体育场馆微环境健康生态学的理论构建及其评价方法①

李峰

（西安建筑科技大学体育系 陕西西安 710055）

体育场馆微环境健康生态学的理论构建及其评价方法①

李峰

（西安建筑科技大学体育系 陕西西安 710055）

体育场馆内微环境不仅包括场馆建筑结构环境因子、机械设备环境因子、安全检测环境因子等硬件设施，同时也包括空气环境、水环境、光-色环境、声环境、热-能环境、生物环境因子等软环境因子，也涉及由软硬环境引起场馆内人员心理作用的人文环境因子，由于这些环境因子既相互独立又相互联系，它们共同形成构成了体育场馆内微环境健康生态学的主要内容。场馆内微生态环境的质量和馆内人员的健康也引起体育科学、环境科学、建筑科学、预防医学等多领域的共同关注，而如何科学地对场馆内微生态环境污染进行综合评价也成为备受关注的研究课题。该文从学科发展的角度论述了体育场馆内微环境健康生态学产生的定义、生态学理论、评价内容、方法以及与体育建筑环境管理的关系，并进一步分析了体育场馆微环境健康生态学研究所存在的问题及前沿性研究内容。

体育场馆 微环境 健康生态学 评价方法

体育场馆内的健康生态环境质量对馆内工作人员的工作状态和工作效率、运动员的训练和比赛成绩、观众的对现场生态环境质量的接受阈以及所有人员的健康效应有着重要的影响。要创造一个健康生态的场馆环境，必须在体育场馆设计中结合生态学、环境生物学、心理学的观念，将场馆建筑自身纳入良好健康生态循环系统的设计方法中去。因此，构建场馆内“微环境健康生态学”的体系，可以促使多专业多学科在场馆内微环境生态评价方面进行交叉研究，找出共性，并在此基础上系统开展场馆内污染健康危害评估及对场馆内人员健康影响的评价模式，构建涵盖空气品质、热湿环境、人文因子等多方面的科学合理、操作性强的评价指标体系，为完善场馆内污染物的安全限量标准奠定基础。

1 体育场馆内健康生态学提出的理论依据及其内涵

1.1 健康生态学概念的发展

生态安全是生态系统服务功能、生态系统健康及生态风险的充分而非必要条件［1］，探讨生态系统健康的度量问题［2］，是研究关于健康生态系统的新观点和新方法的前提，这样才能逐步形成生态系统健康的理论，研究认为，生态系统健康是指一个生态系统所具有的稳定性和可持续性，即在时间上具有维持其组织结构、自我调节和对胁迫的恢复能力，并认为生态系统健康可以通过活力（vigor）、组织结构（organization）和恢复力（resilience）3个特征来定义［3］。

1.2 体育场馆内健康生态学的内涵

从空间角度来说，人居环境可根据内外空间环境来界定，分为以规划、建筑、绿化空间为主的外环境和以室内物理环境、家具、陈设等为主的内环境或微环境。从环境与健康领域来说，微环境包括室内微环境与体内微环境［4］。室内微环境系统主要包括室内光环境、温热环境、声环境和室内空气品质环境［5］。体育馆微环境特指大空间体育建筑内结构物环境因子、空气环境因子、水环境因子、光-色环境因子、声环境因子、热-能环境因子、生物环境因子等，也涉及由这些因子引起人们心理作用的人文环境因子，这些室内环境因子既相互独立又难以分割，它们相互影响、藕合共同形成了不同的安全、健康的生态学特征。由于体育馆具有空间大、结构复杂、容易形成温度梯度、人员的密度和流动性大、室内热湿负荷较大等特殊性，对体育馆内微环境对馆内人员健康效应的研究还具有很大的发展空间，尤其要保证运动员训练时的舒适性，尽量使运动训练不受客观因素的影响是研究馆内微环境健康生态学的主要方向，因此在小空间建筑研究的基础上开展体育馆建筑内生态与运动员生理应激、人体热舒适度及运动成绩影响的研究，为科学、合理控制体育馆内环境以及制订和修改体育馆暖通设计规范提供理论依据，并为获得运动员热舒适“气候适应性模型”提供参考策略。

