于“亞健康”狀態，甚至受到生理心理疾病的威脅。我國主流城市的白領亞健康比例達到76%，接近6 成處于過勞狀態。國家統計局數據表明我國日工作時長為9.2h，是經合組織（OECD）中工作時長最長的國家。

2 相關研究綜述

2.1 療愈環境與空中庭院

療愈環境的研究涉及多領域，包括心理學、醫學、行為學等。其中在對療愈環境的相關研究中，恢復性環境理論被提及較多?；謴托原h境又被稱為復愈性環境，是指自然環境或其他相關環境對人類耗盡的身心資源和能力具有恢復與更新的作用。壓力減少理論認為人類在進化過程中與自然接觸頻繁，大自然對人類帶有親和力，因此暴露于自然環境會激活人的副交感神經系統并促進心理生理壓力的恢復與情緒轉為積極化[1]。視覺與包含自然要素的場景相接觸，有助于較快地實現健康恢復[2]。自然對人類具有強烈的吸引力，且人類有主動趨向自然環境的天性；與療愈環境的視覺接觸能夠促進個體的恢復，而恢復的前提條件是個體生理和心理水平低于正常狀態。

楊 經 文（Ken Yeang） 在 著 作《Reinventing the Skycraper》中提出：高層建筑應體現“垂直城市設計”，并在空中環境營造更多公共場所的觀念[3]。書中提出了“垂直城市生態主義”的設想：將高層建筑類型轉化為“垂直城市”。垂直城市生態主義聚焦于構建城市生活層級、鄰里關系、公共與私有領域和交往空間，通過交通、景觀等手段融入周圍環境。他在劍橋大學的弟子杰森·波默羅伊（Jason Pomeroy）對這種設想做了進一步的探索與研究：在著作《The Skycourt and Skygarden Greening the Urban Habitat》專注于研究空中庭院在高層高密度環境中的空間—社會功能，以及探索推進空中庭院作為城市人居中補償性的公共空間以創造更多環境—社會效益的可能性[4]。

空中庭院作為當今城市高層建筑設計語匯之一，許多研究和實踐已能夠證實空中庭院能為使用者提供有效的非正式交往空間和休憩空間，并帶來了空間、社會、經濟和技術等方面的效益，其紓解生理心理壓力的作用已得到初步證實[5]。在當今高層辦公建筑內，空中庭院作為一種半室外的綠色空間，與辦公空間鄰近，可以大大縮減辦公人員去到綠色空間的成本，對于彌補城市綠色空間不足有不可忽視的作用?？罩型ピ鹤鳛榭罩协h境中接觸自然的空間之一，其對使用者的療愈作用分為直接療愈和間接療愈兩方面?？罩型ピ壕哂刑峁┳匀画h境、提供社會生活空間容器、優化物理環境等直接療愈效益；同時，空中庭院的療愈作用能夠優化生態效益、降低感知密度、提供經濟效益等等間接療愈效益。

2.2 視覺感知與療愈環境

視知覺（Visual Perception）是指當人眼接收到外界刺激作用時，大腦對于外界整體看法與理解形成對事物的認知，這是一種復雜的生理和心理反應。在相關研究領域中，視覺之所以區別于其他感官，能夠被歸結為更高級的感受空間形式是源于視覺的某些特性。心理學研究表明，人類獲取外部信息七成多來源于視覺。由此可見，視知覺作為輔助研究建筑空間感知的重要性[6]。

療愈是指“壓力的緩解以及環境撫慰、恢復一個人的心理和情緒健康的能力”，而非強調能夠治療疾病的能力。療愈環境（healing environment）指能夠給身體健康和情感提供支持、起到療愈作用的物理環境。個人的整體健康包含生理身體健康和內在的心理健康，而療愈環境能夠有效提高個人的整體健康水平。療愈環境研究可追溯至“恢復性環境”，經典的療愈環境研究聚焦于具有療愈作用的要素和景觀層面，現狀有部分學者聚焦于街道、城市公共環境等，但對于建筑內部空間或結合建筑實踐的相關方向研究仍然較少。而對于辦公建筑，隨著人們對于健康需求的增加和健康建筑的發展，結合實踐案例研究辦公建筑的療愈環境具有重要的現實意義。

