人因工程方法在轨交站域空间人性化设计中的应用探索：以南京市3个地铁站为例

杨柳

0 引言

联合国发布的可持续发展目标中明确提出了建设可持续及韧性城市的需要，轨道交通、步行等可持续交通方式已纳入2030 年可持续发展议程中。在此背景下，以公共交通为导向的城市开发（TOD）引起了学界越来越多的关注，TOD 将居住、工作、商业和公共开放空间等功能整合在轨道交通站点（以下简称“轨交站点”）周边步行可达的范围内，是促进可持续交通方式使用的有效手段。其中，轨交站点周边的公共空间具有明显的人流集聚效应、与城市空间互动关系紧密，其人性化设计议题是近年来研究关注的热点，研究成果有望促进城市高品质空间发展。

本研究将采用人因工程实验的方法，探究地铁站周边公共开放空间的不同设计策略对人情绪的影响。以南京市鼓楼、大行宫和新街口地铁站站域空间为研究对象，通过定性和定量数据分析，采用PAD 情绪分析模型来深入研究人在这些空间中的情绪反应，此研究将致力于推进以人为本的交通—空间系统整合设计[1]。

1 研究背景

TOD 作为一项重要的城市规划与设计策略，旨在增加公共交通和慢行交通的使用[2]，其成功的关键要素之一是提高轨交站点周边区域的步行可达性，这一区域也被称为“站域空间”（catchment area），即车站对土地利用和开发产生巨大影响的空间区域（美国公共交通协会，2009）[3]。公共空间（如广场）是站域空间的重要组成部分，不同交通方式的使用者们聚集在此，形成了独特的活力和社交场所[4]。因此，关注站点周边公共空间的人性化设计[5]，包括便捷的交通连接、舒适的休憩区域、安全的行走路径等，可以提升人们的出行体验、鼓励步行和公共交通的使用，减少对私人汽车的依赖，从而改善城市交通拥堵问题、减少环境污染，并为城市创造更宜居、可持续的环境[6-8]。在站域公共开放空间的设计中，开敞度、绿色植被、功能布局等是重要的物理环境设计要素[9-11]；此外，由于公共空间的社会属性、与人类活动的密切互动关系[11]，物理空间的设计还需要考虑人的需求和行为。

以人为本的设计思维在交通工程和公共空间设计中由来已久[13-14]，Schlüter 等[15]指出人类通过感知和行为与交通站点和空间进行互动。为了构建以人为中心的城市交通空间系统，人因工程学受到高度的重视，在轨道交通站点设计及个体行为研究中也有所运用[16-19]。人因工程学的核心理念是以人为本，即在设计和应用中将人的需求和能力置于首要考虑的位置。在建筑学领域中，人因工程学、环境行为学[20]扮演着重要角色，旨在把满足人的多层次生理、心理需求与城市建成环境的功能有机地统一起来。然而，大多数环境行为学研究使用定性方法，如实地调查，针对城市空间的设计理念主要基于理论家和设计师的个人经验或主观判断。采用控制实验可以更为有效地挖掘人与环境的交互作用，从而找到二者因果关系的客观支持[21]；其中，人的情绪反应[22-23]，是重要的实验观察内容，可以表征人对不同环境的适应性和喜悦程度。

情绪反应（emotional response）指的是“个体从各种行为选择和反应中选择适当的反应并抑制其他不适当的反应”[24]。衡量一个人的情绪状态有两种常见的模型，即离散模型和维度模型。离散模型假设所有的人类情绪都可以从一定数量的基本情绪（如恐惧和快乐）中推导出来，而维度模型认为情绪反应根据几个基本维度进行组织。从环境行为心理学的角度，Mehrabian 和Russell[25]提出了情绪维度模型（PAD），将环境刺激与愉悦度（Pleasure）、唤醒度（Arousal）和支配度（Dominance）的情绪反应联系起来，这3 个维度已被用作情绪反应的重要评估指标[26-27]。

综上，以人为本的轨交站域公共空间设计是研究热点，但从人的情绪反应角度展开的设计策略的探索仍有待进一步深入；引入人因工程学、控制实验等方法可以增强研究的科学性，弥补定量研究的不足。

2 研究方法

2.1 情绪评价方法

本研究采用PAD 维度模型来衡量人的情绪反应，每个维度可以由不同的生理及心理数据进行测度。依据Mauss 和Robinson[27]对情绪测量方法的系统性综述，本文采集了自主神经系统、中枢神经系统、情感调节的惊跳反应、主观感受4 个方面的数据。

自主神经系统是外周神经系统的一部分，负责调节心跳、呼吸等重要功能，该系统又可进一步化分为交感神经和副交感神经两个部分，分别与情感激活和放松相关。自主神经系统反应一般通过心血管反应（心率变异性[heart rate variability,HRV]是常见的测量指标）或皮肤电反应（皮肤电活动[electrodermal activity,EDA]是常用测量指标）[28]进行评估。人的中枢神经系统包括大脑、脊髓和神经元，通常使用正电子发射断层扫描和脑电图（EEG）来量化大脑活动，脑电图信号对评估情绪非常有用[29]。惊跳反应是人体的一种本能反射机制，有助于避免来自外界的威胁。惊跳反应涉及多种运动行为，如背部收缩和眨眼（Eyeblink）等，眨眼频率多被用于研究多巴胺对注意力分配及感知任务中额叶皮质的影响，是衡量情绪愉悦的重要指标[30]。