体育场馆健康生态学（healthy ecosystem of gymnasium）理论是指导体育场馆内微环境公共卫生实践和解决馆内特定人群健康问题的观点、思维方式和理论模型，它不仅包括与体育场馆相关的客观性物理量值，诸如结构、温湿度、通风气流、换气效率、噪音、光和空气品质等，还包括主观性人文因素值如心理因素、个体行为等。这一理论模型采用生态学的观点和思维方式，将体育场馆看成是位于一定地域的 “生态系统”，研究场馆内特定人群的行为方式及其周围各层物质环境与健康的关系，即所谓的健康生态学模型。该健康生态学模型主要决定因素包括物理学因素、生物学因素、化学因素、人文学因素、卫生服务因素以及物质和社会环境因素。上述综合因素相互制约、相互依赖和相互作用的结果决定了健康生态学的体系构成，并在多个层面上交互作用来影响场馆内特定个体和群体的健康。

2 体育场馆内微环境健康生态学的结构层次和研究方向

体育场馆微环境健康生态学是由物理、化学、生物、人为等多种因素组成的一个系统工程，是与体育相关的人和体育环境相互作用形成的一个网络结构。由多种相互联系，相互制约的生态因素构成，存在着物质流、能量流、信息流及价值流，而且具有多层次、多目标、多子系统的生态结构，是一个不可分割的有机统一整体。其核心结构是场馆内空气因子的质量因素；核心层之外是场馆内人员的行为方式及特征；第三层是场馆本体结构和馆内体育设施所构成的污染物散发网络；第四层是场馆的人文环境因子（包括人员数量、年龄、性别、教育、训练年限、健康状况等）。体育场馆微环境内健康生态学主要研究体育场馆生态系统的综合特性，通过研究场馆内生态系统的组成结构和空间结构、生产功能和服务功能、适应力等判断场馆内生态因子的健康状况。研究方向主要包括：（1）场馆内生态动力学：主要研究场馆内生态因子的演替动因、空间组合、分布规律以及室内人员、物质流动和环境变化的动因；（2）场馆内系统生态学：主要研究场馆内生态因子的结构与功能，以及对场馆内各生态因子的模拟、评价和预测方法；（3）场馆内生态控制论：主要研究场馆内生态系统的自我调节机制和最优化控制对象；（4）场馆内微环境界面健康生态学：主要研究场馆内界面生态对室内人员健康效应的影响。

3 体育场馆内微环境健康生态学与场馆内人员健康效应的关联

体育场馆健康生态环境研究的主体是场馆内人员，一方面自然和人文环境影响着体育场馆内生态环境质量，另一方面体育馆内健康生态环境质的波动与变化又制约着自然环境和场馆内人员的健康。既然体育场馆的服务目的是为群众体育和竞技体育提供良好的比赛和锻炼环境，而这些体育活动都是由人参与的社会实践活动，那么参与运动和工作的人员的健康也只有在良好的体育场馆生态环境中才能真正实现，只有良好的体育场馆生态环境才能真正体现以人为本的体育生场馆环境生态的可持续发展。体育场馆健康生态环境是保证参与竞技体育、群众体育以及场馆内所有工作人员健康可持续发展的活动场所。它不仅给运动员充分发挥技术、战术水平创造良好的场地环境，同时也给场馆内人员的健康带来了很大的影响。在场馆生态环境质量与人员健康效应的问题上，两者具有高度的相关性，而且这种相关性随着人们对健康意识的增强和自然、社会、人文环境的变化而变化。

