人因分析在北京冬奧會(huì)首鋼滑雪大跳臺(tái)“雪飛天”設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張利，朱育帆，謝祺旭，梅笑寒

2022年2 月，在北京冬奧會(huì)中，谷愛凌、蘇翊鳴等運(yùn)動(dòng)員青春綻放的精彩表現(xiàn)令首鋼滑雪大跳臺(tái)進(jìn)入了普通公眾的視野。人們透過這個(gè)即便是在冰雪運(yùn)動(dòng)中亦堪稱極限的競(jìng)技項(xiàng)目記住了大跳臺(tái)所承載的飛行翻騰的軌跡，也進(jìn)而對(duì)大跳臺(tái)所展現(xiàn)的近乎超現(xiàn)實(shí)的工業(yè)遺存再利用方式充滿了好奇。體育、建筑物與城市更新思路的嶄新連接一度讓首鋼滑雪大跳臺(tái)成為國(guó)內(nèi)與國(guó)際社交媒體上的熱門話題之一（圖1）——雖然對(duì)大部分事物而言，社交媒體的關(guān)注不一定是好事，但這次對(duì)首鋼滑雪大跳臺(tái)來說——國(guó)內(nèi)與國(guó)際公眾的大面積關(guān)注對(duì)體育和城市來說都是好消息。首鋼的工業(yè)遺產(chǎn)奧運(yùn)故事被普遍認(rèn)同，帶給人們對(duì)北京城市更新魄力的認(rèn)識(shí)，也帶給相對(duì)小眾的大跳臺(tái)運(yùn)動(dòng)新的發(fā)展契機(jī)。國(guó)際雪聯(lián)大跳臺(tái)競(jìng)賽主任羅伯特·莫雷西（Roberto Moresi）在賽后致電大跳臺(tái)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)表示，“感謝你們，感謝首鋼，感謝北京，讓我們未來五年的比賽在過去的數(shù)天內(nèi)都預(yù)訂完了，這是前所未有的。我為我的運(yùn)動(dòng)感到驕傲。”

圖1 社交媒體上的首鋼滑雪大跳臺(tái)

對(duì)于運(yùn)動(dòng)員而言，首鋼滑雪大跳臺(tái)提供了難忘的記憶。它的設(shè)計(jì)得到了包括谷愛凌——她在接受采訪時(shí)提到對(duì)坡度和穩(wěn)定性的突出感受——在內(nèi)的運(yùn)動(dòng)員們的普遍認(rèn)同[1]；這其中，除了永久競(jìng)賽設(shè)施對(duì)運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作的支持外，跳臺(tái)的形象、色彩和站在跳臺(tái)上的空間認(rèn)知體驗(yàn)也是經(jīng)常被談及的[2]。

對(duì)于觀眾和公眾而言，首鋼滑雪大跳臺(tái)提供了令人興奮的城市識(shí)別性元素。大跳臺(tái)的形體與冷卻塔群一起形成了永定河?xùn)|岸的新城市天際線，也為長(zhǎng)安街沿線上的首鋼大橋以及周邊數(shù)公里內(nèi)的高層建筑上的影友提供了喜愛的拍攝對(duì)象（圖2）。不僅如此，以大跳臺(tái)為重要吸引點(diǎn)的群明湖——即冷卻塔下的原首鋼冷卻池——環(huán)湖公園也成為了普通家庭日常樂于前往的公共休閑空間（圖3）。

圖2 城市攝影愛好者鏡頭下的首鋼滑雪大跳臺(tái)

