珠三角高层办公建筑空中庭院的疗愈作用研究*

王思远，杜宏武

引言

空中庭院作为高密度城市的一种补偿空间已被许多学者作为研究对象。空中庭院在高层高密度环境中有特殊的作用，其对城市环境和社会可持续发展的潜能具有重要的研究价值。过往对办公建筑内空中庭院的相关研究多聚焦于交往功能、绿色节能技术和建造技术，对空中庭院的疗愈作用相关研究较为少见。城市社会中加班情况较为常见，长时间的室内办公现状能改善人员健康状况的办公环境相关研究变得有价值。基于疗愈环境理论对空中庭院设计提供指导，有利于扩展高层办公建筑设计研究领域，推动高层办公建筑往健康建筑发展。

1 背景研究

1.1 高层办公环境与白领亚健康

高密度布局是我国中心城市的基本形态，在中心城区的CBD 区域，存在大量高层办公建筑。我国南方城市受地理地形的影响，城市空间多以集中的组团式发展；同时南方地区建筑之间的日照间距较小，城市的空间布局较北方城市更为紧凑。城市中心在追求高效城市用地效率的同时，开放绿地等传统疗愈环境被进一步压缩；空中环境的生活与工作远离地面，进一步拉大了人们日常接触绿色空间的距离。

都市白领普遍面临着巨大压力，其中高强度工作的心理压力及长时间伏案工作的生理压力使大部分都市白领处于“亚健康”状态，甚至受到生理心理疾病的威胁。我国主流城市的白领亚健康比例达到76%，接近6 成处于过劳状态。国家统计局数据表明我国日工作时长为9.2h，是经合组织（OECD）中工作时长最长的国家。

2 相关研究综述

2.1 疗愈环境与空中庭院

疗愈环境的研究涉及多领域，包括心理学、医学、行为学等。其中在对疗愈环境的相关研究中，恢复性环境理论被提及较多。恢复性环境又被称为复愈性环境，是指自然环境或其他相关环境对人类耗尽的身心资源和能力具有恢复与更新的作用。压力减少理论认为人类在进化过程中与自然接触频繁，大自然对人类带有亲和力，因此暴露于自然环境会激活人的副交感神经系统并促进心理生理压力的恢复与情绪转为积极化[1]。视觉与包含自然要素的场景相接触，有助于较快地实现健康恢复[2]。自然对人类具有强烈的吸引力，且人类有主动趋向自然环境的天性；与疗愈环境的视觉接触能够促进个体的恢复，而恢复的前提条件是个体生理和心理水平低于正常状态。

杨 经 文（Ken Yeang） 在 著 作《Reinventing the Skycraper》中提出：高层建筑应体现“垂直城市设计”，并在空中环境营造更多公共场所的观念[3]。书中提出了“垂直城市生态主义”的设想：将高层建筑类型转化为“垂直城市”。垂直城市生态主义聚焦于构建城市生活层级、邻里关系、公共与私有领域和交往空间，通过交通、景观等手段融入周围环境。他在剑桥大学的弟子杰森·波默罗伊（Jason Pomeroy）对这种设想做了进一步的探索与研究：在著作《The Skycourt and Skygarden Greening the Urban Habitat》专注于研究空中庭院在高层高密度环境中的空间—社会功能，以及探索推进空中庭院作为城市人居中补偿性的公共空间以创造更多环境—社会效益的可能性[4]。

空中庭院作为当今城市高层建筑设计语汇之一，许多研究和实践已能够证实空中庭院能为使用者提供有效的非正式交往空间和休憩空间，并带来了空间、社会、经济和技术等方面的效益，其纾解生理心理压力的作用已得到初步证实[5]。在当今高层办公建筑内，空中庭院作为一种半室外的绿色空间，与办公空间邻近，可以大大缩减办公人员去到绿色空间的成本，对于弥补城市绿色空间不足有不可忽视的作用。空中庭院作为空中环境中接触自然的空间之一，其对使用者的疗愈作用分为直接疗愈和间接疗愈两方面。空中庭院具有提供自然环境、提供社会生活空间容器、优化物理环境等直接疗愈效益；同时，空中庭院的疗愈作用能够优化生态效益、降低感知密度、提供经济效益等等间接疗愈效益。

