人境交互：人因建筑學(xué)視角下的建筑空間信息與人體知覺反饋

李珺杰

趙如月

吳煒

金怡淳

一、神經(jīng)科學(xué)與人因建筑學(xué)

建筑師一直在不斷地探索建筑、環(huán)境和人三者之間的關(guān)系。不同于客觀物理環(huán)境的定量描述，從使用者心理出發(fā)的建筑環(huán)境主觀評(píng)價(jià)多為定性因子。當(dāng)環(huán)境和建筑空間發(fā)生變化時(shí)，人的主觀“感覺”難以精確地描述[1-2]。在現(xiàn)實(shí)的使用環(huán)境中，使用者的主觀評(píng)價(jià)受到心理、時(shí)間、事件、生理等多方面的因素影響，主觀問卷的數(shù)據(jù)不能排除干擾因素，真實(shí)、客觀地反映人體的主觀滿意度感受，因此數(shù)據(jù)模糊，缺乏準(zhǔn)確性[3]。

神經(jīng)科學(xué)方法近年來被引入到人因建筑學(xué)的領(lǐng)域，用于探討建筑環(huán)境對(duì)人類感知的影響[4-5]。相對(duì)于傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)醫(yī)學(xué)，循證設(shè)計(jì)（Evidence-Based Design）[6]強(qiáng)調(diào)運(yùn)用科學(xué)的研究方法和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來分析建筑環(huán)境對(duì)患者健康、工作效率、建筑能耗等方面的實(shí)證效果和積極影響，是在循證醫(yī)學(xué)和環(huán)境心理學(xué)基礎(chǔ)上誕生的一種設(shè)計(jì)思想[7-8]。利用循證醫(yī)學(xué)中的手段，例如EEG 信號(hào)、fMRI、PET、ERP、MEG 等神經(jīng)成像技術(shù)來量化評(píng)價(jià)人體生理表現(xiàn)的手段越來越多地受到關(guān)注[9]，利用定量和客觀的實(shí)驗(yàn)手段，用來檢測(cè)建筑、人、環(huán)境三者之間的影響關(guān)系[10]。亞歷山大·科本（Alexander Coburn，2019）等美國(guó)研究者基于實(shí)驗(yàn)室空間，通過讓受試者佩戴EEG 觀看對(duì)比照片的實(shí)驗(yàn)，獲取受試者的腦電數(shù)據(jù)，研究室內(nèi)自然因素對(duì)人心理的影響，研究發(fā)現(xiàn)室內(nèi)自然因素的色彩和形狀是影響人心理的主要因素[11]；瓦倫·庫馬羅賈（Varun KumarOjha，2019）等瑞士、德國(guó)研究者基于實(shí)驗(yàn)室空間，通過檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中受試者的皮膚電信號(hào)變化，研究城市環(huán)境對(duì)人生理因素的影響[12]。

從實(shí)驗(yàn)室實(shí)證研究手段來看，大量的實(shí)驗(yàn)研究提供了一些可供選擇的、高可信度的實(shí)驗(yàn)手段。例如在心理方面，大多數(shù)研究采用的手段是基于PMV 模式——一種通過計(jì)算平均投票數(shù)的方法——的心理調(diào)查問卷[13-14]。基于實(shí)驗(yàn)室空間，通過讓受試者在實(shí)驗(yàn)中填寫相關(guān)的心理問卷來獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，最終評(píng)估受試者的心理變化，此種方法操作方便，對(duì)于受試者心理有一定的評(píng)價(jià)效果，但是容易受到受試者主觀意愿以及外部因素的干擾[15-16]。在生理方面，基于實(shí)驗(yàn)室空間，讓受試者佩戴測(cè)定人生理因素的儀器（包括皮膚電信號(hào)、心率、出汗率、指尖溫度等），通過實(shí)驗(yàn)獲取信號(hào)數(shù)據(jù)[17-18]，此種方法能反映受試者的生理變化但受限于設(shè)備本身，生理變化反饋研究尚不成熟，缺乏針對(duì)性。在工作效率方面，通過讓受試者在實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)行不同類型的認(rèn)知實(shí)驗(yàn)（字色干擾實(shí)驗(yàn)、無意義圖形再認(rèn)實(shí)驗(yàn)等），獲取實(shí)驗(yàn)中的反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)效率等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來評(píng)價(jià)工作效率[19-20]。這種方式可以有效地評(píng)價(jià)人的工作效率，但研究的重點(diǎn)關(guān)注在人腦的工作效率方面，沒有建立起有效的空間環(huán)境與人腦反饋間的關(guān)聯(lián)，不能完全等同實(shí)際工作情況下的工作效率，具有一定的局限性。

