疗愈环境理念下养老机构的居室色彩搭配设计

张军， 张慧娜， 谢法连， 吴卓霏

(1. 东北林业大学 园林学院， 黑龙江 哈尔滨 150040；2. 哈尔滨工程大学 计算机科学与技术学院， 黑龙江 哈尔滨 150001)

目前，世界人口老龄化程度正在急速加深.根据国家统计局的数据显示，截止2018年末，我国60岁以上人口数为24 979万人，占总人口比重的17.9%；其中,65岁以上的人口数为16 685万人，占总人口数的11.9%[1].从数据可见，中国人口老龄化形势也日趋严峻,养老问题已经成为社会各界备受关注的议题.在我国养老服务体系中，养老机构具有重要的地位，它是大部分老年人安度晚年的首要选择.如何营造良好的老年群体生活环境，提升老年人的物质生活品质和精神生活质量，使其达到精神上的愉悦和心灵上的安慰，是当代建筑设计师面临的重大挑战.

疗愈性空间环境是指针对老年人身心特点进行特殊设计的空间环境[2]，疗愈环境理念要求建筑师或规划师通过创造健康和宜人的环境引导人们积极的生活态度和良好的生活方式[3].本文将疗愈环境理念与养老机构空间环境设计相结合，试图从老年人的身心特点出发，梳理老年人对养老机构疗愈空间环境的需求，建立疗愈性空间环境的设计框架，以期为老年人创造更加健康的养老环境.

1 疗愈偏好的调研与分析

为了获取老年人最感兴趣的、可能具备疗愈潜能的客观因素，明确疗愈目标，进而优化养老机构中的疗愈环境.本次调研主要包括老年人生理、心理状况和老年人的疗愈偏好两个方面.研究选择哈尔滨市23个养老机构中的老年人作为调研对象，一共发放300份问卷，有效问卷278份.

1.1 老年人生理与心理状况

统计结果表明:40%老年人认为自己在生理或心理上处于亚健康状态，他们的情绪或生理状态不能得到完全放松；超过50%的老年人认为养老机构的居住环境使他们心理上缺乏安全感、归属感；80%老年人的行动能力与心理能量都处于衰减状态，他们的视觉、色觉逐渐衰退.

1.2 老年人疗愈偏好

对老年人疗愈偏好统计，如图1所示.图1中：γ为老年人占比.从图1可知：在养老机构主要功能空间中，65%老年人认为“居室”是最重要的疗愈场所；在疗愈环境营造要素中，40%老年人倾向于选择“色彩”是其中的关键要素；在疗愈形式的选择上，35%老年人会更偏爱“向往温馨的环境”.

1.3 综合分析

居室作为主要生活起居的活动空间，老年人在其中度过的时间最长.因此，需要从老年人的身心特点出发，梳理老年人对色彩空间环境的需求，通过色彩优化在养老机构居室中创建适合老人的家庭温馨气氛.养老机构对于老年人是一个陌生的环境，缺乏家人的陪伴导致他们心理上极度缺乏安全感；同时，随着年龄增长，多数老年人会出现视力听力衰退、生理机能减弱.良好的色彩空间能够在一定程度上影响人们的情绪、感受及行为，对老人具有重要的身心疗愈作用.

2 研究方法

2.1 色彩样本采集与分组

选择哈尔滨市23个不同规模的养老机构，运用NCS色卡[4]对照法对养老机构居室墙面、地面、家具和窗帘的色彩进行现场采集，并记录NCS色彩编号，以便建立色彩样本数据库进行系统研究；然后，邀请30位老年人(60周岁及以上)进行色彩分组分析，结合KJ(Kawakita Jiro)法[5]，将这些色彩样本分为8组，如图2所示.

(a) Group 1 (b) Group 2 (c) Group 3 (d) Group 4 (e) Group 5 (f) Group 6 (g) Group 7 (h) Group 8图2 色彩样本分组结果Fig.2 Grouping results of color samples

2.2 语义差异法分析单色色彩语义

语义差异法(SD法)是由查尔斯·奥斯古德提出的一种衡量人心理感知的量化评价方法.它主要通过一系列的“感性词语”将被调查者的心理感知量化为具体的数据[6].

