New Trends and Prospects

彭智凯 陈筝PENG Zhikai, CHEN Zheng

Abstract

2020年，新型冠状病毒肺炎疫情在全球范围内不断蔓延。在这段特殊时期里，人们更加珍惜户外锻炼机会，更重视自身的心智健康。后疫情城市主义应当提出更前沿的策略使得建成环境更有韧性，在保持社交距离的同时带来丰富的环境感知，促进健康行为。在城市居民生活越来越依赖建成环境的情况下，如何使未来的建成环境更好地服务于人们的生活工作需求，提供高品质、健康的生活工作环境成为当前建筑和空间规划设计的新挑战和新契机。作者通过对新技术和健康环境设计交叉前沿研究的系统性综述，总结了未来建成环境的健康设计三个可能的前沿方向。

高速紧张的城市生活，越来越依赖于人工环境。人们在建成环境内的时间越来越长，在户外的时间越来越短，更多地依赖机动交通和智能手机等媒介，这大大降低了人和人之间、人和自然环境之间的互动。在网络和智能交互的促进下，我们可以足不出户地完成工作、社交、购物、健身等多种社会活动。这些转变不仅改变着我们的生活方式，更深远影响着我们的身心健康[1-4]。在这样的背景下，医学和公共卫生也开始意识到公共健康不仅和卫生保健，还和环境暴露、健康行为密切相关[5]。

在城市居民生活越来越依赖建成环境的情况下，如何使未来的建成环境更好地服务于人们的生活工作需求，提供高品质、健康的生活工作环境，成为当前建筑和空间规划设计的新挑战和新契机。结合健康和新技术的未来建成环境设计可能会有哪些前沿新议题？我们通过对新技术和健康环境设计交叉前沿研究的系统性综述，初步总结出三个可能的前沿方向，供大家批评指正。

首先，如何丰富并拓展现有的建筑功能，将自然体验、运动健身等功能融入建筑设计，尤其是室内设计？人类在自然界的长期生存中，进化出适应在自然环境中生存的各种机能。当现代人每天在室内和建成环境中的时间越来越长，这种生活方式的改变影响着我们的身心健康。缺乏户外自然暴露的问题，在当前疫情情况下显得尤为明显。在可期的未来，城市生活的绝大部分时间仍将处于室内环境。未来的建筑是否能在传统的建筑功能上进行拓展，比如把模拟自然日光的照明和变化的热舒适感受，甚至绿色自然引入室内？通过室内功能和体验的拓展，模糊室内和室外的感受和功能界限，将原来只能在户外体验的感受或完成的活动拓展到室内，弥补城市居民因户外暴露不足导致的健康问题。

再次，如何准确描述建成环境对真实生活中人们行为的影响，并通过改造建成环境去促进人们的健康行为？长期处于建筑内也容易造成久坐、运动不足等问题，进而诱发肥胖、心血管疾病等慢性疾病。在可穿戴设备越来越普及的背景下，我们可以更方便地获取到建成环境对人们体力活动的影响，从而通过改善建成环境，减少长期久坐，引导室内的人们提高运动量。

针对促进健康的未来建成环境的设计诊断、辅助技术、使用评价等方面，我们根据上述三个可能的前沿方向，综合整理了一系列当前正在涌现的新技术和前沿研究探索，分成三个部分结合案例分别展开讨论。

2 丰富并拓展现有的建筑功能，将户外要素融入室内设计

充足的户外活动对改善特殊时期的健康生活品质而言格外重要，现有住宅和办公建筑中的室外空间相当局限，难以满足真正意义上的户外体验。未来的住宅和办公建筑将融合户外和健康相关的复杂感受，引入自然环境元素，提供更符合人体的智慧设计产品。当前的虚拟技术能为空间设计提供更健康、更舒适的环境。结合智能穿戴设备，虚拟技术可以实时监控反馈使用者的健康绩效，促进更可持续的健康行为。除此之外，“虚拟技术+”能使生活中的美好体验以更戏剧化的方式呈现，从而更好地服务功能，让体验变成功能的一部分。以下三个案例分别针对隔离期间缺乏运动和环境暴露两个风险，通过嵌入虚拟技术助推健康环境设计。在全球疫情蔓延期间，户外活动不足导致的问题变得更加明显，严重影响了人们的健康和福祉[15]。近期临床医学研究表明，隔离期间对健康产生的五大风险分别是缺乏运动、饮食睡眠不规律、不良习性成瘾、缺乏日光和缺少社会交往[16]。

