人因工程方法在軌交站域空間人性化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探索：以南京市3個(gè)地鐵站為例

楊柳

0 引言

聯(lián)合國發(fā)布的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)中明確提出了建設(shè)可持續(xù)及韌性城市的需要，軌道交通、步行等可持續(xù)交通方式已納入2030 年可持續(xù)發(fā)展議程中。在此背景下，以公共交通為導(dǎo)向的城市開發(fā)（TOD）引起了學(xué)界越來越多的關(guān)注，TOD 將居住、工作、商業(yè)和公共開放空間等功能整合在軌道交通站點(diǎn)（以下簡稱“軌交站點(diǎn)”）周邊步行可達(dá)的范圍內(nèi)，是促進(jìn)可持續(xù)交通方式使用的有效手段。其中，軌交站點(diǎn)周邊的公共空間具有明顯的人流集聚效應(yīng)、與城市空間互動關(guān)系緊密，其人性化設(shè)計(jì)議題是近年來研究關(guān)注的熱點(diǎn)，研究成果有望促進(jìn)城市高品質(zhì)空間發(fā)展。

本研究將采用人因工程實(shí)驗(yàn)的方法，探究地鐵站周邊公共開放空間的不同設(shè)計(jì)策略對人情緒的影響。以南京市鼓樓、大行宮和新街口地鐵站站域空間為研究對象，通過定性和定量數(shù)據(jù)分析，采用PAD 情緒分析模型來深入研究人在這些空間中的情緒反應(yīng)，此研究將致力于推進(jìn)以人為本的交通—空間系統(tǒng)整合設(shè)計(jì)[1]。

1 研究背景

TOD 作為一項(xiàng)重要的城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)策略，旨在增加公共交通和慢行交通的使用[2]，其成功的關(guān)鍵要素之一是提高軌交站點(diǎn)周邊區(qū)域的步行可達(dá)性，這一區(qū)域也被稱為“站域空間”（catchment area），即車站對土地利用和開發(fā)產(chǎn)生巨大影響的空間區(qū)域（美國公共交通協(xié)會，2009）[3]。公共空間（如廣場）是站域空間的重要組成部分，不同交通方式的使用者們聚集在此，形成了獨(dú)特的活力和社交場所[4]。因此，關(guān)注站點(diǎn)周邊公共空間的人性化設(shè)計(jì)[5]，包括便捷的交通連接、舒適的休憩區(qū)域、安全的行走路徑等，可以提升人們的出行體驗(yàn)、鼓勵(lì)步行和公共交通的使用，減少對私人汽車的依賴，從而改善城市交通擁堵問題、減少環(huán)境污染，并為城市創(chuàng)造更宜居、可持續(xù)的環(huán)境[6-8]。在站域公共開放空間的設(shè)計(jì)中，開敞度、綠色植被、功能布局等是重要的物理環(huán)境設(shè)計(jì)要素[9-11]；此外，由于公共空間的社會屬性、與人類活動的密切互動關(guān)系[11]，物理空間的設(shè)計(jì)還需要考慮人的需求和行為。

以人為本的設(shè)計(jì)思維在交通工程和公共空間設(shè)計(jì)中由來已久[13-14]，Schlüter 等[15]指出人類通過感知和行為與交通站點(diǎn)和空間進(jìn)行互動。為了構(gòu)建以人為中心的城市交通空間系統(tǒng)，人因工程學(xué)受到高度的重視，在軌道交通站點(diǎn)設(shè)計(jì)及個(gè)體行為研究中也有所運(yùn)用[16-19]。人因工程學(xué)的核心理念是以人為本，即在設(shè)計(jì)和應(yīng)用中將人的需求和能力置于首要考慮的位置。在建筑學(xué)領(lǐng)域中，人因工程學(xué)、環(huán)境行為學(xué)[20]扮演著重要角色，旨在把滿足人的多層次生理、心理需求與城市建成環(huán)境的功能有機(jī)地統(tǒng)一起來。然而，大多數(shù)環(huán)境行為學(xué)研究使用定性方法，如實(shí)地調(diào)查，針對城市空間的設(shè)計(jì)理念主要基于理論家和設(shè)計(jì)師的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)或主觀判斷。采用控制實(shí)驗(yàn)可以更為有效地挖掘人與環(huán)境的交互作用，從而找到二者因果關(guān)系的客觀支持[21]；其中，人的情緒反應(yīng)[22-23]，是重要的實(shí)驗(yàn)觀察內(nèi)容，可以表征人對不同環(huán)境的適應(yīng)性和喜悅程度。

