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    室外植物對人體舒適度及環(huán)境滿意率的影響

    2012-08-01 05:40:22冷寒冰胡永紅周鑫劉蔚巍孫嬋娟連之偉
    關(guān)鍵詞:氣味生理受訪者

    冷寒冰,胡永紅,周鑫,劉蔚巍,孫嬋娟,連之偉

    (1.上海植物園 上海城市植物資源開發(fā)應(yīng)用工程技術(shù)研究中心,上海,200231;2.上海交通大學(xué) 船舶海洋與建筑工程學(xué)院,上海,200240;3.中南大學(xué) 能源科學(xué)與工程學(xué)院,湖南 長沙,410083)

    城市生態(tài)問題日益突出,熱島效應(yīng)愈發(fā)明顯,如何營造一個舒適健康的城市環(huán)境成為社會關(guān)注的熱點問題。植物能改善局部微氣候[1-2],改善空氣品質(zhì),影響人體對環(huán)境的滿意度及舒適感[3-5],是城鎮(zhèn)居住區(qū)景觀綠化與熱島效應(yīng)改善研究中不可忽視的重要組成部分。植物對人體心理及生理的影響作用是多方面的,而且不同種類、不同配置的植物具有不同的改善功能[6-8]。如何營造植物環(huán)境,使人體具有最佳的舒適感和滿意度,以及植物的何種屬性能最大程度影響人的舒適度及環(huán)境滿意度是研究中面臨的主要問題?,F(xiàn)有的研究中理論分析和數(shù)值模擬較多[9-11],采用基于物理參數(shù)(溫、濕度及風(fēng)速)的人體舒適研究較多[12-14]。這些方法主要通過監(jiān)測客觀環(huán)境參數(shù)判斷當(dāng)前環(huán)境下人體的舒適度,而基于真實人體的實驗研究少,較少涉及人體的主觀差異性,沒有植物環(huán)境導(dǎo)致人體生理反應(yīng)相關(guān)方面的研究,缺乏說服力。但是,在真實環(huán)境中,人體的舒適感受多種主客觀因素的共同影響,即使在相同的環(huán)境下人體的舒適程度也會有較大的差別[15-16]。通過生理參數(shù)(如心電,腦電和呼吸率等)的測試能更加深入地反映人體的舒適機(jī)理[17-19],從而得出人體當(dāng)前的舒適狀態(tài)。本研究采用主觀評價結(jié)合客觀生理參數(shù)測量與分析的方法,通過現(xiàn)場實驗的方式,測試人體的各種生理參數(shù),直接得到不同室外植物環(huán)境對人體的舒適程度的影響,確定植物屬性對人體對環(huán)境的接受程度及滿意度的影響,為基于人體滿意度的植物環(huán)境的營造及室外人體舒適度評價提供理論支持。

    1 研究方法

    研究樣地所在的上海市( 31°14″N, 121°29″E)地處北亞熱帶北緣,屬北亞熱帶季風(fēng)性氣候,氣候溫和濕潤,春秋較短,冬夏較長,冬冷夏熱,四季分明,降水充沛,日照較多。全年平均氣溫15.8 ℃,1月最冷為3.6 ℃,7月最熱為27.8 ℃,年日照時間約2 000 h。上海市城區(qū)面積大、人口密集,其氣候具有明顯的城市熱島效應(yīng)[13]。

    研究樣點位于上海植物園。該園坐落在上海市徐匯區(qū),占地面積81.86 km2,全園種植喬灌木8.87萬株,園內(nèi)有草坪8.27×104m2,花壇1 117 m2,其中櫻花區(qū)是上海櫻花種植最為集中的區(qū)域。實驗的時間為2011-04-04—2011-04-06,大部分植物處于正常生長期,實驗期間上海植物園正在舉行春季花展活動,花展內(nèi)容包括郁金香、櫻花等多種花卉植物。

    在上海植物園中選取4個有代表性的地點開展實驗,分別為:郁金香花展區(qū)、綠色草坪、櫻花林以及對比工況(無植物)。另外,還在竹林及喬木林區(qū)域進(jìn)行單獨(dú)的問卷調(diào)查,測試及調(diào)查地點的各項屬性如表1所示。研究樣地的選取既考慮到現(xiàn)實狀況(如綠草坪,喬木林和竹林等),又考慮具有某種突出屬性的植物,如具有多種色彩的郁金香及只有花朵的櫻花林等,總體上選取植物時考慮顏色、氣味、大小的差異性,植物配置上高低有致,研究樣地具有較好的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值。

