城市人因工程學視角下的中小學健康校園設計研究

程曉喜，林奕瑩

健康校園是在青少年群體中落實健康中國戰略的主戰場。2021 年“雙減”政策的推行使得中小學生在校時間進一步延長。青少年在校期間的健康問題引發了越來越廣泛的社會關注。“十四五”規劃期間，全國還將新建、改擴建中小學校4000 余所，更促使我們把健康問題納入中小學校的設計領域來考量。

通過對近幾年新建的28 所中小學校案例的梳理歸納，可以發現一系列新變化：如位于高密度城市中的學校，操場位置出現多種平剖面關系，有的把田徑場地布置在中間層，有的把跑道布置在屋頂，有的跑道穿行于建筑中間。校園中的各種場地被充分而多樣地利用起來，如利用起伏的地形和平臺之間的空間設置小型的運動場,利用各個層面的屋頂平臺組織不同類型的活動。各種交通空間（包括平層和錯層的連廊、廊道中的放大空間、大臺階等）被利用為慢行交往空間；圍合的庭院出現了各個層面的變體[1-3]。這些空間大多難以套用中外中小學校設計規范中既有的功能定義，做法也與既有規范要求有所出入。我們嘗試從可量化的人因角度對其展開分析。

1 健康校園面臨的人因挑戰

青少年處在生長發育期，身體尺度、各項指標敏感度均區別于成年人，對環境安全性、健康性和舒適性的依賴性更加突顯。同時，不同于成年人的穩定性，青少年身心處在發展變化之中，如平均身高指標，從6 歲入學的116cm～117cm 到15 歲初中畢業的1.6m～1.7m，變化顯著。因而針對青少年的人因研究不僅聚焦絕對值，更關注變化（圖1）。同時校園環境也被看作一種教育工具，對青少年的發展起到引導性作用。

1 健康校園面臨的人因挑戰

1.1 心理發展

青少年處于心理發展的關鍵時期，具有可塑性特征。布朗芬布倫納（Urie Bronfenbrenner）的生態系統理論指出，心理發展受5 種層次的環境系統影響，其中學校屬于對主體影響最為直接的微環境系統，包含物質空間、行為活動和人際關系要素在內的環境系統能夠作用于人的行為模式，從而干預其心理發展[4]。比如公共活動空間的缺乏可能造成青少年被動地抑制社交行為[5]。中小學階段的青少年心理發展可以從認知發展、社會性發展和壓力應對3 個方面加以概括。

1.2 體質健康發展

青少年時期也是身體發育成長的關鍵時期，雖然我國青少年體育健康總體狀況向好，但近年來也存在著諸如身體活動水平較低、體育健身較為被動等問題，從身體尺度、安全保護和可達性進行分析，發現如活動場地的可達性直接影響著活動發生的可能。少年期，步幅小，步速也小于成年人（6 歲青少年的步速僅為20～39 歲成年人的3/4）[6-7]，課間10min 活動范圍受限，因此要盡量縮短活動場所與教室的距離。研究表明，課間上下樓超過4、5 層時，學生再上課時注意力會難以集中。所以如果不能在與教室平層的活動場地做課間活動，則活動場地布置在高于教室的樓層，使學生返回教室時是下樓而不是上樓，上課前心率的上升值較小，更容易平靜下來，對下一節課的教學活動更為有利。

1.3 光環境、聲環境與公共衛生

很多學者對此進行了專題性的研究[8-9]。2018 年全國青少年近視率達到53.6%，其中小學生、初中生和高中生的近視率依次遞增，到高中已經達到81%。提升青少年的視力健康水平、降低近視率的措施在健康校園層面包括改善學生視覺環境、強化戶外活動和體育鍛煉等。不少校園實踐中采用了改善采光的設計策略，包括在整體設計層面上調整平面、剖面的布局，以及采光系統設計中頂光、高窗、反射構件的設置等[10-11]。

2 面向青少年的人因實驗

面向青少年的人因實驗是將模糊的設計問題降維成細分變量的集合，通過可測度的自變量和因變量及其之間的關系來形成假說、建立模型，再通過實驗進行驗證[12]，從而為健康校園的設計方案提供精細化決策的過程，重點關注基于青少年特征的實驗和修正方法。由于青少年的行為觀察要遵循低介入性原則、發展性原則及倫理性原則，且青少年的語言理解能力、生理指標也不同于成人（比如腦電波和成人就有明顯差異），深入研究尚需要多學科的密切配合。筆者僅通過兩組實驗觀察青少年與成人在實驗中可能的區別。在預測試之后，我們邀請到30 名成人和18 名小學生參加了測試。準備工作包括填寫主觀問卷，進行VR 眼鏡的使用方法教學和眼動校準；在被試適應對照組場景之后進行正式實驗。

第一個實驗是非真實場景中的不同圍合方式對人的吸引力探究。選取的人因變量為注視時長，用以反映感興趣程度。選取的建筑變量包含形式、透明度、身體互動性和豐富性4 個方面，并以此建立了10 個圍合界面的模型。同時，實驗結合了主觀問卷的結果分別對主客觀感興趣程度及其差異性進行分析。通過記錄注視度的實驗數據可以看出，成人和青少年在偏好上有差異，且在多數節點上，青少年的主客觀差異明顯大于成人。對比青少年和成人的主觀問卷數據和客觀眼動數據發現，在主觀數據上，成人、青少年差異顯著，而客觀的眼動數據差別相對較小。即在某些不便找青少年參與測試而不得不以成人替代的情況下，采用客觀眼動數據能更好地模擬體現青少年意圖。

第二個實驗是結合實際項目設計方案的虛擬場景實驗，項目設計中有意識地塑造了多層次立體化的活動場地——將操場架空到二層平臺，通過連橋與教學樓二層相連，形成了一系列庭院和柱廊空間。操場之下則結合原始地形的起伏設計了不同高度的下沉球場和報告廳。實驗基于以上的活動場地序列展開。在簡要介紹設計方案的基礎上，設置了5 個出發點讓被試根據自己的喜好進行選擇，隨后在VR 空間中進行5min 的自主游覽，以獲取活動空間的功能匹配偏好以及空間之間的連接關系分析。雖然使用VR 的模擬終究比不上現實空間的環境行為測試，但可以防患于未然，在建設之前通過人的真實體驗發現問題，做出相應的設計修正。

利用城市人因工程學對健康校園的研究剛剛起步，希望隨著研究的深化，能給傳統上依賴主觀創造的設計提供更多量化判斷的依據，從而對當下中小學校健康校園的建設起到積極的促進作用。□