情緒反應(yīng)（emotional response）指的是“個(gè)體從各種行為選擇和反應(yīng)中選擇適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)并抑制其他不適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)”[24]。衡量一個(gè)人的情緒狀態(tài)有兩種常見的模型，即離散模型和維度模型。離散模型假設(shè)所有的人類情緒都可以從一定數(shù)量的基本情緒（如恐懼和快樂）中推導(dǎo)出來，而維度模型認(rèn)為情緒反應(yīng)根據(jù)幾個(gè)基本維度進(jìn)行組織。從環(huán)境行為心理學(xué)的角度，Mehrabian 和Russell[25]提出了情緒維度模型（PAD），將環(huán)境刺激與愉悅度（Pleasure）、喚醒度（Arousal）和支配度（Dominance）的情緒反應(yīng)聯(lián)系起來，這3 個(gè)維度已被用作情緒反應(yīng)的重要評估指標(biāo)[26-27]。

綜上，以人為本的軌交站域公共空間設(shè)計(jì)是研究熱點(diǎn)，但從人的情緒反應(yīng)角度展開的設(shè)計(jì)策略的探索仍有待進(jìn)一步深入；引入人因工程學(xué)、控制實(shí)驗(yàn)等方法可以增強(qiáng)研究的科學(xué)性，彌補(bǔ)定量研究的不足。

2 研究方法

2.1 情緒評價(jià)方法

本研究采用PAD 維度模型來衡量人的情緒反應(yīng)，每個(gè)維度可以由不同的生理及心理數(shù)據(jù)進(jìn)行測度。依據(jù)Mauss 和Robinson[27]對情緒測量方法的系統(tǒng)性綜述，本文采集了自主神經(jīng)系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、情感調(diào)節(jié)的驚跳反應(yīng)、主觀感受4 個(gè)方面的數(shù)據(jù)。

自主神經(jīng)系統(tǒng)是外周神經(jīng)系統(tǒng)的一部分，負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)心跳、呼吸等重要功能，該系統(tǒng)又可進(jìn)一步化分為交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)兩個(gè)部分，分別與情感激活和放松相關(guān)。自主神經(jīng)系統(tǒng)反應(yīng)一般通過心血管反應(yīng)（心率變異性[heart rate variability,HRV]是常見的測量指標(biāo)）或皮膚電反應(yīng)（皮膚電活動[electrodermal activity,EDA]是常用測量指標(biāo)）[28]進(jìn)行評估。人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)包括大腦、脊髓和神經(jīng)元，通常使用正電子發(fā)射斷層掃描和腦電圖（EEG）來量化大腦活動，腦電圖信號對評估情緒非常有用[29]。驚跳反應(yīng)是人體的一種本能反射機(jī)制，有助于避免來自外界的威脅。驚跳反應(yīng)涉及多種運(yùn)動行為，如背部收縮和眨眼（Eyeblink）等，眨眼頻率多被用于研究多巴胺對注意力分配及感知任務(wù)中額葉皮質(zhì)的影響，是衡量情緒愉悅的重要指標(biāo)[30]。

2.2 數(shù)據(jù)采集與分析

在此基礎(chǔ)上，本研究采集了人在不同的軌道交通站點(diǎn)空間中的4 項(xiàng)生理數(shù)據(jù)，包括HRV、EDA、EEG 和眨眼頻率數(shù)據(jù)（表1）。

表1 生理數(shù)據(jù)采集內(nèi)容及所表征的情緒維度

HRV 可表征人的心臟適應(yīng)不斷變化的環(huán)境刺激的能力，它反應(yīng)了人體在一段時(shí)間內(nèi)相鄰心跳之間的變化情況。具體而言，選取其中的心率（HR）、全部正常心跳間距標(biāo)準(zhǔn)差（SDNN）、相鄰值平方和的均方根（RMSSD）、相鄰正常間期差異大于50ms 的百分比（pNN50）指標(biāo)評價(jià)人的愉悅度[28]。