    表1 測試及調(diào)查樣地的植物分布Table1 Distribution of vegetation in experiment places

    通過參與式主觀問卷調(diào)查結(jié)合客觀生理參數(shù)的方式進(jìn)行研究。主觀問卷中包含的內(nèi)容有基本熱環(huán)境調(diào)查、植物環(huán)境滿意度及期望調(diào)查、植物配置及特性偏好調(diào)查。其中,基本熱環(huán)境調(diào)查主要調(diào)查人們對當(dāng)前環(huán)境的溫度、濕度及風(fēng)速的感覺,通過對植物環(huán)境滿意度及期望的調(diào)查,得出植物的各種屬性如顏色、氣味、數(shù)量、大小等對整體環(huán)境滿意度的影響程度。通過植物配置及特性偏好調(diào)查,得出不同植物配置的受歡迎程度,以及植物的各種特性與人體愉悅感的關(guān)系等內(nèi)容。實驗中選取3項生理參數(shù)即腦電波,心電及血氧飽和度進(jìn)行測量,通過生理參數(shù)的變化分析從側(cè)面反映人體的舒適狀態(tài)。

    實驗中對64位不同年齡性別的游客生理參數(shù)進(jìn)行測試,共收集有效問卷240份。不論是進(jìn)行問卷調(diào)查的人員(受訪者)還是生理參數(shù)的測試人員(受試者),其年齡分布基本符合中國人口年齡分布比例:中青年(15~64歲)的比例約為74%,兒童偏少,老年人略有偏多;男女的比例為1:1左右。問卷調(diào)查中受試者的平均居住時間約為20 a,最短居住時間超過0.5 a。由于是初春時節(jié),受試者一般著棉外套和毛衣,平均服裝熱阻約為0.14 m2·K/W。對于接受測試的游客,要求其心理身體基本健康,無心血管疾病,測試前1 h無劇烈運(yùn)動。以上數(shù)據(jù)表明:對調(diào)查對象的選取是合理可靠的,具有較強(qiáng)的代表性和參考價值。

    為保證測試期間的背景條件保持基本一致,在實驗過程中對下列環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測:溫度、濕度、風(fēng)速和噪聲水平。在實驗過程中檢測的環(huán)境參數(shù)(均為天平均值)如表2所示。

    表2 測試過程中的環(huán)境參數(shù)Table2 Environment parameters during the experiment

    從表2可知:溫度、濕度、風(fēng)速均在人體舒適范圍之內(nèi),平均噪聲水平基本一致??傮w上環(huán)境參數(shù)的變化不大,對人體熱舒適度的影響不明顯。

    對于環(huán)境的滿意度采用4級標(biāo)尺,如圖2所示。在滿意度調(diào)查中采用4級標(biāo)準(zhǔn)對被調(diào)查的內(nèi)容進(jìn)行評分,依據(jù)滿意程度的遞減其對應(yīng)的評分為2,1,-1和-2,滿意為正值,不滿意則為負(fù)值。為避免模糊地帶問題,不設(shè)為得分為0的中間值,最終計算得出各項滿意度平均得分。

    圖1 滿意度調(diào)查標(biāo)尺Fig.1 Satisfaction evaluation chart

    在進(jìn)行問卷調(diào)查時,為能準(zhǔn)確知道植物屬性和人體舒適感覺的關(guān)系,從以下的一些方面調(diào)查受訪者的滿意度:首先調(diào)查對植物環(huán)境的總體滿意度,其次是對植物的各項屬性如顏色、氣味、數(shù)量及布置進(jìn)行調(diào)查;在受訪者對的滿意度為負(fù)值時,對植物的各項屬性的期望進(jìn)行調(diào)查,最后對植物環(huán)境配置喜好及愉悅屬性進(jìn)行調(diào)查。

