面向健康促進的醫院空間環境親生物設計研究

張姍姍，姜霖（通訊作者）/ZHANG Shanshan, JIANG Lin (Corresponding Author)

1 引言

高速發展的人工環境所造成的一系列負面影響，迫使人們開始重新審視人與自然之間的關系。從建筑學視角看，修復人與自然的關系可分為兩個層次：第一，最大限度消減建筑設計、建造、使用和維護過程中對自然環境的干擾與消耗；第二，在設計中充分建立人與自然的連接，發揮自然對人的積極作用。親生物設計（biophilic design）即屬于后者范疇之內[1]。自然的健康促進作用在國際學術界已成共識[2]。醫院作為幫助人類恢復健康的核心場所，也開始著力于借助自然的力量塑造有利健康的空間環境，但設計過程中仍存在以下兩點問題：

第一，自然要素引用的局限性。現有研究與實踐中普遍關注并運用的自然要素多為自然界中客觀存在的真實自然物或者自然類似物，低估甚至忽略了自然空間感覺所能發揮的健康效益[3]。第二，設計策略方法的正確性、認同性與有效性亟待提升。正確性方面，雖然動植物、水體、光線等自然要素在其他建筑類型中被頻繁選用。但在醫院中未經計劃的引入真實自然物，可能會增加醫院內感染的風險；此外，由于患者的衰弱狀態及不良藥物反應，強烈的光線、刺激性氣味以及自然要素引起的微氣候變化極有可能引發眩暈、嘔吐、過敏等癥狀，甚至導致病情惡化[4]。認同性方面，絕大多數人本就對醫院存在天然的排斥，當自然要素讓人感到陌生，或因過度處理而嚴重失真時，人體將更難建立對自然要素的認同與應答。有效性方面，存在孤立呆板的將個別自然要素引入醫院空間環境中，而要素對人吸引力不足的現象。上述情況發生時，自然要素將不能對人進行持續反復的刺激，自然對人的健康促進作用就會被中斷、削弱甚至消失[5]。

親生物設計理論從生物學角度闡釋了自然、空間環境與人類健康三者之間的關系，可以為醫院空間環境中自然要素的甄選與設計應用提供基礎論據與方向導引。因此，進行醫院空間環境親生物設計研究對提升人員健康狀態具有積極意義。

2 親生物設計理論溯源

2.1 親生物性與親生物設計

親生物性（biophlia）這一概念由美國科學院院士、哈佛大學生物學家愛德華·威爾遜（Edward Wilson）在其1984年出版的著作《Biophlia》中首次提出。“biophlia”一詞中“bio”意為“生命”,“philia”代表“熱愛”。親生物性是人的本能，指人與生俱來即熱愛生命和有生命力的自然系統。回望人類進化歷史，人類日常生活一直與自然環境休戚相關。親近對自己生存、繁衍與繁榮有利的自然要素已成為人根植于基因當中的天性，即親生物性[6]。

親生物設計以人的親生物天性為依據，是能促進人類健康、提升認知與工作效能、增強人和環境之間交流及歸屬感的空間環境設計哲學。親生物設計并非單純的將任意自然要素移植到空間環境當中，而是在對自然要素內涵進行拓展的基礎上，選擇性地將對人類有積極作用的自然要素轉譯成具體或抽象的設計語言，相互整合后以有效的方法應用于空間環境當中，其目標旨在塑造能激發并滿足人親生物性的人工環境，使人身處于人工環境中也能長久而持續地汲取自然產生的積極效應。醫療、居住、教育、辦公、景觀以及城市規劃等人工環境設計研究領域均已開始聚焦親生物設計理論的研究、發展與應用[1,5]。

1 初步概括的親生物設計屬性（繪制：姜霖，改繪自參考文獻[1]）

2.2 親生物設計模式劃分

親生物設計研究專家斯蒂芬·凱勒特（Stephen R. Kellert）最初概括了6類70項親生物設計屬性（圖1），這些設計屬性實質上是對具有積極效益的自然要素和使用這些要素建議的概括[1]。以此為基礎，凱勒特與其他健康環境設計學者基于對大量實證研究與實踐經驗的總結，按照人對自然的體驗層次，進一步凝練劃分了3類親生物設計模式，并針對各類模式重新歸納了相應的自然要素：

