醫療建筑光環境的影響因素及其提升需求研究

胡國霞

(華東建筑設計研究院有限公司，上海 200011)

引言

病人入院治療需求逐年增高[1]，醫院平均住院日較長[2]，良好的光環境可以提升人員的舒適感[3,4]，改善病人的心理—生理狀態[5]，同時能夠幫助提升醫護人員執行工作任務的能力，因此醫療建筑室內光環境的營造至關重要。許多學者采用問卷調研的方式，基于照度[6]及其均勻性[7]、色溫[8]、亮度分布[9]、光譜分布[10]、眩光等參數的測試數據探求健康舒適的光環境營造方式。方差分析[11]、相關性分析[12,13]、Grasshopper采光模擬分析[14]等評價方法也逐步應用于醫療建筑分析中。雖然很多學者都對醫療建筑光環境進行評價研究并提出改進方案，但是未考慮日間及夜間的光環境差異，研究指標少有涉及具體閾值，場景分析應多元化[15]。本研究針對醫療建筑的主要功能空間，基于可量化的評價指標調研現有醫療建筑光環境質量，確定光環境評價關鍵指標及其閾值。本研究結果對于醫療建筑光環境舒適性的評價具有一定指導意義，同時也對光環境營造與提升起到一定參考作用。

1 研究方法

1.1 問卷

調研地點為上海市兩棟醫療建筑，調研時間分為日間(9:00—16:00，天然采光與人工照明結合)及夜間(18:00—19:30，人工照明)。受試者是醫療建筑內醫護人員及病人。問卷主要包括個人信息、光環境體驗感受、光環境總體滿意度及生理和心理問題。光環境體驗感受問題設置照度(水平照度、垂直照度)、照度均勻性、空間亮度、眩光、光源色溫、光源顯色性、燈具頻閃、采光時長(僅日間調查)等影響因素，并在每一位受試者所處位置進行上述光環境參數測量。問卷中未出現專有名詞，均以通俗語言進行提問，問卷形式以圖1為例。

圖1 問卷形式Fig.1 Questionnaire format

在調研前設置包含60名志愿者的預實驗以檢查問卷的可靠性。Cronbach Alpha系數均大于0.7，可靠性較高；KMO值大于0.7，效度較高，適于做因子分析(表1)。

表1 可靠性檢驗Table 1 Reliability test

1.2 實地調研

在正式調研時共回收有效問卷513份，其中日間問卷306份，夜間問卷207份，現場測試情況如圖2所示。

圖2 醫療建筑測試Fig.2 Medical building test

每份問卷與每組光環境參數存在一一對應關系，光環境測量方法依據《室內照明測量方法》(GB 5700—2008)[16]，參數及其測量儀器見表2。

表2 測量儀器Table 2 Measuring instruments

1.3 技術路線

本研究采用現場測量和問卷調查的方法，通過SPSS 25對問卷及客觀測量數據進行分析，依據不同的時間情況和場景差異，通過Mann-Whitney U檢驗確定受試者在不同總體滿意度水平之間的主觀感受差異，基于Spearman相關系數檢驗得出與總體滿意度相關性高且顯著水平較高的主觀感覺和影響因素，最后得出影響人員光環境總體滿意度的指標及其具體閾值，技術路線如圖3所示。

圖3 研究技術路線圖Fig.3 Analysis flowchart

2 結果

2.1 受試者信息

受試者一直在被調研的醫療建筑中工作或休息，志愿者的信息見表3。

表3 受試者信息Table 3 Volunteers’ information

樣本包括240名男性和273名女性參與者，年齡從20歲～59歲(平均年齡41.3歲，SD 11.09)。測試期間不改變公共建筑的照明條件，測試當天采用常規的照明方法，無暴露風險。作為對付出時間和努力的補償，受試者會收到禮物作為獎勵。

2.2 光環境現狀

根據《建筑照明設計標準》(GB 50034—2013)[19]和《綠色照明檢測及評價標準》(GB/T 51268—2017)[20]的強制性細則中對醫療建筑光環境的要求，對夜間測試數據對標分析，發現有186份問卷符合規范，可用于用戶滿意度分析，各個指標對標情況見表4。

表4 光環境指標對標Table 4 Comparison of standard results for luminous environment

除色溫外，超過90%的測試地點完全滿足現有標準的強制條例，研究發現當色溫大于3 000 K時大多數受試者仍感到滿意，考慮到對藍光危害的認知在不斷完善，此項不做滿足率的分析。標準GB/T 51268—2018中對頻閃要求嚴格，閃爍現象在短期會導致分神、眩暈等，長期可能會加劇頭痛等問題，因此設計時需重點關注頻閃問題，滿足用戶舒適需求。而日間測試以人工照明與采光結合的方式為主，未查詢到相關規范，故不做對標分析。

2.3 光環境整體滿意度分析

醫療建筑日間、夜間典型空間的總體滿意度情況如圖4所示。

圖4 典型空間光環境滿意度Fig.4 Satisfaction with typical space luminous environment

醫療建筑日間光環境滿意度顯著高于夜間光環境滿意度，夜間以“中性”和“不滿意”占比較多。在只有人工照明的情況下，發現人員超半數以上對整體光環境未感到滿意。考慮到“極不滿意(滿意度=1)”樣本量占比少，故把“滿意度=1”和“滿意度=2”歸為“不滿意”等級，把“滿意度=3”歸為“中性”等級，把“滿意度=4”和“滿意度=5”歸為“滿意”等級。

