认知衰退视角下的老年宜步行环境研究*——以上海市中心城区生活街道为例

袁 琦，陈 泳

1 研究背景

1.1 认知衰退和步行活动

认知衰退是人体老化最普遍的特征，也是影响老年人独立外出活动的主要原因之一，临床表现为：记忆力和感官能力变差、思维缓慢、动作迟缓及语言障碍等。医学领域依据衰退程度和进展，将其分为轻、中、重三个等级。其中，轻、中度认知衰退老人仍具备日常独立生活能力，重度衰退一般为需要照护的老年痴呆症或失智患者。数据统计显示，至少16%大于65岁和50%大于85岁的老年人伴有从轻度认知障碍1）到老年痴呆症2）等不同程度的认知衰退[1]，但是目前仍然缺少有效的药物治疗方案。近年，医学领域发现，步行活动不仅有利于老年人的生理健康，还可以提升记忆力，加速认知处理速度，减缓认知衰退，降低老年痴呆等疾病的发生概率[2-5]，进而引发公共健康、城市规划及行为科学等领域对于认知衰退老年人步行活动及环境需求等议题的关注。

1.2 老年人宜步行环境的品质与要素

宜步行性是用于衡量建成环境步行友好程度的重要指标[6,7]。从品质维度出发，索斯沃斯（Southworth）在《设计步行城市》中对“宜步行”（Walkable）环境进行了定义：“建成环境通过人行的舒适和安全来支持和鼓励步行，通过合理的时间将人与目的地联系起来”[8]。赛瑞林（Cerin）、汉迪（Handy）、皮克拉（Pikora）等也认为宜步行环境的基础品质主要包含可达性、便捷性、安全性和舒适性[9-11]。

其中，可达性主要关注沿街消费、服务、娱乐等店面密度以及土地利用混合度等能够反映步行目的地的可达程度的建成环境要素。例如，纳高（Nagel）等人发现较多的商业设施对老年人步行时长的增加有积极作用[12]；赛瑞林（Cerin）等，韩瑞娜等发现街道设施密度与老年人的步行活动量正相关[13,14]；陈泳等[15]、孙羿等[7]认为功能混合度对老龄友好环境建设有积极作用；此外，研究发现功能混合度还与老年人的步行能力相关，较低的混合度会增加老年人步行摔倒的概率[16-18]。便捷性主要关注更方便到达的路径特征，例如较短的步行路径，较少的转弯和过街次数等。例如，李敏等认为存在步行能力差异的老年人对于设施到达距离的需求不同[19]；曹根榕和卓健发现路径的过街次数影响老年人步行购物的商业设施选择[20]。安全性关注充足的步行空间，较慢的机动车速以及人车隔离设施。例如，莫兰（Moran）等回顾了20世纪末以来的街区建成环境与老年人步行相关性实证研究，发现老年行人对于步行安全性的要求普遍较高，尤其关注过街安全和机动交通流量[21]；此外，较宽的人行道对老年人的休闲步行活动有鼓励作用[16]。舒适性主要包含整洁宜人的步行环境，通透可视、连续完整的街道界面等要素。例如，博斯特（Borst）等发现步道不平整、被侵占、垃圾堆砌、街景衰败等整洁性因素会影响老年人的步行舒适性感知[22]。还有研究发现界面形态影响老年人步行购物活动[15]，且适宜值与常见的街道设计标准不同[23]。然而，上述既有研究较少对老年人的老化特征和衰退程度进行区分，因此难以分辨关键步行环境要素及其适宜值是否与健康人群存在差异。

1.3 认知衰退老年人的独特需求

认知衰退老年人生理及感官功能普遍退化，他们对步行环境品质的要求可能高于健康成年人。伯顿和米歇尔（Burton & Mitchell）、兰塔克克（Rantakokko）等人调查了包括认知衰退患者在内的老年人步行意愿，发现周边设施不完善、步行交通不安全、街道环境不舒适等因素会导致老年人步行体验差、活动范围缩小、外出步行意愿减少，甚至居家不出[24,25]；缺乏体力活动、社会交往和公众参与等会影响老年人的身心健康。此外，卡萨里诺和西特（Cassarino & Setti）认为复杂的街道环境特征会造成认知负荷，不利于老年人独立活动。这可能由于高密度的功能设施往往伴随大量的店招和橱窗，增加了街道底层界面的复杂性；高连通性的街道也会带来更多的交叉路口，不仅增加了过街次数，还提升了街道网络的复杂性，容易导致老年人不辨方向甚至迷路[26]。这使得既有宜步行环境标准很难适应当前老龄友好社会的建设：满足普通健康行人宜步行标准的环境要素，可能会导致环境复杂性增加，干扰老年人的步行空间认知。因此，基于认知衰退视角探讨影响老年人步行行为的关键环境变量，并探索其适宜值是亟待解决的问题。

