療愈環(huán)境理念下養(yǎng)老機構(gòu)的居室色彩搭配設(shè)計

張軍， 張慧娜， 謝法連， 吳卓霏

(1. 東北林業(yè)大學 園林學院， 黑龍江 哈爾濱 150040；2. 哈爾濱工程大學 計算機科學與技術(shù)學院， 黑龍江 哈爾濱 150001)

目前，世界人口老齡化程度正在急速加深.根據(jù)國家統(tǒng)計局的數(shù)據(jù)顯示，截止2018年末，我國60歲以上人口數(shù)為24 979萬人，占總?cè)丝诒戎氐?7.9%；其中,65歲以上的人口數(shù)為16 685萬人，占總?cè)丝跀?shù)的11.9%[1].從數(shù)據(jù)可見，中國人口老齡化形勢也日趨嚴峻,養(yǎng)老問題已經(jīng)成為社會各界備受關(guān)注的議題.在我國養(yǎng)老服務(wù)體系中，養(yǎng)老機構(gòu)具有重要的地位，它是大部分老年人安度晚年的首要選擇.如何營造良好的老年群體生活環(huán)境，提升老年人的物質(zhì)生活品質(zhì)和精神生活質(zhì)量，使其達到精神上的愉悅和心靈上的安慰，是當代建筑設(shè)計師面臨的重大挑戰(zhàn).

療愈性空間環(huán)境是指針對老年人身心特點進行特殊設(shè)計的空間環(huán)境[2]，療愈環(huán)境理念要求建筑師或規(guī)劃師通過創(chuàng)造健康和宜人的環(huán)境引導人們積極的生活態(tài)度和良好的生活方式[3].本文將療愈環(huán)境理念與養(yǎng)老機構(gòu)空間環(huán)境設(shè)計相結(jié)合，試圖從老年人的身心特點出發(fā)，梳理老年人對養(yǎng)老機構(gòu)療愈空間環(huán)境的需求，建立療愈性空間環(huán)境的設(shè)計框架，以期為老年人創(chuàng)造更加健康的養(yǎng)老環(huán)境.

1 療愈偏好的調(diào)研與分析

為了獲取老年人最感興趣的、可能具備療愈潛能的客觀因素，明確療愈目標，進而優(yōu)化養(yǎng)老機構(gòu)中的療愈環(huán)境.本次調(diào)研主要包括老年人生理、心理狀況和老年人的療愈偏好兩個方面.研究選擇哈爾濱市23個養(yǎng)老機構(gòu)中的老年人作為調(diào)研對象，一共發(fā)放300份問卷，有效問卷278份.

1.1 老年人生理與心理狀況

統(tǒng)計結(jié)果表明:40%老年人認為自己在生理或心理上處于亞健康狀態(tài)，他們的情緒或生理狀態(tài)不能得到完全放松；超過50%的老年人認為養(yǎng)老機構(gòu)的居住環(huán)境使他們心理上缺乏安全感、歸屬感；80%老年人的行動能力與心理能量都處于衰減狀態(tài)，他們的視覺、色覺逐漸衰退.

1.2 老年人療愈偏好

對老年人療愈偏好統(tǒng)計，如圖1所示.圖1中：γ為老年人占比.從圖1可知：在養(yǎng)老機構(gòu)主要功能空間中，65%老年人認為“居室”是最重要的療愈場所；在療愈環(huán)境營造要素中，40%老年人傾向于選擇“色彩”是其中的關(guān)鍵要素；在療愈形式的選擇上，35%老年人會更偏愛“向往溫馨的環(huán)境”.

1.3 綜合分析

居室作為主要生活起居的活動空間，老年人在其中度過的時間最長.因此，需要從老年人的身心特點出發(fā)，梳理老年人對色彩空間環(huán)境的需求，通過色彩優(yōu)化在養(yǎng)老機構(gòu)居室中創(chuàng)建適合老人的家庭溫馨氣氛.養(yǎng)老機構(gòu)對于老年人是一個陌生的環(huán)境，缺乏家人的陪伴導致他們心理上極度缺乏安全感；同時，隨著年齡增長，多數(shù)老年人會出現(xiàn)視力聽力衰退、生理機能減弱.良好的色彩空間能夠在一定程度上影響人們的情緒、感受及行為，對老人具有重要的身心療愈作用.