EDA 指的是皮膚電學(xué)特性的自主變化，可表征人的情緒喚醒程度。最廣泛研究的指標(biāo)是皮膚電導(dǎo)（SC），也被稱為電導(dǎo)皮膚反應(yīng)或皮膚電反應(yīng)，通過在皮膚上的兩個(gè)接觸點(diǎn)之間施加電勢并測量它們之間產(chǎn)生的電流來獲得。EDA 包括基礎(chǔ)張力活動（皮膚電導(dǎo)水平SCL）和由交感神經(jīng)活動引起的快速相位活動（皮膚電導(dǎo)反應(yīng)SCR）[28]。

腦電數(shù)據(jù)可以用來評估人的感知、認(rèn)知行為和與情感過程相關(guān)的大腦活動，揭示人情緒的喚醒度及支配度。其中，Theta（θ）波頻率4～8Hz，振幅20～150μV，該波段一般在頂區(qū)與顳區(qū)比較明顯，通常健康成人在清醒狀態(tài)下記錄不到Theta 波，在困倦狀態(tài)下才可以記錄到。Alpha（α）波頻率8～14Hz，振幅20～100μV，該波段在人體頭部的枕區(qū)和頂區(qū)比較明顯，一般認(rèn)為Alpha 波是大腦皮層在清醒、安靜狀態(tài)下的主要電活動。該研究還測量了前額葉不對稱性（比較大腦左半球和右半球的α 波功率），有研究表明，更強(qiáng)的左側(cè)大腦活動表明更強(qiáng)烈的愉快情緒和更強(qiáng)的掌控感[31]。

眼動數(shù)據(jù)的分析可以得到與人腦認(rèn)知工作負(fù)荷相關(guān)的基本信息，其中的眨眼頻率與個(gè)體的注意力相關(guān)，低頻率的眨眼一般意味著注意力高度集中，高頻率的眨眼則意味著注意力不集中或者個(gè)體處于困倦狀態(tài)；因而可以反應(yīng)情緒的愉悅度[32]。

2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)招募34 名受試人員，其中4 人參加了預(yù)實(shí)驗(yàn)，其余30 位被試人員被分為6 組，分別在6 天內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)于2021 年12 月進(jìn)行（圖1）。每組人員在到達(dá)指定地鐵站后，實(shí)驗(yàn)員先就實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容進(jìn)行講解，并指導(dǎo)受試人員佩戴ErgoLAB 等便攜式無線生理記錄設(shè)備（記錄HRV、EDA、行為軌跡數(shù)據(jù)），每組中有1 名人員同時(shí)佩戴了無線可穿戴腦電記錄儀和便攜式眼動追蹤設(shè)備（記錄EEG、Eye blink 數(shù)據(jù)）。佩戴完畢，先記錄受試人員在靜息狀態(tài)的生理指標(biāo)，完成后引導(dǎo)受試者到地下地鐵站出口處，然后引導(dǎo)其步行至地面公共開放空間，并在其中自由活動5min。最后，將提前準(zhǔn)備好的問卷交給受試者，了解他們最喜歡的空間。生理數(shù)據(jù)的同步采集和預(yù)處理采用ErgoLAB 人機(jī)環(huán)境云平臺和手機(jī)Datalogger 平臺完成，圖2 為現(xiàn)場采集設(shè)備。

2.4 應(yīng)用案例

實(shí)驗(yàn)開展的地點(diǎn)位于南京市大行宮、鼓樓、新街口地鐵站及其周邊公共空間（圖3），3 個(gè)地鐵站均位于市中心、建設(shè)時(shí)間接近。同時(shí)，3 個(gè)站點(diǎn)的地面空間各具特色：大行宮站西北側(cè)地面有一處文化建筑，地面開放空間延機(jī)動車道布置，由低矮的圍墻（1 層高）和行道樹限定；鼓樓站西北側(cè)地面有一處街角花園，步行空間兩側(cè)均為綠色植被；新街口站位于商業(yè)中心，所選取的地面空間一側(cè)為4 層左右的商業(yè)建筑，另一側(cè)為行道樹和綠化隔離帶（圖4）。