本文聚焦认知衰退老年人，通过问卷调查和路径描绘等方式，研究他们的生活型步行路径选择行为，并借助机器学习算法，分析影响其日常步行就医、购物时路径选择的关键街道环境要素（图1）。

图1 研究技术路线示意图

2 调研设计

2.1 老年人宜步行街道环境的概念分解与要素界定

基于上述研究文献，调研初步界定可达性、便捷性、安全性、舒适性这四个环境品质维度与路径选择紧密相关的13个环境要素（表1）。为了了解认知衰退老年人步行环境偏好与健康人群的差异，选取既有街道环境研究常用的计算方式[27-32]，具体操作化定义和公式如表1所示。

2.2 研究范围

上海是我国老龄化程度最大的城市之一[33]，研究选取老年人口比例较高，街区环境特征丰富的杨浦区大桥街道进行调研，该街道在2019年被列入上海市第一批认知友好社区试点[34]，使用《上海市老年认知障碍风险自测系统》对老年居民进行了认知水平检测，因此受访老年人了解自己的真实认知健康状况，便于本次研究样本的筛查。为了减少样本差异，保证所有受访者日常步行环境的一致性，研究选取了四个约300m＊300m的相邻街区，各街区街道路网均为网格式，且老年人口比例相似（60岁以上老人超40%）。其中，研究范围内各类生活设施资源丰富，其分布状况如图所示（图2、3）。

图2 医疗服务机构及出入口示意

2.3 数据采集与描述

2.3.1 个体特征

每个街区招募40名轻、中度认知衰退3），并且具备独自外出活动能力的老年人。研究采用认知健康测试量表《Moca蒙特利尔认知评估》对40%受访者进行抽查，核实认知健康评估的可靠性[2]。问卷调查分为两部分，首先通过问卷收集受访者个体特征数据，然后要求受访者在等比例放大的街区地图中描绘出平时步行出行的日常就医、购物活动的起终点及步行路径（仅允许包含一个目的地），需要家人陪同或者乘坐其他交通工具的就医、购物活动不纳入本次研究范畴。研究共发放问卷160份。其中，已经丧失独立生活能力的老年痴呆患者、表意不清、存在数据缺失的问卷作废，最终共获得133份完整调研数据（表2）。

图3 消费、生活、娱乐设施店面及出入口示意

表2 受访老年人个体特征

2.3.2 路径选择特征

调研数据显示，为了能够获得更加安全、舒适的步行体验，大部分老年人（78.3%）并没有选择实测距离最短、环境稍差的步行路径，而是愿意多走一段距离（约20～300m），选择那些更能满足他们步行需求的街道环境。通过计算每条路径起终点之间的被选路径与实测最短路径距离之比，得到每个受访者就医及购物的步行绕路系数，发现认知衰退老年人日常就医步行距离平均为344.64m，路径平均转弯2.07次，过街1.21次，绕路系数为1.31；日常购物步行距离平均为814.56m，路径平均转弯2.08次，过街2.83次，绕路系数为1.32。其中，大部分认知衰退老年人购物目的地是沿街零售商铺，较少选择街区级商场。前者步行距离平均492.76m，后者1136.36m，说明沿街店铺主要承载受访者在生活街区的日常购物需求。按照60岁以上老年人平均步速1.068m/s计算[35]，意味着在可选择条件下，认知衰退老年人更偏向约8min步行可达的沿街店铺（表3）。

表3 认知衰退老年人生活型步行路径特征

问卷中比较普遍出现绕路行为的路径包含两条就医路径：广杭街区广州路出口至第一康复医院（样本量：40），渭南街区眉州路出口至第一康复医院（样本量：25）；和两条购物路径：永安里渭南路出口至平凉路商业街（样本量：30），广杭街区广州路出口至百联滨江购物中心（样本量：23）。四条典型线路的最短路径、绕路路径、街景照片及环境特征如表4所示。

