基于微环境特征要因分析的室内设计研究

■ 易 欣 Yi Xin 谢延军 Xie Yanjun 王清文 Wang Qingwen 于 伸 Yu Shen

基于微环境特征要因分析的室内设计研究

■ 易 欣 Yi Xin 谢延军 Xie Yanjun 王清文 Wang Qingwen 于 伸 Yu Shen

通过运用“特征要因分析法”对不舒适或不健康的室内环境进行分析，使光色环境、冷暖环境、干湿环境、声音环境以及空气质量5个方面的微环境指标在室内设计中的作用得以凸显。在对上述5个方面进行定量研究的基础上，提出了一些具体的设计方法，探讨了当今室内设计中存在的问题和今后的发展方向。

设计；微环境；特征要因法；室内设计；研究

“微环境”一词普遍见于生物学和医学的有关文献中，用来指微小而又特定的区域，如造血微环境、上皮细胞微环境等。有人将工程领域的“微环境”一词定义为：工作场所的小气候条件，其包括空气的温度、湿度、气流速度和作业现场中的设备、产品、原料的热辐射[1]。在室内设计领域，室内环境虽受外界环境影响，但却保持自身的相对独立，稳定地维持空间内部的平衡和正常运转，因此学者们提出了“室内微环境”这一概念[2-3]。对室内微环境进行特征要因分析，有助于室内设计师在纷繁的设计过程中厘清思路，有助于解决室内设计中本质的、规律性的问题。

1 微环境特征要因分析

“特征要因法”是由知名管理大师石川馨教授（日本东京大学）所创，这一方法又叫“因果图法”或“石川法”[4]，这一方法能帮助厘清纷繁复杂的原因和结果之间的关系。什么样的室内微环境对于人的居住和生活而言是适宜的呢？反过来说，什么样的室内微环境会导致人感觉不舒适和导致不健康呢？寻求这些问题的答案就需要借助特征要因分析的方法，科学合理地获得更多人对室内微环境改善的建议。运用这一方法时，首先需要尽量多地找出各种不同的因素，然后将这些要因与特征值一起，按照相互之间的关联性进行整理，最后绘制一个层次分明且条理清楚的图形。

人具有视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉等5种感觉，并具有依据这些感觉来感知和判断外界事物的能力[5]。可见室内微环境与人的感觉关系密切，通过感觉与既有的生活体验、间接经验、现实状况等结合来认知环境而产生的知觉，也属于室内微环境研究的范畴。值得注意的是室内微环境不能完全等同于人们直接感觉到的环境，当人们在特定的室内环境中，经过一段较长时间的生活才能发现或仍无法感知的环境特征，依然属于室内微环境调节需要关注的领域（如对人体有害的电磁辐射或空气中的甲醛）。在这些理论的指导下，我们组织了20位年龄在18～28周岁之间受访者（其中男性9人，女性11人）进行了头脑风暴和特征要因分析，绘制出特征要因图。可以发现如图1所示的6个方面都会导致室内环境不舒适和不健康，但由于“空间尺度问题”在建筑设计时就已经形成，在本课题的研究范围内亦不能得到根本性解决，因此本文不对其进行深入探讨。其余包括室内光色环境、室内冷暖环境、室内干湿环境、室内声音环境及室内空气质量等五大方面都是室内微环境最需要关注的问题，本文拟从这些方面探究室内微环境与室内设计的关系。

2 光色环境与室内设计

室内光色环境包含光与色两个层面，因为色彩需要合适的光线才能通过人的视觉予以呈现，人们笼统地将光与色的环境称为“光色环境”，而其实质也是视觉环境。人的5种感觉中除味觉之外，都以某些形状与空间的知觉相关联，其中视觉的作用最大[5]，从微环境改善的角度把握好室内光色环境，便把握住了室内微环境中最重要的因素。室内光色环境涉及室内自然采光、室内人工照明、视觉信息传递、室内界面色彩、人的视觉疲劳和视觉心理等多方面的内容。从选择适宜的室内微环境的角度考虑，适宜的室内光色环境理应是上述多方面内容的优化选择。光色环境的好坏是评价室内环境质量的重要指标[6-8]。