圖3 賽后的首鋼滑雪大跳臺(tái)環(huán)湖公園

不論在體育工藝方面還是在城市形像方面，首鋼滑雪大跳臺(tái)的設(shè)計(jì)很多部分是沿著傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行的：概念—形態(tài)生成與初步設(shè)計(jì)決策—結(jié)合設(shè)計(jì)媒體（圖、模型）的試錯(cuò)優(yōu)化—最終設(shè)計(jì)決策。在這一傳統(tǒng)流程中，設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)完全依賴設(shè)計(jì)者的想像與主觀經(jīng)驗(yàn)判斷。“雪飛天”的靈感來自運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目英文名稱“Big Air”，與中文“飛天”的飄帶契合，即是這樣一例[3]（圖4）。但首鋼滑雪大跳臺(tái)的設(shè)計(jì)流程中也有一些非傳統(tǒng)的部分——它不再完全依賴設(shè)計(jì)者的想像與主觀經(jīng)驗(yàn)判斷，而是引入人因分析，通過提供客觀測(cè)度數(shù)據(jù)，在設(shè)計(jì)的末端問題上協(xié)助設(shè)計(jì)者進(jìn)行更為精細(xì)化的設(shè)計(jì)決策。

圖4 夜景下的首鋼滑雪大跳臺(tái)

有意思的是，在建成空間設(shè)計(jì)領(lǐng)域內(nèi)引入人因分析，最早恰恰緣自申辦冬奧時(shí)對(duì)冬季運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目模擬訓(xùn)練的觀摩。在仿真平臺(tái)上進(jìn)行的、以提升運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)效能為目的的運(yùn)動(dòng)員生理、心理數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與分析，啟發(fā)設(shè)計(jì)者們思考將相關(guān)的人因技術(shù)推廣到普通人的城市空間體驗(yàn)測(cè)度上。雖然本文在此無力詳述其所涉及的復(fù)雜的視覺感知、自主神經(jīng)、體態(tài)特征等方面的采集與分析技術(shù)，但這些技術(shù)能夠帶給傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程的改變與擴(kuò)充是顯而易見的 （圖5）。可以說，一種以客觀數(shù)據(jù)輔助、增進(jìn)主觀判斷的設(shè)計(jì)方法正呼之欲出，而且越接近設(shè)計(jì)的末端，這種輔助與增進(jìn)效果會(huì)越明顯[5]。

圖5 引入人因分析的冬奧場(chǎng)館建筑設(shè)計(jì)進(jìn)程

在首鋼滑雪大跳臺(tái)的設(shè)計(jì)中，人因分析為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在兩個(gè)設(shè)計(jì)問題上提供了客觀數(shù)據(jù)的支持：（1）大跳臺(tái)方位角對(duì)觀者天際線認(rèn)知的影響；（2）群明湖畔公眾環(huán)湖漫游時(shí)的活動(dòng)節(jié)奏與視覺關(guān)注預(yù)測(cè)。兩個(gè)問題貌似無關(guān)大局的細(xì)枝末節(jié)，事實(shí)上對(duì)大跳臺(tái)及群明湖環(huán)境的整體認(rèn)同感與賽后休閑體驗(yàn)至關(guān)重要。上述兩個(gè)問題還具備一個(gè)共性特征：很難完全基于傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)積累形成準(zhǔn)確的判斷。

1 大跳臺(tái)方位角

這個(gè)問題產(chǎn)生于“雪飛天”造型靈感以及運(yùn)動(dòng)員出發(fā)位置決定以后。從競(jìng)賽工藝的角度，在防風(fēng)計(jì)算、氣候統(tǒng)計(jì)及群明湖水體充分保持的前提下，大跳臺(tái)方位角從正東向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)約25°至正東向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)約10°的范圍內(nèi)都是可行的。不同的方位角當(dāng)然會(huì)形成各有千秋的結(jié)束區(qū)及觀眾席效果，但其最主要的影響，是建成后的大跳臺(tái)與冷卻塔群共同組成的天際線的不同。

