城市人因工程学与健康环境设计

唐建，李晓慧（通讯作者）/TANG Jian, LI Xiaohui (Corresponding Author)

1 回归“人本”的新时代城市人因工程学

人因工程学作为一门综合性新兴学科已经发展了近60年。人因工程学的发展被划分为经验人因工程学、科学人因工程学和现代人因工程学3个阶段，分别实现了工具社会、工业社会至当代信息科技社会的跨越[1]39-43。城市人因工程学是伴随着新时代高质量城镇建设应运而生的新兴学科领域，专注于城市与建筑空间为公众与个体提供健康、舒适的人居环境寻求理论方法、实践策略与评价手段。其核心构建于“人本”思想回归基础上，是对新时代新需求的积极回应，也是追本溯源得出的人因工程学基本内涵。对3段进程的历史性审视，能够清晰地看到在相应的历史语境中所反映的城市与建筑空间的总体特征。

人因工程学的形成本源基于人与工具（或称“人造物”）之间关系的矛盾。人类早期打制石器工具的取材与形制体现了当时简单的社会分工下劳动者主动设计工具的意识。工具被制造出来并不断得到改进，使其更适合使用者的需求，并获得更大功效。但受限于低水平生产力的简陋工具仅仅被当作处于次要位置的“器物”，使用功效取决于人的技能技巧，即“百工之事，皆圣人之作。”1）因此在当时尚属萌芽阶段的人机关系中，人因处于主导地位。

经验人因工程学始于19世纪中叶工业制造的蓬勃发展。大量乡村人口涌入城市，推动了西方社会城市化的进程。至19世纪末，机械化生产与建造方式日渐成熟，追求功效最大化成为这一时期人因工程学研究的出发点。工业社会的发展催生了一系列关于城市、建筑新议题的思考与尝试。勒·柯布西耶（Le Corbusier，以下简称柯布）1923 年从功能性出发发表了城市的现代主义宣言《走向新建筑》（Towards a New Architecture），理性地提出了现代主义功能性城市应该具备的特征，即拥有笔直的街道、摩天大楼、高速公路、大规模绿地空间等能够与20世纪城市生活相匹配的物质空间环境。1933年，柯布的诸多观点集录到《雅典宪章》（Athens Charter）——现代主义城市规划宣言中，进而一定程度上成为20世纪城市规划与建筑领域的主导思想，并普遍认为从功效出发的经验人因工程学推动了城市、建筑设计趋于理性化和专业化[2]42。但历史证明这种“现代城市规划思想”具有一定的人因伪命题性质，集中体现在更多地关注城市的快速发展而非人的公众与个体价值。当时用于生产的“机器”均以满足功能、提升效率为目标，并以机器的运转支配工人的生产行为。人需要适应机器而不再处于主导地位。同样，现代主义设计思想中城市功能空间具有优先权，而市民公共生活则处于被安排的位置。借十次小组（Team X）2）的观点来说，柯布推崇的机械城市，“是具有严格等级的技术社会的优美城市”，不能形成应和时代变化的理想环境秩序，不是适于现代人居住的理想城市[3]。

1950年代末建立的科学人因工程学在世界范围内得以迅速发展。战后大规模的城市重建工程使现代功能主义的局限性随之暴露无遗。美国作家简·雅各布斯（Jane Jacobs）在《美国大城市的死与生》（The Death and Life of Great American Cities）3）中指出：“汽车交通的剧烈增长和现代主义的城市规划思想是如何将城市空间与城市生活置于一端而不顾的，从而导致了缺乏人气的无活力城市。”[4]3

1960年代现代人因工程学引入健康意识，城市公共健康问题已亟需解决。现代医学的进步大幅降低了细菌性疾病的发病率，但接踵而至的是现代都市生活带给人们的诸多健康问题[2]47。汽车交通激增减少了规律运动机会、长期伏案工作增加了躯体不适症状、消费刺激下丰富的方便食物打破了均衡营养摄入……人类健康与生活方式紧密结合。以扬·盖尔（Jan Gehl）为代表的研究者在1960-1985年间开始探寻如何将公共生活与空间进行有温度的联结，把人因研究再次纳入城市规划与建筑设计过程中；克莱尔·库珀·马库斯（Glare Cooper Marcus）与温迪·扎尔基西安（Wendy Sarkissian）合著的《重视人性化的住宅》 （Housing As If People Mattered）4）中基于市民的真实体验与需求总结了100份城市建筑的使用后评估结果；唐纳德·阿普尔亚德（Donald Appleyard）在其出版的《宜居街道》（Livable Streets）5）中对城市交通流量和街道生活数量之间的联系进行了讨论，对泛滥的汽车交通于社会生活的负面影响做出了回应。关注城市生活的人性化维度意味着对安全、活力、绿色、健康生活品质的追求，是在根源上对人性的呼唤。