4 体育场馆微环境健康生态学研究内容与评价

场馆内微环境健康生态环境质量评价是认识和研究场馆内环境质量的一种方法，是对场馆内环境质量优劣进行量度和描述的过程，是从对人的健康效应的角度对场馆内环境进行定性或定量的测定，并按照一定的标准进行评定的过程。场馆内健康生态环境质量评价的核心问题是场馆内健康性、安全性、生态性、宜人性和卫生性，包括物理因素、化学因素、生物因素和人文因素。场馆内生态环境质量评价的最终目的是使场馆内人员拥有一个安全、健康的工作、训练和比赛，保证人员健康。

4.1 体育场馆健康生态学研究内容

目前对自然生态系统健康的程度是通过生态系统的活力、组织结构、恢复力、生态系统服务功能的维持、管理选择、外部输入减少、对邻近系统的影响及人类健康影响等8个方面来衡量的［6-8］。但对于体育场馆健康微生态系统的研究具有它本身的结构和空间、时间的特殊性，其内容不仅包括自然环境空气质量因子，还包括生物的、物理的、化学的、社会的、人文的研究。针对不同地区、不同场馆结构、不同季节的场馆生态环境评价，其评价因子的权重、各类特征因子的比重及评价指标体系是不一样的。具体评价指标包括：（1）场馆建筑本体结构生态学性评价：①场馆本体结构健康生态学评价；②场馆空间结构健康生态学评价；③建筑材料与装修材料健康生态学评价；④场馆内细部健康生态学评价；（2）场馆建筑机械设备生态学评价：①通风空调设备健康生态学评价；②给排水设备健康生态学评价；③电路系统健康生态学评价；④消防疏散系统健康生态学评价；⑤转播通讯设备健康生态学评价；（3）场馆内运动器械生态学评价：①运动器械结构健康生态学评价；②运动器械涂层健康生态学评价；③运动器械污染物散发健康生态学评价；（4）场馆内微环境物、化、生、电磁生态指标生态学评价：①室内空气质量因子健康生态学评价；②光-色因子健康生态学评价；③声因子健康生态学评价；④电磁因子健康生态学评价；⑤生物环境因子健康生态学评价；⑥水环境因子健康生态学评价；⑦风环境因子健康生态学评价；⑧热能因子健康生态学评价；（5）场馆内人文环境健康生态学评价：①场馆内人员数量、个体行为对场馆人文环境的影响；②场馆内人员数量、年龄、性别、教育背景、训练年限对场馆人文环境的影响。

4.2 体育场馆内微环境健康生态学指标的评价方法

生态系统健康最为关心的是生态系统功能紊乱的辨识、诊断方案、有效指标的设计及健康评价体系［9］，评价场馆生态系统健康首先要选用能够表征健康生态系统各种因子的主要特征参数，这种参数评述往往以国家规定的环境标准或污染物在环境中的本底值作为依据；其次要对这些因子进行归类区分，将环境素质的优劣转化为定量的可比数值，分析各个因子在场馆生态健康评价中的意义；再次是对这些特征因子进行度量，确定每个特征因子在生态系统健康中的权重系数，每类特征因子在影响人员健康效应中的比重，以标明场馆环境受污染的程度；最后将这些定量酌结果划分等级，确定场馆生态系统健康的评价方法，提出系统的体育场馆内微环境健康生态学的综合评价模式，这就就必须了解生态系统的形成、演变、过程、特征及其发展规律，必须了解生态系统与环境因子的作用机制［10］。目前评价程序主要有两条路径，即客观评价和主观评价。