1.腦電信號(hào)的獲取與分析

大腦約占體重的2%，卻消耗人體總能量的20%[21]。當(dāng)大腦中的神經(jīng)元被激活時(shí)，細(xì)胞膜上的電壓會(huì)發(fā)生變化，神經(jīng)元的同步電壓變化可以共同產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)，即為腦電信號(hào)。腦電信號(hào)檢測(cè)，即EEG，是一種非侵入性技術(shù)，通過放置在頭皮表面的電極監(jiān)測(cè)記錄大腦的電活動(dòng)。腦電圖通過直接捕捉中樞神經(jīng)系統(tǒng)的活動(dòng)，可以準(zhǔn)確反映大腦神經(jīng)活動(dòng)和被試者的認(rèn)知狀態(tài)。[22]式樣一致、周期一致且重復(fù)出現(xiàn)的腦電信號(hào)，稱為腦電節(jié)律。[23]大量的醫(yī)學(xué)、神經(jīng)學(xué)研究表明，腦電節(jié)律與人腦的工作狀態(tài)有著緊密的聯(lián)系（表1）[24-25]。

腦電節(jié)律分布與特征[25] 表1

2.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境調(diào)控

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能快速完成大量空間及環(huán)境元素的構(gòu)建及模擬，并提供沉浸式展示，設(shè)計(jì)者及終端用戶能夠非?？焖俚赝瓿纱x方案的評(píng)價(jià)及擇優(yōu)實(shí)驗(yàn)，從而大大縮短設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)的周期。VR 技術(shù)在建筑環(huán)境中的研究近年來有了一定的拓展，例如利用VR 技術(shù)展開適老色彩環(huán)境循證設(shè)計(jì)方法的探索，通過模擬真實(shí)建筑空間及空間中的視覺要素，進(jìn)行空間建構(gòu)和沉浸式色彩呈現(xiàn)，達(dá)到循證設(shè)計(jì)流程的有效性，證明了VR 技術(shù)在科學(xué)實(shí)驗(yàn)方面的可靠度[26]。也有學(xué)者利用VR 模型結(jié)合眼動(dòng)儀設(shè)備，展開傳統(tǒng)村落、校園或者交通樞紐空間的視覺認(rèn)知與行為機(jī)制研究[27]。

通過實(shí)驗(yàn)室環(huán)境調(diào)控技術(shù)，在特定的實(shí)驗(yàn)空間改變某一類參數(shù)（如光、溫、濕、風(fēng)、雨、空氣、尺度、界面等），從而發(fā)現(xiàn)人、建筑與環(huán)境作用規(guī)律的方法已較為成熟[28]。在日本現(xiàn)今已擁有各類專業(yè)人工氣候室，其中大型和專用型70 余座。鉾井修一等在實(shí)驗(yàn)艙中基于stolwijk 多節(jié)點(diǎn)熱生理模型，對(duì)日常生活中典型的行為活動(dòng)（坐、立、走、沐浴、睡眠等）的熱生理反應(yīng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與預(yù)測(cè)對(duì)比硏究[29]。天津大學(xué)為研究建筑空間設(shè)計(jì)要素與主觀熱感受之間的關(guān)聯(lián)而設(shè)計(jì)建造環(huán)境實(shí)驗(yàn)艙，研究空間尺度、空間界面、空間光照度等要素對(duì)人行為的影響[30]。