2.1虚拟技术+动觉捕捉传感器辅助运动训练

利用虚拟技术，可以把原来必须要在特定场所下完成的运动转移到室内。例如，有一个应用是帮助有行动障碍的特殊人群完成原来需要在特殊环境下完成的复健训练[17]。训练员和受训者的四肢和躯干在实体空间中的运动轨迹可以在虚拟环境中实时同步，自动校正受训者的姿势和运动节奏。目前，这种动觉捕捉技术适用于停留于原地或者对场地大小要求不高的运动训练，也存在延迟和不精准等技术局限。但随着虚拟技术的不断优化以及在普通民用住宅和办公建筑中的普及，这类结合智能穿戴设备的虚拟技术可以为室内提供更接近室外的活动功能。

虚拟技术+动觉捕捉传感器辅助运动训练，德国比勒费尔德大学CITEC认知交互技术中心

2.2 虚拟技术+沉浸式Cave模拟室外环境体验

长期缺乏室外环境暴露、久居稳态的室内空间除了会产生免疫力下降的生理风险，也会带来“声光热疲乏”等负面的身心健康问题。传统虚拟技术已经通过视觉和听觉刺激实现感官增强，研究发现，其实热觉刺激也潜在影响室内的行为感知。实验性设计尝试结合Cave虚拟技术、风洞和红外线探灯等设备，在室内创造逼真的自然场所感受体验。虽然这项技术目前尚仅应用于研究实验，但在未来可以帮助实现逼真再现室外场景和活动[18]。一方面，可以提供压力缓解、情绪调节的沉浸式体验，增加人工空间的环境多样性和体验趣味，减少由于恒温恒湿环境带来的疲乏感；另一方面，能为行动不便的人群创造更多体验，例如久居养老院的老人、医院的患者等。

虚拟技术+沉浸式Cave模拟室外环境体验，德国比勒费尔德大学AI&VR实验室

2.3 虚拟技术+日光设计加强自然感受

经过长期的进化，人体和自然采光之间有着千丝万缕的联系。在自然照明中，一天的色温变化参与了人的昼夜节律调节，对人的压力调节、睡眠等生理活动起到了重要作用。长期在恒定人工照明环境下的人可能会产生节律紊乱，同时单调的照明也会影响人的情绪，进而导致工作效率下降。目前评价室内光环境和舒适度的物理指标包括照度、亮度和色温等等，然而此类自上而下的评价指标往往缺乏对“光感受”的考量。从健康角度考虑，未来的建成环境设计需要从自然中学习，把自然照明中变化的色温、照度、亮度等纳入设计，创造有视感变化的人工照明[19]。结合沉浸式体验，虚拟技术能评测室内日光和人工照明、视觉感知和情绪。新技术能自下而上捕捉使用者的主观感受，辅助前期立面和智能照明系统设计，增进方案优选的效率[20]。

虚拟技术+日光设计加强自然感受，瑞士洛桑理工学院LIPID实验室

在信息过载的环境下，智能交互设计的理念也在发生转变。交互设计师开始意识到像多媒体、手机App等载体并不是智能交互的核心。马克·维瑟（Mark Weiser）提出“宁静技术”（calm technology）的概念，指出好的智能交互产品应当回归需求和场景本身，去掉那些不必要的注意加工和交互操作，降低人的过度警觉，让人以最小的认知成本完成自然交互[21]。

虽然规范性设计研究总结的案例经验和设计导则能够帮助理解宜人户外空间的一般特征，但却往往很难精准把握现状复杂、问题各异的具体街道中，到底哪些地段的景观风貌问题最突出，并在此基础上经济有效地进行城市修补。在设计实践中往往还是需要大量依赖于专家现场调研的传统方式[22-26]。但是由于环境体验本身具有隐晦性，专家评价的科学性和客观性往往有限，从而导致在领导决策时常常会让位于经济、功能等更易客观量化的价值考量。