2 研究方法

2.1 色彩樣本采集與分組

選擇哈爾濱市23個不同規(guī)模的養(yǎng)老機構(gòu)，運用NCS色卡[4]對照法對養(yǎng)老機構(gòu)居室墻面、地面、家具和窗簾的色彩進行現(xiàn)場采集，并記錄NCS色彩編號，以便建立色彩樣本數(shù)據(jù)庫進行系統(tǒng)研究；然后，邀請30位老年人(60周歲及以上)進行色彩分組分析，結(jié)合KJ(Kawakita Jiro)法[5]，將這些色彩樣本分為8組，如圖2所示.

(a) Group 1 (b) Group 2 (c) Group 3 (d) Group 4 (e) Group 5 (f) Group 6 (g) Group 7 (h) Group 8圖2 色彩樣本分組結(jié)果Fig.2 Grouping results of color samples

2.2 語義差異法分析單色色彩語義

語義差異法(SD法)是由查爾斯·奧斯古德提出的一種衡量人心理感知的量化評價方法.它主要通過一系列的“感性詞語”將被調(diào)查者的心理感知量化為具體的數(shù)據(jù)[6].

通過前文對老年人生理、心理以及療愈偏好分析可知，老年人偏愛溫馨的居住環(huán)境，因此,將養(yǎng)老機構(gòu)居室色彩意象定位為“溫馨的”色彩氛圍，擬定反義形容詞對“冷漠的-溫馨的”；然后，從圖2每組樣本中挑選出1個代表性色彩樣本，將其與擬定的形容詞對“冷漠的-溫馨的”制作成色彩語義詞匯相似度調(diào)查問卷，根據(jù)李克特量表[7]，將心理變化量分為5個等級，分別用數(shù)值0，0.25，0.50，0.75，1.00表示；最后, 邀請30位老年人(60周歲及以上)對上述問卷進行評價打分，并對所獲取的30組調(diào)查數(shù)據(jù)進行均值處理，結(jié)果如表1所示.

表1 色彩語義評價得分統(tǒng)計Tab.1 Statistics of color semantic evaluation scores

2.3 聚類分析法構(gòu)建色彩數(shù)據(jù)庫

2.3.1 灰色聚類分析法 灰色聚類分析法是將每個聚類對象(配色方案)對應(yīng)不同聚類指標(不同種類色彩)所擁有的白化值(語義分析數(shù)據(jù))，按照N個灰類(評價等級)進行歸納整理，從而判斷某個聚類對象(配色方案)屬于哪一灰類.它是建立在灰數(shù)的白化函數(shù)生成基礎(chǔ)上的一種灰色統(tǒng)計法[8].

老年人對于色彩語義與單色色彩樣本的關(guān)系，如表1所示.然而，養(yǎng)老機構(gòu)老年人居室通常是由多種色彩搭配的整體結(jié)果.因此，采用灰色聚類法分析多色搭配語義，并確定主體色和輔助色色彩數(shù)據(jù)庫.根據(jù)灰色聚類的原理，實驗確定聚類對象為1，2，…，64個配色方案；聚類指標為A，B,作為主體色、輔助色的色彩樣本的語義分析數(shù)據(jù)；聚類灰數(shù)為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ,作為“好”“中”“差”3個等級.

2.3.2 聚類白化數(shù) 聚類白化數(shù)di,j表示第i個聚類對象關(guān)于第j類聚類指標的實際樣本值，i∈{1，2，…，64}，j∈{A，B}.部分聚類指標的聚類白化值di,j，如表2所示.

表2 聚類指標的聚類白化值Tab.2 Cluster whitening values of clustering indicators

2.3.3 白化函數(shù)fj,k(x)稱第j個指標屬于第k個灰類的白化函數(shù)，k∈{Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ}.圖3為白化函數(shù)fj,k(x)的3種形式[9].圖3中：λj,k為門閥值，一般為fj,k=1與fj,k≤1的交點di,j.

(a) Ⅰ (b) Ⅱ (c) Ⅲ 圖3 白化函數(shù)fj,k(x)的3種形式Fig.3 Three forms of whitening function fj,k(x)

2.3.4 聚類權(quán) 聚類權(quán)ηj,k表示第j種聚類指標屬于第k灰類的權(quán)重，其表達式為

(1)

2.3.5 聚類系數(shù) 聚類系數(shù)σj,k表示第i個聚類對象對第k灰類的聚類系數(shù)，其表達式為

(2)

部分聚類對象的聚類系數(shù),如表3所示.

