體育場館微環境健康生態學的理論構建及其評價方法①

李峰

（西安建筑科技大學體育系 陜西西安 710055）

體育場館微環境健康生態學的理論構建及其評價方法①

李峰

（西安建筑科技大學體育系 陜西西安 710055）

體育場館內微環境不僅包括場館建筑結構環境因子、機械設備環境因子、安全檢測環境因子等硬件設施，同時也包括空氣環境、水環境、光-色環境、聲環境、熱-能環境、生物環境因子等軟環境因子，也涉及由軟硬環境引起場館內人員心理作用的人文環境因子，由于這些環境因子既相互獨立又相互聯系，它們共同形成構成了體育場館內微環境健康生態學的主要內容。場館內微生態環境的質量和館內人員的健康也引起體育科學、環境科學、建筑科學、預防醫學等多領域的共同關注，而如何科學地對場館內微生態環境污染進行綜合評價也成為備受關注的研究課題。該文從學科發展的角度論述了體育場館內微環境健康生態學產生的定義、生態學理論、評價內容、方法以及與體育建筑環境管理的關系，并進一步分析了體育場館微環境健康生態學研究所存在的問題及前沿性研究內容。

體育場館 微環境 健康生態學 評價方法

體育場館內的健康生態環境質量對館內工作人員的工作狀態和工作效率、運動員的訓練和比賽成績、觀眾的對現場生態環境質量的接受閾以及所有人員的健康效應有著重要的影響。要創造一個健康生態的場館環境，必須在體育場館設計中結合生態學、環境生物學、心理學的觀念，將場館建筑自身納入良好健康生態循環系統的設計方法中去。因此，構建場館內“微環境健康生態學”的體系，可以促使多專業多學科在場館內微環境生態評價方面進行交叉研究，找出共性，并在此基礎上系統開展場館內污染健康危害評估及對場館內人員健康影響的評價模式，構建涵蓋空氣品質、熱濕環境、人文因子等多方面的科學合理、操作性強的評價指標體系，為完善場館內污染物的安全限量標準奠定基礎。

1 體育場館內健康生態學提出的理論依據及其內涵

1.1 健康生態學概念的發展

生態安全是生態系統服務功能、生態系統健康及生態風險的充分而非必要條件［1］，探討生態系統健康的度量問題［2］，是研究關于健康生態系統的新觀點和新方法的前提，這樣才能逐步形成生態系統健康的理論，研究認為，生態系統健康是指一個生態系統所具有的穩定性和可持續性，即在時間上具有維持其組織結構、自我調節和對脅迫的恢復能力，并認為生態系統健康可以通過活力（vigor）、組織結構（organization）和恢復力（resilience）3個特征來定義［3］。

1.2 體育場館內健康生態學的內涵

從空間角度來說，人居環境可根據內外空間環境來界定，分為以規劃、建筑、綠化空間為主的外環境和以室內物理環境、家具、陳設等為主的內環境或微環境。從環境與健康領域來說，微環境包括室內微環境與體內微環境［4］。室內微環境系統主要包括室內光環境、溫熱環境、聲環境和室內空氣品質環境［5］。體育館微環境特指大空間體育建筑內結構物環境因子、空氣環境因子、水環境因子、光-色環境因子、聲環境因子、熱-能環境因子、生物環境因子等，也涉及由這些因子引起人們心理作用的人文環境因子，這些室內環境因子既相互獨立又難以分割，它們相互影響、藕合共同形成了不同的安全、健康的生態學特征。由于體育館具有空間大、結構復雜、容易形成溫度梯度、人員的密度和流動性大、室內熱濕負荷較大等特殊性，對體育館內微環境對館內人員健康效應的研究還具有很大的發展空間，尤其要保證運動員訓練時的舒適性，盡量使運動訓練不受客觀因素的影響是研究館內微環境健康生態學的主要方向，因此在小空間建筑研究的基礎上開展體育館建筑內生態與運動員生理應激、人體熱舒適度及運動成績影響的研究，為科學、合理控制體育館內環境以及制訂和修改體育館暖通設計規范提供理論依據，并為獲得運動員熱舒適“氣候適應性模型”提供參考策略。