认知心理学发现，在实验室环境下，皮电、心电、脑电等情绪生理测量能够较准确地实时捕捉我们隐晦的情绪体验。虽然情绪看上去很复杂，但心理学家发现，其实大部分情绪可以简化成一个由情绪效价（valence）和情绪唤醒度（arousal）组成的二维模型[27]。其中情绪效价描述喜好程度，从喜欢到不喜；而情绪唤醒度描述兴奋程度，从低兴奋度到高兴奋度。在二维情绪模型的基础上，美国精神卫生署的情绪研究中心通过大量的图片情绪刺激实验发现，这两个维度可以较好地通过皮电、心电、脑电、表情肌肌电等生理信号得到反映，其电信号单因子回归模型能较好地预测两个情绪维度（R=0.58~0.90）[28-29]。麻省理工学院媒体实验室的皮卡德（Picard）教授进一步在此基础上提出情感计算（affective computing）技术，结合机器学习将模型预测准确率从50%~60%提升至80%~90%[30]。

在此基础上，我们进行了结合空间定位的多生理指标实时环境体验测量，其实验结果得到传统问卷和访谈的佐证。我们利用可穿戴传感器采集皮电、心电、脑电、表情肌肌电、呼吸等多项生理指标，结合GPS实时地理追踪，对实景环境行走情绪体验进行实时记录[35]。通过同目前环境视觉体验研究主流应用的莱克特偏好量表问卷[36]和标签式体验访谈[37]的结果对比，发现组合的生理指标能够较好地反映实景情绪体验[38-41]。

3.2 利用眼追踪进一步锁定具体影响情绪健康的空间要素

通过眼追踪技术可以精准捕捉快速认知过程。眼追踪技术可以提供毫秒级的追踪响应，精准捕捉人如何对环境进行快速认知加工，究竟哪些环境要素起到了主要作用。结合脑电、皮电等生理反馈，我们还可以更精准地将认知加工和情绪反应匹配，建立“环境信息获取—快速认知加工—情绪反应”三个环节之间的关系[46]。

眼追踪技术可以精准捕捉人对环境信息的加工

前文提及的可穿戴、眼追踪实验的数据采集相对繁杂，分析成本和技术要求也比较高，难以快速应用于设计实践中。在城市规划设计实践中，往往需要对更大尺度的项目进行快速、低成本的评价，寻找缓解焦虑的空间健康资源。在这种情况下，也有一些更经济、更灵活的替代方法获取数据。

苏格兰宁静地图

第二个办法是利用智能手机的地理定位功能发布一些短小且方便回答的问卷，只通过一些小的抽奖等低成本手段就可以快速收集环境和健康信息。比如伦敦政经学院开发的Mappiness手机软件，取其“绘制快乐地图”（mapping the happiness）之意，通过每天随机时间向用户推送心情问卷——三个关于愉悦度、放松度和觉醒度的滑尺，被试者不到20秒就可以完成，因此问卷回收率也很高[53]。但提供此类信息的用户群并不多样，大多集中在年轻族群，男性和老年人等用户群体较少[54]。手机推送的方法相比社媒众包数据更加真实，比实地问卷更加准确。这种方法叫生态瞬间测评[55]，其中生态是个社会学概念，指的是在真实的生活状态下进行观测，已经被广泛用于健康环境行为的研究领域[56]。

Mappiness手机软件用户界面（左），绘制快乐地图（右）

4 促进真实空间的健康行为和环境暴露

为了更好地评估建成环境的健康影响以辅助规划设计决策，需要更准确地采集建成环境中真实的健康行为。行为数据常常容易受到问卷等测量手段的干扰，从而无法得到准确的数据。例如问卷和访谈中“每天运动多长时间”，为了让自己的答案看起来更好，被试者常常会往高虚报；而每日汇报的“锻炼日记”也容易让被试者意识到自己运动不足而改变了运动习惯[57-59]。而逐渐开始变得越来越便宜和普及的智能穿戴设备可以提供更好的测量数据，在尽量少干预正常生活的条件下，帮助人们方便地测量真实的行为数据，准确评价建成环境对健康行为的影响，从而更好地选择设计策略。