表3 聚類對象的聚類系數(shù)Tab.3 Clustering coefficients of clustering objects

2.3.6 聚類向量 聚類向量的表達式為

(3)

2.3.7 聚類分析 判斷第i個聚類對象屬于哪個灰類，若

σi,k=maxk{σk,k},k∈(Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ),i∈(1，2，…，64),

(4)

則第i個聚類對象屬于第k灰類.各聚類對象的聚類結(jié)果,如表4所示.

從表4選擇出聚類結(jié)果為“好”的聚類對象，當選擇了一個聚類對象，同時也就選擇了一個色彩搭配方案，該色彩搭配方案所在的色彩組中的色彩也都被選中.通過上述過程，構(gòu)建了由5組(包括第1，2，3，7，8組)79種色彩組成的主色色彩數(shù)據(jù)庫和由7組(包括第1，2，3，4，6，7，8組)100種色彩組成的輔色色彩數(shù)據(jù)庫.

表4 聚類對象的聚類結(jié)果Tab.4 Clustering results of clustering objects

2.4 遺傳算法求解最優(yōu)方案

2.4.1 遺傳算法 遺傳算法(genetic algorithm，GA)是模擬生物界進化規(guī)律演化而來的一種搜索算法[10].其通過對基因進行交叉變異處理，實現(xiàn)優(yōu)勝劣汰的過程，進而獲取最優(yōu)色彩搭配方案.首先,進行編碼，產(chǎn)生個體初始種群.然后,綜合色彩搭配方案的個體適應(yīng)度值，進行判斷,滿足要求則輸出色彩搭配方案;否則，進行一系列運算，包括選擇、交叉和變異，直到每個種群中的個體適應(yīng)度值滿足指定的適應(yīng)度值.遺傳優(yōu)化操作流程，如圖4所示.

圖4 遺傳優(yōu)化操作流程Fig.4 Operation flowchart of genetic optimization

2.4.2 遺傳編碼 編碼是色彩搭配遺傳優(yōu)化操作的基礎(chǔ)，同時也是建立色彩數(shù)據(jù)庫與編碼集的映射關(guān)系[11].文中對色彩搭配方案的編碼方式為一個染色體代表一個配色方案i，每個配色方案i中有m種色彩數(shù).

2.4.3 適應(yīng)度求解 美度評價是Moon-Spencer提出的，色彩美度公式在Munsell顏色空間上通過計算色彩搭配方案中顏色之間色相、亮度和飽和度衡量是否滿足美的標準[12]，其計算式為

M=O/C.

(5)

式(5)中:M為美度評價值；O為有彩色時的秩序因數(shù)，O=∑(Oh+Ol+Os)，Oh，Ol，Os分別為色彩搭配方案中不同顏色之間的色相差值、亮度差值、飽和度差值所決定的秩序因數(shù)，其差值決定了色彩的間隔關(guān)系；C為復雜度因數(shù)，C=Cm+Ch+Cl+Cs，Cm，Ch，Cl，Cs分別為色彩搭配方案中的總色彩數(shù)、色相差的色對數(shù)、亮度差的色對數(shù)、飽和度差的色對數(shù).當M值大于0.5時，表示色彩搭配方案符合美的標準，M值越大，則表示色彩的視覺舒適性越好.

和諧度評價是Ou等[13]提出的,通過在CIE Lab顏色空間中色彩、亮度、色調(diào)差異，綜合評估兩個顏色鄰接搭配的和諧度.其計算式為

(6)

CH(C1，C2)=HC(C1，C2)+HL(C1，C2)+HH(C1，C2).

(7)

式(6),(7)中：f(pi)=Cj，i∈(1，n)，j∈(1，n)，表示將顏色Cj賦予區(qū)域pi上;w為區(qū)域關(guān)聯(lián)矩陣，如果區(qū)域pi和pj相鄰，則wi,j=1，否則，wi,j=0;CH為雙色和聲模型；HC，HL，HH分別為色度效應(yīng)、亮度效應(yīng)和色相效應(yīng)等3種色彩協(xié)調(diào)因子；C1,C2代表需要計算和諧度的2個顏色，其值越大，表示2個顏色搭配的和諧度越高，色彩搭配方案i的m種色彩和諧程度由式(6)計算得出.