體育場館健康生態學（healthy ecosystem of gymnasium）理論是指導體育場館內微環境公共衛生實踐和解決館內特定人群健康問題的觀點、思維方式和理論模型，它不僅包括與體育場館相關的客觀性物理量值，諸如結構、溫濕度、通風氣流、換氣效率、噪音、光和空氣品質等，還包括主觀性人文因素值如心理因素、個體行為等。這一理論模型采用生態學的觀點和思維方式，將體育場館看成是位于一定地域的 “生態系統”，研究場館內特定人群的行為方式及其周圍各層物質環境與健康的關系，即所謂的健康生態學模型。該健康生態學模型主要決定因素包括物理學因素、生物學因素、化學因素、人文學因素、衛生服務因素以及物質和社會環境因素。上述綜合因素相互制約、相互依賴和相互作用的結果決定了健康生態學的體系構成，并在多個層面上交互作用來影響場館內特定個體和群體的健康。

2 體育場館內微環境健康生態學的結構層次和研究方向

體育場館微環境健康生態學是由物理、化學、生物、人為等多種因素組成的一個系統工程，是與體育相關的人和體育環境相互作用形成的一個網絡結構。由多種相互聯系，相互制約的生態因素構成，存在著物質流、能量流、信息流及價值流，而且具有多層次、多目標、多子系統的生態結構，是一個不可分割的有機統一整體。其核心結構是場館內空氣因子的質量因素；核心層之外是場館內人員的行為方式及特征；第三層是場館本體結構和館內體育設施所構成的污染物散發網絡；第四層是場館的人文環境因子（包括人員數量、年齡、性別、教育、訓練年限、健康狀況等）。體育場館微環境內健康生態學主要研究體育場館生態系統的綜合特性，通過研究場館內生態系統的組成結構和空間結構、生產功能和服務功能、適應力等判斷場館內生態因子的健康狀況。研究方向主要包括：（1）場館內生態動力學：主要研究場館內生態因子的演替動因、空間組合、分布規律以及室內人員、物質流動和環境變化的動因；（2）場館內系統生態學：主要研究場館內生態因子的結構與功能，以及對場館內各生態因子的模擬、評價和預測方法；（3）場館內生態控制論：主要研究場館內生態系統的自我調節機制和最優化控制對象；（4）場館內微環境界面健康生態學：主要研究場館內界面生態對室內人員健康效應的影響。

3 體育場館內微環境健康生態學與場館內人員健康效應的關聯

體育場館健康生態環境研究的主體是場館內人員，一方面自然和人文環境影響著體育場館內生態環境質量，另一方面體育館內健康生態環境質的波動與變化又制約著自然環境和場館內人員的健康。既然體育場館的服務目的是為群眾體育和競技體育提供良好的比賽和鍛煉環境，而這些體育活動都是由人參與的社會實踐活動，那么參與運動和工作的人員的健康也只有在良好的體育場館生態環境中才能真正實現，只有良好的體育場館生態環境才能真正體現以人為本的體育生場館環境生態的可持續發展。體育場館健康生態環境是保證參與競技體育、群眾體育以及場館內所有工作人員健康可持續發展的活動場所。它不僅給運動員充分發揮技術、戰術水平創造良好的場地環境，同時也給場館內人員的健康帶來了很大的影響。在場館生態環境質量與人員健康效應的問題上，兩者具有高度的相關性，而且這種相關性隨著人們對健康意識的增強和自然、社會、人文環境的變化而變化。