3 結(jié)果及討論

3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖5 是實(shí)驗(yàn)采集到的30 位被試人員在站域空間的HRV 相關(guān)數(shù)據(jù)，通過對比可以發(fā)現(xiàn)3 個(gè)站點(diǎn)HR指標(biāo)的排序與其他3 項(xiàng)指標(biāo)的排序相反。已有研究指出，HR 數(shù)值的大小與人的愉悅度成正相關(guān)，SDNN、RMSSD、pNN50 數(shù)值大小與愉悅度成負(fù)相關(guān)。由此可見，人在鼓樓站的平均愉悅度最高，其次是新街口站，在大行宮站的愉悅度最低。

圖6 是被試人員在站域空間的EDA 相關(guān)數(shù)據(jù)，由于SC、SCL、SCR 數(shù)值的大小與人的情緒喚醒度成正相關(guān)，由此可以推測人在鼓樓站的平均情緒喚醒度最高，其次是新街口站，在大行宮站的喚醒度度最低。

圖7 是被試人員在站域空間中的腦電θ 波、α 波活動強(qiáng)度以及α 波左右額葉的不對稱性；其中，θ與α 波活動強(qiáng)度與喚醒度成正相關(guān)，α 波左側(cè)電極的信號越強(qiáng)（即C3-C4、F3-F4、F7-F8 數(shù)值越大）代表人對環(huán)境

2 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集過程

3 實(shí)驗(yàn)選取案例區(qū)位

5 30位受試者在3個(gè)站點(diǎn)中的HRV各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值

6 30位受試者在3個(gè)站點(diǎn)中的EDA各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值

被試人員在站域空間中的眨眼頻率數(shù)值大小與愉悅度成反比（圖8）。由此推斷，人在新街口站的愉悅度高于鼓樓站，且二者均高于大行宮站。

綜上，對比3 個(gè)站點(diǎn)的生理數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，人在鼓樓站和新街口站的愉悅度高于大行宮站；對比鼓樓站和新街口站發(fā)現(xiàn)，HRV 數(shù)據(jù)表明鼓樓站人的愉悅度較高，然而人在新街口站的眨眼頻率更高、個(gè)體間差異更小，這可能與大量商業(yè)店鋪的存在有關(guān)。人在鼓樓站的情緒激活度最高，其次是新街口站，最后是大行宮站。人在大行宮站對環(huán)境的掌控感最強(qiáng)，其次是鼓樓站，最后是新街口站。

根據(jù)受試者所填寫的主觀問卷中的部分內(nèi)容（圖9），在3 個(gè)地鐵站中，人們在主觀感受上最喜歡的是鼓樓站，其次是大行宮站（這可能與站點(diǎn)周邊的文化建筑所營造的氛圍有關(guān)），最后是新街口站。而在最不喜歡空間打分中，大行宮站獲得的票數(shù)最多，其次是鼓樓站，新街口站未獲得票數(shù)。由此可見，鼓樓站的主觀感受最佳，新街口站其次，人們對大行宮站的評價(jià)褒貶不一。

對比生理和心理數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，鼓樓站站域空間的設(shè)計(jì)給人帶來的情緒反應(yīng)普遍較好，新街口站其次，大行宮站站域空間帶來的掌控感較強(qiáng)但愉悅感和喚醒度較差。

3.2 設(shè)計(jì)策略

基于以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，筆者提出以下設(shè)計(jì)策略建議：

（1）站域空間中的綠地公園、商業(yè)空間的設(shè)計(jì)會提升人的愉悅感和情緒激活度，其中，公園會帶來生理和心理兩個(gè)層面的愉悅，而沿街商鋪會給人帶來更大的視覺刺激；設(shè)計(jì)師在站域空間中應(yīng)結(jié)合周邊用地功能布置此類空間及相應(yīng)設(shè)施。

