城市建筑环境对居民身体活动和健康的影响——运动与健康促进研究新领域

翁锡全,何晓龙,王香生,林文弢,李东徽

城市建筑环境对居民身体活动和健康的影响
——运动与健康促进研究新领域

翁锡全1,何晓龙1,王香生2,林文弢1,李东徽3

城市建筑环境与居民身体活动和健康关系是当今运动健康促进研究的新领域。通过分析城市建筑环境对居民身体活动与健康的影响,建立城市建筑环境影响居民身体活动与健康的研究模型。结果显示:1)城市建筑环境可引起居民身体活动不足进而影响健康,影响身体活动的城市建筑环境因素主要有街道网格布局、风景园林、健身康乐设施和土地规划使用以及环境安全性等;2)目前,研究城市建筑环境对身体活动与健康影响主要有概念、综合和数据等3种模型;3)在我国城市化高速发展进程中,应重视城市建筑环境与运动健康促进问题的研究。

城市;建筑环境;身体活动;健康;身体质量指数;模型

1 前言

近年来,城市建筑环境对公共健康产生的影响已引起公共健康、城市规划、休闲科学、心理学等领域学者的注意,他们对城市建筑环境、身体活动(Physical Activity,PA)和健康之间关系进行了研究,且大部分研究主要集中在探讨城市建筑环境如何通过身体活动对肥胖(BMI)及相关慢性病产生影响[26]。2003年9月,《美国公共卫生杂志》(American Journal of Public Health)和《美国健康促进杂志》(American Journal of Health Promotion)出版了城市建筑环境、身体活动和健康问题的专刊,这是该领域研究的一个里程碑[11]。城市建筑环境和居民身体活动关系的研究是当前健康行为科学研究的前沿领域,随着研究的深入,该领域的研究手段和方法已从以往的问卷测量发展至采用先进的监测手段,如GPS、GIS及加速度计等[42,52,53],并已突破传统单一的心理学模式,开始向综合的生态学模型研究转变[31]。然而,目前我国的相关研究很少,仅有的研究也主要以健身设施环境层面出现[1,7],可喜的是,最近已出现涉及地点、面积、项目配置和器械安全性等对健身影响的研究[9]。本研究从城市建筑环境对身体活动和健康的影响以及城市建筑环境与健康的研究模型等方面进行讨论。

2 城市建筑环境对身体活动的影响

2.1 城市建筑环境与身体活动的关系

关于城市建筑环境影响身体活动这一命题,首先,应明确城市建筑环境和身体活动的定义。对于城市建筑环境,目前尚没有统一的定义,不同文献的解释有所不同,但都认为是城市环境下的实体环境(Physical Environment)。如Ewing[26]认为,相对于自然环境而言,城市规划师人为地引用“建筑环境”术语作为实体环境的组成元素,建筑环境包括从都市的土地利用模式到都市的交通系统再到私人建筑及其周围的空间的一切。Gebel[32]指出,城市建筑环境是一个包括自然环境、建筑环境、公共基础设施、城市规划、都市环境及其相关决定因素的实体环境。而Handy[34]则认为,城市建筑环境概念更趋向于城市规划环境,包括建筑的密度和强度、土地综合利用、街道衔接性、街道规模、建筑审美质量和区域框架等的实体环境。身体活动英文为“Physical Activity”,以往多数文献中译为“体力活动”,而在2004年世界卫生大会通过的世界卫生组织《饮食、身体活动和健康全球战略》中文译本中翻译为“身体活动”[6],本文引用“身体活动”这一翻译。身体活动是指由肌肉收缩引起能量消耗的身体运动,一般根据日常生活的背景可分为职业性、交通性、家务性和休闲性身体活动4种类型[10]。“美国精明增长中心”(National Center for Smart Growth)根据身体活动强度将其分为中等身体活动(心率和呼吸频率小幅度上升,如步行和园艺等),剧烈身体活动(心率和呼吸频率大幅度上升,如跑步和有氧运动等)和休闲性身体活动(主要是以健身为目的的身体活动,强度在中等和剧烈身体活动之间,如高尔夫、慢跑等健身项目)[47]。更为细化的身体活动强度分级是由1993年Ainsworth提出,随后由许多学者和研究机构修改撰写成《身体活动概要》一书[14,33,60]。此外,1996年,美国运动医学会(ACSM)根据日常各类身体活动的强度提出“身体活动金字塔”的模型,用以指导公众日常健身活动。