人们在良好的光环境下，才能进行正常的生活、学习和工作，创造舒适的室内光环境能够减少人的视觉疲劳，保证身体健康，提高学习和工作效率，乃至因合理使用自然采光减少人工照明而降低建筑能耗。适宜的光照度是评价光环境的重要指标，在与建筑设计和建筑照明有关的多个标准中，有对室内环境中照度指标的规范（表1），以阅读空间为例：我国《建筑照明设计标准》（GB50034—2004）规定，居住建筑内阅览空间的照度为150～300Lx之间，而国外对这方面的要求则明显高于我国标准，据第四届中日韩照明学国际会议日本学者的研究报告显示，阅读时照度在500Lx以下会有吃力的感觉，而以1 000～2 000Lx为阅读的最舒适照度[9]。当然，在满足室内光照度需求的情况下，室内微环境的改善还需要避免光污染。由于受阳光或人工高发光体照射在釉面彩砖、磨光大理石、金属幕墙、玻璃及各种亮光涂料面层所产生的强烈反射光线[10]，可能会诱发人们头晕目眩、失眠、视力减退、食欲不振、心悸和情绪低落等症状的白亮污染（眩光污染）。可以通过对室内照度、灯具配光曲线以及灯具的效率进行测算，据此设置适宜的光照和避免光污染等方式，来构建一个适宜的室内光环境。

表1 建筑照明设计标准（GB50034—2004）规定的居住建筑照明标准值

良好的色彩环境可以帮助界定空间范围、显示功能特点、提示物质属性、影响受众情绪，并能够彰显个性。光与色的搭配可以营造个性化的居住空间，合理的搭配可以使人们生活的环境发生微妙而令人欣喜的变化，不合理的使用则会让人感到单调乏味甚至忧虑和压抑。马朝珉指出：高明度暖色系的室内色彩环境会让人感觉温馨和舒适；高明度冷色系的室内色彩环境会让人感觉平静和轻松；中明度高纯度的室内色彩环境会让人感觉对比较强烈，有助于彰显个性，使用不当会对心理产生负面刺激；低明度低纯度的色彩比较沉稳，使用不当会让人感觉情绪低落、单调无味，等等。结合这些研究成果对室内色彩进行设计，有助于营造适宜的室内色彩环境。

3 冷暖环境与室内设计

适宜的室内冷暖环境的评价要从两个方面来考虑，一个是室内冷暖环境的物理层面，即以温度作为衡量指标的冷暖环境，也称温度环境；另一个是室内冷暖环境的心理层面，即以人的冷暖心理感受作为衡量指标的冷暖环境。

环境的温度会随季节的变化而发生较为剧烈的变化，人体的正常体温却保持在36.5℃左右的一个范围内。当室内温度在一定范围内上下波动时，人的身体会较明显地产生一个对应气温变化的自我调节过程。在严寒的冬季，人体适应室内环境的温度会低于炎热的夏季，这一适应温度大约为冬季18℃左右，夏季25℃左右（表2）。当室内环境中的温度与这些适应温度产生差别的时候，人的皮肤就开始工作起来，根据情况进行吸热或散热。通常室内环境中的温度与适应温度产生差异时，人们应考虑适当的增减衣物，以适应皮肤对温度的调节作用，必要时人们还可以通过供暖或空调来调节室内冷暖环境。

本文研究的冷与暖是人的感觉，与温度有关但又不完全等同于温度带来的刺激。人在心理上受到的暗示，会影响其对温度的判断和感知。通过调查，可以发现这种冷暖的感觉会受到颜色的冷暖、音乐的冷暖、物体的触感与表面光反射度的影响。因此，当室内温度不能达到适应温度标准的时候，也可以利用人心理上对冷暖的感知差异来进行调节。