通过前文对老年人生理、心理以及疗愈偏好分析可知，老年人偏爱温馨的居住环境，因此,将养老机构居室色彩意象定位为“温馨的”色彩氛围，拟定反义形容词对“冷漠的-温馨的”；然后，从图2每组样本中挑选出1个代表性色彩样本，将其与拟定的形容词对“冷漠的-温馨的”制作成色彩语义词汇相似度调查问卷，根据李克特量表[7]，将心理变化量分为5个等级，分别用数值0，0.25，0.50，0.75，1.00表示；最后, 邀请30位老年人(60周岁及以上)对上述问卷进行评价打分，并对所获取的30组调查数据进行均值处理，结果如表1所示.

表1 色彩语义评价得分统计Tab.1 Statistics of color semantic evaluation scores

2.3 聚类分析法构建色彩数据库

2.3.1 灰色聚类分析法 灰色聚类分析法是将每个聚类对象(配色方案)对应不同聚类指标(不同种类色彩)所拥有的白化值(语义分析数据)，按照N个灰类(评价等级)进行归纳整理，从而判断某个聚类对象(配色方案)属于哪一灰类.它是建立在灰数的白化函数生成基础上的一种灰色统计法[8].

老年人对于色彩语义与单色色彩样本的关系，如表1所示.然而，养老机构老年人居室通常是由多种色彩搭配的整体结果.因此，采用灰色聚类法分析多色搭配语义，并确定主体色和辅助色色彩数据库.根据灰色聚类的原理，实验确定聚类对象为1，2，…，64个配色方案；聚类指标为A，B,作为主体色、辅助色的色彩样本的语义分析数据；聚类灰数为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ,作为“好”“中”“差”3个等级.

2.3.2 聚类白化数 聚类白化数di,j表示第i个聚类对象关于第j类聚类指标的实际样本值，i∈{1，2，…，64}，j∈{A，B}.部分聚类指标的聚类白化值di,j，如表2所示.

表2 聚类指标的聚类白化值Tab.2 Cluster whitening values of clustering indicators

2.3.3 白化函数fj,k(x)称第j个指标属于第k个灰类的白化函数，k∈{Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ}.图3为白化函数fj,k(x)的3种形式[9].图3中：λj,k为门阀值，一般为fj,k=1与fj,k≤1的交点di,j.

(a) Ⅰ (b) Ⅱ (c) Ⅲ 图3 白化函数fj,k(x)的3种形式Fig.3 Three forms of whitening function fj,k(x)

2.3.4 聚类权 聚类权ηj,k表示第j种聚类指标属于第k灰类的权重，其表达式为

(1)

2.3.5 聚类系数 聚类系数σj,k表示第i个聚类对象对第k灰类的聚类系数，其表达式为

(2)

部分聚类对象的聚类系数,如表3所示.

表3 聚类对象的聚类系数Tab.3 Clustering coefficients of clustering objects

2.3.6 聚类向量 聚类向量的表达式为

(3)

2.3.7 聚类分析 判断第i个聚类对象属于哪个灰类，若

σi,k=maxk{σk,k},k∈(Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ),i∈(1，2，…，64),

(4)

则第i个聚类对象属于第k灰类.各聚类对象的聚类结果,如表4所示.

从表4选择出聚类结果为“好”的聚类对象，当选择了一个聚类对象，同时也就选择了一个色彩搭配方案，该色彩搭配方案所在的色彩组中的色彩也都被选中.通过上述过程，构建了由5组(包括第1，2，3，7，8组)79种色彩组成的主色色彩数据库和由7组(包括第1，2，3，4，6，7，8组)100种色彩组成的辅色色彩数据库.

表4 聚类对象的聚类结果Tab.4 Clustering results of clustering objects

2.4 遗传算法求解最优方案

2.4.1 遗传算法 遗传算法(genetic algorithm，GA)是模拟生物界进化规律演化而来的一种搜索算法[10].其通过对基因进行交叉变异处理，实现优胜劣汰的过程，进而获取最优色彩搭配方案.首先,进行编码，产生个体初始种群.然后,综合色彩搭配方案的个体适应度值，进行判断,满足要求则输出色彩搭配方案;否则，进行一系列运算，包括选择、交叉和变异，直到每个种群中的个体适应度值满足指定的适应度值.遗传优化操作流程，如图4所示.