（1）直接自然體驗模式。即在空間環境中建構人與真實自然物的實際接觸，該模式的優勢在于人不需要消耗過多的腦力就能感知自然要素的存在。相關自然要素既包括動植物、水體、陽光、空氣等單項要素，也包括景觀與天氣等系統要素[3]。

（2）間接自然體驗模式。該模式包含3方面具體內容：其一，以具備真實自然物特質的類似物作為自然的表征應用于空間環境當中來喚起人對自然的聯想。相關自然要素包括自然圖像、影音以及人工控制的光線、氣流與溫度等。其二，將相對抽象的自然產物經過適當的人工處理應用于空間環境中。相關的自然要素包括天然的色彩、材料、形狀與形式等。其三，在空間環境中表現更微妙的自然變化過程以及生物的行為活動，具體的表現過程往往需要以其他本身即具有動態變化特質的真實自然物及類似物為載體，或進行仿生設計。間接自然體驗模式的優勢在于能夠鍛煉人的抽象思維能力與創造力[5]。

（3）自然空間感體驗模式。即通過在人工環境中塑造類似自然界中存在的空間組織形式來營造人生而向往的自然空間感覺，該模式的優勢在于更易帶給人沉浸式的自然體驗。相關的自然要素包括庇護與瞭望感、秩序與復雜感、神秘感、對比反差感等。實際設計過程中，常用真實自然物、自然類似物及產物輔助營造自然空間感覺[5,7]。

3 醫院空間環境親生物設計的健康效益

醫院本身肩負著幫助人類恢復健康的職能，醫護和患者等醫療活動主要參與者普遍處于精神高度集中，身心相對脆弱敏感的特殊狀態。醫院空間環境品質與醫療效果直接相關[2]，親生物設計所能賦予醫院空間環境的自然屬性及其所能創造的健康效益，與醫院職能及使用者訴求高度契合。

3.1 醫院空間環境親生物設計的健康促進機制

3.1.1 健康促進的過程

面向健康促進的醫院空間環境親生物設計，應以現有的相對普適于各類人工環境的親生物設計模式框架與自然要素為基礎，在不干擾醫療活動并且充分考慮患者特殊健康狀態的前提下，首先甄選出適用于醫院空間環境的自然要素，然后通過審慎而有效的設計方法將自然要素滲透性地應用于空間環境中，力求在醫院空間環境中帶給人們沉浸式的自然體驗，使自然要素能夠從視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等多感官角度對人體進行長時間、持續、重復性的復合刺激，引導人體建立對自然要素的應答與同化，從而激發人的親生物性，最終從精神認知、心理情緒、生理機能3個方向提升人員的健康狀態[5]。

3.1.2 健康促進的對象、方向與生物學效應

在醫院的特定情境下，親生物設計的主要作用對象為患者與醫護工作人員。現結合作用對象，對親生物設計在3個健康效益促進方向，及其分別能引起的生物學效應進行解讀：

（1）精神認知方向。對于患者而言，親生物設計的健康效益主要體現在對精神分裂、自閉癥及阿茲海默癥等精神行為障礙疾病患者的輔助療愈作用[8]。對于醫護人員而言，親生物設計不僅有助于緩解醫護自身由于連續高強度工作造成的的精神疲勞，促進工作注意力的重新集中與智能恢復；還利于提升醫護人員積極性、醫患交流意愿與總體工作效能，進而積極影響患者的康復進程[5]。

（2）心理情緒方向。親生物設計能緩解壓力、抑郁與焦躁，并激發積極情緒。這些心理層面的生物學效應是通過在精神層面將患者和醫護人員的注意力從疾病和繁重工作等消極事物上轉移實現的。親生物設計在心理情緒方向發揮的正向作用有助于綜合提升患者的就醫體驗與醫護人員工作滿意度[9]。