二、建立EEG+VR+LEC 的人因建筑學(xué)研究方法

本研究主要采用了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）、腦電信號(hào)采集技術(shù)（EEG）和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境調(diào)控技術(shù)（LEC）的實(shí)驗(yàn)手段。實(shí)驗(yàn)通過基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境調(diào)控生成的虛擬空間來營(yíng)造不同場(chǎng)景的浸入式空間體驗(yàn)（表2），并通過腦電信號(hào)采集帽獲取受試者在仿真空間中的腦電信號(hào)數(shù)據(jù)，以此探討空間環(huán)境和使用者生理、心理以及工作效率之間的關(guān)聯(lián)性（圖1）。最后，本研究將針對(duì)一座可持續(xù)災(zāi)后應(yīng)急建筑項(xiàng)目對(duì)該實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行驗(yàn)證，用以指導(dǎo)和優(yōu)化建筑空間設(shè)計(jì)。

圖1： 探究建筑空間、建筑環(huán)境和人體知覺之間的關(guān)聯(lián)

研究首先通過對(duì)大量圖像樣本的對(duì)比分析，選取3 個(gè)不同類型且差異性較大的場(chǎng)景，即開敞的自然環(huán)境、半開敞的圖書館環(huán)境、封閉的地下室空間（表3），對(duì)場(chǎng)景差異化的選擇利于增強(qiáng)不同場(chǎng)景對(duì)人生理、心理以及工作效率的影響，并更好地反饋到腦電信號(hào)數(shù)據(jù)的變化之中。接著讓受試者在3 個(gè)場(chǎng)景的虛擬仿真空間中進(jìn)行調(diào)查問卷和認(rèn)知實(shí)驗(yàn)的測(cè)試，在實(shí)驗(yàn)測(cè)試過程中記錄相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括腦電信號(hào)、實(shí)驗(yàn)室物理環(huán)境數(shù)據(jù)、調(diào)查問卷、認(rèn)知實(shí)驗(yàn)完成時(shí)間等。最后對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多層次交叉對(duì)比分析。

三個(gè)場(chǎng)景中實(shí)驗(yàn)室物理環(huán)境控制范圍 表2

研究要求受試者需要有活躍的思維、對(duì)外界刺激敏銳的感知以及清晰明白的表達(dá)能力，因此，實(shí)驗(yàn)選擇了30 名（15 名男生和15 名女生）18 ～25 歲不同專業(yè)的在校大學(xué)生，身心健康、近期無重大疾病者作為實(shí)驗(yàn)受試者。為了保證實(shí)驗(yàn)過程的科學(xué)性和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，減少受試者自身差異和腦電信號(hào)數(shù)據(jù)易受外界干擾特性的影響，實(shí)驗(yàn)開展遵循以下三個(gè)步驟（圖2）：

圖2： 每個(gè)場(chǎng)景實(shí)驗(yàn)流程

1）在受試者佩戴好VR 和EEG 儀器設(shè)備之后，進(jìn)行30s 的閉眼休息和4min 的場(chǎng)景適應(yīng)。閉眼休息可減少由于佩戴VR和EEG 設(shè)備的個(gè)人適應(yīng)性而造成的生理和心理波動(dòng)。場(chǎng)景適應(yīng)讓受試者快速沉浸到虛擬仿真空間之內(nèi)，以反饋?zhàn)钫鎸?shí)的空間體驗(yàn)感。

場(chǎng)景信息列表 表3

2）進(jìn)行基于語義學(xué)解析法（SD 法）的空間主觀問卷調(diào)查[31]?？臻g主觀問卷從場(chǎng)景認(rèn)知感受、空間參數(shù)感受、物理環(huán)境感受三個(gè)層面評(píng)價(jià)受試者在三個(gè)不同虛擬仿真空間的心理感受。

3）根據(jù)人體認(rèn)知層次，進(jìn)行4 種不同類型的認(rèn)知實(shí)驗(yàn)，即斯特魯普字色干擾實(shí)驗(yàn)、數(shù)字計(jì)算實(shí)驗(yàn)、無意義圖形再認(rèn)實(shí)驗(yàn)、符號(hào)數(shù)字模擬實(shí)驗(yàn)。從四個(gè)層次全面地評(píng)價(jià)不同空間場(chǎng)景下受試者的工作效率（圖3、圖4）。