城市建筑环境与身体活动的关系有其独特性和复杂性。在规划学理论中,建筑环境能否影响甚至决定身体活动这一观点存在争议。环境决定论认为,实体环境对身体活动起着很大甚至是决定性的影响[22,43]。相反的观点则认为,社会和经济因素是决定身体活动行为的主要因素,甚至是唯一因素[15,28]。目前,多数的观点认为,身体活动受到这些因素的共同影响[52]。研究城市建筑环境对身体活动的影响主要集中在交通性身体活动(如步行、自行车等)和休闲性身体活动等方面。研究表明,当居民前往一个目的地时,行走区间若能提供良好的景观效果,可使步行、骑自行车的概率会增大[23,34,55];在土地使用方面,居住地靠近工作、服务场所和商店等也可促进步行、自行车出行,有吸引力的周边环境能促进休闲性身体活动,而犯罪和交通负荷则阻碍步行和自行车出行[12]。

2.2 影响身体活动的城市建筑环境因素

对影响身体活动的城市建筑环境因素的研究,Owen[48]总结了1992年至2004年的18份研究报告指出,影响步行、自行车出行的因素包括人行道环境的吸引力、便利性;目的地的可接受性(商场、公园、沙滩等)和对于特定出行目的所考虑的交通拥挤程度等。Alfonzo[13]则列出了一份详细和形象的步行意愿所需条件等级图,将愉悦性、舒适性、安全性、可到达性和可行性5项列出等级(图1)。其中,建筑环境愉悦性因素包括街道景观、建筑连贯与规模、公共空间和建筑单元色彩等。建筑环境舒适性因素包括城市交通、街道网格和娱乐设施等合理规划;建筑环境安全性因素包括不文明环境实体与犯罪恐惧相关的城市设计特征、存在涂鸦、垃圾和废弃物以及一楼的窗户;建筑环境可到达性因素包括存在步行的人行道网格和步行设施等,而处在塔底的可行性因素主要由个人因素组成。该等级图形象地说明了步行行为发生的底限是具备个人所需时间、身体条件等因素;步行所需的5项意愿由塔底向塔顶逐级促进,最终以愉悦性的态度来决定步行行为发生。在一些研究中还对身体活动量与建筑环境影响因素进行了数理分析,对一些干扰因素进行控制之后,许多实验性研究提供了具备科学论据的影响身体活动的建筑环境因素(表1)。

图1 步行意愿所需条件等级图Figure 1.Required Conditions to Walk(引自Alfonzo,2005)

2.3 城市建筑环境影响身体活动的研究

尽管城市建筑环境影响身体活动这一命题存在争议,然而,该领域研究还是在不断进行和深入。其研究核心和难点在于身体活动量的测量。目前,身体活动量的测量方法有心率和身体活动问卷(自我报告、日记和调查问卷等)、摄氧量测量、双标水法(DLW)和运动感应器法(计步器、加速度计等)[2,7]。最早研究城市建筑环境影响交通性身体活动仅仅以上班途中步行或自行车与否进行简单界定[17],随后开始采用自我报告的身体活动问卷形式使得研究具有更高的可靠性[18]。在此基础上,采用电话采访获取更大样本量使研究信度大大提高,美国疾病控制中心(CDC)和学者Ewing都采用过类似的研究手段[26]。目前,身体活动问卷用于大群体身体活动调查研究,国际体力活动问卷(International Physical Activity Questionnaire,IPAQ)是应用最为广泛的身体活动问卷(有短卷和长卷两种),并设有专门的网站(http://www.ipaq.ki.se/ipaq.htm)提供不同语言版本下载,如英语、法语、荷兰语、西班牙语、韩语、马来语等十几种语言,能够下载的汉语版本仅仅是短卷的繁体字版,而且主要针对我国台湾地区。为了使IPAQ在内地推广,屈宁宁等[5]对国际体力活动问卷中文版的信度和效度进行了研究,结果显示,IPAQ中文版在大学生中的重测信度和效度高于或等于同类问卷;长短卷检测身体活动量达标率与身体活动记录接近,而短卷则低估身体活动的能量消耗。