（2）綠地公園在情緒激活方面作用最大。當(dāng)行人在較為壓抑的地鐵站地下空間通行后，設(shè)計(jì)師可以通過地面綠地開敞空間的設(shè)計(jì)激活人的情緒和感官，為使用者帶來更好的空間體驗(yàn)。

（3）由低矮圍墻和行道樹限定出的沿街廣場會給人帶來更強(qiáng)的掌控感，但單調(diào)的空間所產(chǎn)生的愉悅感和情緒激活度都較低；當(dāng)設(shè)計(jì)意圖是在站域空間中創(chuàng)造較為穩(wěn)定、私人的場所時(shí)，設(shè)計(jì)師可以通過近人尺度的圍墻、行道樹以及建筑立面、街道家具的設(shè)計(jì)圍合出小型廣場空間，但在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮融入綠化及多種使用功能，以增強(qiáng)使用者的愉悅感。

7 30位受試者在3個(gè)站點(diǎn)中的EEG各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值

8 30位受試者在3個(gè)站點(diǎn)中的EYE各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值

9 30位受試者在3個(gè)站點(diǎn)中的主觀問卷數(shù)據(jù)

4 結(jié)語

本研究引入人因工程實(shí)驗(yàn)方法，探究了地鐵站周邊公共開放空間不同設(shè)計(jì)策略對人情緒的影響。通過選取南京市鼓樓、大行宮、新街口地鐵站站域空間為研究對象，收集生理和心理的定量與定性數(shù)據(jù)，采用PAD 模型評估了人在站域空間中的情緒反應(yīng)。

設(shè)計(jì)師通過合理的站域空間設(shè)計(jì)，可以引發(fā)使用者的情感共鳴，強(qiáng)化其對空間的積極情緒反應(yīng)。具體來說，在站域空間中布置綠地公園、商業(yè)空間等設(shè)計(jì)要素，可以創(chuàng)造出宜人的環(huán)境，提升人們整體的愉悅感和興奮度；采用近人尺度界面圍合的廣場設(shè)計(jì)，可以使人感到更加親近和有掌控感。通過這些設(shè)計(jì)策略，設(shè)計(jì)師可以塑造出引人入勝的站域空間，從而提高人們對公共交通和步行的接受度，減少對私人汽車的依賴，進(jìn)而改善城市交通擁堵問題和減少環(huán)境污染，促進(jìn)可持續(xù)和韌性城市的建設(shè)。

在下一步的研究中，計(jì)劃擴(kuò)展對站域空間的評估，考慮更多的生理和心理指標(biāo)，從而更準(zhǔn)確地認(rèn)知設(shè)計(jì)要素對人體的影響。此外，還計(jì)劃將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與在室內(nèi)虛擬場景下測量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比；通過在虛擬環(huán)境中模擬站域空間，測量參與者的生理和心理指標(biāo)，我們可以獲得更為全面的信息。借助生理和心理指標(biāo)的對比研究以及與虛擬環(huán)境的比較，可以深入了解設(shè)計(jì)要素對人們的情感和行為產(chǎn)生的影響。

綜上所述，以人為本的軌交站域公共空間設(shè)計(jì)是一個(gè)研究熱點(diǎn)，引入人因工程學(xué)和控制實(shí)驗(yàn)等方法可以增強(qiáng)研究的科學(xué)性。通過研究行人在軌道交通站點(diǎn)影響域中的情緒反應(yīng)，本項(xiàng)目有望推動站域空間的人性化設(shè)計(jì)，為“交通—空間—人”復(fù)雜系統(tǒng)的整合設(shè)計(jì)提供重要基礎(chǔ)。這將促進(jìn)建筑學(xué)、城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)、人因工程學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的交叉合作，以配合我國新型城鎮(zhèn)化和健康城市建設(shè)。□（感謝東南大學(xué)王建國院士、朱淵老師的支持及提出的寶貴意見，感謝參與執(zhí)行本次實(shí)驗(yàn)的東南大學(xué)建筑學(xué)院研究生：劉瀟云、丁瀚林、郭楚怡、王浩、劉浩然、何宇皓、陳嘉逸、陳軼男，感謝北京津發(fā)科技股份有限公司的王清菊和周倩在實(shí)驗(yàn)開展過程中給予的幫助。）