2.4 典型空間的影響因素

通過對問卷數據進行Spearman秩相關系數分析，得到影響醫療建筑日間及夜間光環境總體滿意度的主觀感受，如表5所示。

表5 整體滿意度的高相關性感受Table 5 Highly correlated feelings of overall satisfaction

從表中得出頻閃、均勻性、顯色指數的感受與整體滿意度相關性較且顯著性低。照度與眩光是日間光環境更關注的感受；與夜間光環境總體滿意度相關性較高，顯著水平較高的主觀感覺有照度滿意度、色溫滿意度、空間亮度滿意度。由此可知，不同典型空間、不同時間受試者存在需求差異。但高相關性和高顯著性不表示醫療建筑光環境該指標仍存在提升，需采用Mann-Whitney U檢驗確定受試者在總體滿意度水平之間的主觀感受存在差異，以日間病房光環境從“中性”提升至“滿意”為例，如圖5所示。

圖5 主觀感受差異分析Fig.5 Subjective feelings difference analysis

Mann-Whitney U檢驗可知，在日間病房光環境中地面照度感受和眩光感受存在顯著差異(sig.≤0.05)，故兩個指標的感受需重點考慮。由于無法在實際應用中提升主觀感受，需采用相關性分析得到影響主觀感受的指標(表6)。

表6 日間病房高相關性指標Table 6 High correlation indicators of daytime wards

從表6可知，地面照度感受與亮度、垂直照度和地面照度呈現顯著正相關趨勢，與頻閃、頻閃比呈現顯著負相關趨勢。因此，在日間病房光環境中應重點關注，得出指標的提升閾值，如圖6所示。

圖6 主觀感受與指標的關系Fig.6 The relationship between subjective feelings and indicators

本文根據受試者的主觀感受對各指標的測量值進行了劃分。以日間病房光環境為例，分為中立和滿意兩類，便于識別關鍵指標提升的閾值需求。在熱舒適標準中，有5%的人對熱環境一直處于“不滿意”感受，本研究選用“95%”作為光環境的評價閾值劃分依據，盡量使該區域內中性感覺人員的數量少于5%，使大多數人在舒適區感到滿意。結果表明，地面照度需要控制在200 lx以上，垂直照度需要達到75 lx，亮度需要達到100 cd/m2，頻閃指數需控制在0.2以下，頻閃比需控制在0.02以內。

3 討論

通過以上方法總結改善醫療建筑光環境所需的指標和閾值，并與《建筑照明設計標準》[19]和《綠色照明檢測及評價標準》[20]進行比較，建立醫療建筑光環境等級評價體系(表7)。一星為現有標準需求，二星需滿足上述方法中得出的從“不滿意”等級向“中性”等級提升的關鍵指標閾值范圍，三星級需滿足從“中性”等級向“滿意”等級提升的關鍵指標閾值范圍。

表7 醫療建筑光環境改善指標及閾值Table 7 Indicators andthresholds for luminous environment improvement in medical buildings

在醫療建筑中，CCT閾值的定位是“CCT越高，光環境越好”。但對于涉及夜間活動的場景，如病房(表4)，需要控制短波分量，以降低患者警惕性，促進康復[21,22]。本研究發現在高色溫條件下，醫療建筑的滿意度較低，居住者(患者)更喜歡中間色溫的光環境，認為偏暖光更舒適。因此病房內CCT的上限為4 500 K。病房對照度的要求不高，幾乎不需要營造閱讀環境。病房以創造溫暖和舒適的體驗感為目標，以增強患者的愉悅感，有利于促進身體修復。

4 結論

本研究對上海的兩幢醫療建筑展開調研，基于現有建筑光環境評價指標測試不同應用場景下的光環境質量并對人員的主觀感受進行問卷調查，共獲得513組數據，主要研究結論如下：

1)醫療建筑中90.3%的地點完全滿足《建筑照明設計標準》和《綠色照明檢測及評價標準》，在滿足現有光環境標準的醫療建筑中，日間光環境滿意度顯著高于夜間光環境滿意度，但因病房頻閃較為嚴重，測試地點沒有滿足《綠色建筑評價標準》中評分項要求的頻閃比，所以在今后設計時需要加強對頻閃比、頻閃指數等頻閃相關指標的關注。

2)針對醫療建筑的主要功能空間對照明水平、顯色性和色溫等光環境指標具有不同的需求，用戶視覺舒適感在不同場景、不同時間下具有較大差異。

3)以病房總體滿意度提升至“滿意”為目標，照度需達到300 lx，垂直照度需達到75 lx，工作面亮度需達到200 cd/m2，頻閃比需控制在0.02以內，頻閃指數需控制在0.2以內。上述結論細化了各光環境場景的評價等級與相應指標閾值，為面向醫療建筑光環境舒適性的提升需求提供基礎數據。