圖3： 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境設(shè)置

圖4： 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景照片

三、人體生理感知與建筑空間環(huán)境的規(guī)律解析

1.尋找目標(biāo)點(diǎn)

EEG 的波幅代表腦電位的強(qiáng)度，波幅大小與參與同步放電的神經(jīng)元數(shù)量以及神經(jīng)元的排列方向等密切相關(guān)[32]。如果參與同步放電的神經(jīng)元數(shù)量多，神經(jīng)元排列方向一致，且與記錄電極的距離較近，則其波幅增高；反之，則降低[33]。

通過實(shí)驗(yàn)，研究獲取了30 位受試者在3 個(gè)不同場(chǎng)景下的腦電數(shù)據(jù)。基于大量數(shù)據(jù)的分析，研究首先需要摘選出當(dāng)場(chǎng)景切換后的場(chǎng)景適應(yīng)階段，腦電變化最劇烈的若干點(diǎn)位Ph，作為研究對(duì)象。研究結(jié)論的生成邏輯如下：

1）在場(chǎng)景適應(yīng)階段，選取30 位受試者腦電波穩(wěn)定的10s 區(qū)間，排除掉眨眼、轉(zhuǎn)頭、接觸不良等干擾因素。

2）對(duì)三個(gè)場(chǎng)景以S1&S2、S2&S3、S1&S3兩兩進(jìn)行波段的相關(guān)性分析。對(duì)相關(guān)系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)于|R|＜0.2 的標(biāo)記為RA；對(duì)于|R|≥0.2 的標(biāo)記為RB。RA說明兩兩場(chǎng)景比較下，腦電電勢(shì)差異性顯著（significant differences）；RB說明兩兩場(chǎng)景比較下，腦電電勢(shì)差異性不顯著（圖5）。圖6 中越趨于紅色，說明腦電電勢(shì)差異性越顯著；越趨于藍(lán)色，說明腦電電勢(shì)差異性越不顯著。

圖5： 代表點(diǎn)（|R|最大、|R|最小、|R|居中）相關(guān)系數(shù)分布

3）統(tǒng)計(jì)32 個(gè)點(diǎn)位RA的數(shù)量，并進(jìn)行排序。定位排序前4 名點(diǎn)位為腦電變化最劇烈的Ph1～4（限于篇幅因素，本文只列舉了部分點(diǎn)位的相關(guān)系數(shù)分布）。

4）確定Ph1～4 為分別位于額葉的F7，頂葉的CP2，右顳葉的FC6 點(diǎn),以及枕葉的P3。并在腦電點(diǎn)位圖中標(biāo)記出來（圖6）。

圖6： 大腦點(diǎn)位中場(chǎng)景切換相關(guān)性分布（圖中點(diǎn)位越趨于紅色，說明腦電電勢(shì)差異性越顯著；越趨于藍(lán)色，說明腦電電勢(shì)差異性越不顯著）

5）通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，從整體分區(qū)來看，右顳葉區(qū)的腦電電勢(shì)差異性較其他區(qū)域顯著。

因此，經(jīng)過三個(gè)場(chǎng)景的切換前后，30位受試者腦電勢(shì)的兩兩相關(guān)性比較，可確定Ph1～4 為分別位于額葉的F7，頂葉的CP2，右顳葉的FC6 點(diǎn)，以及枕葉的P3。此外，從整體分區(qū)來看，右顳葉區(qū)的腦電電勢(shì)差異性較其他區(qū)域顯著。由此，研究將聚焦于Ph1～4 和右顳葉區(qū)，來進(jìn)一步研究人腦與空間環(huán)境間的作用肌理。