自1990年代开始，人们开始真正对城市中人因价值的关注，体现在人性化的尺度、混合的功能、承载公共生活的公共空间营造等方面[2]64。“宜居性”（livability）这一概念自2000年开始成为城市与建筑领域的主流。营造健康、舒适的人居环境成为新时代城市人因工程学的出发点，实现了由科学理性至现代“人本”的转变与回归。

2 健康建筑与城市人因工程学的系统关联

21世纪以来的城市、建筑理论更多地从公共健康角度入手，健康建筑是建筑尺度下出现的主动式健康设计思想，与新时代城市人因工程学在发展脉络、内容、主旨方面存在着对应性和耦合相关性，人本思想的关注与回归构成了二者内涵关联的核心。

建筑的出现和发展是人类个体与社会需求不断得以实现和提高的过程，健康建筑则体现了建筑由神性回归人性的历程。人类文明的进步促使建筑技术与艺术向着更高的层次发展，人们通过造型、材料、空间等手段赋予了建筑神性、权力与诗意。祭祀崇拜下的坛、庙、教堂建筑，封建统治下的宫殿与城堡都在无限放大建筑的神性。19世纪中期工业革命完成后，建筑新技术、新材料的研究与应用在机械化生产的催化作用下得到推进，人们透过沃尔特·格罗皮乌斯（Walter Gropius）洁净的玻璃幕墙见到的依然是现代文明之神。良好的工作环境在当时被视为极其重要的空间诉求，归根结底源于城市发展已被商业利益最大化与效率至上的原则所支配。这种激进的对机器文明的推崇由于经济危机的冲击在1930年代逐渐转变。1933年《雅典宪章》提出现代城市应解决居住、工作、交通等问题6）。二战结束后，这种功能主义原则被迅速应用在欧洲战后重建和城市规划中，成为指导性的纲领[5]89， 1950-1960年代欧美社会与文化的剧烈变革使人们开始关注自身，人居健康问题被提上日程。1980 年代，健康建筑真正成为严肃的学术讨论内容（表1）。1981年《华沙宣言》指出建筑学应进入环境健康时代，建筑界开始将研究的目光转移到“居住与健康”议题；1980年代中期詹姆斯·拉乌洛克（James Lovelock）完成《盖娅：地球生命的新视点》（Gaia: A New Look at Life on Earth）；1989年建筑师戴维·皮尔森（David Pearson）的著作《自然住宅手册》（The Nature House Book）明确了盖娅住区宪章的设计原则：为星球和谐而设计、为精神和平而设计、为身体健康而设计。

自1990年代开始，随着世界卫生组织正式提出健康建筑概念及健康住宅的 15 项标准，“健康住宅-健康城市”的研究实践己成为国际社会的基本共识。在2000年于荷兰举行的健康建筑国际年会上，健康建筑被定义为“一种营造建筑室内环境的方式，不仅包括温度、湿度、空气品质等物理测量值，还包括环境色调、工作满意度、人际关系等主观心理因子[6]。”在世纪之交，绿色建筑首先得到了蓬勃发展，英国BREEAM7）、美国LEED8）、日本 CASBEE9）、德国 DGNB10）等绿色建筑评价标准逐步为业内熟知。中国也于2006 年发布了绿色建筑三星评价标准。绿色建筑体现自然优先的观念和原则，关注建造活动与人类行为对生态环境的影响，倡导人类建成环境与自然环境关系友好；健康建筑则以人为本，将人因作为核心要素，并成为健康城市和健康村镇的基本单元，也是实现健康中国战略的重要载体[7]。绿色建筑与健康建筑可看作可持续建筑认知与发展的前后两个阶段，二者虽在关注对象、内容与主旨上存在差异，但实质上构成了人与自然关系的对立统一。作为全球首个专注与改善人体健康与福祉的建筑标准，WELL建筑标准TM（WELL Building Standard）试行版于2014年发布，以“人本”为基本理念对建筑环境与人类健康的关联进行了系统、全面的阐述（图1）。中国2017年实施的《健康建筑评价标准》将健康建筑定义为：在满足建筑功能的基础上，为人们提供更加健康的环境、设施和服务，促进人们身心健康，实现健康性能提升的建筑。