圖5 實驗優(yōu)化解集分布圖Fig.5 Distribution of experimental optimization solution set

2.4.4 設(shè)置參數(shù) 按照不同的賦色區(qū)域在居室中的位置和作用，將居室色彩搭配分為基礎(chǔ)色(墻面和地面)、搭配色(家具)和點綴色(窗簾)，共有4個賦色區(qū)域.其中，基礎(chǔ)色來源于主色色彩數(shù)據(jù)庫，搭配色和點綴色來源于輔色色彩數(shù)據(jù)庫.從主色或輔色色彩數(shù)據(jù)庫中選擇出色彩賦予對應(yīng)的待賦色的4個區(qū)域，在全局搜索過程中利用錦標賽法選擇、兩點交叉、單點變異等遺傳操作使種群進化.遺傳算法的初始種群數(shù)為111，變異概率為0.8，迭代次數(shù)為30，目標是色彩搭配美度、色彩搭配和諧度的值越大,色彩舒適性越高.

2.4.5 優(yōu)化結(jié)果 基于MATLAB平臺，所提方法色彩搭配方案的美度、和諧度在實驗中得到了同步優(yōu)化.實驗優(yōu)化解集分布，如圖5所示.圖5中：不透明的藍色圓點代表進化過程中得到的優(yōu)質(zhì)解；透明的藍色圓點代表非優(yōu)質(zhì)解，并且透明度越高解的代數(shù)越老；橘色圓點代表獲取的部分優(yōu)化解集.圖5同時顯示了色彩搭配美度、色彩搭配和諧度的相互約束關(guān)系.

實驗優(yōu)化方案色彩搭配數(shù)據(jù)，如表5所示.表5中：P1，P2，P3，P4分別代表賦色區(qū)域墻體(基礎(chǔ)色)、地面(基礎(chǔ)色)、家具(搭配色)、窗簾(點綴色).

表5 實驗優(yōu)化方案色彩搭配數(shù)據(jù)Tab.5 Color matching data of experimental optimization scheme

3 評估療愈效果實驗與結(jié)果分析

健康效益評價常用的多種研究方法各有優(yōu)勢和側(cè)重，其中，通過實驗對被試進行生理測量和心理測量是對環(huán)境療愈潛力進行評價的主要途徑[14].為了評估文中所提居室色彩優(yōu)化方法在養(yǎng)老機構(gòu)老年人居室中的應(yīng)用效果，分別采用生理指標(心電R-R間期)和心理指標(狀態(tài)-特質(zhì)焦慮量表)[15]對被試者的健康狀態(tài)進行評估，間接推斷所提優(yōu)化結(jié)果的療愈潛能.

3.1 實驗過程

選取45位老年人被試者，按照隨機數(shù)字表法劃分為療愈組和常規(guī)組，其中，療愈組又分為實景療愈組和虛擬現(xiàn)實(VR)療愈組，每組15位被試者，具體實驗場景，如圖6所示.為了充分驗證實驗結(jié)果的有效性，實景療愈組和常規(guī)組均在真實的養(yǎng)老機構(gòu)居室內(nèi)進行；VR療愈組在虛擬仿真實驗室進行，使用Revit 2017軟件建立模型，經(jīng)過Fuzor軟件處理轉(zhuǎn)化成VR場景，被試戴上頭戴設(shè)備即可體驗虛擬環(huán)境中的優(yōu)化色彩搭配方案的居室場景.VR實驗的樣本環(huán)境彌補了現(xiàn)實養(yǎng)老機構(gòu)中優(yōu)質(zhì)居室色彩環(huán)境的不足.

(a) 實景療愈組實驗場景1 (b) VR療愈組實驗場景1 (c) 常規(guī)組實驗場景1

(d) 實景療愈組實驗場景2 (e) VR療愈組實驗場景2 (f) 常規(guī)組實驗場景2圖6 實驗場景Fig.6 Experimental scene

整個實驗過程中，3組被試者均在對應(yīng)的實驗場景完成.實驗按照圖7的測試流程進行.實驗進行時，被試者靜息后需要完成1份狀態(tài)-特質(zhì)焦慮量表的填寫；隨后，進行特里爾社會應(yīng)激測試(TSST)[16]，即2 min左右的心算任務(wù)；然后，常規(guī)組和實景療愈組的被試者可在居室內(nèi)觀察場景和小幅活動；VR療愈組的被試者需戴上頭盔體驗在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中的居室場景，此階段時長為2 min左右；最后，被試填寫第2份狀態(tài)-特質(zhì)焦慮量表，實驗結(jié)束，單次實驗流程需 13 min左右.作為應(yīng)激源的壓力階段和作為療愈期的緩壓階段，被試者的心電生理數(shù)據(jù)處于持續(xù)記錄的狀態(tài).