表4 典型路径选择特征

3 数据分析与结果

3.1 数据分析

进一步通过机器学习的方式，基于决策树（Decision Tree）算法进行关键因子的提取，探究哪些街道环境要素会对认知衰退老年人的步行路径选择产生影响。决策树是一种根据原数据中目标变量和预测变量的特征，以树型结构表示分类或决策集合，产生并识别决策规则并进行预测的方法。其中，CART（分类和回归树算法，Classification And Regression Tree）是由伯尔（Beriman）等人于1984年提出的，是在给定输入随机变量X条件下输出随机变量Y的条件概率分布的学习方法[36]。由于适用条件限制较少，可规避回归模型中因自变量共线性问题而造成的数据损失现象，并直接计算出自变量重要性，CART已成为目前应用最广泛的算法之一[37]。

由于研究的预测对象是连续变量（绕路系数）而非传统的二元决策结果，因此选取了最小化均方误差（MSE）作为拆分、确定特征参照因子和损失函数的计算标准。CART最小化MSE公式如下4）：

树模型在拆分节点时寻求的关键特征参照因子显示的是局部最优解，CART还可基于模型整体拟合指数改善量，计算所有自变量在预测模型中的重要程度。其公式表达为5）：

数据量化分析在IBM SPSS Statistics 25.0中进行，针对就医和购物线路分别建模，以绕路系数为目标变量，路径环境要素为预测变量，认知衰退老年人个体特征为控制变量，按照4∶1的比例将受访者划分为训练样本与测试样本，以训练和测试模型预测正确率均大于85%且均方根误差（RMSE）小于30，作为可接受的运算结果。同时，将自变量正态化重要性大于50%作为评价要素重要程度较高的标准6）。

3.2 分析结果

3.2.1 就医路径

针对就医路径构建的CART模型最终训练样本及测试样本预测正确率为89.1%和88.2%，均方根误差（RMSE）值22.7，模型拟合度较高。自变量正态化重要性≥50%的要素包括：步行环境中透明度（VIxi=0.630）、贴线率（VIxi=0.561）、人车隔离设施（VIxi=0.506）、消费空间密度（VIxi=0.398）、人行道宽度（VIxi=0.315）对老年人步行路径选择影响程度较高。其中，当街道沿街底层界面贴线率小且等于80%（标准化后值≤0.042），透明度大于48%时（标准化后值＞-0.224），模型预测程度最高（预测值=3.301），可能是对应要素的适宜值（图4）。

图4 就医路径选择关键环境要素重要性和决策树图

3.2.2 购物路径

针对购物路径构建的CART模型最终训练样本及测试样本预测正确率为85.2%和87.4%，均方根误差（RMSE）值26.2，模型拟合度较高。自变量正态化重要性≥50%的要素包括：透明度（VIxi=0.487）、消费店面密度（VIxi=0.379）、人车隔离设施（VIxi=0.323）、人行道宽度（VIxi=0.306）、整洁度（VIxi=0.305）、功能混合度（VIxi=0.300）、机动车道宽度（VIxi=0.297）对该线路老年人步行路径选择影响程度较高。其中，当消费店面密度大于每百米5个（标准化后值＞0.835），界面透明度小于等于70%时（标准化后值≤0.991），模型预测程度最高（预测值=3.998），可能是对应要素的适宜值（图5）。

图5 购物路径选择关键环境要素重要性和决策树图

3.2.3 结果对比

通过对比两个模型中的关键环境要素可以发现，认知衰退老年人生活型步行路径选择主要受到功能性、安全性和舒适性等环境品质的影响，便捷性要素在四个模型中重要性相对较低，这可能是由于空闲时间较多的老年人在日常生活型步行活动中，并不特别追求便捷高效。就不同出行目的而言，就医步行路径选择主要受到透明度、贴线率、人车隔离设施、消费店面密度和人行道宽度的影响，购物步行受贴线率影响相对较少，但额外增加整洁度、功能混合度和机动车道宽度3个要素，说明街道环境对于购物步行的影响更加多元复杂。综合两个模型的计算结果，累积重要程度较高的透明度、消费店面密度、人车隔离设施、人行道宽度可能是对认知衰退老年人生活型步行路径选择产生影响的关键环境要素；而功能混合度、机动车道宽度、整洁度和贴线率等环境要素的重要程度则受到步行目的差异的影响，累积重要程度中等，对认知衰退老年人的生活型步行路径影响作用相对较低（表5）。

表5 路径选择的关键影响因子示意

结论与讨论

此次调查结果发现，认知友好街区的关键步行环境要素指标可能与健康人群有一定的差异(表6），具体而言：

表6 宜步行环境要素的适宜值对比

（1）设施步行可达距离

本次调研发现，认知衰退老年人日常活动范围相对较小，目的地8min步行可达的设施距离更符合其活动能力。因此，在生活圈范围规划中，应充分考虑老年人空间认知能力变弱，日常步行活动范围相对较小的情况，尽量保证生活街区医疗及购物设施配置在老年人步行活动范围之内。

