城市人因工程学视角下的中小学健康校园设计研究

程晓喜，林奕莹

健康校园是在青少年群体中落实健康中国战略的主战场。2021 年“双减”政策的推行使得中小学生在校时间进一步延长。青少年在校期间的健康问题引发了越来越广泛的社会关注。“十四五”规划期间，全国还将新建、改扩建中小学校4000 余所，更促使我们把健康问题纳入中小学校的设计领域来考量。

通过对近几年新建的28 所中小学校案例的梳理归纳，可以发现一系列新变化：如位于高密度城市中的学校，操场位置出现多种平剖面关系，有的把田径场地布置在中间层，有的把跑道布置在屋顶，有的跑道穿行于建筑中间。校园中的各种场地被充分而多样地利用起来，如利用起伏的地形和平台之间的空间设置小型的运动场,利用各个层面的屋顶平台组织不同类型的活动。各种交通空间（包括平层和错层的连廊、廊道中的放大空间、大台阶等）被利用为慢行交往空间；围合的庭院出现了各个层面的变体[1-3]。这些空间大多难以套用中外中小学校设计规范中既有的功能定义，做法也与既有规范要求有所出入。我们尝试从可量化的人因角度对其展开分析。

1 健康校园面临的人因挑战

青少年处在生长发育期，身体尺度、各项指标敏感度均区别于成年人，对环境安全性、健康性和舒适性的依赖性更加突显。同时，不同于成年人的稳定性，青少年身心处在发展变化之中，如平均身高指标，从6 岁入学的116cm～117cm 到15 岁初中毕业的1.6m～1.7m，变化显著。因而针对青少年的人因研究不仅聚焦绝对值，更关注变化（图1）。同时校园环境也被看作一种教育工具，对青少年的发展起到引导性作用。

1 健康校园面临的人因挑战

1.1 心理发展

青少年处于心理发展的关键时期，具有可塑性特征。布朗芬布伦纳（Urie Bronfenbrenner）的生态系统理论指出，心理发展受5 种层次的环境系统影响，其中学校属于对主体影响最为直接的微环境系统，包含物质空间、行为活动和人际关系要素在内的环境系统能够作用于人的行为模式，从而干预其心理发展[4]。比如公共活动空间的缺乏可能造成青少年被动地抑制社交行为[5]。中小学阶段的青少年心理发展可以从认知发展、社会性发展和压力应对3 个方面加以概括。

1.2 体质健康发展

青少年时期也是身体发育成长的关键时期，虽然我国青少年体育健康总体状况向好，但近年来也存在着诸如身体活动水平较低、体育健身较为被动等问题，从身体尺度、安全保护和可达性进行分析，发现如活动场地的可达性直接影响着活动发生的可能。少年期，步幅小，步速也小于成年人（6 岁青少年的步速仅为20～39 岁成年人的3/4）[6-7]，课间10min 活动范围受限，因此要尽量缩短活动场所与教室的距离。研究表明，课间上下楼超过4、5 层时，学生再上课时注意力会难以集中。所以如果不能在与教室平层的活动场地做课间活动，则活动场地布置在高于教室的楼层，使学生返回教室时是下楼而不是上楼，上课前心率的上升值较小，更容易平静下来，对下一节课的教学活动更为有利。

1.3 光环境、声环境与公共卫生

很多学者对此进行了专题性的研究[8-9]。2018 年全国青少年近视率达到53.6%，其中小学生、初中生和高中生的近视率依次递增，到高中已经达到81%。提升青少年的视力健康水平、降低近视率的措施在健康校园层面包括改善学生视觉环境、强化户外活动和体育锻炼等。不少校园实践中采用了改善采光的设计策略，包括在整体设计层面上调整平面、剖面的布局，以及采光系统设计中顶光、高窗、反射构件的设置等[10-11]。

2 面向青少年的人因实验

面向青少年的人因实验是将模糊的设计问题降维成细分变量的集合，通过可测度的自变量和因变量及其之间的关系来形成假说、建立模型，再通过实验进行验证[12]，从而为健康校园的设计方案提供精细化决策的过程，重点关注基于青少年特征的实验和修正方法。由于青少年的行为观察要遵循低介入性原则、发展性原则及伦理性原则，且青少年的语言理解能力、生理指标也不同于成人（比如脑电波和成人就有明显差异），深入研究尚需要多学科的密切配合。笔者仅通过两组实验观察青少年与成人在实验中可能的区别。在预测试之后，我们邀请到30 名成人和18 名小学生参加了测试。准备工作包括填写主观问卷，进行VR 眼镜的使用方法教学和眼动校准；在被试适应对照组场景之后进行正式实验。

第一个实验是非真实场景中的不同围合方式对人的吸引力探究。选取的人因变量为注视时长，用以反映感兴趣程度。选取的建筑变量包含形式、透明度、身体互动性和丰富性4 个方面，并以此建立了10 个围合界面的模型。同时，实验结合了主观问卷的结果分别对主客观感兴趣程度及其差异性进行分析。通过记录注视度的实验数据可以看出，成人和青少年在偏好上有差异，且在多数节点上，青少年的主客观差异明显大于成人。对比青少年和成人的主观问卷数据和客观眼动数据发现，在主观数据上，成人、青少年差异显著，而客观的眼动数据差别相对较小。即在某些不便找青少年参与测试而不得不以成人替代的情况下，采用客观眼动数据能更好地模拟体现青少年意图。

第二个实验是结合实际项目设计方案的虚拟场景实验，项目设计中有意识地塑造了多层次立体化的活动场地——将操场架空到二层平台，通过连桥与教学楼二层相连，形成了一系列庭院和柱廊空间。操场之下则结合原始地形的起伏设计了不同高度的下沉球场和报告厅。实验基于以上的活动场地序列展开。在简要介绍设计方案的基础上，设置了5 个出发点让被试根据自己的喜好进行选择，随后在VR 空间中进行5min 的自主游览，以获取活动空间的功能匹配偏好以及空间之间的连接关系分析。虽然使用VR 的模拟终究比不上现实空间的环境行为测试，但可以防患于未然，在建设之前通过人的真实体验发现问题，做出相应的设计修正。

利用城市人因工程学对健康校园的研究刚刚起步，希望随着研究的深化，能给传统上依赖主观创造的设计提供更多量化判断的依据，从而对当下中小学校健康校园的建设起到积极的促进作用。□