圖7 測試流程Fig.7 Test flowchart

3.2 實驗結(jié)果與分析

數(shù)據(jù)資料以SPSS 20.0處理，計量資料用標準差(x±s)表示，以t檢驗，當P<0.05時，具有統(tǒng)計學意義.3組生理數(shù)據(jù)和心理數(shù)據(jù)結(jié)果比較，如表6所示.從表6可知：從心理數(shù)據(jù)來看，通過對比3組被試的前、后兩份狀態(tài)焦慮量表得分，未發(fā)現(xiàn)明顯的變化趨勢.究其原因可能是這種方法主觀性強，被試者可能存在記憶偏差、難以評價較短時間內(nèi)情緒的變化進程.

表6 3組生理數(shù)據(jù)和心理數(shù)據(jù)結(jié)果比較Tab.6 Comparison of results between physiological data and psychological data of 3 groups

從生理數(shù)據(jù)可以看出，3組被試在應(yīng)激前的心電生理指數(shù)對比無明顯差異.這種較小的差異也是來自不同被試之間的不同體質(zhì).在應(yīng)激后可以明顯發(fā)現(xiàn),3組被試者的指數(shù)均明顯降低，3組之間同樣無明顯差別，反映出被試者在面對心算考試時都持續(xù)存在的壓力感受；但療愈后，實景療愈組與VR療愈組生理指數(shù)比較接近，并且明顯高于常規(guī)組的數(shù)據(jù)，同時實景療愈組與VR療愈組的指數(shù)也更接近于應(yīng)激前的數(shù)據(jù).這說明優(yōu)化的居室場景確實對人體身心健康水平有更好的療愈效果.

4 結(jié)論

以養(yǎng)老機構(gòu)老年人居室為研究背景，結(jié)合語義差異法、聚類算法和遺傳算法，對養(yǎng)老機構(gòu)居室色彩搭配設(shè)計進行優(yōu)化，得到居室色彩最優(yōu)搭配方案.通過測量3組被試者的生理指標對環(huán)境療愈潛力進行評價，結(jié)果表明,所提方法色彩搭配方案有更好的療愈效果.

結(jié)合所提方法獲取的優(yōu)化色彩搭配方案及療愈效果評估實驗，綜合分析養(yǎng)老機構(gòu)居室中滿足老年人身心需求的色彩療愈環(huán)境與色彩三屬性(色相、明度、純度)閾值的變化關(guān)系有如下3個方面.

1) 從色相分布來看，養(yǎng)老機構(gòu)居室色彩從搭配色、基礎(chǔ)色到點綴色，選色范圍逐漸加寬，體現(xiàn)出基礎(chǔ)色和點綴色的色相選取更為靈活.搭配色的色相主要以YR(紅黃)為主；基礎(chǔ)色的色相主要集中在YR(紅黃)，R(紅)，Y(黃)等暖色系范圍內(nèi)；點綴色的色相分布則最為廣泛，包括YR(紅黃)，RB(紅藍)，GY(黃綠)，R(紅)和B(藍)等.

2) 在居室色彩明度設(shè)計方面，基礎(chǔ)色和搭配色以中高明度為主，明度值大多分布在10～50之間，點綴色的明度取值范圍以10～40的高明度為主.

3) 在居室色彩純度設(shè)計方面，基礎(chǔ)色和搭配色以低純度為主，純度值大多分布在5～30之間，點綴色的純度取值范圍以10～60的中低純度為主.

隨著社會各界越來越重視老年人健康的生活環(huán)境，本研究旨在為老年人居室色彩療愈空間營造的設(shè)計師提供參考借鑒，同時幫助養(yǎng)老機構(gòu)通過色彩優(yōu)化為老年人提供更具療愈作用的居室環(huán)境.