（2）透明度

针对健康人群的研究认为，沿街底层建筑门洞和透明玻璃的比例超过60%是维持街道活力的重要指标[27,28]。本次调查发现，透明度大于48%时可以吸引认知衰退老年人的步行活动。这与之前研究发现的通透围墙比例50%对老年人出行频率影响显著的结论十分接近[15]。老年人的感官能力和信息处理速度相对较差，较高的透明度会呈现室内、围墙内等多层次的、复杂的环境信息，可能会对其空间认知效率和步行体验感产生负面影响。因此，认知友好步行环境的沿街界面形态应设置适宜的透明度，降低街道环境的复杂程度。

（3）人车隔离设施

针对健康老年人的研究未发现人车隔离设施对步行环境评价的影响作用[38]，本次调研发现该指标对认知衰退老年人的步行环境偏好有重要影响。这可能是由于认知衰退老年人反应速度变慢，难以及时避让快速交通，因此更加关注步行环境的安全性。此外，隔离设施还可以清晰明确的界定出步行空间，强化空间领域感[23]。然而本次调研也发现，并非所有类型的隔离设施都能起到积极作用。例如，透明度较高的隔离栏杆，方便认知衰退老年人即时观察周边环境；而隔离灌木容易阻碍视野，不利于步行安全感知。

（4）消费店面密度

针对健康人群的研究发现，每百米7个以上的消费空间单元有利于街道活力[27,28]。本次研究显示，每百米约5个以上的消费空间单元就可以吸引认知衰退老年人。二者之间的差异可能是由于：高密度的沿街店铺往往伴随着较多的店招、广告、较密的出入口等复杂的环境信息，容易造成视觉干扰。因此，认知友好的步行环境应控制消费空间单元密度，保证街景环境清晰易读，减少老年行人的认知负荷。

（5）人行道宽度

人行道是承载步行活动的主要场所，由于认知衰退老年人反应速度较慢，狭窄、拥挤的人行道对于老年人的步行安全有负面影响，导致无法跟上人流的整体速度或者难以避让对向行人，甚至跌倒。针对健康人群的研究认为人行道宽度1.5m是可接受的最小值，而老年人宜步行环境指标则认为人行道宽度不应小于1.8m，从而减少老年行人避让和跌倒，营造安全、舒适的慢行环境[39]。

本研究是对认知友好步行环境的一次探索，囿于研究区域的选择，本文未能全面阐释地区差异及其他暂时难以量化的环境特征对于老年人步行行为的影响，例如人行道平整度也是影响步行环境品质的重要因素，但这些环境特征在此次调研路径样本之间的差异性不大，导致其重要性没有显现出来，可见研究结论的普适性仍有待进一步的细化和修正。此外，由于研究样本数量相对较小，未能进一步分析环境特征对于不同程度认知衰退老年人的影响差异。因此，更深入的探讨有待未来通过扩大样本量以及医学领域的跨学科合作得以实现。

图、表来源

文中图、表均由作者绘制。

注释

1）轻、中度认知障碍（Mild cognitive impairment，简称MCI）：指介于认知健康和老年痴呆症之间的亚健康状态，存在轻度认知功能减退，但日常生活能力没有受到明显影响，其数量远超老年痴呆症患者。

2）老年痴呆症(Dementia)：一种神经系统退行性疾病，一般指阿尔茨海默病（Alzheimer disease，简称AD），属于失智老人，且常常日常生活无法自理，需要依赖照护。

3）研究选取经过认知健康普查的上海市认知障碍友好试点街区居民进行调查，受访居民使用《上海市老年认知障碍风险自测系统》进行认知健康诊断。首轮调研通过受访者自述认知诊断结果来收集数据，之后采用认知健康测试量表《Moca蒙特利尔认知评估》对40%受访者进行抽查进行二次测量，核实数据可靠性。

4）xi与yi代表被分析数据集，m表示回归树的叶子数量，c_m表示第m片叶子的预测值。

5）VLxi表示自变量的重要性，m表示回归树的叶子数量，Cm表示m片叶子的预测值。OOBt MSE表示树模型在使用原拆分变量时的均方误差，OOBt MSE，permi表示替换变量后的而模型均方误差。

6）正态化重要性是将重要性最高的那个变量的原始值换算为100%，其余变量的重要性按此比例依次转换之后获得。