4 體育場館微環境健康生態學研究內容與評價

場館內微環境健康生態環境質量評價是認識和研究場館內環境質量的一種方法，是對場館內環境質量優劣進行量度和描述的過程，是從對人的健康效應的角度對場館內環境進行定性或定量的測定，并按照一定的標準進行評定的過程。場館內健康生態環境質量評價的核心問題是場館內健康性、安全性、生態性、宜人性和衛生性，包括物理因素、化學因素、生物因素和人文因素。場館內生態環境質量評價的最終目的是使場館內人員擁有一個安全、健康的工作、訓練和比賽，保證人員健康。

4.1 體育場館健康生態學研究內容

目前對自然生態系統健康的程度是通過生態系統的活力、組織結構、恢復力、生態系統服務功能的維持、管理選擇、外部輸入減少、對鄰近系統的影響及人類健康影響等8個方面來衡量的［6-8］。但對于體育場館健康微生態系統的研究具有它本身的結構和空間、時間的特殊性，其內容不僅包括自然環境空氣質量因子，還包括生物的、物理的、化學的、社會的、人文的研究。針對不同地區、不同場館結構、不同季節的場館生態環境評價，其評價因子的權重、各類特征因子的比重及評價指標體系是不一樣的。具體評價指標包括：（1）場館建筑本體結構生態學性評價：①場館本體結構健康生態學評價；②場館空間結構健康生態學評價；③建筑材料與裝修材料健康生態學評價；④場館內細部健康生態學評價；（2）場館建筑機械設備生態學評價：①通風空調設備健康生態學評價；②給排水設備健康生態學評價；③電路系統健康生態學評價；④消防疏散系統健康生態學評價；⑤轉播通訊設備健康生態學評價；（3）場館內運動器械生態學評價：①運動器械結構健康生態學評價；②運動器械涂層健康生態學評價；③運動器械污染物散發健康生態學評價；（4）場館內微環境物、化、生、電磁生態指標生態學評價：①室內空氣質量因子健康生態學評價；②光-色因子健康生態學評價；③聲因子健康生態學評價；④電磁因子健康生態學評價；⑤生物環境因子健康生態學評價；⑥水環境因子健康生態學評價；⑦風環境因子健康生態學評價；⑧熱能因子健康生態學評價；（5）場館內人文環境健康生態學評價：①場館內人員數量、個體行為對場館人文環境的影響；②場館內人員數量、年齡、性別、教育背景、訓練年限對場館人文環境的影響。

4.2 體育場館內微環境健康生態學指標的評價方法

生態系統健康最為關心的是生態系統功能紊亂的辨識、診斷方案、有效指標的設計及健康評價體系［9］，評價場館生態系統健康首先要選用能夠表征健康生態系統各種因子的主要特征參數，這種參數評述往往以國家規定的環境標準或污染物在環境中的本底值作為依據；其次要對這些因子進行歸類區分，將環境素質的優劣轉化為定量的可比數值，分析各個因子在場館生態健康評價中的意義；再次是對這些特征因子進行度量，確定每個特征因子在生態系統健康中的權重系數，每類特征因子在影響人員健康效應中的比重，以標明場館環境受污染的程度；最后將這些定量酌結果劃分等級，確定場館生態系統健康的評價方法，提出系統的體育場館內微環境健康生態學的綜合評價模式，這就就必須了解生態系統的形成、演變、過程、特征及其發展規律，必須了解生態系統與環境因子的作用機制［10］。目前評價程序主要有兩條路徑，即客觀評價和主觀評價。