2.2 视觉感知与疗愈环境

视知觉（Visual Perception）是指当人眼接收到外界刺激作用时，大脑对于外界整体看法与理解形成对事物的认知，这是一种复杂的生理和心理反应。在相关研究领域中，视觉之所以区别于其他感官，能够被归结为更高级的感受空间形式是源于视觉的某些特性。心理学研究表明，人类获取外部信息七成多来源于视觉。由此可见，视知觉作为辅助研究建筑空间感知的重要性[6]。

疗愈是指“压力的缓解以及环境抚慰、恢复一个人的心理和情绪健康的能力”，而非强调能够治疗疾病的能力。疗愈环境（healing environment）指能够给身体健康和情感提供支持、起到疗愈作用的物理环境。个人的整体健康包含生理身体健康和内在的心理健康，而疗愈环境能够有效提高个人的整体健康水平。疗愈环境研究可追溯至“恢复性环境”，经典的疗愈环境研究聚焦于具有疗愈作用的要素和景观层面，现状有部分学者聚焦于街道、城市公共环境等，但对于建筑内部空间或结合建筑实践的相关方向研究仍然较少。而对于办公建筑，随着人们对于健康需求的增加和健康建筑的发展，结合实践案例研究办公建筑的疗愈环境具有重要的现实意义。

3 研究方法与实验设计

虚拟现实技术作为模拟人们环境感知的重要手段之一，其作为工具的价值和有效性在规划设计领域内得到广泛认可与应用。相比于存在复杂影响因素的现实场景，虚拟现实场景能够排除其他因素的干扰，使实验基础模型更加明确，其结果更具有集中性和代表性。

过往许多学者借助虚拟现实技术研究疗愈环境，李同予等人[7]助虚拟现实技术与生理测试设备测试恢复性环境与城市环境的注意力恢复与压力减轻作用；徐磊青及其团队对街道[8]、室内环境及窗口景观类别[9]的健康效益进行了若干虚拟实验探讨；Yin Jie 等人通过建造不同的虚拟现实场景，搭配生理指标和情绪量表问卷量化研究亲生物设计对人的压力和焦虑缓解情况[10]。

为避免用地规划和布局对实验的结果的影响，本文将广州珠江新城西区某区域作为实验的背景模型，该地块能够反映珠三角城市中心区高强度的建设开发和典型南方的城市环境；办公建筑基本模型综合参考规范和设计资料集，汇总珠三角地区现有的设计模式，提炼实验模型的基本建筑原型。本实验标准层模型为外轮廓47.5m×47.5m，标准层面积为2256m2。建筑层高4.2m，天花设置吊顶，室内空间净高为2.85m。

3.1 变量获取

3.1.1 空间形式与空间界面

建筑空间的大小根据建筑的边界确定，主要指平面形状和剖面形状。比例和大小的改变使建筑空间给人带来不一样的情感体验。尺度研究的是建筑物与人或人熟悉的问题之间的比例关系以及这种关系给人的感受。尺度是建筑中基本要素之一，对建筑空间环境及人对空间的感知有着基础性的影响，同时也是建筑设计中重要关注点之一。

空间界面指建筑室内空间与室外空间之间分隔的围护结构所处的界面。建筑内部空间与空中庭院之间的空间界面形式对室内的感知存在一定影响。从过往研究可以发现，空间界面对人的感知和情绪有一定的影响[11，12]。通过实地调研发现，空间界面对室内视野有着较大的影响。空间界面的虚实程度、材质会对视线造成不同程度的遮挡。 本研究参考其对空间形态的分类方式，以点、线和面的形式对高层办公建筑中空中庭院的空间形式进行统计归纳。结合实践案例调研，对空间界面分为玻璃幕墙和窗台两种。