這是一個(gè)頗具挑戰(zhàn)性的問題，直接關(guān)系到大跳臺(tái)能否得到從首鋼人到北京人的群體認(rèn)同，關(guān)系到大跳臺(tái)能否像人們期待的那樣成為一個(gè)工業(yè)遺產(chǎn)結(jié)合奧運(yùn)帶動(dòng)城市更新的正向標(biāo)識(shí)。近一個(gè)世紀(jì)以來，以群明湖水面為前景、以湖西岸冷卻塔群為中景、以遠(yuǎn)處的西山為背景的天際線是首鋼人乃至北京人心目中的工業(yè)集體記憶，大跳臺(tái)的加入勢(shì)必將改變這條天際線。但是，何種改變更能得到人們的認(rèn)同，這一度是一個(gè)令人難以判斷的問題。一位主管首鋼工業(yè)園區(qū)建設(shè)的老首鋼人曾明確指出這個(gè)問題的重要性：“從群明湖的東岸看過去，如果大跳臺(tái)讓人覺得與冷卻塔群不和諧，改變了原來天際線的味道，項(xiàng)目就毫無成功可言了。”

心理學(xué)上的“錨固效應(yīng)”[4]會(huì)使設(shè)計(jì)師在主觀判斷時(shí)傾向于選擇可用明顯幾何控制線解釋的方位角，比如平行于東南冷卻塔圓心與制氧廠大廠房西北角的連線（正東向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)25°），或索性平行于湖北側(cè)管廊結(jié)構(gòu)的正東方向，等等。但面對(duì)方位角問題對(duì)整個(gè)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)的巨大影響，這種主觀判斷既不能令設(shè)計(jì)者自己滿意，也不能說服所有的利益相關(guān)方，為此，我們引入了人因分析實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中進(jìn)行，模擬跳臺(tái)建成后，公眾從園區(qū)走向湖岸，第一次看到湖對(duì)岸天際線的情景。不同場(chǎng)景間只有跳臺(tái)方位角的差異，被試的視角沿同一路徑、以相同速度向湖面前行。實(shí)驗(yàn)采集了該過程中被試相應(yīng)的眼動(dòng)及皮膚電導(dǎo)數(shù)據(jù)。

經(jīng)過前期預(yù)實(shí)驗(yàn)篩選，我們將最后用于比較的方位角選擇范圍縮小到以下4個(gè)主要角度（圖6、7）：正東向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 10°（-10°）、正東（0°）、正東向順時(shí)針旋轉(zhuǎn) 10°（10°）及 25°（25°）。相應(yīng)地，實(shí)驗(yàn)分為4組進(jìn)行，每組參與者只體驗(yàn)一個(gè)場(chǎng)景，避免不同場(chǎng)景間的干擾。每名被試進(jìn)入實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景前，先觀看10min的其他城市空間場(chǎng)景，以充分適應(yīng)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境；同時(shí)借助該階段采集的皮膚電導(dǎo)數(shù)據(jù)，確定每名參與者的皮電反應(yīng)（SCR）最高值，用于對(duì)實(shí)驗(yàn)的皮電反應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行范圍校正，減小不同被試間的個(gè)體差異[5]。

圖6 不同方位角下跳臺(tái)與冷卻塔形成的天際線

從注視時(shí)長(zhǎng)看，在方位角為10°時(shí)，被試注視跳臺(tái)和冷卻塔的時(shí)長(zhǎng)最長(zhǎng)，同時(shí)跳臺(tái)、冷卻塔以及周邊廠房這3個(gè)部分的注視時(shí)長(zhǎng)分布較為均衡。而其他方位角中，被試的注視主要停留在周邊廠房。據(jù)此我們認(rèn)為，正東向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)10°的方位角可以使跳臺(tái)和冷卻塔的新天際線組合在人群的視覺感知中具備較高的吸引力，同時(shí)與周邊環(huán)境取得較好的平衡（圖8）。

