人因工程方法在軌交站域空間人性化設計中的應用探索：以南京市3個地鐵站為例

楊柳

0 引言

聯合國發布的可持續發展目標中明確提出了建設可持續及韌性城市的需要，軌道交通、步行等可持續交通方式已納入2030 年可持續發展議程中。在此背景下，以公共交通為導向的城市開發（TOD）引起了學界越來越多的關注，TOD 將居住、工作、商業和公共開放空間等功能整合在軌道交通站點（以下簡稱“軌交站點”）周邊步行可達的范圍內，是促進可持續交通方式使用的有效手段。其中，軌交站點周邊的公共空間具有明顯的人流集聚效應、與城市空間互動關系緊密，其人性化設計議題是近年來研究關注的熱點，研究成果有望促進城市高品質空間發展。

本研究將采用人因工程實驗的方法，探究地鐵站周邊公共開放空間的不同設計策略對人情緒的影響。以南京市鼓樓、大行宮和新街口地鐵站站域空間為研究對象，通過定性和定量數據分析，采用PAD 情緒分析模型來深入研究人在這些空間中的情緒反應，此研究將致力于推進以人為本的交通—空間系統整合設計[1]。

1 研究背景

TOD 作為一項重要的城市規劃與設計策略，旨在增加公共交通和慢行交通的使用[2]，其成功的關鍵要素之一是提高軌交站點周邊區域的步行可達性，這一區域也被稱為“站域空間”（catchment area），即車站對土地利用和開發產生巨大影響的空間區域（美國公共交通協會，2009）[3]。公共空間（如廣場）是站域空間的重要組成部分，不同交通方式的使用者們聚集在此，形成了獨特的活力和社交場所[4]。因此，關注站點周邊公共空間的人性化設計[5]，包括便捷的交通連接、舒適的休憩區域、安全的行走路徑等，可以提升人們的出行體驗、鼓勵步行和公共交通的使用，減少對私人汽車的依賴，從而改善城市交通擁堵問題、減少環境污染，并為城市創造更宜居、可持續的環境[6-8]。在站域公共開放空間的設計中，開敞度、綠色植被、功能布局等是重要的物理環境設計要素[9-11]；此外，由于公共空間的社會屬性、與人類活動的密切互動關系[11]，物理空間的設計還需要考慮人的需求和行為。

以人為本的設計思維在交通工程和公共空間設計中由來已久[13-14]，Schlüter 等[15]指出人類通過感知和行為與交通站點和空間進行互動。為了構建以人為中心的城市交通空間系統，人因工程學受到高度的重視，在軌道交通站點設計及個體行為研究中也有所運用[16-19]。人因工程學的核心理念是以人為本，即在設計和應用中將人的需求和能力置于首要考慮的位置。在建筑學領域中，人因工程學、環境行為學[20]扮演著重要角色，旨在把滿足人的多層次生理、心理需求與城市建成環境的功能有機地統一起來。然而，大多數環境行為學研究使用定性方法，如實地調查，針對城市空間的設計理念主要基于理論家和設計師的個人經驗或主觀判斷。采用控制實驗可以更為有效地挖掘人與環境的交互作用，從而找到二者因果關系的客觀支持[21]；其中，人的情緒反應[22-23]，是重要的實驗觀察內容，可以表征人對不同環境的適應性和喜悅程度。

情緒反應（emotional response）指的是“個體從各種行為選擇和反應中選擇適當的反應并抑制其他不適當的反應”[24]。衡量一個人的情緒狀態有兩種常見的模型，即離散模型和維度模型。離散模型假設所有的人類情緒都可以從一定數量的基本情緒（如恐懼和快樂）中推導出來，而維度模型認為情緒反應根據幾個基本維度進行組織。從環境行為心理學的角度，Mehrabian 和Russell[25]提出了情緒維度模型（PAD），將環境刺激與愉悅度（Pleasure）、喚醒度（Arousal）和支配度（Dominance）的情緒反應聯系起來，這3 個維度已被用作情緒反應的重要評估指標[26-27]。