（3）生理機能方向。首先，人體可利用親生物設計在心理層面產生的積極情緒來切斷神經中疼痛信號的傳輸，同時刺激大腦分泌具有強力鎮痛效果的內啡肽，從而緩解生理上的疼痛；第二，同樣利用積極的情緒變化，可以快速鎮定興奮的內分泌系統與神經系統，從而平復血壓、心率脈搏、皮電反應和肌肉張力等生理指標，并提升免疫力[9]；第三，可通過干預微生物繁殖，削弱人員在醫院內發生感染的風險[10]；第四，能通過微氣候調節，直接影響人體的生理舒適度[11-12]；第五，可通過調控生理節律，輔助調整夜班醫護人員睡眠計劃，提升患者睡眠質量[2]；第六，可促進患者與自然的積極行為互動，從而提升肢體活動能力[8]。

對醫院空間環境進行親生物設計，不能以完全割裂的視角看待自然要素所能發揮的健康效益。因為自然在生理-心理-精神方向之間的健康效益存在因果關系與相互促進作用。此外，親生物設計對醫患的健康促進效益，最終均共同指向醫院存在的核心價值——提升患者的康復速度與效果。

3.2 醫院空間環境親生物設計健康效益尋證

親生物設計雖然是一個相對新的概念，但是現有的大量運用自然要素進行健康環境設計的研究成果可為醫院空間環境親生物設計提供證據支持。表1基于對相關代表性文獻的回顧，列舉了醫院空間環境親生物設計的模式劃分、關聯的自然要素、自然要素應用方法以及具體的健康促進機制。并且，自然在其他人工環境中發揮健康效益的研究結論對醫院空間環境親生物設計也具有一定的啟發參考價值。

4 醫院空間環境親生物設計要點

4.1 立足安全，謹慎可控

為確保醫院空間環境親生物設計的正確性，保證患者的生命安全，避免在診療過程中對患者造成額外的身心傷害，親生物設計過程中必須謹慎選用自然要素，并以高度可控的設計方法，避免自然要素可能增加的感染風險及生理負擔。

首先，可通過對敏感空間環境進行透明化分隔設計，促進人員與自然要素的視聽交互，盡量隔絕人體與易引發感染自然物之間的接觸。如可將手術室、重癥監護室等空間的外墻界面進行透明化處理 （圖2、3）。面向中心庭院設置的玻璃外墻塑造了開敞的瞭望感，庭院中層次色彩錯落的自然景致向室內延伸，透射的陽光點亮了環境，有助于緩解患者術前和康復過程中的緊張、焦慮與疼痛，并減少住院時間[19,23]。再如芝加哥兒童醫院（Ann &Robert H. Lurie Children's Hospital of Chicago）為滿足免疫缺陷兒童親近自然的需求，在室內療愈花園竹林中使用抗菌材料建造了蜿蜒的光墻，彩色透明墻體內水波和緩，氣泡升騰；竹林石縫間流淌出鳥鳴泉音 （圖4）[24]。

其次，可通過對自然要素的精準調控，來適應患者的特殊感官需求。例如麥克米倫癌癥中心（Sir Robert Ogden Macmillan Cancer Centre）為應對患者光敏和嗅敏的藥物反應，化療空間向園而生，呈長鵝卵石形態，為患者提供舒緩眩暈的舒長視野（圖5）。同時，為避免患者在欣賞園景時遭受陽光的過度刺激，該中心還綜合使用藍綠色玻璃和可調暗的燈光，輔助營造相對柔和靜謐的光環境。此外，室內的氣味中和器與自然氣味發射器有助于減輕患者的嗅覺不適（圖6）[4]。

2 勃蘭登堡市政醫院手術室（圖片來源：參考文獻[23]53）

3 馬薩諸塞州綜合醫院ICU病房（圖片來源：http://www.nbbj.com/practices/healthcare/）

4 芝加哥兒童醫院療愈花園親生物設計（繪制：姜霖，改繪自https://www.zgf.com/project/lurie-childrens/，參考文獻[24]）

5 麥克米倫癌癥中心（圖片來源：https://www.ibigroup.com/ibi-projects/sir-robert-ogden-macmillan-cancer-centre/）