4.2.1 客觀評價法

是通過直接測量場館污染物的濃度（質量濃度或體積比濃度）、質量指數等指標表示室內污染水平，與相應的國家標準值進行比較來判斷場館內所測指標的污染等級，可以全面、公正地反映場館內空氣品質的狀況，包括：（1）指標體系法［11，12］：根據室內為環境生態學的特征及其服務功能建立指標體系進行定量評價，該方法以其提供信息的全面性和綜合性而被廣泛應用于生態系統健康評價中；（2）達標評價方法：以實際測量的污染物濃度值與國家相應環境評價標準比較來評價污染等級；（3）模糊評價法［13］：根據多個因素對評價對象本身存在的性態或隸屬上的亦此亦彼性，從數量上對其所屬成分給以刻劃和描述作為一個模糊問題來處理；（4）聚類分析法［14］：根據離散的數據結果，按其相似程度或差異性，采用一定的數學方法，分成幾個類別或檔次，如健康區、亞健康區、不健康區等，其原理是運用數學方法來計算它們的相似程度或差異性，反映其親疏程度；（5）動態評價法：是將室內污染物的質量濃度作為時間的函數，通過該函數確定一天中各不同時刻污染物的質量濃度，并確定哪些時刻質量濃度最大，從而確定最有效的設計方案來將這些污染物的質量濃度降到衛生標準以下；（6）綠色建筑材料指數法［15，16］：通過確定某種建筑材料中直接和間接影響室內空氣質量的各種污染的危害度標準以及對應的權重，綜合出該材料的綠色指數，當建筑材料中含有某種特殊有害物質，對人體的危害極大時，應予以一票否決；（7）環境暴露評價法［17］：描述了污染物接觸的強度、頻率和持續時間，并評價化學品透過界面的速率、途徑以及持續時間內的透過量和吸收量。

4.2.2 主觀評價法

直接以人的主觀感受作為評價工具和手段評價室內空氣品質，其首要任務是依據給定環境條件下室內人員的自我感覺評價室內空氣中的低濃度污染問題，其次是要求室內人員表述環境對舒適性、健康的影響。（1）嗅覺評價方法［18］；（2）應用分貝概念的評價方法［19］：是將人對聲音的感覺與刺激強度之間的定量關系用對數函數式來表達的評價方法；（3）視覺調查評價方法［20］：它是通過向居住者問詢的方式進行，一般采用問卷調查表收集信息，而后室內空氣品質專家對實地進行簡單的視覺勘測和調查，最后做出綜合評價，并提出解決措施與方案；（4）線性可視模擬比例尺法［21］（LVARS，linear visual analogous rating scales）。它是一類定量測量人體感覺器官對外界環境因素反應強度的測量手段或方法，近幾年來常被國際學者用于評價因室內裝飾材料產生的甲醛及揮發性有機化合物污染，是一類較為靈敏的人體健康指標。

5 體育場館微環境健康生態學研究存在的問題和發展趨勢

目前對體育場館微環境的研究，主要集中在空調系統、氣流組織、智能化系統設計、聲學及安全系統監測研究，而很少涉及對場館內微環境中生態指標的研究，這既包括場館微環境中各種健康生態指標的制定與生態評價，也包括空氣質量、水、噪聲、電磁、風等各種污染的來源、污染的控制技術和消除方法。另外，目前國內外尚缺乏系統完善的、能綜合考慮人體健康舒適的體育場館內微環境健康生態學的評價模式，這也成為場館微環境研究中的一大緊迫性課題。從目前體育場館的研究現狀來看，主要存在以下問題。

（1）場館內生態系統健康的不確定性：由于場館內環境隨著季節、場館大小、結構、人員多少的變化等呈現出不確定性特征；（2）保持生態健康穩態的難操作性：由于場館環境的紊動性，導致了在評價和實際操作中要綜合考慮物理、化學、生物及人文等因子的交互性，表現出一定的難度；（3）由于場館空間的交互性和時間的特定性，再加上系統有一個自身演替的過程，很難判斷哪些是演替過程的癥狀，哪些是干擾或不健康的癥狀；（4）目前雖然提出了對組織、活力和恢復力的評價方法，但在場館的日常監測中，只是對一些物理、化學、生物的簡單指標進行測定，但這些指標都是相互獨立的，很難表征綜合的結果，因此需要有新的方法來評價微環境生態健康。

第一，研究的局限性：目前體育場館內的研究主要以結構設計、空調通風、氣流組織設計、聲光環境等研究為主，較少涉及空氣質量環境的健康生態學指標評價。并且對空氣質量的評判大多以室內衛生標準以及有關對舒適性標準為依據。但這些標準不太適合體育場館類的大空間建筑形式，也沒有考慮地域、氣候等因素、不同人群體質的差別。