圖8 不同方位角場(chǎng)景中被試的注視時(shí)長(zhǎng)分布及平均皮電反應(yīng)變化

我們進(jìn)一步通過皮電反應(yīng)變化分析人群在該過程中的喚醒度（arousal）1）變化。其中，方位角為負(fù)10°的場(chǎng)景中，被試全程的喚醒度明顯低于另外3個(gè)場(chǎng)景。被試向湖岸前進(jìn)過程中，方位角0°的場(chǎng)景中的被試皮電反應(yīng)逐漸回落；而方位角10°和25°的場(chǎng)景中的被試在第8～12s間，出現(xiàn)了明顯的第二個(gè)皮電反應(yīng)。據(jù)此我們認(rèn)為，方位角為正東順時(shí)針旋轉(zhuǎn)10°和25°時(shí)，隨著步行過程中湖面視野逐漸打開，跳臺(tái)與冷卻塔構(gòu)成的新天際線持續(xù)吸引多數(shù)被試的注意。

綜合兩部分?jǐn)?shù)據(jù)分析，實(shí)驗(yàn)為設(shè)計(jì)提供了一條重要的參考：對(duì)于未來園區(qū)的使用群體而言，正東順時(shí)針旋轉(zhuǎn)10°的跳臺(tái)與冷卻塔的天際線組合具有接受度最高的視覺體驗(yàn)。這個(gè)結(jié)果有點(diǎn)出乎意料——它指向了一個(gè)“模棱兩可”的角度，似乎在前述的設(shè)計(jì)師主觀“錨固”選擇之間進(jìn)行了某種折衷。在檢查、確認(rèn)實(shí)驗(yàn)過程之后，在各利益相關(guān)方的支持下，大跳臺(tái)最后以這一方位角建造。從大跳臺(tái)整體輪廓在腳手架拆除前形成開始，至冬奧會(huì)比寒期間，至賽后的今天，大跳臺(tái)與冷卻塔的天際線關(guān)系沒有受到質(zhì)疑，得到了從首鋼人到北京市民的普遍接受。前述主管園區(qū)建設(shè)的老首鋼人也在大跳臺(tái)竣工一個(gè)月后明確表示，“最擔(dān)心的天際線問題，目前看是比較令人放心地解決了。”

2 群明湖周邊的慢行空間節(jié)奏與視覺注意力預(yù)測(cè)

這個(gè)問題產(chǎn)生于大跳臺(tái)的方位確定以及競(jìng)賽設(shè)施的總平面穩(wěn)定以后。大跳臺(tái)本身雖然可視化程度很高，但其特殊的競(jìng)賽工藝使其難以為普通人提供日常的運(yùn)動(dòng)休閑功能，雖然有沿著跳臺(tái)兩側(cè)臺(tái)階的攀登活動(dòng)，但其空間體驗(yàn)尚不足以形成完整的漫游經(jīng)歷。因此，大跳臺(tái)腳下的群明湖環(huán)湖漫游是賽后利用必不可少的部分。

如前所述，群明湖這一美好的名字所指的實(shí)際上是一個(gè)原用于工業(yè)的矩形冷卻池。如何通過改造后的岸線與環(huán)湖路徑削減矩形周邊的單調(diào)感，并且與大跳臺(tái)等視覺吸引點(diǎn)形成互動(dòng)，創(chuàng)造豐富度適中的慢行空間節(jié)奏，是對(duì)景觀設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)。景觀設(shè)計(jì)師在此提出了一個(gè)令人振奮的創(chuàng)意：我們可以學(xué)習(xí)一個(gè)已知的更大的湖——頤和園的昆明湖。

這是一次大膽的基于拓?fù)渫瑯?gòu)轉(zhuǎn)譯的設(shè)計(jì)（圖9）：我們可以明確識(shí)別出大跳臺(tái)所起到的類似西堤的作用，以及群明湖北岸在類似昆明湖魚藻軒位置和排云門位置所出現(xiàn)的公共空間節(jié)點(diǎn)變化。不過，這一設(shè)計(jì)概念如何通過設(shè)計(jì)決策實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果，這里我們用到了人因分析來輔助預(yù)測(cè)。