健康建筑与城市人因工程学的关系可以从人因与城市建筑两个维度进行认识。其一，两者皆基于人因不断拓展与丰富人性化内涵。新时代人因工程学回归人本的思想使人的需求再次受到关注，在空间塑造的人性化维度上从人体解剖学、生理学、心理学等因素，对人、机、环境之间的相互作用，工作效率、健康、安全和舒适等方面进行综合研究；同时，不断深化的健康建筑内涵也并不局限于营造有利于身体健康的建筑物理环境，还包括满足公众与个体的心理与精神需求。其二，人因工程学的发展脉络紧随时代进程，经由经验人因工程学、科学人因工程学演变至现代人因工程学，进而拓展形成城市人因工程学。当今意义上的健康城市源于1986年世界卫生组织关于健康城市和乡村的倡议，《渥太华宪章》11）表明“健康城市是人们在日常生活、学习、工作、娱乐和爱的环境中创造和生活的场所”[8]。城市人因工程学作为一门新兴的学科领域，力求面向城市与建筑最大限度地寻求公众与个体适好性。健康建筑的内涵正是基于城市人因工程学在建筑空间维度的深化。同时，健康建筑作为一种营造高品质人居环境的方法，基于人性维度通过人因工程学途径呈现，是对人因有力的回应。

3 健康舒适环境的人因工程学途径

城市与建筑空间环境是人类生产生活的容器，是人因集中体现的物质载体。据统计人们平均一天有90%的时间在室内度过[9]，不利的室内环境会对使用者的健康产生负面影响，甚至引发病态建筑物综合症（sick building syndrome，简称SBS）或其他建筑相关疾病（building-related illness，简称BRI）直接关系人的健康[10]。新时代人因工程学作为呈现健康建筑舒适因素的途径，旨在营造舒适、高质量的室内外环境。因此，如何使建成环境更好地服务于人们的生活与工作需求，提供高质量的健康舒适体验，成为当前建筑和空间规划设计的新挑战和新契机。

表1 健康建筑的溯源（绘制：李晓慧）

综合近年发布的国内外健康建筑评价标准，与健康、舒适相关联的参数指标包括以下3个层面内容：介质性要素（空气、水）、感知性要素（声、光、热湿）、措施性要素（健身、人文、服务），分别基于生理、心理、社会维度，以空间、设施设备、服务为载体进行阐释。以上因素内容涵盖了人们日常工作与生活的行为轨迹，与人的健康与舒适体验关系密切，皆可通过人因工程学为营造途径呈现。从建筑光环境的人因属性入手，以适宜性为目标的阅读空间“专注光”研究，即体现了健康建筑要素与现代人因工程学的关系。

光作为建筑环境的重要因素之一，通过刺激视觉与非视觉通道作用于视网膜，直接或间接地从视觉、生理节律和心理情绪3个方面影响人的身心健康。光环境可从能量（光谱能量分布和光强）、空间（光分布） 和时间 （观视时长）3个指标影响人的感受，应针对不同场景与模式需求，综合考量峰值光谱、光分布和时间周期维度的光生物影响因素[11]，同时增加对“光感受”这种“柔性指标”的考量，实现以人为本的健康化、舒适化照明是室内外光环境营造的主旨。

为从人因工程学途径探讨不同空间性质的光环境营造，作者结合大连理工大学伯川图书馆12）的改造项目，针对阅览室空间以适宜性为目标对“专注光”13）进行了针对性探索。人脑的松果体会分泌一种激素，即被称为“天然安眠药”的褪黑素（melatonin）。褪黑素的分泌数量与光线强弱有关，眼内的黑视素视网膜神经节细胞（IpRGCs）14）会感应光线强度，并将信号传递给松果体。人体内褪黑素含量增多会促进人体进入睡眠状态，反之则会使人清醒。黑视素勒克斯（Equivalent Melanopic Lux，简称EML）在WELL 健康建筑标准中被提出，是一种用于量化光源对黑视素光响应刺激程度的光测量，可以判断光对人的影响程度。EML较低的光会促进褪黑素分泌，降低警觉度，可用于放松、休闲照明；反之会抑制褪黑素的分泌，提高警觉度，适用于专注照明，但会伴随蓝光值的提高。“专注光”光谱方案既能够提升EML值，而且在保证光线具备高色温的同时降低了蓝光危害，优化了“光体验”的舒适度，有利于使用者的身心健康。在大连理工大学伯川图书馆改造案例中（图2-5），主创团队基于“专注光”的相关研究，根据阅览室的空间布局、功能、使用模式与场景对照明器具及光源特性进行选配，在配光功效得到满足的同时，调控环境整体光源与局部专注光源的差异性与适配性，提升了空间光感知的愉悦体验，为使用者营造高品质的阅读环境。