表1 部分实验性研究中影响身体活动的建筑环境因素一览表Table 1 Built Environmental Factors in Part of Original Researches

建立在身体活动量的测量技术基础上,城市建筑环境对身体活动影响的研究有了实质性的进展。目前,多数城市建筑环境影响身体活动的研究以交通性身体活动为主,且大都研究步行这种出行方式。与早期研究相比,学者做了一些努力来控制其他因素对步行行为的影响(特别是出行者的社会经济因素),并在身体活动量测量技术的基础上结合GIS、GPS等先进技术测试了一系列土地规划、交通运输、地点设计等变量[11]。例如,Susan等[57]对萨克门托市的研究得出,传统的城市规则式街道网格布局要比郊区的蔓延式街道网格布局发生步行行为的可能性大(图2),Sallis[55]等对直径距离相等的A和B两点间的街道网格研究也得到了类似的结果(图3)。部分学者在研究中使用了数据论证并做出可行性分析,如Berke[19]的研究中引用了Moudon等人的数据统计出了城市建筑环境对出行时选择步行意愿可能性概率大小。其他要素诸如人行道覆盖、建设发展方向、景观美化、步行设施以及其他街景特征也与步行、自行车等有模糊的关系,任何影响很可能是涉及一项多个设计特点的集体影响,也是一个涉及土地使用与出行变量的互动效应[24,58]。

图2 街道网格的传统规则式布局与蔓延式布局比较示意图Figure 2.Different Layout of Traditional Rule-Streetworks and Sprawl-Streetworks(引自Susan,2005)

图3 不同街道网格布局中直径相等的A、B两点间步行距离比较示意图Figure 3 Comparison of Walking Distance for Between the Equal Diameter of A,B Pointsin Different Layout of Streetworks(引自Sallis,2003)

3 城市建筑环境下身体活动减少对健康的影响

3.1 身体活动对BMI的影响

20世纪60年代以来,肥胖、冠心病(CHD)、高血脂、高血压、2型糖尿病等慢性疾病席卷欧美。与此同时,据Wang YF等[62]的相关统计研究结果表明,1960—2004年间,成年人的肥胖率增加了13%～32%。研究表明,现代社会人们的健康水平下降与身体活动量减少相关[40,45]。无论从身体活动对健康影响的个体分析,还是从公共健康高度研究公众身体活动水平对公共健康的影响都具有明显的相关性[20]。

公众高BMI值和心血管疾病、高血脂、高血压、2型糖尿病和中风等相关系数较高,而身体活动对个体BMI的影响最为直接和明显。Hill[35]报道,每天步行30 min或走2 400个台阶能耗可达到11MET h/week,而每天步行77min或走6 400个台阶能耗可达到27MET h/week。雒生杰[3]随机调查健康体检者125例,测量体重、身高和BMI等,通过计步器测量日常步行运动量,分析日常运动量与上述肥胖指数的关系。结果:男性日常步行运动量对BMI的影响是r=-0.499,P<0.01,女性为(r=-0.249, P<0.05)。李园[4]和Nelson[46]的研究都得到了类似结果。从公共BMI均值范畴审视身体活动的作用,似乎也同样适用。如Visscher和Seidell[61]指出,荷兰人均BMI水平在冬季要高于夏季,这与冬季的身体活动明显少于夏季相匹配。Zhang Q等[65]统计了1971—1974年、1976—1980年,1988—1994年,1999—2001年4个时间段美国男、女的BMI均值数据(图4)。在此时间段,美国国家科学院医学研究所引用Pucher和Renne(2003)的研究指出,1977—1995年间,非机动出行方式(自行车、步行)有下降趋势,而开车和公共交通等机动出行方式却急剧上升(图5)[25]。或许并没有直接证据说明两者间的相关系数的大小,但机动出行方式比例的上升是造成居民身体健康水平下降的因素之一却是不争的事实[36,37]。