    2 結(jié)果與討論

    2.1 熱舒適水平

    植物能有效調(diào)節(jié)室外局部的熱濕環(huán)境,影響風(fēng)環(huán)境,從而影響人體的熱舒適水平及其他的主觀感覺。圖2所示為人體對植物環(huán)境及對比環(huán)境的主觀熱感覺調(diào)查結(jié)果,其中包括熱舒適水平、熱感覺、濕度感覺及風(fēng)速感覺。

    圖2 人體在不同環(huán)境中的主觀感覺評價Fig.2 Subjective evaluation of vegetation environment

    其中熱舒適水平的評分從低到高分為4級,分別為非常不舒適(-2)、不舒適(-1)、舒適(1)及非常舒適(2)。從圖2可見:與沒有植物的對比環(huán)境相比,人體的整體熱舒適水平得到顯著提高,其中竹林環(huán)境下人體的熱舒適水平最高。熱感覺從冷(-3)到熱(3)分為7級,其中當(dāng)評分為0時,人體感覺溫度適中,不冷不熱。從圖2可見:在室外溫度為20 ℃左右、有太陽輻射且服裝熱阻在0.14 m2·K/W時,受試者普遍感覺偏熱。除去櫻花林樣地由于受人員活動干擾之外,相比對比工況,植物環(huán)境下人體的熱感覺更偏向適中。濕度的評分從濕(-2)到干(2)共分為5級,評分為0時為人體感覺不干不濕。在植物環(huán)境中,人體的濕度評分普遍感覺濕度略微偏大,而在對比環(huán)境中感覺皮膚較干。不同植物環(huán)境對室外風(fēng)速場的影響不盡相同,有較大樹葉較多的植物如喬木,竹林內(nèi)能有效減低室外的風(fēng)速,防止產(chǎn)生吹風(fēng)感。

    2.2 環(huán)境滿意度

    不同測試地點的滿意度均值對比如圖3所示,無植物環(huán)境的滿意度得分為0。

    與沒有植物的環(huán)境相比,有植物環(huán)境的總體滿意度均得到提高,其中人們對郁金香花展的總體滿意度是最高的。從不同植物屬性的滿意度來看,竹林的顏色滿意度是最高的,郁金香的氣味滿意度最高;而對于數(shù)量、大小、布置3項來說,人們的滿意度普遍不高,除對郁金香的大小滿意度較高之外,其余的滿意度均值基本上在1以下,表明這3項不滿意的人相對較多,是改進(jìn)植物環(huán)境時需要重點關(guān)注的部分。綜合來看,顏色及氣味對總體的貢獻(xiàn)率明顯比其他3項的高,說明人們對顏色及氣味比較敏感,因此,顏色和氣味最能有效地提高人們對植物環(huán)境的滿意度。

    圖3 不同地點的平均滿意率對比Fig.3 Average satisfaction rate in different places

    2.3 環(huán)境期望

    調(diào)查過程中針對于受訪者選擇不滿意的情況進(jìn)行植物期望調(diào)查,即如果受訪者不滿意當(dāng)前的植物環(huán)境,希望在哪些方面對植物環(huán)境進(jìn)行改善。

    在不同的植物環(huán)境下,受訪者對于植物的期望是不同的。在不同地點均存在20%~30%的受訪者希望顏色改變。對于氣味的期望普遍偏低,最高的不到20%,由于所選植物的氣味均并不顯著,均為淡香或者是無香的植物,而且植物的氣味受季節(jié)的影響,不同季節(jié)的不同植物氣味濃度不同;另從心理學(xué)角度來看,由于對植物的基本認(rèn)識與了解,如受試者基本接受綠色草坪是沒有香味的,容易忽視氣味對環(huán)境的影響作用,因此,受試者心理上對氣味的期望值不高。圖4所示為受試者對植物環(huán)境期望的調(diào)查結(jié)果。在郁金香環(huán)境中,期望植物數(shù)量改變的較多(超過40%),同樣在綠草坪、櫻花林和喬木林環(huán)境中對植物數(shù)量的期望百分比也比較高,人們對于植物數(shù)量的期望是需要重點考慮的;在竹林環(huán)境中,人們對單株植物覆蓋面積的期望較高(近40%),這是由于單株竹木的覆蓋面積沒有達(dá)到受訪者普遍期望造成的。其余調(diào)查地點的期望值也在20%~30%之間。綜上所述,在大部分調(diào)查情況下,受試人員對于數(shù)量的期望最為顯著,其次是對于單株植物覆蓋面積和植物顏色的期望,而對植物氣味的期望是其中最不顯著的。