圖9 首鋼群明湖向頤和園昆明湖學(xué)習(xí)：拓?fù)渫瑯?gòu)轉(zhuǎn)譯

輔助預(yù)測(cè)所使用的工具是我們通過采集城市空間眼動(dòng)數(shù)據(jù)訓(xùn)練的深度學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)模型，訓(xùn)練總計(jì)用到14萬幀帶有人群眼動(dòng)標(biāo)注的視頻圖像，包含注視點(diǎn)334萬個(gè)。該預(yù)測(cè)模型可以為設(shè)計(jì)提供較為接近人群實(shí)際眼動(dòng)行為的視覺注意力分布預(yù)測(cè)。在用于輔助群明湖岸線設(shè)計(jì)前，我們首先在頤和園昆明湖進(jìn)行了預(yù)測(cè)效果檢驗(yàn) （圖10）。通過預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際人群注視點(diǎn)分布的比較，我們確認(rèn)了模型在環(huán)湖漫游這類場(chǎng)景中有較為可靠的預(yù)測(cè)性能。

圖10 頤和園昆明湖環(huán)湖步行的人群注視點(diǎn)真實(shí)分布及預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)結(jié)果

以環(huán)湖漫游的第一人稱360°視角渲染視頻作為輸入，我們對(duì)人群漫游全程的視覺注意力分布進(jìn)行了的預(yù)測(cè)。經(jīng)過多輪測(cè)試和景觀設(shè)計(jì)迭代，在最終的漫游序列中使用預(yù)測(cè)模型進(jìn)行預(yù)估，可知在景觀設(shè)計(jì)師沿環(huán)湖路徑精心布置的公共空間節(jié)點(diǎn)上，大跳臺(tái)是可預(yù)期的主要視覺吸引點(diǎn)。測(cè)試結(jié)果顯示，在這一漫游序列中，人眼與大跳臺(tái)將有較高的互動(dòng)頻率（圖11）。

圖11 方案環(huán)湖過程的視覺注意力預(yù)測(cè)結(jié)果

在大跳臺(tái)建成后、周邊區(qū)域尚未完全對(duì)公眾開放前，我們利用全景視頻和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)再次嘗試讓人“遠(yuǎn)程漫游”群明湖，采集了被試對(duì)實(shí)際建成空間的眼動(dòng)數(shù)據(jù)（圖12）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果初步驗(yàn)證了預(yù)測(cè)模型的預(yù)估。在北岸步行過程中，跳臺(tái)是人群重要的注視點(diǎn)分布區(qū)域。從各個(gè)被試注視點(diǎn)分布位置變化也能夠明顯看到，絕大部分被試在漫游過程中都會(huì)間歇性地注視大跳臺(tái)，形成了一種有趣的視線互動(dòng)節(jié)奏（圖13）。

圖12 建成后被試環(huán)湖過程的注視點(diǎn)分布

圖13 各被試實(shí)驗(yàn)過程的注視位置變化

事實(shí)上，北京冬奧會(huì)之后，首鋼滑雪大跳臺(tái)及群明湖區(qū)域曾在春天向公眾開放，雖然時(shí)間短暫，但這給了我們一點(diǎn)真正在賽后生活中驗(yàn)證設(shè)想和預(yù)測(cè)的機(jī)會(huì)。我們招募到少量被試，對(duì)其環(huán)湖的漫游數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并代入到人因量譜圖2）[6]中進(jìn)行圖解分析。

在實(shí)驗(yàn)中，被試間隔5min依次出發(fā)，環(huán)群明湖逆時(shí)針步行一周，期間可自行調(diào)整步速，也可在感興趣的地點(diǎn)駐足停留。實(shí)驗(yàn)采集被試在環(huán)湖漫游過程中的步頻、步長(zhǎng)，結(jié)合GPS定位計(jì)算出被試在每段參考單位長(zhǎng)度d0內(nèi)的停留時(shí)長(zhǎng)；同時(shí)采集皮電數(shù)據(jù)，并計(jì)算被試在相應(yīng)d0內(nèi)的積分皮電反應(yīng)（ISCR）[7]；進(jìn)行歸一化處理后取平均值填入人因量譜圖中。圖中線框矩形面積表示參考停留時(shí)長(zhǎng)，填充矩形面積表示實(shí)際停留時(shí)長(zhǎng)（圖14）或積分皮電反應(yīng)（圖15）。