2.2 数据采集与分析

在此基础上，本研究采集了人在不同的轨道交通站点空间中的4 项生理数据，包括HRV、EDA、EEG 和眨眼频率数据（表1）。

表1 生理数据采集内容及所表征的情绪维度

HRV 可表征人的心脏适应不断变化的环境刺激的能力，它反应了人体在一段时间内相邻心跳之间的变化情况。具体而言，选取其中的心率（HR）、全部正常心跳间距标准差（SDNN）、相邻值平方和的均方根（RMSSD）、相邻正常间期差异大于50ms 的百分比（pNN50）指标评价人的愉悦度[28]。

EDA 指的是皮肤电学特性的自主变化，可表征人的情绪唤醒程度。最广泛研究的指标是皮肤电导（SC），也被称为电导皮肤反应或皮肤电反应，通过在皮肤上的两个接触点之间施加电势并测量它们之间产生的电流来获得。EDA 包括基础张力活动（皮肤电导水平SCL）和由交感神经活动引起的快速相位活动（皮肤电导反应SCR）[28]。

脑电数据可以用来评估人的感知、认知行为和与情感过程相关的大脑活动，揭示人情绪的唤醒度及支配度。其中，Theta（θ）波频率4～8Hz，振幅20～150μV，该波段一般在顶区与颞区比较明显，通常健康成人在清醒状态下记录不到Theta 波，在困倦状态下才可以记录到。Alpha（α）波频率8～14Hz，振幅20～100μV，该波段在人体头部的枕区和顶区比较明显，一般认为Alpha 波是大脑皮层在清醒、安静状态下的主要电活动。该研究还测量了前额叶不对称性（比较大脑左半球和右半球的α 波功率），有研究表明，更强的左侧大脑活动表明更强烈的愉快情绪和更强的掌控感[31]。

眼动数据的分析可以得到与人脑认知工作负荷相关的基本信息，其中的眨眼频率与个体的注意力相关，低频率的眨眼一般意味着注意力高度集中，高频率的眨眼则意味着注意力不集中或者个体处于困倦状态；因而可以反应情绪的愉悦度[32]。

2.3 实验设计

实验招募34 名受试人员，其中4 人参加了预实验，其余30 位被试人员被分为6 组，分别在6 天内完成实验。实验于2021 年12 月进行（图1）。每组人员在到达指定地铁站后，实验员先就实验的内容进行讲解，并指导受试人员佩戴ErgoLAB 等便携式无线生理记录设备（记录HRV、EDA、行为轨迹数据），每组中有1 名人员同时佩戴了无线可穿戴脑电记录仪和便携式眼动追踪设备（记录EEG、Eye blink 数据）。佩戴完毕，先记录受试人员在静息状态的生理指标，完成后引导受试者到地下地铁站出口处，然后引导其步行至地面公共开放空间，并在其中自由活动5min。最后，将提前准备好的问卷交给受试者，了解他们最喜欢的空间。生理数据的同步采集和预处理采用ErgoLAB 人机环境云平台和手机Datalogger 平台完成，图2 为现场采集设备。

2.4 应用案例

实验开展的地点位于南京市大行宫、鼓楼、新街口地铁站及其周边公共空间（图3），3 个地铁站均位于市中心、建设时间接近。同时，3 个站点的地面空间各具特色：大行宫站西北侧地面有一处文化建筑，地面开放空间延机动车道布置，由低矮的围墙（1 层高）和行道树限定；鼓楼站西北侧地面有一处街角花园，步行空间两侧均为绿色植被；新街口站位于商业中心，所选取的地面空间一侧为4 层左右的商业建筑，另一侧为行道树和绿化隔离带（图4）。

3 结果及讨论

3.1 实验结果

图5 是实验采集到的30 位被试人员在站域空间的HRV 相关数据，通过对比可以发现3 个站点HR指标的排序与其他3 项指标的排序相反。已有研究指出，HR 数值的大小与人的愉悦度成正相关，SDNN、RMSSD、pNN50 数值大小与愉悦度成负相关。由此可见，人在鼓楼站的平均愉悦度最高，其次是新街口站，在大行宫站的愉悦度最低。

图6 是被试人员在站域空间的EDA 相关数据，由于SC、SCL、SCR 数值的大小与人的情绪唤醒度成正相关，由此可以推测人在鼓楼站的平均情绪唤醒度最高，其次是新街口站，在大行宫站的唤醒度度最低。

图7 是被试人员在站域空间中的脑电θ 波、α 波活动强度以及α 波左右额叶的不对称性；其中，θ与α 波活动强度与唤醒度成正相关，α 波左侧电极的信号越强（即C3-C4、F3-F4、F7-F8 数值越大）代表人对环境