表2 建筑环境中步行可能性预测成人步行选择思维变化研究一览表(华盛顿金县,2001—2003年)Table 2 Predictors of Walkability in The Built Enviroment Adult Changes in Thought Study(King County,Washington,2001—2003)

图4 美国男、女BMI均值走势曲线图Figure 4 Progress of American Men and Women’s BMI Mean BMI(引自Zhang Q等,2004)

3.2 城市化进程中身体活动减少对健康的危害

城市化进程中所带来的交通机动化、家务劳动电器化和上下楼使用电梯增多等对健康造成了影响,在两者关系中,身体活动充当了中介变量。在这些分析中,身体活动量减少最为直接的结果被认为可导致体重的增加,并最终对身体健康产生影响[20,29,58]。有学者在实验性研究中控制多种协变量后发现,城市扩张导致的身体活动减少对公共健康的影响有着显著的统计学意义[27]。在城市化进程中,城市扩张度大的城市居民由于城市半径大导致出行距离远,人们只能使用汽车出行,导致身体活动量的减少。而在紧凑型的县城生活,人们步行就餐,步行到公共汽车站,步行从公共停车场走出,并爬上楼梯。Weng Xiaoping[63]等研究中国东部城市和郊区男、女成年人相关健康指标如甘油三酯、高密度脂蛋白胆固醇、血压、空腹血糖、腰围、代谢综合症等,通过比较后指出,在城市化扩张中,身体活动的减少对公共健康所产生的负面影响具有统计学意义(P<0.05)。2003年下半年,为了研究城市化进程对BMI的影响,Ewing R.研究提取了BRFSS县超过20万美国成年人的健康数据,这些数据利用BRFSS县地理编码与“美国精明增长中心”界定的县扩张指数相匹配,对年龄,教育,水果和蔬菜消费以及其他社会人口和行为协变量进行控制之后,肥胖和BMI被模式化为决定于个人特征和城市扩张指数,研究发现,来自扩张县中的居民BMI值更大,更容易肥胖,而与在紧凑型的县城生活的居民相比血压更高,扩张度最大的县和最小的县成年人体重平均相差6.3b[26]。这些研究揭示,应将城市化中居民身体活动量的减少上升至和吸烟、酗酒等并列的公共慢性疾病危险因素。

图5 美国成人出行方式选择百分比走势曲线图Figure 5 Progress of American Adults Style of T ravel Choice Percentage(引自Pucher,Renne,2003)

此外,在将步行时间量作为健康(BMI)方程中自变量的进一步研究中显示,建筑环境对BMI产生的影响在控制闲暇步行时间后仍呈独立相关。如Li Fuzhong和Harmer[41]在研究社区建筑环境特征(快餐馆的分布密度、适合步行的条件等)和一年内私人外出就餐(1 145名同一水平的50～75岁中老年人)身体活动行为的相关性后指出,社区快餐店分布和个人不健康的饮食行为共同影响体重增加(P<0.05),社区增加更适合步行等身体活动的条件很可能与一段时间内保持健康的体重相关。