2.建立節(jié)律與效率的關(guān)聯(lián)性

式樣一致、周期一致且重復(fù)出現(xiàn)的腦電，稱為腦電節(jié)律[34]。大量的醫(yī)學(xué)的、神經(jīng)學(xué)的研究表明，腦電節(jié)律與人腦的工作狀態(tài)有著緊密的聯(lián)系[35-37]。由上節(jié)得出的結(jié)論發(fā)現(xiàn)，右顳葉區(qū)在場(chǎng)景切換前后的變化最為顯著，這與醫(yī)學(xué)上分析出的主要位于顳葉和額葉區(qū)域的β波結(jié)論吻合[38]。而β波反映的是積極思考、注意或解決特定問題的大腦活動(dòng)，這與論文希望證明的場(chǎng)景環(huán)境與工作效率間的關(guān)聯(lián)機(jī)制有著重要的關(guān)系。

由于β波與有意識(shí)或處于清醒、專注和警覺狀態(tài)密切相關(guān)，因此，研究將統(tǒng)計(jì)個(gè)體在認(rèn)知實(shí)驗(yàn)的總時(shí)長(zhǎng)T與β節(jié)律的耦合關(guān)系——T是在保證正確率的情況下記錄的時(shí)長(zhǎng)。將總時(shí)長(zhǎng)T與β節(jié)律占比統(tǒng)計(jì)做出統(tǒng)計(jì)學(xué)的回歸分析，發(fā)現(xiàn)在四類題目中，總時(shí)長(zhǎng)T與β節(jié)律占比均存在著反比關(guān)系，即β節(jié)律占比越大，任務(wù)完成期間的耗時(shí)越短，β節(jié)律占比越小，任務(wù)完成期間的耗時(shí)越長(zhǎng)。也正說明了β波與人腦工作的效率成正比，在β波比較活躍的情況下，有利于人腦高效率地完成任務(wù)（圖7）。因此，本階段的研究結(jié)論，即β波與人腦的工作效率有正比的關(guān)系，將作為下個(gè)階段研究不同場(chǎng)景對(duì)β波的激發(fā)作用機(jī)理的研究基礎(chǔ)。

圖7： 分計(jì)時(shí)長(zhǎng)T與分計(jì)β節(jié)律占比的回歸分析

將30 位受試者的T與β擬合成為一個(gè)關(guān)系公示。初步地將T與β建立一個(gè)一次函數(shù)的關(guān)系式。可以看出β是T的一個(gè)函數(shù)，并且兩者之間存在著一定的反比關(guān)系（圖8）。

圖8： 總時(shí)長(zhǎng)T與總β節(jié)律占比的回歸分析

3.研究場(chǎng)景信息與β 波的關(guān)聯(lián)性

根據(jù)上節(jié)得出的結(jié)論，β波的能量會(huì)影響到受試者的工作效率，兩者呈正比關(guān)系。因此，本節(jié)將討論在三個(gè)不同的場(chǎng)景下（自然環(huán)境、半開敞的大空間、封閉的地下室），對(duì)受試者大腦的β波的激發(fā)情況。研究結(jié)論的生成邏輯如下：

1）統(tǒng)計(jì)三個(gè)場(chǎng)景中β波的總能量

通過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在場(chǎng)景1 自然環(huán)境中，受試者平均產(chǎn)生的β波的總能量最高，場(chǎng)景2 和場(chǎng)景3 的人工環(huán)境中，β波的總能量相近，大空間略優(yōu)于小空間。三個(gè)場(chǎng)景β波的總能量排序如下：

2）分析場(chǎng)景參數(shù)的差異性

實(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)驗(yàn)人員對(duì)受試者做了主觀問卷的調(diào)查。主觀問卷的問題兩兩成對(duì)出現(xiàn)，一個(gè)是受試者對(duì)某種情況的認(rèn)知，反映在生理層面上，例如視覺、聽覺、觸覺、溫度、光環(huán)境等；另一種是受試者對(duì)該情況的感受評(píng)價(jià)，反映在心理層面上，即該信息通過生理反應(yīng)，傳遞給大腦，由大腦做出判斷后產(chǎn)生的心理活動(dòng)或者是情緒。