3 研究方法與實驗設計

虛擬現實技術作為模擬人們環境感知的重要手段之一，其作為工具的價值和有效性在規劃設計領域內得到廣泛認可與應用。相比于存在復雜影響因素的現實場景，虛擬現實場景能夠排除其他因素的干擾，使實驗基礎模型更加明確，其結果更具有集中性和代表性。

過往許多學者借助虛擬現實技術研究療愈環境，李同予等人[7]助虛擬現實技術與生理測試設備測試恢復性環境與城市環境的注意力恢復與壓力減輕作用；徐磊青及其團隊對街道[8]、室內環境及窗口景觀類別[9]的健康效益進行了若干虛擬實驗探討；Yin Jie 等人通過建造不同的虛擬現實場景，搭配生理指標和情緒量表問卷量化研究親生物設計對人的壓力和焦慮緩解情況[10]。

為避免用地規劃和布局對實驗的結果的影響，本文將廣州珠江新城西區某區域作為實驗的背景模型，該地塊能夠反映珠三角城市中心區高強度的建設開發和典型南方的城市環境；辦公建筑基本模型綜合參考規范和設計資料集，匯總珠三角地區現有的設計模式，提煉實驗模型的基本建筑原型。本實驗標準層模型為外輪廓47.5m×47.5m，標準層面積為2256m2。建筑層高4.2m，天花設置吊頂，室內空間凈高為2.85m。

3.1 變量獲取

3.1.1 空間形式與空間界面

建筑空間的大小根據建筑的邊界確定，主要指平面形狀和剖面形狀。比例和大小的改變使建筑空間給人帶來不一樣的情感體驗。尺度研究的是建筑物與人或人熟悉的問題之間的比例關系以及這種關系給人的感受。尺度是建筑中基本要素之一，對建筑空間環境及人對空間的感知有著基礎性的影響，同時也是建筑設計中重要關注點之一。

空間界面指建筑室內空間與室外空間之間分隔的圍護結構所處的界面。建筑內部空間與空中庭院之間的空間界面形式對室內的感知存在一定影響。從過往研究可以發現，空間界面對人的感知和情緒有一定的影響[11，12]。通過實地調研發現，空間界面對室內視野有著較大的影響?？臻g界面的虛實程度、材質會對視線造成不同程度的遮擋。 本研究參考其對空間形態的分類方式，以點、線和面的形式對高層辦公建筑中空中庭院的空間形式進行統計歸納。結合實踐案例調研，對空間界面分為玻璃幕墻和窗臺兩種。

3.1.2 天空可見性

天空在城市人居環境中具有恢復性能力，居民看到天空的同時欣賞綠色植物，天空與其他恢復性因素有著不可割裂的關系[13]。以往的研究中天空對人健康的恢復能力已被多次證實[14，15]。在高密度城市環境中，緊湊的地塊規劃和高強度開發令高層建筑難以擁有開闊的視野景觀，因此在垂直方向上，天空作為經典療愈資源，其值得納入作為探討辦公建筑的療愈作用因素。然而處于較低樓層的室內空間，其對于天空視野往往被對面的建筑遮擋，而較高的樓層其觀看天空的視野則較為開闊。本研究將天空的可見程度簡化為兩種：可見天空和不可見天空，以模擬處于不同水平高度的辦公室內窗口視野。