綜上，以人為本的軌交站域公共空間設計是研究熱點，但從人的情緒反應角度展開的設計策略的探索仍有待進一步深入；引入人因工程學、控制實驗等方法可以增強研究的科學性，彌補定量研究的不足。

2 研究方法

2.1 情緒評價方法

本研究采用PAD 維度模型來衡量人的情緒反應，每個維度可以由不同的生理及心理數據進行測度。依據Mauss 和Robinson[27]對情緒測量方法的系統性綜述，本文采集了自主神經系統、中樞神經系統、情感調節的驚跳反應、主觀感受4 個方面的數據。

自主神經系統是外周神經系統的一部分，負責調節心跳、呼吸等重要功能，該系統又可進一步化分為交感神經和副交感神經兩個部分，分別與情感激活和放松相關。自主神經系統反應一般通過心血管反應（心率變異性[heart rate variability,HRV]是常見的測量指標）或皮膚電反應（皮膚電活動[electrodermal activity,EDA]是常用測量指標）[28]進行評估。人的中樞神經系統包括大腦、脊髓和神經元，通常使用正電子發射斷層掃描和腦電圖（EEG）來量化大腦活動，腦電圖信號對評估情緒非常有用[29]。驚跳反應是人體的一種本能反射機制，有助于避免來自外界的威脅。驚跳反應涉及多種運動行為，如背部收縮和眨眼（Eyeblink）等，眨眼頻率多被用于研究多巴胺對注意力分配及感知任務中額葉皮質的影響，是衡量情緒愉悅的重要指標[30]。

2.2 數據采集與分析

在此基礎上，本研究采集了人在不同的軌道交通站點空間中的4 項生理數據，包括HRV、EDA、EEG 和眨眼頻率數據（表1）。

表1 生理數據采集內容及所表征的情緒維度

HRV 可表征人的心臟適應不斷變化的環境刺激的能力，它反應了人體在一段時間內相鄰心跳之間的變化情況。具體而言，選取其中的心率（HR）、全部正常心跳間距標準差（SDNN）、相鄰值平方和的均方根（RMSSD）、相鄰正常間期差異大于50ms 的百分比（pNN50）指標評價人的愉悅度[28]。

EDA 指的是皮膚電學特性的自主變化，可表征人的情緒喚醒程度。最廣泛研究的指標是皮膚電導（SC），也被稱為電導皮膚反應或皮膚電反應，通過在皮膚上的兩個接觸點之間施加電勢并測量它們之間產生的電流來獲得。EDA 包括基礎張力活動（皮膚電導水平SCL）和由交感神經活動引起的快速相位活動（皮膚電導反應SCR）[28]。

腦電數據可以用來評估人的感知、認知行為和與情感過程相關的大腦活動，揭示人情緒的喚醒度及支配度。其中，Theta（θ）波頻率4～8Hz，振幅20～150μV，該波段一般在頂區與顳區比較明顯，通常健康成人在清醒狀態下記錄不到Theta 波，在困倦狀態下才可以記錄到。Alpha（α）波頻率8～14Hz，振幅20～100μV，該波段在人體頭部的枕區和頂區比較明顯，一般認為Alpha 波是大腦皮層在清醒、安靜狀態下的主要電活動。該研究還測量了前額葉不對稱性（比較大腦左半球和右半球的α 波功率），有研究表明，更強的左側大腦活動表明更強烈的愉快情緒和更強的掌控感[31]。

眼動數據的分析可以得到與人腦認知工作負荷相關的基本信息，其中的眨眼頻率與個體的注意力相關，低頻率的眨眼一般意味著注意力高度集中，高頻率的眨眼則意味著注意力不集中或者個體處于困倦狀態；因而可以反應情緒的愉悅度[32]。