    圖4 植物環(huán)境期望調(diào)查Fig.4 Expectation of vegetation in different environment

    對環(huán)境期望的具體分布如表3所示。對于顏色期望來說,在5個調(diào)查地點,大部分期望均集中在“更多色彩”,其次是期望植物的顏色變得更綠,說明多數(shù)的受訪者更加偏向于多色彩和深綠的植物環(huán)境。對于氣味的期望就比較分散,受訪者在這一問題上對于不同期望(氣味變濃或變淡)呈現(xiàn)比較均衡的態(tài)勢。對于氣味來說,受試者對氣味的期望較為離散化。而對于植物的數(shù)量期望,期望數(shù)量增加的受訪者遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于希望數(shù)量減少的受訪者人數(shù);而期望單株植物覆蓋面積增加的受訪者也明顯多于減小的人數(shù),這說明受試者一般期望單株植物面積較大、數(shù)量較多的植物環(huán)境。

    表3 植物期望分布Table3 Distribution of vegetation expectations %

    2.4 植物配置及愉悅屬性

    針對不同的植物配置形式進(jìn)行研究,47%的受訪者偏愛花草園的植物配置形式,其次是綠籬草坪和灌木叢,喜歡喬木林的受訪者比例最少。在調(diào)查植物的哪種屬性能讓受訪者有愉悅感中,58%的受訪者選擇顏色,其次是層次感,再次是大小,而選擇植物數(shù)量和氣味的受訪者不到10%。從主觀角度來說,植物的顏色最能引起人體的愉悅感,其次是層次感。

    圖5 植物配置偏好(a)及愉悅特性分析(b)Fig.5 Evaluation of vegetation configuration (a)and joyful characteristics (b)

    2.5 生理參數(shù)

    在現(xiàn)場實驗時測試人體的部分生理參數(shù),其中包括腦電(EEG)、心電(ECG)及血氧飽和度。已有的研究表明:生理參數(shù)的變化能反映人體在當(dāng)前環(huán)境的舒適程度以及相應(yīng)的生理狀態(tài)[18-19]。其中,腦電波的變化能很靈敏地表現(xiàn)人體的神經(jīng)活動狀態(tài),從而獲得人體在當(dāng)前環(huán)境的舒適程度。腦電波依據(jù)頻率的高低可以分為4個波段:β,α,θ及δ。不同頻率的腦電波所占的比例反映人體所處的精神狀態(tài)。不同環(huán)境下人體腦電波中的不同波段的功率比如圖6所示。在郁金香工況下,β波功率所占比例是最高的,而δ波功率所占比例是最低的。這表明在郁金香工況下,人體比較興奮而且思維比較清晰,說明對當(dāng)前的環(huán)境比較滿意,能夠帶來較強(qiáng)烈的愉悅感。但腦電波的變化受到多種因素的共同影響,周圍環(huán)境的微小變化或者受試者心理狀態(tài)的起伏可能造成較大的腦電波動。而在綠草坪和櫻花林測試時,由于周圍環(huán)境人流量較大,對人體腦電產(chǎn)生的影響較多,因此,與對比工況的差別不大。

    圖6 不同環(huán)境下腦電波各波段功率比分布Fig.6 Global relative EEG power of different bands under different environments

    心電的變化也是反映人體生理狀態(tài)的1個重要參數(shù),心率用心臟的每分鐘跳動次數(shù)來衡量。每次心跳周期持續(xù)時間的差別稱為心率變異性。受交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)共同控制,人在不同的環(huán)境下,心率變異性的值會發(fā)生一定的變化,數(shù)據(jù)分析時采用心率的低、高頻比(LF/HF)來反映心率變異性的差別。心率及心率變異性平均值的變化如圖7所示。從圖7可見:心率的變化受人體內(nèi)在和外在因素的多重影響,在櫻花林工況下,人體的心率最高,可能與在櫻花林中人體的活動強(qiáng)度較高有關(guān),與對比工況相比,當(dāng)人們處于郁金香花叢及綠色草坪環(huán)境下時,人體的心率要略低。