3.2 實驗場景

根據過往研究和調研結果，本次實驗最終確定三組變量，分別為空中庭院的空間形式、與室內辦公之間的空間界面形式以及天空的可見性。其中空中庭院的空間形式按照《建筑：形式、空間和秩序》和空中庭院的面積規模將空間形式分為點、線和面三種?？臻g界面分為視野較為開闊的玻璃幕墻和相對有遮擋的窗臺（窗臺高度900mm，窗墻比45%）兩種。天空的可見性分為能見到天空與大部分被遮擋的不可見天空兩種情況。將三組變量全排列獲得12 個帶有不同空中庭院的高層辦公建筑實驗組場景，另外加上2 個分別能見天空和不能見天空的無空中庭院辦公場景作為空白對照組，為后續數據分析提供對比基準。此“12+2”個場景（表 1）基本涵蓋空中庭院在高層辦公建筑中不同的空間形態，通過VR 技術控制變量模擬現實中難以達到的實驗條件。

實驗方案確定后，使用SketchUp 按照實驗組和對照組建立“12+2”個模型。為盡可能模擬真實體驗，增加一定的室內細節，包括辦公室內吊頂和辦公家具等，但每個場景中的植物種植方式、種植類型搭配和材質等與探究變量無關的其他變量，采用同一材質。所有場景的外部環境都設定為珠江新城西區某片區的密集城市形象。通過Lumion 渲染VR 場景，模擬城市辦公室內的全景體驗。

3.3 測試指標

健康效益評價常用的研究方法各有優勢與側重。綜合考慮數據采集難度以及設備狀況，本實驗采用兩項生理指標——心率變異性（R-R 間期）和皮膚電導反應（SCR），以及可以反映心理狀態指標——心境狀態量表（POMS）的得分，來對被試者的健康狀態進行評估，間接推斷實驗場景的療愈作用。

3.4 被試者

過往研究發現不同社會人口統計學特征的個體其受自然與恢復潛力作用的差異出奇地小[16，17]。本實驗研究對象人群為在高層辦公的員工。但由于對象人群在實際實驗操作上難以滿足實驗所需達到的樣本條件和時間條件，故選擇高校學生作為替代被試人群。同時對比于年齡較年長的人群，高校學生的生理代謝較為活躍，在短時間內的生理、心理恢復能力更強，更有利于在短時間內實驗室條件下的實驗結果更加明顯。

小樣本（1 ≤被試人數≤30）是被試內設計的一種變式，其設計本身也能夠得出強有力的實驗推論[18]。本實驗從華南理工大學招募16 名在校學生，為避免性別、專業背景等無關因素對實驗結果產生影響，本次實驗在挑選被試者時進行了篩選，并被均勻且隨機地分配至實驗組和對照組。保證實驗組與對照組的被試者人數相同，且男女性別、專業與非專業比例均為1 ∶1。

3.5 實驗流程

被試者在進入實驗室后先休息平靜5min，在適應實驗環境后了解實驗步驟并熟悉VR 設備操作方式。在被試能夠熟練操作切換不同VR 場景后，引導員為被試者佩戴生理監測設備，準備開始實驗。

被試者被要求代入為在虛擬模型中工作的辦公人員。首先進行3min 的安靜休息；接著，在應激階段被試進行兩位數以內的減法數學口算倒數任務，歷時2min；在結束應激階段后，被試者根據此時的情緒及自我感知的狀態填寫量表；量表完成后，被試者戴上VR 眼鏡，體驗虛擬現實場景3min；場景結束后，摘下VR 眼鏡，被試需要根據體驗虛擬場景后的情緒及狀態再次填寫情緒量表。至此，單個場景的實驗完成，每輪場景耗時約13min（圖1）。然后被試者安靜休息3min 后準備進入下一個場景。 對照組體驗2 個辦公場景，分別是可見天空與不可見天空的不帶空中庭院的辦公場景。實驗組體驗12 個帶 有不同空中庭院的辦公場景。對照組每位被試完整實驗總耗時約27min，實驗組每位被試完整實驗總耗時約160min。由于實驗組實驗場景較多與時間較長，為避免場景的實驗順序對結果產生影響，實驗的療愈變量及其對應的場景出現順序按照拉丁方法排列，以減少實驗誤差。