3.1.2 天空可见性

天空在城市人居环境中具有恢复性能力，居民看到天空的同时欣赏绿色植物，天空与其他恢复性因素有着不可割裂的关系[13]。以往的研究中天空对人健康的恢复能力已被多次证实[14，15]。在高密度城市环境中，紧凑的地块规划和高强度开发令高层建筑难以拥有开阔的视野景观，因此在垂直方向上，天空作为经典疗愈资源，其值得纳入作为探讨办公建筑的疗愈作用因素。然而处于较低楼层的室内空间，其对于天空视野往往被对面的建筑遮挡，而较高的楼层其观看天空的视野则较为开阔。本研究将天空的可见程度简化为两种：可见天空和不可见天空，以模拟处于不同水平高度的办公室内窗口视野。

3.2 实验场景

根据过往研究和调研结果，本次实验最终确定三组变量，分别为空中庭院的空间形式、与室内办公之间的空间界面形式以及天空的可见性。其中空中庭院的空间形式按照《建筑：形式、空间和秩序》和空中庭院的面积规模将空间形式分为点、线和面三种。空间界面分为视野较为开阔的玻璃幕墙和相对有遮挡的窗台（窗台高度900mm，窗墙比45%）两种。天空的可见性分为能见到天空与大部分被遮挡的不可见天空两种情况。将三组变量全排列获得12 个带有不同空中庭院的高层办公建筑实验组场景，另外加上2 个分别能见天空和不能见天空的无空中庭院办公场景作为空白对照组，为后续数据分析提供对比基准。此“12+2”个场景（表 1）基本涵盖空中庭院在高层办公建筑中不同的空间形态，通过VR 技术控制变量模拟现实中难以达到的实验条件。

实验方案确定后，使用SketchUp 按照实验组和对照组建立“12+2”个模型。为尽可能模拟真实体验，增加一定的室内细节，包括办公室内吊顶和办公家具等，但每个场景中的植物种植方式、种植类型搭配和材质等与探究变量无关的其他变量，采用同一材质。所有场景的外部环境都设定为珠江新城西区某片区的密集城市形象。通过Lumion 渲染VR 场景，模拟城市办公室内的全景体验。

3.3 测试指标

健康效益评价常用的研究方法各有优势与侧重。综合考虑数据采集难度以及设备状况，本实验采用两项生理指标——心率变异性（R-R 间期）和皮肤电导反应（SCR），以及可以反映心理状态指标——心境状态量表（POMS）的得分，来对被试者的健康状态进行评估，间接推断实验场景的疗愈作用。

3.4 被试者

过往研究发现不同社会人口统计学特征的个体其受自然与恢复潜力作用的差异出奇地小[16，17]。本实验研究对象人群为在高层办公的员工。但由于对象人群在实际实验操作上难以满足实验所需达到的样本条件和时间条件，故选择高校学生作为替代被试人群。同时对比于年龄较年长的人群，高校学生的生理代谢较为活跃，在短时间内的生理、心理恢复能力更强，更有利于在短时间内实验室条件下的实验结果更加明显。

小样本（1 ≤被试人数≤30）是被试内设计的一种变式，其设计本身也能够得出强有力的实验推论[18]。本实验从华南理工大学招募16 名在校学生，为避免性别、专业背景等无关因素对实验结果产生影响，本次实验在挑选被试者时进行了筛选，并被均匀且随机地分配至实验组和对照组。保证实验组与对照组的被试者人数相同，且男女性别、专业与非专业比例均为1 ∶1。

3.5 实验流程

被试者在进入实验室后先休息平静5min，在适应实验环境后了解实验步骤并熟悉VR 设备操作方式。在被试能够熟练操作切换不同VR 场景后，引导员为被试者佩戴生理监测设备，准备开始实验。