4.2.1 客观评价法

是通过直接测量场馆污染物的浓度（质量浓度或体积比浓度）、质量指数等指标表示室内污染水平，与相应的国家标准值进行比较来判断场馆内所测指标的污染等级，可以全面、公正地反映场馆内空气品质的状况，包括：（1）指标体系法［11，12］：根据室内为环境生态学的特征及其服务功能建立指标体系进行定量评价，该方法以其提供信息的全面性和综合性而被广泛应用于生态系统健康评价中；（2）达标评价方法：以实际测量的污染物浓度值与国家相应环境评价标准比较来评价污染等级；（3）模糊评价法［13］：根据多个因素对评价对象本身存在的性态或隶属上的亦此亦彼性，从数量上对其所属成分给以刻划和描述作为一个模糊问题来处理；（4）聚类分析法［14］：根据离散的数据结果，按其相似程度或差异性，采用一定的数学方法，分成几个类别或档次，如健康区、亚健康区、不健康区等，其原理是运用数学方法来计算它们的相似程度或差异性，反映其亲疏程度；（5）动态评价法：是将室内污染物的质量浓度作为时间的函数，通过该函数确定一天中各不同时刻污染物的质量浓度，并确定哪些时刻质量浓度最大，从而确定最有效的设计方案来将这些污染物的质量浓度降到卫生标准以下；（6）绿色建筑材料指数法［15，16］：通过确定某种建筑材料中直接和间接影响室内空气质量的各种污染的危害度标准以及对应的权重，综合出该材料的绿色指数，当建筑材料中含有某种特殊有害物质，对人体的危害极大时，应予以一票否决；（7）环境暴露评价法［17］：描述了污染物接触的强度、频率和持续时间，并评价化学品透过界面的速率、途径以及持续时间内的透过量和吸收量。

4.2.2 主观评价法

直接以人的主观感受作为评价工具和手段评价室内空气品质，其首要任务是依据给定环境条件下室内人员的自我感觉评价室内空气中的低浓度污染问题，其次是要求室内人员表述环境对舒适性、健康的影响。（1）嗅觉评价方法［18］；（2）应用分贝概念的评价方法［19］：是将人对声音的感觉与刺激强度之间的定量关系用对数函数式来表达的评价方法；（3）视觉调查评价方法［20］：它是通过向居住者问询的方式进行，一般采用问卷调查表收集信息，而后室内空气品质专家对实地进行简单的视觉勘测和调查，最后做出综合评价，并提出解决措施与方案；（4）线性可视模拟比例尺法［21］（LVARS，linear visual analogous rating scales）。它是一类定量测量人体感觉器官对外界环境因素反应强度的测量手段或方法，近几年来常被国际学者用于评价因室内装饰材料产生的甲醛及挥发性有机化合物污染，是一类较为灵敏的人体健康指标。

5 体育场馆微环境健康生态学研究存在的问题和发展趋势

目前对体育场馆微环境的研究，主要集中在空调系统、气流组织、智能化系统设计、声学及安全系统监测研究，而很少涉及对场馆内微环境中生态指标的研究，这既包括场馆微环境中各种健康生态指标的制定与生态评价，也包括空气质量、水、噪声、电磁、风等各种污染的来源、污染的控制技术和消除方法。另外，目前国内外尚缺乏系统完善的、能综合考虑人体健康舒适的体育场馆内微环境健康生态学的评价模式，这也成为场馆微环境研究中的一大紧迫性课题。从目前体育场馆的研究现状来看，主要存在以下问题。

（1）场馆内生态系统健康的不确定性：由于场馆内环境随着季节、场馆大小、结构、人员多少的变化等呈现出不确定性特征；（2）保持生态健康稳态的难操作性：由于场馆环境的紊动性，导致了在评价和实际操作中要综合考虑物理、化学、生物及人文等因子的交互性，表现出一定的难度；（3）由于场馆空间的交互性和时间的特定性，再加上系统有一个自身演替的过程，很难判断哪些是演替过程的症状，哪些是干扰或不健康的症状；（4）目前虽然提出了对组织、活力和恢复力的评价方法，但在场馆的日常监测中，只是对一些物理、化学、生物的简单指标进行测定，但这些指标都是相互独立的，很难表征综合的结果，因此需要有新的方法来评价微环境生态健康。

第一，研究的局限性：目前体育场馆内的研究主要以结构设计、空调通风、气流组织设计、声光环境等研究为主，较少涉及空气质量环境的健康生态学指标评价。并且对空气质量的评判大多以室内卫生标准以及有关对舒适性标准为依据。但这些标准不太适合体育场馆类的大空间建筑形式，也没有考虑地域、气候等因素、不同人群体质的差别。