表2 室内冷暖环境的主要参数指标

4 干湿环境与室内设计

室内空气中因水蒸汽含量差异会造成湿度的变化，这一变化带给人干与湿的直观感受，因此也可把它称之为“室内干湿环境”。早在1986年，加拿大学者安东尼（Anthony V.Arundel）就对影响室内空气安全卫生的疾病和疾病威胁进行了统计分析[11]，将多种疾病或疾病威胁在不同相对湿度环境下发生的概率进行了比对。对室内空气中容易存在或滋生的病毒、真菌丝、壁虱、呼吸道疾病、过敏及鼻黏膜炎、化学性过敏、臭氧发生及细菌这8种疾病或疾病威胁在不同相对湿度下发生的概率进行统计（图2），可知当相对湿度为0%和100%两端极值时，多种疾病或疾病威胁产生的可能性最大；而当相对湿度为50%时，只存在臭氧发生和化学性过敏这两种比较明显的威胁。当空气相对湿度的取值范围在40%~60%之间时，疾病或疾病威胁的种类以及发生概率都维持在一个较低的水平之内。

根据我国室内空气质量标准的推荐，我国夏季在使用空调制冷时，相对湿度为40%～80%较适宜，而当冬季采暖时，将相对湿度控制在30%～60%时较为适宜。这也正与统计分析结果相一致，说明了统计分析结果具有参考价值。最近也有从事室内湿度研究的学者指出：室内相对湿度为40%～70%最佳，并进一步指出适合老人和儿童的室内相对湿度在45%～50%；适合哮喘等呼吸道系统疾病患者的室内相对湿度在40%～50%之间[12]。以这一相对湿度作为参考，可以为室内干湿环境的改善提供借鉴。值得指出的是，在室内设计中可以有效利用木材实现对湿度的自动调节，改善室内干湿环境。

图2 相对湿度对卫生安全及健康的影响示意图

5 声音环境与室内设计

从声源的性质来看，声音可以分为有生命物体所发出的“声”，以及无生命物体所产生的“音”；从声源的位置来看，声音可以分为室外传入的声音，以及室内产生的声音；从声音的质量来看，可以分为音质较清晰的声音，以及音质较低劣浑浊的声音；从声音的传播渠道来看，声音可以通过气体来传播（如空气），可以通过固体（如墙面、地面）或液体传播，但其中在空气中传播效率最高。在室内环境中，人们一方面希望减少不必要的噪音给生活带来的干扰，另一方面人们也希望提升有用的这部分声音的品质。这就需要考虑“降噪”和“降/升混”两个问题。

降噪问题比较好理解，即降低室内环境中不需要的声音——噪音[13]。通过问卷调查，发现影响人们生活的噪音主要来自：室外交通噪音、工程施工噪音、邻居噪音（包括同一家庭的相邻房间之间）、电器噪音以及其他噪音等。噪音以分贝（dB）为单位，根据国家标准的规定，以声级计A计权网络测出的噪声，人耳能听见的最弱声音的强度为0 dB，而人耳可以忍受的最大声音的强度为120 dB左右。结合有关学者的研究成果，声音强弱与人的主观感受之间的关系可如表3所示。

为降低噪音可以针对噪音的来源采用吸声、隔声、隔振、消声和扩散等方法，具体来说：①可以针对室外传入的声音采取设置障碍物吸声和阻断传声气体的方法。如在阳台栽种植物，在门窗口设置门帘或窗帘；对门窗的隔音密闭性进行技术上的补强等。②可针对建筑物内部产生的声音采取使用弹性材料减少声音产生和采用阻隔材料吸收声音的做法。如在卫生间管道上包覆吸音棉毡、铝箔等材质，在墙面和顶棚附着吸音和阻隔板材等。以住宅为例，经过降噪处理的室内空间要达到表4所示的噪声控制标准，才符合我国民用建筑隔声设计规范的要求。当然，我国1988年制定并沿用至今的这一标准与欧盟同类标准相比要宽松很多[14]。