被试者被要求代入为在虚拟模型中工作的办公人员。首先进行3min 的安静休息；接着，在应激阶段被试进行两位数以内的减法数学口算倒数任务，历时2min；在结束应激阶段后，被试者根据此时的情绪及自我感知的状态填写量表；量表完成后，被试者戴上VR 眼镜，体验虚拟现实场景3min；场景结束后，摘下VR 眼镜，被试需要根据体验虚拟场景后的情绪及状态再次填写情绪量表。至此，单个场景的实验完成，每轮场景耗时约13min（图1）。然后被试者安静休息3min 后准备进入下一个场景。 对照组体验2 个办公场景，分别是可见天空与不可见天空的不带空中庭院的办公场景。实验组体验12 个带 有不同空中庭院的办公场景。对照组每位被试完整实验总耗时约27min，实验组每位被试完整实验总耗时约160min。由于实验组实验场景较多与时间较长，为避免场景的实验顺序对结果产生影响，实验的疗愈变量及其对应的场景出现顺序按照拉丁方法排列，以减少实验误差。

4 实验结果分析

4.1 场景疗愈作用描述性分析

根据皮电设备的实时反馈可以看出，被试者的皮电呈现4 个阶段：

（1）休息阶段皮电呈现小幅平稳的动态波动；

（2）在应激阶段皮电在短时间快速到达顶峰，后续稍微回落但整个阶段保持在比休息阶段高的水平；

（3）在中间填写量表过程中皮电有小幅波动；

（4）体验疗愈场景期间，皮电呈现持续回落状态，回落趋势较缓慢且回落幅度伴随VR 场景的变化而有所不同，在结束体验疗愈场景后，皮电仍处于下降趋势。

在疗愈阶段，对照组的皮电数据呈现起伏波动趋势，部分被试该阶段的皮电水平甚至比应激阶段的水平高，而实验组的皮电数据则是呈现较为平缓降落的趋势（图2、3）。

图 1 单个场景实验流程示意

表1 实验模型

4.2 场景疗愈作用统计性统计

4.2.1 数据预处理

生理数据通过Shimmer gsr+检测得到被试者的实时变化数据，这些数据包括：皮肤电阻、PPG（光容积图）信号，数据采样频率为50Hz，适配软件Consensys（Pro）可将PPG 信号转化计算从而获得心率变异性R-R 间期数据。在获得原始生理数据后，首先需要对原始数据进行筛选和剔除由于设备仪器原因导致的极端值和异常值。其次对数据按照1s 为单位进行简化处理，获得以秒为单位的数据值。对应激阶段和疗愈阶段的各项指标求取特征值：均值、最大值、最小值和差值。由于应激阶段和疗愈阶段为连续事件，故皮肤电导反应SCR 计算方式为每个阶段皮肤电阻最大值与皮肤电阻最小值之差（图4）。

4.2.2 统计性分析分析

通过Pearson 分析生理指标与心理指标之间的相关性，疗愈前后皮肤电导反应SCR 差值与R-R 间期差值有显著相关性（p= 0.008＞0.050，R=-0.250），疗愈前后R-R间期差值与POMS 的差值显著相关（p=0.000＜0.050，R=0.320），皮肤电导反应SCR 疗愈前后差值与POMS差值显著相关性（p= 0.049＜0.050，R=-0.172）。

通过协方差分析，以实验场景作为自变量，被试者在应激后、疗愈前的生理健康指标（R-R 间期和皮肤电导SCR）和心理健康指标（POMS 量表得分）作为协变量，实验场景疗愈后的身心健康指标作为因变量。协方差分析采用LSD 统计惩罚修正，统计结果显示：场景对R-R间期的的变化无显著差异（p=0.255＞0.050，R=1.251，其中场景＊R-R 间期的交叉项效应，p=0.759＞0.050，R=0.700）；场景对皮肤电导反应SCR 的变化无显著性差异（p=0.111＞0.050，R=1.557，其中场景＊皮肤电导反应SCR 的交叉项效应SCR p=0.262＞0.050，R=1.247）；场景对POMS 量表的变化有显著性差异（p=0.006＞0.050，R=2.448，其中场景＊POMS 得分的交叉项效应 p=0.608＞0.050，R=0.849）。