依據(jù)主觀問卷調(diào)查的得分情況，研究將三個(gè)場(chǎng)景下該10s 內(nèi)的β波與主觀調(diào)研問卷的得分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)的相關(guān)性分析（圖9）。研究發(fā)現(xiàn)，生理方面（SSRV、SCRV、TSV、LSV）與β波的相關(guān)性較小，而心理層面上（SSCV、SCCV、TCV、LCV） 與β波 的相關(guān)性較大。即從生理層面上對(duì)β波的影響均小于從心理層面上對(duì)β波的影響。例如即使使用者感知到空間尺度狹小，但是如果使用者判斷覺得該空間是舒適的，對(duì)應(yīng)的β波的占比就較大，從而在該空間的工作效率也就越高。又如即使使用者身體感知該環(huán)境的溫度較低，但是若使用者經(jīng)過大腦反饋，心理上感覺該環(huán)境舒適，則對(duì)應(yīng)的β波的占比也會(huì)增大，從而在該空間的工作效率也就越高。

圖9： 三個(gè)場(chǎng)景中主觀問卷與β波占比的相關(guān)性分析

主觀問卷里還包括了受試者對(duì)于情緒、注意力、VR 環(huán)境的舒適度及滿意度的問卷調(diào)查，該組問題每個(gè)場(chǎng)景的實(shí)驗(yàn)前和實(shí)驗(yàn)后均要求受試者做出評(píng)價(jià)（圖10）。研究發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)前的問卷得分與β波占比的相關(guān)性系數(shù)均大于實(shí)驗(yàn)后的數(shù)據(jù)。其中，受試者的情緒和注意力與β波占比的相關(guān)性顯著，說明受試者的β波很大程度上受到受試者心理狀態(tài)的影響，因此主觀滿意度將很大程度上影響到受試者的工作效率。而VR 環(huán)境的舒適度與滿意度與β波占比的相關(guān)性不顯著，說明VR 在本次實(shí)驗(yàn)中受試者的浸入式感受良好，VR 場(chǎng)景的效果逼真，實(shí)驗(yàn)結(jié)果受到VR 虛擬仿真效果的影響較小。

圖10： 實(shí)驗(yàn)前后主觀問卷與β波占比的相關(guān)性分析

四、人因建筑學(xué)研究方法對(duì)建筑設(shè)計(jì)的反饋

BBBC 項(xiàng)目是一座可持續(xù)災(zāi)后應(yīng)急建筑，項(xiàng)目位于河北張家口，建成于2021 年，建筑面積為155m2。在災(zāi)后應(yīng)急的設(shè)計(jì)背景下，為了居住者更好地進(jìn)行休息、放松與社交活動(dòng)，設(shè)計(jì)了半開敞的棚下灰空間，面積達(dá)到245m2。為了驗(yàn)證該建筑空間對(duì)使用者生理和心理的影響并對(duì)設(shè)計(jì)優(yōu)化產(chǎn)生有效的反饋，本研究以BBBC 項(xiàng)目為例，進(jìn)行了基于VR+EEG+LEC 實(shí)驗(yàn)（圖11）。

圖11： 真實(shí)建筑場(chǎng)景與虛擬場(chǎng)景對(duì)比

1.反饋實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)通過引入壓力，記錄被試者在受情緒壓力后在BBBC 建筑灰空間中以及其他不同場(chǎng)景的腦電信號(hào)和主觀問卷數(shù)據(jù)，探求具有一定庇護(hù)的棚下灰空間的休息和放松效益。實(shí)驗(yàn)除BBBC 建筑外，選取了較為封閉的災(zāi)后板房建筑以及開敞的自然空間環(huán)境作為對(duì)照?qǐng)鼍?，記錄?0名（15 名男生與15 名女生）18～25 歲不同專業(yè)的在校大學(xué)生的腦電信號(hào)數(shù)據(jù)及主觀問卷數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)開展遵循以下四個(gè)步驟：