2.3 實驗設計

實驗招募34 名受試人員，其中4 人參加了預實驗，其余30 位被試人員被分為6 組，分別在6 天內完成實驗。實驗于2021 年12 月進行（圖1）。每組人員在到達指定地鐵站后，實驗員先就實驗的內容進行講解，并指導受試人員佩戴ErgoLAB 等便攜式無線生理記錄設備（記錄HRV、EDA、行為軌跡數據），每組中有1 名人員同時佩戴了無線可穿戴腦電記錄儀和便攜式眼動追蹤設備（記錄EEG、Eye blink 數據）。佩戴完畢，先記錄受試人員在靜息狀態的生理指標，完成后引導受試者到地下地鐵站出口處，然后引導其步行至地面公共開放空間，并在其中自由活動5min。最后，將提前準備好的問卷交給受試者，了解他們最喜歡的空間。生理數據的同步采集和預處理采用ErgoLAB 人機環境云平臺和手機Datalogger 平臺完成，圖2 為現場采集設備。

2.4 應用案例

實驗開展的地點位于南京市大行宮、鼓樓、新街口地鐵站及其周邊公共空間（圖3），3 個地鐵站均位于市中心、建設時間接近。同時，3 個站點的地面空間各具特色：大行宮站西北側地面有一處文化建筑，地面開放空間延機動車道布置，由低矮的圍墻（1 層高）和行道樹限定；鼓樓站西北側地面有一處街角花園，步行空間兩側均為綠色植被；新街口站位于商業中心，所選取的地面空間一側為4 層左右的商業建筑，另一側為行道樹和綠化隔離帶（圖4）。

3 結果及討論

3.1 實驗結果

圖5 是實驗采集到的30 位被試人員在站域空間的HRV 相關數據，通過對比可以發現3 個站點HR指標的排序與其他3 項指標的排序相反。已有研究指出，HR 數值的大小與人的愉悅度成正相關，SDNN、RMSSD、pNN50 數值大小與愉悅度成負相關。由此可見，人在鼓樓站的平均愉悅度最高，其次是新街口站，在大行宮站的愉悅度最低。

圖6 是被試人員在站域空間的EDA 相關數據，由于SC、SCL、SCR 數值的大小與人的情緒喚醒度成正相關，由此可以推測人在鼓樓站的平均情緒喚醒度最高，其次是新街口站，在大行宮站的喚醒度度最低。

圖7 是被試人員在站域空間中的腦電θ 波、α 波活動強度以及α 波左右額葉的不對稱性；其中，θ與α 波活動強度與喚醒度成正相關，α 波左側電極的信號越強（即C3-C4、F3-F4、F7-F8 數值越大）代表人對環境

2 現場數據采集過程

3 實驗選取案例區位

5 30位受試者在3個站點中的HRV各項指標數值

6 30位受試者在3個站點中的EDA各項指標數值

被試人員在站域空間中的眨眼頻率數值大小與愉悅度成反比（圖8）。由此推斷，人在新街口站的愉悅度高于鼓樓站，且二者均高于大行宮站。

綜上，對比3 個站點的生理數據可以發現，人在鼓樓站和新街口站的愉悅度高于大行宮站；對比鼓樓站和新街口站發現，HRV 數據表明鼓樓站人的愉悅度較高，然而人在新街口站的眨眼頻率更高、個體間差異更小，這可能與大量商業店鋪的存在有關。人在鼓樓站的情緒激活度最高，其次是新街口站，最后是大行宮站。人在大行宮站對環境的掌控感最強，其次是鼓樓站，最后是新街口站。

根據受試者所填寫的主觀問卷中的部分內容（圖9），在3 個地鐵站中，人們在主觀感受上最喜歡的是鼓樓站，其次是大行宮站（這可能與站點周邊的文化建筑所營造的氛圍有關），最后是新街口站。而在最不喜歡空間打分中，大行宮站獲得的票數最多，其次是鼓樓站，新街口站未獲得票數。由此可見，鼓樓站的主觀感受最佳，新街口站其次，人們對大行宮站的評價褒貶不一。