1 WELL健康建筑标准分析图（绘制：李晓慧）

在人体与自然采光的适应关系中，不同时段自然光的色温、照度变化均参与了人体昼夜节律调节，对压力感知、睡眠等生理活动起到了重要作用。长期处于恒定人工照明环境下可能会使人产生节律紊乱，单调乏味的光照氛围同样会对人的情绪产生不良影响。如何突破空间限制在室内最大限度模拟阳光15）成为近年来照明领域的研究方向，正在逐步推广应用于室内环境营造中。从健康视角考虑，创造基于舒适性要求且具有视感变化的光环境[12]正在成为趋势。

4 结语

人因工程学在健康理念的推动下不断丰富着以人为本的内涵，具有新时代特征的城市人因工程学作为新兴学科领域，拓展了现代人因工程学，为高质量人居环境建设提供了新的思考和解决方案。健康建筑既是对人因工程学有力的回应，也体现在城市建筑建成环境中物质空间、生理与心理、社会要素的有机关联。健康环境与城市人因工程学的相互作用构成了持续开放的学术领域，统筹建立起多维度完整的理论与设计体系，以创新人因工程学为途径，以营建健康、舒适的人性化生活环境为目标，促进城市与建筑的高质量发展。□

2-5 大连理工大学伯川图书馆阅览室（摄影：张若天）

注释

1）成书于战国初期的《周礼·考工记》曰：“知者创物，巧者述之守之，世谓之工。百工之事，皆圣人之作也。”

2）十次小组（Team X）是以史密森夫妇为首的一个青年建筑师组织。形成于1954年1月在杜恩召开的CIAM第十次大会，提倡以人为核心的城市设计思想。

3）简·雅各布斯（1916-2006），出生于美国宾夕法尼亚州斯克兰顿，1952年任《建筑论坛》助理编辑。在负责报道城市重建计划的过程中，她逐渐对传统的城市规划观念发生了怀疑，并由此写作了《美国大城市的死与生》一书。

4）《重视人性化的住宅》于1986年出版，是克莱尔·库珀·马库斯的第一本主要著作。

5）《宜居街道》于1981年出版，为设计低负荷交通的新型街道提供了讨论依据。

6）勒·柯布西耶在被德国占领期间的1942年改写和重新发表了1933年的《雅典宪章》，提出城市的4个基本功能——工作、居住、娱乐和交通以及功能分区的规划原则。详见参考文献[5]89。

7）英国建筑研究院环境评估方法（B R E E A MBuilding Research Establishment Environmental Assessment Method）被称为英国建筑研究院绿色建筑评估体系。始创于1990年，是世界上第一个，也是全球最广泛使用的绿色建筑评估方法之一。

8）LEED（Leadership in Energy and Environmental Design）绿色建筑评价体系由美国绿色建筑委员会建立，并于2000年开始推行。以在设计中有效减少环境和住户的负面影响为宗旨。在美国部分州和一些国家已被列为法定强制标准。

9）日本建筑物综合环境性能评价体系（Comprehensive Assessment System for Building Environmental Efficiency）由日本建筑物综合环境评价研究委员会于2001年4月开发，试图评价建筑物在限定的环境性能下，通过措施降低环境负荷的效果。

10）DGNB（Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen）是德国可持续建筑委员会与德国政府共同开发编制的，代表世界最高水平的第二代绿色建筑评估认证体系。它包含绿色生态，建筑经济，建筑功能与社会文化等各方面因素，覆盖建筑行业整个产业链。

11）第一届健康促进国际会议于1986年11月21日在加拿大渥太华召开并发表了宪章，以期2000年和更长时间达到人人享有卫生保健的目标。

12）大连理工大学伯川图书馆改造方案由唐建教授团队完成，于2019年12月竣工。

13）由欧普照明主导研发的光谱方案。详见https://www.sohu.com/a/309486111_237610

14）于2002年美国科学家B erson发现视网膜第三类感光细胞——视网膜特化感光神经节细胞（ipRGC），该细胞的发现改变了从前人们所认为的人眼只存在视觉通道的观念。

15）由日本东芝和韩国首尔半导体共同开发的Sunlike太阳光LED、意大利物理学家兼光学教授Paolo di Trapani开发的日光模拟系统CoeLux正在逐步推广使用。