1）受試者佩戴儀器并進(jìn)行3min 的休息，以減少心理波動(dòng)。

2）通過情緒影片、英語朗讀和心算引入壓力。

3）被試者進(jìn)入虛擬仿真空間進(jìn)行5min 休息與放松。

4）填寫基于情緒、空間認(rèn)知感受以及物理環(huán)境感受三層面的問卷（表4，圖12）。

圖12： 實(shí)驗(yàn)流程

場(chǎng)景信息列表 表4

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)論對(duì)建成建筑效果的驗(yàn)證與反饋

根據(jù)前文實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論：主要產(chǎn)生于右顳葉的FC6 點(diǎn)位的β波能量高低與大腦注意集中、緊張、警覺有關(guān)，本次實(shí)驗(yàn)同樣分析了這一點(diǎn)位的β波能量，并選取30 位受試者腦電波穩(wěn)定的10s 區(qū)間，排除掉眨眼、轉(zhuǎn)頭等干擾因素，對(duì)能量值進(jìn)行了兩方面的分析。

1）三個(gè)場(chǎng)景β波的總能量驗(yàn)證設(shè)計(jì)

比較三場(chǎng)景該10s 內(nèi)β波的總能量高低。同時(shí)進(jìn)行了假設(shè)：如β波能量高，則受試者在休息時(shí)處于緊張狀態(tài)，不利于休息放松。如β波能量較低，則受試者緊張程度較小，得到了較好的休息與恢復(fù)。通過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，受試者在場(chǎng)景1 封閉板房空間與場(chǎng)景3 自然空間的β波的總能量均高于場(chǎng)景2 BBBC 住宅空間。三個(gè)場(chǎng)景β波的總能量排序如下：

由此可得，受試者在BBBC 灰空間中得到了更好的放松與休息。艾普頓（Appleton）提出的瞭望理論中[39]，人類在進(jìn)化過程中保留了作為捕獵者和獵物的雙重身份產(chǎn)生的環(huán)境偏好，即既需要對(duì)外界環(huán)境保持良好的視野，又需要一定的空間庇護(hù)元素。這與BBBC 棚下灰空間的設(shè)計(jì)較為契合。

2）β波能量與主觀問卷的關(guān)聯(lián)性

研究同樣將三個(gè)場(chǎng)景下該10s 內(nèi)的β波與主觀調(diào)研問卷的得分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)的相關(guān)性分析。研究發(fā)現(xiàn)，受試者的情緒和精神放松度的主觀感受和β波更多地顯示較大的負(fù)相關(guān)性，即使用者的自我感知的情緒越舒緩，精神感受到越放松，對(duì)應(yīng)β波占比越小，這一結(jié)論也有效地支持了前文的假設(shè)（圖13）。

圖13： 主觀問卷與β波占比的相關(guān)性分析

五、研究總結(jié)與展望

本文研究揭示了建筑空間信息與人體知覺反饋的關(guān)聯(lián)機(jī)制。在未來的研究中，可以進(jìn)一步基于計(jì)算機(jī)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)中的算法開發(fā)，形成面向應(yīng)用的量化模型，將實(shí)驗(yàn)室循證嵌入設(shè)計(jì)過程，完成程序編寫與軟件開發(fā)。設(shè)計(jì)方法可用于挖掘醫(yī)療、商業(yè)、辦公、地下、特殊環(huán)境等場(chǎng)所中，使用者的生理反饋與空間場(chǎng)景的作用機(jī)理，并且對(duì)設(shè)計(jì)優(yōu)化產(chǎn)生有效的反饋。未來的研究可以形成利于EEG 數(shù)據(jù)的分析范式，并直觀反饋于可視化平臺(tái)，針對(duì)典型空間環(huán)境進(jìn)行應(yīng)用與檢驗(yàn)。例如在辦公空間中，通過設(shè)計(jì)要素的調(diào)整，刺激腦電節(jié)律，從而提高工作效率；在商業(yè)空間中，通過空間要素的改變，刺激腦電節(jié)律，從而提高消費(fèi)者的消費(fèi)情緒；在地下空間或醫(yī)療空間，通過有限的環(huán)境要素提升使用者的舒適度和滿意度，從而影響到使用者的健康程度。