4.2 因地制宜，協調統一

對于醫院空間環境親生物設計認同性的思考，首先可從人們對醫院空間環境認同感的反思開始。人們排斥醫院的重要原因之一是缺少家的感覺。依據人的親生物天性，人類對自己賴以生存的家園有先天的好感[6]。因此，建構醫院空間環境與所處地域在生態地理、歷史文化和生活方式等方面的關聯，是提升認同性的途徑之一。其次，在醫院單元重復式的空間環境中協調統一的使用系列化自然要素，能夠帶給使用者連續相似的刺激，從而提升人對同一類自然要素的熟悉感。因此，主題化的自然要素詮釋是提升認同性的途徑之二。最后，針對特定醫院空間環境指定服務對象的偏好進行專門化設計，是提升認同性的途徑之三[5]。

表1 醫院空間環境親生物設計健康效益矩陣

以美國圣迭戈雷迪兒童醫院（Rady Children's Hospital-San Diego）空間環境設計為例，該院不僅使用了陽光和室外景觀滲透、木色桌椅、自然配色沙發裝飾波紋圖案、流線型長椅和內嵌式洞穴形態墻面等常見親生物設計手法，還在整個醫院空間環境設計中呼應其所處太平洋西岸的地域特征進行了海洋主題的設計。所使用的椰林、海灘、動物、船舶和港口等地域性裝飾符號均取材于當地的著名的生態要素、航海文明以及印第安傳統漁獵生活方式，并針對其專門收治對象——兒童的審美偏好對自然場景進行了卡通化的藝術創作（圖7）。

4.3 真實多元，系統復合

對于醫院空間環境親生物設計有效性的實現，研究表明，真實自然物比模擬的自然類似物所能發揮的積極作用更明顯，過分失真的自然類似物會引起人的厭倦與抵觸情緒；與單項自然要素疊加效益相比，系統化的應用多種自然要素所能產生的綜合健康效益更顯著，更利于自然空間感覺與氛圍的營造；自然要素對人體多感官的復合刺激比對單一感官的刺激更具吸引力；能吸引人主動參與并進行身體活動的自然要素比僅能使人靜態欣賞或駐留的自然要素更具影響力[5,7]。

綜合考慮醫院空間環境本體的復雜性與人員狀態的特殊性，為提升設計有效性：第一，應盡量以更易理解的方式客觀真實地展示多元化的自然要素，適度突出自然要素的動態變化與趣味性，以增加自然要素的吸引力，從而提升人員的參與度；第二，對各個空間界面進行復合化親生物設計，患者接受治療與休息時多處于仰臥狀態，因此設計中應重點關注經常被忽視但患者視線匯聚頻率較高的頂棚界面；第三，兼顧醫療功能要求對空間環境的約束，當影像中心等科室不易建構與外部真實自然環境的直接聯系時，可參考間接自然體驗模式，系統化地運用原木等天然材質喚醒觸覺感知，以電子媒體與虛擬現實技術重塑視聽體驗，以自然氣息激活嗅覺記憶，綜合創造“以假亂真”的自然體驗（圖8）。芝加哥兒童醫院在親生物設計循證研究的基礎上對其室內療愈花園進行了多元要素復合的系統設計（圖4），用后實證研究表明在進入該花園體驗5分鐘后，壓力相關的生理指標顯著平復[24]。

6 麥克米倫癌癥中心化療空間（圖片來源：參考文獻[4]）

7 圣迭哥雷迪兒童醫院護理單元活動區（攝影：姜霖）

8 影像診斷中心親生物設計（圖片來源：https://protrade-i.com/sky-factory/）

5 結論與展望

親生物設計以真切的生命本能與生存規律為基礎，符合人類進化發展的總體趨勢。親生物設計能夠賦予醫院空間環境有意義的自然屬性并發揮健康促進作用。隨著人類對人與自然關系認識的發展，未來可通過更廣泛而科學的實證研究，進一步擴充具有健康促進潛能的自然要素，并針對性探究其在特定醫院空間環境中對特定人員的健康促進作用，為未來醫院空間環境親生物設計提供更充分的理論依據與經驗指導。