4 城市建筑环境与居民身体活动和健康关系的研究模型

4.1 概念模型

研究城市建筑环境、身体活动和健康三者的关系,必然涉及到研究模型问题。波士顿大学、伊利诺伊大学、弗吉尼亚大学和德克萨斯大学等美国高校的建筑环境和公共健康的课程体系大致涵盖了该领域研究所涉及的内容。这些课程包括规划历史与展望、公共健康、健康差距与弱势人口、年龄与历史、空气与水质量、身体活动和流动性、社会资本与精神健康、健康家庭与邻里、气候变化与可持续性、健康危害预估、规划设计的解决方法、交通安全与伤害、食物营养与食品安全、灾害环境危害预估、医疗保健系统等,并且前3门课程作为主干课程[21]。总的说来,这样一个课程体系大体包括了该领域研究所涉及的内容。

早期的研究中,将建筑环境影响身体活动的因素列成表格可以看成是模型建立的雏形,如美国联邦高速公路监察委员会(1994)列出的影响选择步行或自行车的环境因素表就是其中之一[30]。概念模型是指以建筑环境、身体活动和健康的定义简单建模或在此基础以子母集和逻辑推理关系建模,大致包括3种类型,1)基于建筑环境、身体活动和健康的定义形成框架,并以箭头表示环境决定行为的简单推理关系[38,50];2)在建筑环境因素的基础上加入个人因素和社会因素等进行子集与母集关系建模(图6)[25]; 3)在子母集关系的基础上以稍复杂的逻辑关系建模(图7)[21]。

图6 建筑环境与身体活动、健康关系的初步概念模型示意图Figure 6 Conceptual Model of Built Environment, H ealth and Physical Activity(引自TRB Washington,D.C.2005)

4.2 综合模型

综合模型相比于此前的概念模型有两个明显的特点,逻辑推理关系更加复杂和研究范畴更广。Powell等[51]提出的城市环境、身体活动和BMI关系的生态模型自发表以来,已经被许多同行的研究文献所引用(图8)。该模型的意义在于将建筑环境因素(建筑环境、交通条件等)和社会、个人因素影响的对像相对独立而不脱离,准确地说明建筑环境因素较直接影响身体活动而间接影响食物消耗,社会、个人因素较直接影响食物消耗而间接影响身体活动。与此同时,Wells[64]的研究模型将个人、社会、生物和心理等其他因素独立成一个板块,也突出了环境因素的独立作用,还将城市建筑环境扩充至实体环境范畴(图9)。

图7 城市环境、活动类型和公共健康关系模型示意图Figure 7 Model of Built Environment,The T ypes And Public H ealth(引自Frank,2001)

图8 建筑环境与身体活动、肥胖关系的生态模型示意图Figure 8 Ecological Model of Built Environment, Obesity and Physical Activity(引自Powell等2007)

图9 实体环境和体重、健康关系模型示意图Figure 9.Model of The Physical Environment,Weight and H ealthy(引自Wells等2007)

4.3 数据模型

近年来,城市建筑环境、身体活动和健康的关系开始基于精确的数据分析后建模,这无疑使该领域的研究得到空前的发展。Takano[59]的数据模型对多种变量进行联合分析,健康水平居中,向外辐射的一级关系链中城市斑块的增加对健康水平起负作用(r=-0.21),这无疑验证了前文中城市蔓延对健康影响的论断;健身活动对健康水平达到r=0.22的作用验证了前文身体活动对健康的促进作用;最为重要的是,再向外的二级关系链中环境质量对健身活动作用的高相关系数(r=0.54)对城市环境影响身体活动这一命题进行了有力的证明(图10)。Rutt[54]等在ARC VIEW软件中使用地理编码技术对2001年全民健康调查数据与环境数据进行匹配,在总共996名成年人的电话调查中有452人成功地进行地理编码,随后进行研究得出的结果更让人信服。在该研究中,由于考虑到各个变量间的相互影响作用,为了使研究结果具有更高的可靠性, Rutt用结构方程模型结合因子分子可以解释同一模型构件中各指标变量间相互关系的优点(图11),在尽力排除其他因素的干扰后,分析得出土地使用这一变量对BMI的单独作用(r=0.13)也是对以前论断的有力证明。