4 實驗結果分析

4.1 場景療愈作用描述性分析

根據皮電設備的實時反饋可以看出，被試者的皮電呈現4 個階段：

（1）休息階段皮電呈現小幅平穩的動態波動；

（2）在應激階段皮電在短時間快速到達頂峰，后續稍微回落但整個階段保持在比休息階段高的水平；

（3）在中間填寫量表過程中皮電有小幅波動；

（4）體驗療愈場景期間，皮電呈現持續回落狀態，回落趨勢較緩慢且回落幅度伴隨VR 場景的變化而有所不同，在結束體驗療愈場景后，皮電仍處于下降趨勢。

在療愈階段，對照組的皮電數據呈現起伏波動趨勢，部分被試該階段的皮電水平甚至比應激階段的水平高，而實驗組的皮電數據則是呈現較為平緩降落的趨勢（圖2、3）。

圖 1 單個場景實驗流程示意

表1 實驗模型

4.2 場景療愈作用統計性統計

4.2.1 數據預處理

生理數據通過Shimmer gsr+檢測得到被試者的實時變化數據，這些數據包括：皮膚電阻、PPG（光容積圖）信號，數據采樣頻率為50Hz，適配軟件Consensys（Pro）可將PPG 信號轉化計算從而獲得心率變異性R-R 間期數據。在獲得原始生理數據后，首先需要對原始數據進行篩選和剔除由于設備儀器原因導致的極端值和異常值。其次對數據按照1s 為單位進行簡化處理，獲得以秒為單位的數據值。對應激階段和療愈階段的各項指標求取特征值：均值、最大值、最小值和差值。由于應激階段和療愈階段為連續事件，故皮膚電導反應SCR 計算方式為每個階段皮膚電阻最大值與皮膚電阻最小值之差（圖4）。

4.2.2 統計性分析分析

通過Pearson 分析生理指標與心理指標之間的相關性，療愈前后皮膚電導反應SCR 差值與R-R 間期差值有顯著相關性（p= 0.008＞0.050，R=-0.250），療愈前后R-R間期差值與POMS 的差值顯著相關（p=0.000＜0.050，R=0.320），皮膚電導反應SCR 療愈前后差值與POMS差值顯著相關性（p= 0.049＜0.050，R=-0.172）。

通過協方差分析，以實驗場景作為自變量，被試者在應激后、療愈前的生理健康指標（R-R 間期和皮膚電導SCR）和心理健康指標（POMS 量表得分）作為協變量，實驗場景療愈后的身心健康指標作為因變量。協方差分析采用LSD 統計懲罰修正，統計結果顯示：場景對R-R間期的的變化無顯著差異（p=0.255＞0.050，R=1.251，其中場景＊R-R 間期的交叉項效應，p=0.759＞0.050，R=0.700）；場景對皮膚電導反應SCR 的變化無顯著性差異（p=0.111＞0.050，R=1.557，其中場景＊皮膚電導反應SCR 的交叉項效應SCR p=0.262＞0.050，R=1.247）；場景對POMS 量表的變化有顯著性差異（p=0.006＞0.050，R=2.448，其中場景＊POMS 得分的交叉項效應 p=0.608＞0.050，R=0.849）。

圖 2 實驗組被試者典型皮膚電數據實時變化

圖 3 對照組被試者典型皮膚電數據實時變化

圖 4 實驗數據處理過程

表 2 生理健康與各場景之間的協方差成對比較結果一

表3 生理健康與各場景之間的協方差成對比較結果二

雖然場景與各生理指標的無顯著統計結果，但值得注意的是，特定場景與對照組的指標之間有顯著差異性。統計結果如表 2～4 所示，高亮所示場景與相對應的對照組場景，意味著在排除個體前測干擾的情況下，該場景對因變量有顯著影響，在統計學上有顯著性差異。通過對實驗組兩兩場景之間的概率水平和均值等數據進行統計學分析，高亮所示的實驗組場景的生理、心理數值之間無顯著差異，在排除協變量的干擾后其對人的健康影響作用和具有療愈作用的空中庭院場景組合如表 5所示。