圖14 首鋼滑雪大跳臺(tái)人因量譜圖[填充.停留時(shí)長(zhǎng)]

圖15 首鋼滑雪大跳臺(tái)人因量譜圖[填充.積分皮電反應(yīng)]

從停留時(shí)長(zhǎng)看，填充部分矩形高度普遍高于線框部分，說明被試在環(huán)湖漫游時(shí)的步速略慢于正常行走時(shí)的參考步速，并在沉水步道區(qū)、跳臺(tái)對(duì)岸觀景平臺(tái)、跳臺(tái)底部呈現(xiàn)出更長(zhǎng)的停留時(shí)間，推測(cè)被試更傾向于在這些空間駐足觀景。積分皮電反應(yīng)則更顯著、更清晰地反應(yīng)了被試在環(huán)湖漫游過程中不同位置喚醒程度的變化。從圖中可以明顯看出，在逆時(shí)針步行過程中，當(dāng)被試從湖南側(cè)轉(zhuǎn)向東側(cè)，大跳臺(tái)及冷卻塔開始出現(xiàn)在被試視野中時(shí)，被試的喚醒度明顯提高；并在群明湖北岸、特別是在沉水步道區(qū)達(dá)到最高值（圖16）。據(jù)此可知面向大跳臺(tái)行進(jìn)時(shí)被試的喚醒度維持在高水平，且可推測(cè)，被試在視線與水平面接近平齊時(shí)會(huì)得到獨(dú)特的空間體驗(yàn)。

圖16 從群明湖沉水步道看大跳臺(tái)

從上面的分析可以看出，目前有限的被試數(shù)據(jù)分析結(jié)果對(duì)環(huán)群明湖空間節(jié)奏和視覺關(guān)注上的有關(guān)預(yù)測(cè)已經(jīng)提供了一定支持。不過由于實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間過于短暫和被試數(shù)量極其有限，這種分析的說服力暫時(shí)還無從談起，有待獲得賽后生活長(zhǎng)期數(shù)據(jù)積累后方能形成有意義的結(jié)論。

3 小結(jié)

綜上所述，我們可以得到3個(gè)并非結(jié)論性的、但可能是有益的觀察：第一，對(duì)首鋼大跳臺(tái)及相關(guān)設(shè)施的設(shè)計(jì)而言，人因分析的引入對(duì)非競(jìng)賽相關(guān)內(nèi)容的設(shè)計(jì)、特別是其設(shè)計(jì)末端問題的決策起到了增進(jìn)的作用；第二，對(duì)包括首鋼大跳臺(tái)在內(nèi)的冬奧場(chǎng)館而言，目前已經(jīng)進(jìn)入了賽后日常使用階段，賽后長(zhǎng)期真實(shí)生活的人因測(cè)度數(shù)據(jù)采集將會(huì)推動(dòng)大型運(yùn)動(dòng)會(huì)競(jìng)賽設(shè)施可持續(xù)設(shè)計(jì)的知識(shí)體更新；第三，包括人因分析在內(nèi)的以客觀數(shù)據(jù)支持的循證設(shè)計(jì)過程，應(yīng)是在當(dāng)代技術(shù)文明下對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程的延展與增益，而不是對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程的取代。建成空間的美好與詩意首先是來自人頭腦的想像，而非任何的量度或算法，這一點(diǎn)不應(yīng)該也不會(huì)被改變。

注釋

1） 喚醒是一種反映神經(jīng)系統(tǒng)激活程度的生理和心理狀態(tài)。喚醒與人對(duì)外界刺激的注意、信息處理、記憶等過程相關(guān)。

2） 人因量譜圖是對(duì)人的空間體驗(yàn)進(jìn)行圖解分析的工具。