對比生理和心理數據發現，鼓樓站站域空間的設計給人帶來的情緒反應普遍較好，新街口站其次，大行宮站站域空間帶來的掌控感較強但愉悅感和喚醒度較差。

3.2 設計策略

基于以上實驗結果，筆者提出以下設計策略建議：

（1）站域空間中的綠地公園、商業空間的設計會提升人的愉悅感和情緒激活度，其中，公園會帶來生理和心理兩個層面的愉悅，而沿街商鋪會給人帶來更大的視覺刺激；設計師在站域空間中應結合周邊用地功能布置此類空間及相應設施。

（2）綠地公園在情緒激活方面作用最大。當行人在較為壓抑的地鐵站地下空間通行后，設計師可以通過地面綠地開敞空間的設計激活人的情緒和感官，為使用者帶來更好的空間體驗。

（3）由低矮圍墻和行道樹限定出的沿街廣場會給人帶來更強的掌控感，但單調的空間所產生的愉悅感和情緒激活度都較低；當設計意圖是在站域空間中創造較為穩定、私人的場所時，設計師可以通過近人尺度的圍墻、行道樹以及建筑立面、街道家具的設計圍合出小型廣場空間，但在設計時需要考慮融入綠化及多種使用功能，以增強使用者的愉悅感。

7 30位受試者在3個站點中的EEG各項指標數值

8 30位受試者在3個站點中的EYE各項指標數值

9 30位受試者在3個站點中的主觀問卷數據

4 結語

本研究引入人因工程實驗方法，探究了地鐵站周邊公共開放空間不同設計策略對人情緒的影響。通過選取南京市鼓樓、大行宮、新街口地鐵站站域空間為研究對象，收集生理和心理的定量與定性數據，采用PAD 模型評估了人在站域空間中的情緒反應。

設計師通過合理的站域空間設計，可以引發使用者的情感共鳴，強化其對空間的積極情緒反應。具體來說，在站域空間中布置綠地公園、商業空間等設計要素，可以創造出宜人的環境，提升人們整體的愉悅感和興奮度；采用近人尺度界面圍合的廣場設計，可以使人感到更加親近和有掌控感。通過這些設計策略，設計師可以塑造出引人入勝的站域空間，從而提高人們對公共交通和步行的接受度，減少對私人汽車的依賴，進而改善城市交通擁堵問題和減少環境污染，促進可持續和韌性城市的建設。

在下一步的研究中，計劃擴展對站域空間的評估，考慮更多的生理和心理指標，從而更準確地認知設計要素對人體的影響。此外，還計劃將實驗結果與在室內虛擬場景下測量得到的數據進行對比；通過在虛擬環境中模擬站域空間，測量參與者的生理和心理指標，我們可以獲得更為全面的信息。借助生理和心理指標的對比研究以及與虛擬環境的比較，可以深入了解設計要素對人們的情感和行為產生的影響。

綜上所述，以人為本的軌交站域公共空間設計是一個研究熱點，引入人因工程學和控制實驗等方法可以增強研究的科學性。通過研究行人在軌道交通站點影響域中的情緒反應，本項目有望推動站域空間的人性化設計，為“交通—空間—人”復雜系統的整合設計提供重要基礎。這將促進建筑學、城鄉規劃學、人因工程學等學科領域的交叉合作，以配合我國新型城鎮化和健康城市建設。□（感謝東南大學王建國院士、朱淵老師的支持及提出的寶貴意見，感謝參與執行本次實驗的東南大學建筑學院研究生：劉瀟云、丁瀚林、郭楚怡、王浩、劉浩然、何宇皓、陳嘉逸、陳軼男，感謝北京津發科技股份有限公司的王清菊和周倩在實驗開展過程中給予的幫助。）