图 2 实验组被试者典型皮肤电数据实时变化

图 3 对照组被试者典型皮肤电数据实时变化

图 4 实验数据处理过程

表 2 生理健康与各场景之间的协方差成对比较结果一

表3 生理健康与各场景之间的协方差成对比较结果二

虽然场景与各生理指标的无显著统计结果，但值得注意的是，特定场景与对照组的指标之间有显著差异性。统计结果如表 2～4 所示，高亮所示场景与相对应的对照组场景，意味着在排除个体前测干扰的情况下，该场景对因变量有显著影响，在统计学上有显著性差异。通过对实验组两两场景之间的概率水平和均值等数据进行统计学分析，高亮所示的实验组场景的生理、心理数值之间无显著差异，在排除协变量的干扰后其对人的健康影响作用和具有疗愈作用的空中庭院场景组合如表 5所示。

4.3 要素对场景疗愈作用的影响

采用Wilcoxon 符号秩检验，控制其他变量相同的情况下，对场景进行两两比较，统计分析空中庭院的空间形式、空间界面和天空的可见性对生理数据及POMS 量表的是否有影响。空间形式组内采用两两比较，分组分别为：“点—线”、“点—面”、“线—面”；空间界面比较幕墙和窗台两种类型的差异；天空的可见性则分为可见天空与不可见天空。

统计分析结果如表6 所示，单独的空间形式和空间界面之间无显著差异。而天空的可见性在仅心理层面有显著的差异性，在生理层面其差异性不显著。Wilcoxon signed-rank 检验显示，在心理情绪纷乱程度上，Z=-2.044，p＜0.05，说明天空这一要素有助于被试者缓解情绪纷乱。

结论

研究设计及数据分析，可以证实所建立的虚拟现实空中庭院空间场景对生理健康和心理健康恢复有积极影响，进一步探讨空中庭院的疗愈作用和各特征要素与疗愈作用的关系。通过分析得到以下结论：

（1）在高密度城市环境的高层办公建筑中，空中庭院具有疗愈作用。在不可见天空的情况下，加入空中庭院是增加疗愈作用的有效设计策略。

（2）天空在高密度城市环境中，其在单独存在的情况下的健康效益作用不显著，需要叠加其他如本课题研究对象——空中庭院——疗愈因素才能发挥出疗愈效益。在搭配其他疗愈因素的情况下，天空具有增强疗愈作用的能力。

（3）空间形式及空间界面对空中庭院的疗愈作用影响不显著。

（4）并非所有的空中庭院组合都有明显的疗愈效益，根据实验结果得出特定组合的空中庭院具有疗愈效益，他们分别是“可见—面—窗台”、“不可见—点—幕墙”、“不可见—点—窗台”、“不可见—线—幕墙”、“不可见—面—幕墙”以及“不可见—面—窗台”。

（5）尺度较大的空中庭院需考虑相应的隐私保护设计。

分析结果与Kaplan 认为“观察天空与具有自然特征的其他事物能够促使人心理健康的恢复”的观点相吻合。值得注意的是，在高密度的城市环境中，高层建筑的高度及其对天空的遮挡有可能降低这种恢复的能力。视觉复杂性表明人们偏好具有中等复杂度的环境[19]。因此这能一定程度上解释天空在单独存在情况下其疗愈作用不显著，而在搭配空中庭院的情况下，其能增强空中庭院的疗愈作用。

表 4 心理健康与各场景之间的协方差成对比较结果

表 5 场景与生理、心理健康水平之间的关系

表 6 要素对场景疗愈作用的影响统计分析

“特定组合的空中庭院具有疗愈作用”与“空间形式和空间界面单独对疗愈作用的影响不明显”并不冲突。造成此分析结果的原因是：空间形式与空间界面通过组合对空中庭院的疗愈作用有影响作用。“了望—庇护”理论解释：“人类偏爱具有不受遮挡的良好视野同时具有躲藏条件的环境”[20]。面状庭院空间较为开阔，“窗台”型的界面能向使用者提供良好视野和一定的遮蔽保护作用。

本文对珠三角地区高层办公建筑空中庭院的疗愈作用研究仅为初步探讨，还有更多深入的问题，如庭院园林设计对疗愈作用的影响、虚拟实验和现实的差异性与其他感官因素对疗愈作用的影响，这些均需要更广泛且深入的研究论证。

图、表来源

图2、3：实验过程软件截图；其余图、表均为作者绘制。