第二，研究學科的片面性：目前關于對體育建筑場館微環境的研究基本都是零星的、孤立的，并且大多研究者從單角度視野研究室內環境評價指標體系，而體育場館作為大空間建筑形式，其和一般的小空間室內環境的差異非常大。現有研究大多將室內微環境剝離為熱環境、空氣環境和聲環境、光環境等多方面進行孤立的評價，這是不全面的，也未能考慮到體育建筑場館的建筑特性及人員活動特點。因此，有必要集中建筑科學、預防醫學、環境科學、建筑設備、建筑生態學、體育心理學等多學科思想，建立全面科學的場館內微環境健康生態學評價指標體系，促使多專業多學科在場館內微環境生態評價方面進行交叉研究，找出共性。

第三，研究評價指標的孤立性：體育場館內為環境健康生態評價是人為主體，目的是保證有一個良好的比賽環境和工作空間，保證場館內所有人員的健康，在微環境評價過程中除考慮物理化學指標外，還需要考慮人的主觀感覺，即將主觀評價和客觀評價相結合。現有室內微環境主觀評價中對熱舒適性研究很多，但熱舒適僅是人體總舒適感的一個方面。在未來的研究中，除熱環境外，也要研究水、電、光、噪聲污染及通風、氣流、空氣新鮮度對館內人員本體感覺、心理因素的影響。

因此在以后的研究中應主要加強以下幾個方面。

第一，從多學科、多角度出發，通過定量和定性、主觀和客觀相結合的方法分析體育場館內微環境生態健康的諸多影響因子，構建涵蓋場館本體結構、空氣品質（生、物、化因子）、熱濕環境等多方面的科學合理、操作性強的健康生態學評價指標體系，提出系統的體育場館內微環境健康生態學的綜合評價模式。

第二， 集中建筑科學、預防醫學、環境科學、建筑設備、建筑生態學、體育心理學等多學科思想，在全面考慮到體育建筑場館的建筑特性及人員活動特點的基礎上，建立全面科學的場館內微環境健康生態學評價指標體系，促使多專業多學科在場館內微環境生態評價方面進行交叉研究，找出共性，并在此基礎上系統開展體育館內污染健康危害評估及對場館內人員健康影響的評價模式，為完善場館內污染物的安全限量標準奠定基礎。

第三，通過開展場館內環境污染物監測項目的確定及監測網點、測定點的布設方法以及環境質量動態變化趨勢及預測研究，開展場館內人員健康與室內環境質量關系研究。

第四，掌握體育場館內微環境中各種要素及其相互作用的危害和規律，創造一個安全化、健康、舒適、綠色的體育場館內環境，指導場館管理人員正確認識和從本質上預防和治理場館內空氣中的各種自然的、人為的污染因子。

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The Micro-environmental Health Ecology Theory Construction and its Evaluation Method of Stadium

Li Feng
（Physical education Department，Xi'an University of Architecture & Technology，Xi'an Shaanxi，710055，China）

Stadium microenvironment includes not only the venue itself structure environment factor，venues mechanical equipment environment factor， safety testing environment factor etc， also including air，water，light-color，sound environmental factors，thermal biological environmental factors， also involves the psychological effect caused by the soft and hard environment factors.these environmental factors are mutually independent but interrelated， they form the micro- environment constitute health ecology.Micro-ecological environment quality is closely related to the museum staff's health，and how to value the micro-ecological environment of the venue become a research topic. This article gived the definition of Health ecological theory and analysised the micro-stadiums Institute of Ecology， Environmental Health Problems and cutting-edge research.

Stadiums；Micro environment；Health ecology；Evaluation method

X513

A

2095-2813（2016）10（b）-0134-05

10.16655/j.cnki.2095-2813.2016.29.134

①人文社科研究基金（項目編號：RW1605）。

李峰（1982—），男，漢，河南人，博士，講師，研究方向：體育場館環境生態學。