第二，研究学科的片面性：目前关于对体育建筑场馆微环境的研究基本都是零星的、孤立的，并且大多研究者从单角度视野研究室内环境评价指标体系，而体育场馆作为大空间建筑形式，其和一般的小空间室内环境的差异非常大。现有研究大多将室内微环境剥离为热环境、空气环境和声环境、光环境等多方面进行孤立的评价，这是不全面的，也未能考虑到体育建筑场馆的建筑特性及人员活动特点。因此，有必要集中建筑科学、预防医学、环境科学、建筑设备、建筑生态学、体育心理学等多学科思想，建立全面科学的场馆内微环境健康生态学评价指标体系，促使多专业多学科在场馆内微环境生态评价方面进行交叉研究，找出共性。

第三，研究评价指标的孤立性：体育场馆内为环境健康生态评价是人为主体，目的是保证有一个良好的比赛环境和工作空间，保证场馆内所有人员的健康，在微环境评价过程中除考虑物理化学指标外，还需要考虑人的主观感觉，即将主观评价和客观评价相结合。现有室内微环境主观评价中对热舒适性研究很多，但热舒适仅是人体总舒适感的一个方面。在未来的研究中，除热环境外，也要研究水、电、光、噪声污染及通风、气流、空气新鲜度对馆内人员本体感觉、心理因素的影响。

因此在以后的研究中应主要加强以下几个方面。

第一，从多学科、多角度出发，通过定量和定性、主观和客观相结合的方法分析体育场馆内微环境生态健康的诸多影响因子，构建涵盖场馆本体结构、空气品质（生、物、化因子）、热湿环境等多方面的科学合理、操作性强的健康生态学评价指标体系，提出系统的体育场馆内微环境健康生态学的综合评价模式。

第二， 集中建筑科学、预防医学、环境科学、建筑设备、建筑生态学、体育心理学等多学科思想，在全面考虑到体育建筑场馆的建筑特性及人员活动特点的基础上，建立全面科学的场馆内微环境健康生态学评价指标体系，促使多专业多学科在场馆内微环境生态评价方面进行交叉研究，找出共性，并在此基础上系统开展体育馆内污染健康危害评估及对场馆内人员健康影响的评价模式，为完善场馆内污染物的安全限量标准奠定基础。

第三，通过开展场馆内环境污染物监测项目的确定及监测网点、测定点的布设方法以及环境质量动态变化趋势及预测研究，开展场馆内人员健康与室内环境质量关系研究。

第四，掌握体育场馆内微环境中各种要素及其相互作用的危害和规律，创造一个安全化、健康、舒适、绿色的体育场馆内环境，指导场馆管理人员正确认识和从本质上预防和治理场馆内空气中的各种自然的、人为的污染因子。

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The Micro-environmental Health Ecology Theory Construction and its Evaluation Method of Stadium

Li Feng
（Physical education Department，Xi'an University of Architecture & Technology，Xi'an Shaanxi，710055，China）

Stadium microenvironment includes not only the venue itself structure environment factor，venues mechanical equipment environment factor， safety testing environment factor etc， also including air，water，light-color，sound environmental factors，thermal biological environmental factors， also involves the psychological effect caused by the soft and hard environment factors.these environmental factors are mutually independent but interrelated， they form the micro- environment constitute health ecology.Micro-ecological environment quality is closely related to the museum staff's health，and how to value the micro-ecological environment of the venue become a research topic. This article gived the definition of Health ecological theory and analysised the micro-stadiums Institute of Ecology， Environmental Health Problems and cutting-edge research.

Stadiums；Micro environment；Health ecology；Evaluation method

X513

A

2095-2813（2016）10（b）-0134-05

10.16655/j.cnki.2095-2813.2016.29.134

①人文社科研究基金（项目编号：RW1605）。

李峰（1982—），男，汉，河南人，博士，讲师，研究方向：体育场馆环境生态学。