“降/升混”即降低/升高室内空间中声音的混响，降低混响的问题主要在高档会议室、电影院等对音质要求较高的场所需要考虑[5]。混响时间长短决定声音的品质，其受空间大小、形状、建筑室内空间表面特征、家具及装饰物表面特征的影响，因此通过降低空间的平顶，采用吸收顶棚，适当缩小空间大小，对墙面附着吸音材料，对地面、座椅等家具附着吸声的纺织面料等处理即可达到降低混响的目的。需要注意的是，并不能不分场合就随意降低室内空间的混响，有些特殊场合则需要用与上述手法相反的处理方式延长空间的混响。如音乐厅、剧院等需要较长时间的混响才能获得较优质的声音效果并产生较强的艺术效果。

6 空气质量与室内设计

我国10年前发布实施了《室内空气质量标准》（GB/ T18883—2002）这一推荐性标准，标准给出了包括温度、相对湿度、空气流速、新风量、甲醛、二氧化碳、粉尘、微生物及放射性物质含量等反映空气质量的近20项具体指标（因温度、相对湿度已在上文进行了探讨，此处不再赘述）。通风适宜且空气清新的室内空间可以给人带来愉悦的心情，空气污浊有毒气体弥漫的室内空间让人焦躁并可能伴随恶心、呕吐、眩晕等症状的发生，严重的对身体健康和生命安全有重大影响。在众多的空气质量问题中，一部分是可以通过加强空气流通来予以避免或排除的。如，厨房油烟、卫生间潮气等均可以通过通风排气系统予以解决。还有一部分是在空气流动比较缓慢的室内空间，以及不能通过加强空气流通根本解决的空气质量问题。如，由于装修建材中的有害物质缓慢释放而带来的空气质量问题。本课题主要为解决后一种情况下的空气质量问题而进行研究。

表3 室内A声级0～140dB下人的主观感受[6]

表4 我国民用建筑中对住宅噪声的规范

具有清香味的空气能给人美妙的心理感受并能调节人的情绪，因此使用固体清新剂或在室内栽植盆景植物成为普通家庭在生活中净化空气的常用手段，这对于降低室内二氧化碳含量和粉尘、提高空气相对湿度有重要意义。但针对室内装饰材料尤其是某些质量不合格的材料释放的无色无味的污染，人们经常注意不到或者重视不足。一些年轻人在追求家居时尚，并近乎奢侈的装修新房时，已经为自己倾注爱情和财富的家安装了一颗随时可能爆炸的定时炸弹。在访谈调查中，当问及“你准备如何净化你新居的空气”时，几乎所有的受访者都表示：愿意将新装修的房间闲置几个月，通风并排除掉室内的气味。一方面，我们为大家对待新居空气环境高度负责的态度感到欣慰；另一方面，我们又为大家所采取的这一做法而紧张。殊不知，当室内温度大于19℃时甲醛才开始缓慢释放，而这一缓慢释放的甲醛可以持续产生3～15年之久。在细木工板和密度板的生产中、在家具制品的表面涂饰中、在室内装饰使用的胶黏剂中，无良的生产商出于利润的考虑，会选择使用一些不符合国家标准要求的原料，这就使家装中的建材成为污染空气的元凶。劣质的地板、家具或装饰壁纸所使用的胶黏剂、油漆等产品中能大量释放出甲醛等对人体有害的气体。

此外，还有一类无色无味且不易被人察觉的物质也可能危及人体健康和胎儿安全，它的名字叫——辐射。辐射通常也被称为放射性，这是一类普遍存在的物质。辐射分为低频辐射、无线电射频以及电离辐射等，其中电离辐射以“核辐射”、“X光”、“CT断层扫描”为代表，会造成分子键的破坏而导致病变或遗传性病变，并可能致癌[15]；低频辐射以“家用电器”、“输电线路”为代表，这类辐射虽较电离辐射而言十分微弱；无线电辐射则以“手机”、“电视信号”为代表，低频辐射和无线电辐射不足以破坏分子键，也更不会导致机体的病变，可以说对人体几乎无害。但当这些低频辐射和无线电辐射瞬间最大值高于16mG时，会增加孕妇自然流产的几率。因此，关注与普通家庭和普通人关系十分密切的低频辐射和无线电辐射，也是室内微环境改善需要考虑的问题。