4.3 要素對場景療愈作用的影響

采用Wilcoxon 符號秩檢驗，控制其他變量相同的情況下，對場景進行兩兩比較，統計分析空中庭院的空間形式、空間界面和天空的可見性對生理數據及POMS 量表的是否有影響?？臻g形式組內采用兩兩比較，分組分別為：“點—線”、“點—面”、“線—面”；空間界面比較幕墻和窗臺兩種類型的差異；天空的可見性則分為可見天空與不可見天空。

統計分析結果如表6 所示，單獨的空間形式和空間界面之間無顯著差異。而天空的可見性在僅心理層面有顯著的差異性，在生理層面其差異性不顯著。Wilcoxon signed-rank 檢驗顯示，在心理情緒紛亂程度上，Z=-2.044，p＜0.05，說明天空這一要素有助于被試者緩解情緒紛亂。

結論

研究設計及數據分析，可以證實所建立的虛擬現實空中庭院空間場景對生理健康和心理健康恢復有積極影響，進一步探討空中庭院的療愈作用和各特征要素與療愈作用的關系。通過分析得到以下結論：

（1）在高密度城市環境的高層辦公建筑中，空中庭院具有療愈作用。在不可見天空的情況下，加入空中庭院是增加療愈作用的有效設計策略。

（2）天空在高密度城市環境中，其在單獨存在的情況下的健康效益作用不顯著，需要疊加其他如本課題研究對象——空中庭院——療愈因素才能發揮出療愈效益。在搭配其他療愈因素的情況下，天空具有增強療愈作用的能力。

（3）空間形式及空間界面對空中庭院的療愈作用影響不顯著。

（4）并非所有的空中庭院組合都有明顯的療愈效益，根據實驗結果得出特定組合的空中庭院具有療愈效益，他們分別是“可見—面—窗臺”、“不可見—點—幕墻”、“不可見—點—窗臺”、“不可見—線—幕墻”、“不可見—面—幕墻”以及“不可見—面—窗臺”。

（5）尺度較大的空中庭院需考慮相應的隱私保護設計。

分析結果與Kaplan 認為“觀察天空與具有自然特征的其他事物能夠促使人心理健康的恢復”的觀點相吻合。值得注意的是，在高密度的城市環境中，高層建筑的高度及其對天空的遮擋有可能降低這種恢復的能力。視覺復雜性表明人們偏好具有中等復雜度的環境[19]。因此這能一定程度上解釋天空在單獨存在情況下其療愈作用不顯著，而在搭配空中庭院的情況下，其能增強空中庭院的療愈作用。

表 4 心理健康與各場景之間的協方差成對比較結果

表 5 場景與生理、心理健康水平之間的關系

表 6 要素對場景療愈作用的影響統計分析

“特定組合的空中庭院具有療愈作用”與“空間形式和空間界面單獨對療愈作用的影響不明顯”并不沖突。造成此分析結果的原因是：空間形式與空間界面通過組合對空中庭院的療愈作用有影響作用?！傲送幼o”理論解釋：“人類偏愛具有不受遮擋的良好視野同時具有躲藏條件的環境”[20]。面狀庭院空間較為開闊，“窗臺”型的界面能向使用者提供良好視野和一定的遮蔽保護作用。

本文對珠三角地區高層辦公建筑空中庭院的療愈作用研究僅為初步探討，還有更多深入的問題，如庭院園林設計對療愈作用的影響、虛擬實驗和現實的差異性與其他感官因素對療愈作用的影響，這些均需要更廣泛且深入的研究論證。

圖、表來源

圖2、3：實驗過程軟件截圖；其余圖、表均為作者繪制。