    圖7 不同環(huán)境下心率及心率變異性的變化Fig.7 Variation of heart rate variability and heart rate under different vegetation environments

    當(dāng)人體處于較為舒適的狀態(tài)時心率變異性接近于1,人體心臟活動處于較為平穩(wěn)的狀態(tài)[18]。從圖7可見:與沒有植物的工況相比,有植物的環(huán)境下人體心臟活動較平穩(wěn),人體處于較舒適放松的狀態(tài)。

    對主觀問卷和客觀生理參數(shù)之間的相關(guān)性進(jìn)行分析,得出LF/HF與環(huán)境滿意度顯著負(fù)相關(guān)(p=0.05);LF/HF越高,對環(huán)境的滿意程度就越低。其他參數(shù)的相關(guān)性不強(qiáng)。LF/HF與環(huán)境總體滿意度、氣味滿意度及數(shù)量滿意度顯著相關(guān),LF/HF的變化能在一定程度上反映環(huán)境滿意度,LF/HF越高,對環(huán)境的滿意度就越低。而植物的氣味和數(shù)量是影響LF/HF的重要因素,當(dāng)人體處于較舒適的狀態(tài)下,人體的LF/HF也較低。在不同的植物環(huán)境工況下,心率變異性較低,說明人處于植物環(huán)境下較舒適和放松,這與植物環(huán)境的滿意度比無植物環(huán)境的滿意度高是一致的。其他生理參數(shù)也有一定的參考價值,如在郁金香工況下,受試者主觀的總體滿意度最高??陀^的腦電波功率比也表明,人的思維處于較為興奮而比較清醒的狀態(tài),人體心理上較為舒適??傮w上,郁金香工況下人體的舒適度及滿意度均較高。

    環(huán)境滿意度是人體對環(huán)境的心理反映,而生理參數(shù)則反映人體為適應(yīng)環(huán)境在生理上產(chǎn)生的變化。人體在環(huán)境中心理與生理的變化具有一定相關(guān)性。但人體生理參數(shù)是人體對外界環(huán)境變化的直接反映,相對比較敏感,容易受到其他因素的干擾作用,在研究中應(yīng)盡量排除干擾因素,并就實際情況進(jìn)行合理分析和解釋,今后可以作為評估人體在不同環(huán)境下滿意度及舒適感的重要手段。

    3 結(jié)論

    (1)通過問卷調(diào)查及生理參數(shù)測試,從主觀和客觀的角度分析植物對人體舒適性和環(huán)境滿意度的影響,其中不同植物屬性作用的程度是不同的:植物的顏色和氣味更能影響人體的舒適性和對環(huán)境的滿意度。環(huán)境期望調(diào)查表明:多色彩和大數(shù)量的植物環(huán)境受歡迎程度較高,受試者對花草園這種植物配置偏愛程度最高,植物的顏色是影響人體舒適性和滿意度的最主要因素。

    (2)與沒有植物的環(huán)境相比,受試者對有植物環(huán)境的總體滿意度得到顯著提高,其中顏色和氣味最能有效地提高人們對植物環(huán)境的整體滿意度。人體的整體熱舒適水平得到了顯著提高,其中竹林環(huán)境下人體的熱舒適水平最高,喬木林和竹林的風(fēng)環(huán)境較為適宜。

    (3)不同植物環(huán)境下的受訪者對植物環(huán)境的期望不同。受試者對植物顏色期望大部分集中在“更多色彩”,在實驗中植物氣味濃度不高,因而,大多數(shù)受試者對于氣味的期望普遍偏低,期望植物數(shù)量增加的人數(shù)最多。針對不同的植物配置形式進(jìn)行研究,47%的受訪者偏愛花草園的植物配置形式,58%的受訪者選擇顏色作為產(chǎn)生環(huán)境愉悅感的第一因素,其次是層次感和單株植物覆蓋面積的大小。

    (4)生理參數(shù)中心率變異性與環(huán)境滿意度的相關(guān)性最強(qiáng),因此,可考慮作為評價室外植物環(huán)境滿意度的1個參考指標(biāo)。其他生理參數(shù)能從一定程度上反映人體在當(dāng)前環(huán)境的舒適狀態(tài),但還存在一定的局限性。

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