图4 遗传优化操作流程Fig.4 Operation flowchart of genetic optimization

2.4.2 遗传编码 编码是色彩搭配遗传优化操作的基础，同时也是建立色彩数据库与编码集的映射关系[11].文中对色彩搭配方案的编码方式为一个染色体代表一个配色方案i，每个配色方案i中有m种色彩数.

2.4.3 适应度求解 美度评价是Moon-Spencer提出的，色彩美度公式在Munsell颜色空间上通过计算色彩搭配方案中颜色之间色相、亮度和饱和度衡量是否满足美的标准[12]，其计算式为

M=O/C.

(5)

式(5)中:M为美度评价值；O为有彩色时的秩序因数，O=∑(Oh+Ol+Os)，Oh，Ol，Os分别为色彩搭配方案中不同颜色之间的色相差值、亮度差值、饱和度差值所决定的秩序因数，其差值决定了色彩的间隔关系；C为复杂度因数，C=Cm+Ch+Cl+Cs，Cm，Ch，Cl，Cs分别为色彩搭配方案中的总色彩数、色相差的色对数、亮度差的色对数、饱和度差的色对数.当M值大于0.5时，表示色彩搭配方案符合美的标准，M值越大，则表示色彩的视觉舒适性越好.

和谐度评价是Ou等[13]提出的,通过在CIE Lab颜色空间中色彩、亮度、色调差异，综合评估两个颜色邻接搭配的和谐度.其计算式为

(6)

CH(C1，C2)=HC(C1，C2)+HL(C1，C2)+HH(C1，C2).

(7)

式(6),(7)中：f(pi)=Cj，i∈(1，n)，j∈(1，n)，表示将颜色Cj赋予区域pi上;w为区域关联矩阵，如果区域pi和pj相邻，则wi,j=1，否则，wi,j=0;CH为双色和声模型；HC，HL，HH分别为色度效应、亮度效应和色相效应等3种色彩协调因子；C1,C2代表需要计算和谐度的2个颜色，其值越大，表示2个颜色搭配的和谐度越高，色彩搭配方案i的m种色彩和谐程度由式(6)计算得出.

图5 实验优化解集分布图Fig.5 Distribution of experimental optimization solution set

2.4.4 设置参数 按照不同的赋色区域在居室中的位置和作用，将居室色彩搭配分为基础色(墙面和地面)、搭配色(家具)和点缀色(窗帘)，共有4个赋色区域.其中，基础色来源于主色色彩数据库，搭配色和点缀色来源于辅色色彩数据库.从主色或辅色色彩数据库中选择出色彩赋予对应的待赋色的4个区域，在全局搜索过程中利用锦标赛法选择、两点交叉、单点变异等遗传操作使种群进化.遗传算法的初始种群数为111，变异概率为0.8，迭代次数为30，目标是色彩搭配美度、色彩搭配和谐度的值越大,色彩舒适性越高.

2.4.5 优化结果 基于MATLAB平台，所提方法色彩搭配方案的美度、和谐度在实验中得到了同步优化.实验优化解集分布，如图5所示.图5中：不透明的蓝色圆点代表进化过程中得到的优质解；透明的蓝色圆点代表非优质解，并且透明度越高解的代数越老；橘色圆点代表获取的部分优化解集.图5同时显示了色彩搭配美度、色彩搭配和谐度的相互约束关系.

实验优化方案色彩搭配数据，如表5所示.表5中：P1，P2，P3，P4分别代表赋色区域墙体(基础色)、地面(基础色)、家具(搭配色)、窗帘(点缀色).

表5 实验优化方案色彩搭配数据Tab.5 Color matching data of experimental optimization scheme

3 评估疗愈效果实验与结果分析

健康效益评价常用的多种研究方法各有优势和侧重，其中，通过实验对被试进行生理测量和心理测量是对环境疗愈潜力进行评价的主要途径[14].为了评估文中所提居室色彩优化方法在养老机构老年人居室中的应用效果，分别采用生理指标(心电R-R间期)和心理指标(状态-特质焦虑量表)[15]对被试者的健康状态进行评估，间接推断所提优化结果的疗愈潜能.