图10 健康水平与各相关因素内在联系模型示意图Figure 10 Model of H ealth Level and Relative Factors(引自Takano,2001)

图11 BMI的结构方程(SEM)最终模型示意图Figure 11 Final Structual Equation Model of(SEM)BMI(引自Rutt等,2005)

5 小结与展望

城市建筑环境对身体健康产生影响但不起决定性程度。建筑环境主要通过影响居民日常步行、自行车和闲暇时间休闲活动等身体活动对健康产生影响。街道景观效果、网格衔接和周边绿化等建筑环境因素是影响居民步行、骑自行车和休闲性身体活动的主要因素。城市化进程可导致生活方式改变和居民身体活动的减少,并且证明居民身体活动量与城市扩张度呈负相关。目前,概念模型、综合模型和数据模型是研究城市建筑环境、身体活动和健康三者关系的研究模型。

据中国社会科学院2010年《中国城市发展报告》中预测,到2015年,中国城镇化水平将达到52%左右,到2030年将达到65%左右。在我国城市化高速发展的背景下,欧美许多高度城市化国家凸显出城市建筑环境与公共健康不和谐发展的局面值得我们深思。为预防同样问题的产生,应重视我国城市化高速发展进程中城市建筑环境与运动健康促进问题的研究,相信该领域的研究必将在我国城市化进程中促进公众健康发挥积极的指导作用。

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Influence of Urban Architectural Environment on Resident Physical Activity and Health——A New Field of Sports and Health Promotion Research

WENG Xi-quan1,HE Xiao-long1,WANG Xiang-sheng2,LIN Wen-tao1,LI Dong-hui3

The relationship among urban architectural environment,physical activity and health is a new field of sports health promotion research nowadays.This paper,through studying the factors influencing physical activity under the background of urban architectural environment and physical activity and health,analyzed the research model of environment impacting physical activity and health.The result showed that 1)urban architectural environment could caused inadequate physical activity,and even affected health.The factors affecting physical activity are grid layout of street,landscape architecture,fitness and recreation facilities,land-use planning and environmental safety,et al.2)The research on urban architectural environment influencing physical activities is mainly three models as conceptual models,comprehensive models and data models.3)During the period of high-speed urbanization development in China,we should pay attention to study the problemabout urban architectural environment and sports health-promotion in order to avoid the public health crisis in the city sprawl.

urban architectural environment;physical activity;health;body mass index;research model

G80-05 文献标识码:A

1000-677X(2010)09-0003-09

2010-08-07;

2010-09-05

翁锡全(1965-),男,广东潮州人,教授,硕士,主要研究方向为运动生化、运动环境与健康的教学与研究,Tel: (020)38024623,E-mail:gzgipe@yahoo.com.cn;何晓龙(1987-),男,浙江金华人,在读硕士研究生,E-mail: abcd8708150@163.com;王香生(1962-),男,中国香港人,教授,博士,主要研究方向为运动与营养、身体活动与健康的教学与研究,Tel:(00852)26096095;E-mail: hsswong@cuhk.edu.hk;林文弢(1957-),男,广东惠来人,教授,主要研究方向为运动生物化学专业教学与研究,Tel:(020)380249999;E-mail:gtlwt@yahoo.com. cn;李东徽(1978-),男,云南昆明人,讲师,硕士,主要研究方向为园林与城市规划设计的教学与研究,E-mail: guangban07@sina.com。

1.广州体育学院,广东广州510500;2.香港中文大学,香港;3.云南农业大学,云南昆明650201 1.Guangzhou Sport University,Guangzhou 510500,China;2.The Chinese University ofHongKong,Hong Kong,China;3.Yunnan Agriculture University,Kunming 650201,China.