2 现场数据采集过程

3 实验选取案例区位

5 30位受试者在3个站点中的HRV各项指标数值

6 30位受试者在3个站点中的EDA各项指标数值

被试人员在站域空间中的眨眼频率数值大小与愉悦度成反比（图8）。由此推断，人在新街口站的愉悦度高于鼓楼站，且二者均高于大行宫站。

综上，对比3 个站点的生理数据可以发现，人在鼓楼站和新街口站的愉悦度高于大行宫站；对比鼓楼站和新街口站发现，HRV 数据表明鼓楼站人的愉悦度较高，然而人在新街口站的眨眼频率更高、个体间差异更小，这可能与大量商业店铺的存在有关。人在鼓楼站的情绪激活度最高，其次是新街口站，最后是大行宫站。人在大行宫站对环境的掌控感最强，其次是鼓楼站，最后是新街口站。

根据受试者所填写的主观问卷中的部分内容（图9），在3 个地铁站中，人们在主观感受上最喜欢的是鼓楼站，其次是大行宫站（这可能与站点周边的文化建筑所营造的氛围有关），最后是新街口站。而在最不喜欢空间打分中，大行宫站获得的票数最多，其次是鼓楼站，新街口站未获得票数。由此可见，鼓楼站的主观感受最佳，新街口站其次，人们对大行宫站的评价褒贬不一。

对比生理和心理数据发现，鼓楼站站域空间的设计给人带来的情绪反应普遍较好，新街口站其次，大行宫站站域空间带来的掌控感较强但愉悦感和唤醒度较差。

3.2 设计策略

基于以上实验结果，笔者提出以下设计策略建议：

（1）站域空间中的绿地公园、商业空间的设计会提升人的愉悦感和情绪激活度，其中，公园会带来生理和心理两个层面的愉悦，而沿街商铺会给人带来更大的视觉刺激；设计师在站域空间中应结合周边用地功能布置此类空间及相应设施。

（2）绿地公园在情绪激活方面作用最大。当行人在较为压抑的地铁站地下空间通行后，设计师可以通过地面绿地开敞空间的设计激活人的情绪和感官，为使用者带来更好的空间体验。

（3）由低矮围墙和行道树限定出的沿街广场会给人带来更强的掌控感，但单调的空间所产生的愉悦感和情绪激活度都较低；当设计意图是在站域空间中创造较为稳定、私人的场所时，设计师可以通过近人尺度的围墙、行道树以及建筑立面、街道家具的设计围合出小型广场空间，但在设计时需要考虑融入绿化及多种使用功能，以增强使用者的愉悦感。

7 30位受试者在3个站点中的EEG各项指标数值

8 30位受试者在3个站点中的EYE各项指标数值

9 30位受试者在3个站点中的主观问卷数据

4 结语

本研究引入人因工程实验方法，探究了地铁站周边公共开放空间不同设计策略对人情绪的影响。通过选取南京市鼓楼、大行宫、新街口地铁站站域空间为研究对象，收集生理和心理的定量与定性数据，采用PAD 模型评估了人在站域空间中的情绪反应。

设计师通过合理的站域空间设计，可以引发使用者的情感共鸣，强化其对空间的积极情绪反应。具体来说，在站域空间中布置绿地公园、商业空间等设计要素，可以创造出宜人的环境，提升人们整体的愉悦感和兴奋度；采用近人尺度界面围合的广场设计，可以使人感到更加亲近和有掌控感。通过这些设计策略，设计师可以塑造出引人入胜的站域空间，从而提高人们对公共交通和步行的接受度，减少对私人汽车的依赖，进而改善城市交通拥堵问题和减少环境污染，促进可持续和韧性城市的建设。

在下一步的研究中，计划扩展对站域空间的评估，考虑更多的生理和心理指标，从而更准确地认知设计要素对人体的影响。此外，还计划将实验结果与在室内虚拟场景下测量得到的数据进行对比；通过在虚拟环境中模拟站域空间，测量参与者的生理和心理指标，我们可以获得更为全面的信息。借助生理和心理指标的对比研究以及与虚拟环境的比较，可以深入了解设计要素对人们的情感和行为产生的影响。

综上所述，以人为本的轨交站域公共空间设计是一个研究热点，引入人因工程学和控制实验等方法可以增强研究的科学性。通过研究行人在轨道交通站点影响域中的情绪反应，本项目有望推动站域空间的人性化设计，为“交通—空间—人”复杂系统的整合设计提供重要基础。这将促进建筑学、城乡规划学、人因工程学等学科领域的交叉合作，以配合我国新型城镇化和健康城市建设。□（感谢东南大学王建国院士、朱渊老师的支持及提出的宝贵意见，感谢参与执行本次实验的东南大学建筑学院研究生：刘潇云、丁瀚林、郭楚怡、王浩、刘浩然、何宇皓、陈嘉逸、陈轶男，感谢北京津发科技股份有限公司的王清菊和周倩在实验开展过程中给予的帮助。）