3.1 实验过程

选取45位老年人被试者，按照随机数字表法划分为疗愈组和常规组，其中，疗愈组又分为实景疗愈组和虚拟现实(VR)疗愈组，每组15位被试者，具体实验场景，如图6所示.为了充分验证实验结果的有效性，实景疗愈组和常规组均在真实的养老机构居室内进行；VR疗愈组在虚拟仿真实验室进行，使用Revit 2017软件建立模型，经过Fuzor软件处理转化成VR场景，被试戴上头戴设备即可体验虚拟环境中的优化色彩搭配方案的居室场景.VR实验的样本环境弥补了现实养老机构中优质居室色彩环境的不足.

(a) 实景疗愈组实验场景1 (b) VR疗愈组实验场景1 (c) 常规组实验场景1

(d) 实景疗愈组实验场景2 (e) VR疗愈组实验场景2 (f) 常规组实验场景2图6 实验场景Fig.6 Experimental scene

整个实验过程中，3组被试者均在对应的实验场景完成.实验按照图7的测试流程进行.实验进行时，被试者静息后需要完成1份状态-特质焦虑量表的填写；随后，进行特里尔社会应激测试(TSST)[16]，即2 min左右的心算任务；然后，常规组和实景疗愈组的被试者可在居室内观察场景和小幅活动；VR疗愈组的被试者需戴上头盔体验在虚拟现实环境中的居室场景，此阶段时长为2 min左右；最后，被试填写第2份状态-特质焦虑量表，实验结束，单次实验流程需 13 min左右.作为应激源的压力阶段和作为疗愈期的缓压阶段，被试者的心电生理数据处于持续记录的状态.

图7 测试流程Fig.7 Test flowchart

3.2 实验结果与分析

数据资料以SPSS 20.0处理，计量资料用标准差(x±s)表示，以t检验，当P<0.05时，具有统计学意义.3组生理数据和心理数据结果比较，如表6所示.从表6可知：从心理数据来看，通过对比3组被试的前、后两份状态焦虑量表得分，未发现明显的变化趋势.究其原因可能是这种方法主观性强，被试者可能存在记忆偏差、难以评价较短时间内情绪的变化进程.

表6 3组生理数据和心理数据结果比较Tab.6 Comparison of results between physiological data and psychological data of 3 groups

从生理数据可以看出，3组被试在应激前的心电生理指数对比无明显差异.这种较小的差异也是来自不同被试之间的不同体质.在应激后可以明显发现,3组被试者的指数均明显降低，3组之间同样无明显差别，反映出被试者在面对心算考试时都持续存在的压力感受；但疗愈后，实景疗愈组与VR疗愈组生理指数比较接近，并且明显高于常规组的数据，同时实景疗愈组与VR疗愈组的指数也更接近于应激前的数据.这说明优化的居室场景确实对人体身心健康水平有更好的疗愈效果.

4 结论

以养老机构老年人居室为研究背景，结合语义差异法、聚类算法和遗传算法，对养老机构居室色彩搭配设计进行优化，得到居室色彩最优搭配方案.通过测量3组被试者的生理指标对环境疗愈潜力进行评价，结果表明,所提方法色彩搭配方案有更好的疗愈效果.

结合所提方法获取的优化色彩搭配方案及疗愈效果评估实验，综合分析养老机构居室中满足老年人身心需求的色彩疗愈环境与色彩三属性(色相、明度、纯度)阈值的变化关系有如下3个方面.

1) 从色相分布来看，养老机构居室色彩从搭配色、基础色到点缀色，选色范围逐渐加宽，体现出基础色和点缀色的色相选取更为灵活.搭配色的色相主要以YR(红黄)为主；基础色的色相主要集中在YR(红黄)，R(红)，Y(黄)等暖色系范围内；点缀色的色相分布则最为广泛，包括YR(红黄)，RB(红蓝)，GY(黄绿)，R(红)和B(蓝)等.

2) 在居室色彩明度设计方面，基础色和搭配色以中高明度为主，明度值大多分布在10～50之间，点缀色的明度取值范围以10～40的高明度为主.

3) 在居室色彩纯度设计方面，基础色和搭配色以低纯度为主，纯度值大多分布在5～30之间，点缀色的纯度取值范围以10～60的中低纯度为主.

随着社会各界越来越重视老年人健康的生活环境，本研究旨在为老年人居室色彩疗愈空间营造的设计师提供参考借鉴，同时帮助养老机构通过色彩优化为老年人提供更具疗愈作用的居室环境.