4.1 智能穿戴设计产品能更好地跟踪健康行为，采集真实的健康行为数据

研究者可以采用可穿戴设备采集真实的行为数据。在一项笔者参与的研究中，招募了64位居于多层住宅中的老人，用fitbit智能手环对他们的出行行为进行了31天的观察，以了解没有电梯的多层住宅对他们出行以及体力活动的影响[60]。研究表明，住在高楼层的老年人由于上下楼的阻碍，确实会更少出门，从而导致日均运动量较低楼层的住户更低。相比传统的访谈和问卷数据，利用智能穿戴设备可以更准确地描述出行行为以及不同楼层的健康收益。这个研究的结论为目前中国老旧小区改造中争议较大的是否应当加装电梯、如何分配电梯的经济成本和公平补偿等问题提供了有力证据，可以有效地辅助政府城市建设管理的科学决策。

Fitbit智能手环（左）两个月左右的出行行为数据（右）

4.2 时空模型辅助预测环境暴露和健康收益

当前的健康社区建设还有一项切实措施是增加社区绿色用地和公共活动空间。除了空间增量，我们更需要关注这些绿色基础设施的使用率和对人均健康水平的影响。在此基础上要明辨绿色环境暴露的概念，它是难以用上位规划指标中的绿地率测算得出的。规划绿地率是个综合指标，并非等同于卫星遥感影像测得的标准化植被指数，也不等同于人视角度的绿视率。一项位于曼彻斯特的研究优化了社区尺度的 3D绿视率算法，通过对比使用机器学习分析的街景绿视率，改善规划尺度下计算个体环境暴露的准确性[61]。类似的研究还包括，通过可穿戴设备所测得的生理数据来预测绿色空间的疗愈指数[62]，如何通过城市绿色空间游憩资源的管理更好地提供健康服务[63]。在当前城市微更新的潮流下，应该加大对口袋公园的建设，因为邻里空间的环境暴露对健康受益的效果最为显著[64-65]。学生群体的出行会受到学校和居住地、上学、放学时间的时空约束，通勤路径周边的绿地被更频繁地使用，在干预社区公共健康中起到了更为重要的作用[62]。

城市空间绿视率分析（左上）；通过实景数据对虚拟绿视率校正（右上）；使用可穿戴设备评价绿色空间疗愈性（下）

5 讨论及展望

面向未来的建成环境设计，还有很多其他值得讨论的问题。探索未来建成环境的可能性不应迷失于新兴的技术中，我们更需要反思，应当如何更好地服务健康和使用需求。新技术的目标不一定是做加法，很可能是做减法。比如沉静技术，让空间设计能够更好地回归需求本身，更好地将功能和感受体验结合。当今“半智慧化”的实体空间中存在纷繁复杂的感知信息，手机、手表、手提电脑同时发送提醒，严重干扰了使用体验。未来的建成环境设计，需要在居住、工作和生活环境中创造让使用者的精力更加集中，并且具有更高品质的环境体验。

同时，我们要认识到，这些技术也在重新界定空间设计中的限制，比如室内外功能的限制开始变得越来越模糊。虚拟现实等技术拓展了建成环境，特别是室内环境的原有功能和设计可能，可以将原来只能在特定环境中的活动或环境体验拓展到更灵活的空间之中，满足行动障碍或受到其他限制不便出行的使用群体的需要。

（图片来源：图片均由作者提供）

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完整深度阅读请参见《时代建筑》2020年第5期 面向未来的健康建筑彭智凯、陈筝《面向未来建成环境的健康设计:前沿及展望》，未经允许，不得转载。

作者单位：剑桥大学建筑系、同济大学建筑与城市规划学院、高密度人居环境生态与节能教育部重点实验室

作者简介：彭智凯，男，剑桥大学马丁建筑与城市研究中心 博士研究生；陈筝（通讯作者），女，同济大学建筑与城市规划学院景观学系 副教授

完整深度阅读请参见《时代建筑》2020年第5期 面向未来的健康建筑彭智凯、陈筝《面向未来建成环境的健康设计:前沿及展望》，未经允许，不得转载。

作者单位：剑桥大学建筑系、同济大学建筑与城市规划学院、高密度人居环境生态与节能教育部重点实验室

作者简介：彭智凯，男，剑桥大学马丁建筑与城市研究中心 博士研究生；陈筝（通讯作者），女，同济大学建筑与城市规划学院景观学系 副教授

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本期杂志责任编辑：邓小骅、高静

标题请写明前缀【面向未来的健康建筑】返回搜狐，查看更多