7 结语

光与色、冷与暖、干与湿、声音以及空气质量等，构成了与人类生活息息相关的室内微环境。如今人们已经越来越重视绿色建材的发展，越来越注重改善和提高居住环境的质量。设计师有必要在环境艺术设计的基础上，对室内空间布局、建材选择、施工工艺等方面进行立体思考，对室内微环境进行综合考虑。将微环境改善纳入室内设计的范畴，必然有利于提高人们的生活品质。

[1]齐二石,霍艳芳,毛照昉,李晓梅,刘亮.工业工程与管理[M].北京市:科学出版社,2011:145-153.

[2]于海鹏,刘一星,陈文帅.木质建材与微环境设计[M].北京市:化学工业出版社,2009:102-107.

[3]陈国钧,高兴亚.健康源于生活方式[M].南京市:江苏人民出版社,2010:156-159.

[4]德斯·迪拉夫,原毅军.核心管理决策—高层决策者的决策工具和方法[M].大连市:大连理工大学出版社,1999:57-62.

[5]吴兹古力.五感与视觉语言的关联性研究[D].西安美术学院,2012:1-39.

[6]史小兵.建筑室内环境及人体热舒适研究[J].河北能源职业技术学院学报,2008(01):52-55.

[7]何梅.寒冷地区住宅底层室内物理环境研究[D].西安建筑科技大学,2004:1-65.

[8]法尔曼.色彩物语影响力的秘密(第二版)[M].北京市:人民邮电出版社,2012:39-64.

[9]马广韬,周洋.人机系统光环境质量研究[J].沈阳建筑大学学报(自然科学版),2013(04):744-749.

[10]李积权.城市人居光环境与光污染防治—基于建筑表皮技术的城市光污染防治[J].城市问题,2008(06):39-43.

[11]Arundel A V, Sterling E M, Biggin J H, et al. Indirect health effects of relative humidity in indoor environments[J]. Environmental Health Perspectivess, 1986,65:351-361.

[12]侯国艳,冀志江,王静,王继梅,等.室内湿度对生活质量的影响[J].中国建材科技,2006(03):74-76.

[13]陈其宽.都市的噪音[M].香港:真知出版社,1973:1-157.

[14]李明斌,陆凤华.我国与欧盟国家民用建筑隔声设计规范的比较与分析[J].噪声与振动控制,2012(01):96-98. [15]韦元波,吕熹元.核患无穷—核泄漏危机的应对之策[M].北京:金城出版社,2011:1-224.

Study on Interior Design Based on Microenvironment Characterized Causal Factor Analysis

Through analysis on uncomfortable or unhealthy interior environment by applying a "characterized causal factor analysis method", the effects of micro-environmental indicators pertaining to the fi ve aspects, namely light and color environment, cool and warm environment, dry and wet environment, sound environment and air quality in the interior design are highlighted. Based on quantitative study on the above fi ve aspects, some specifi c design methods are proposed, and the problems existing in the interior design and the development direction in the future are discussed.

design, microenvironment, characterized causal factor method, interior design, study

2016-02-17）

“十二五”国家科技支撑项目(2012BAD32B04)；中央高校基本科研业务费专项资金资助（2572015AB21）。

易欣，东北林业大学材料科学与工程学院博士研究生；谢延军，东北林业大学材料科学与工程学院教授、博士生导师；王清文，东北林业大学材料科学与工程学院教授、博士生导师；于伸，东北林业大学材料科学与工程学院教授，硕士生导师。