廣州高密度住區空中花園的恢復性效益研究

林佳昕 李 燕 杜宏武

當代城市的高密度人居環境致使城市居民生活、工作壓力不斷加大，對身心健康造成了負面影響。城市綠地、水體等自然景觀作為恢復性環境重要的空間元素，具有緩解壓力、改善情緒、提升認知能力等恢復性效益，其對健康的促進作用已被大量研究所證實[1-3]。對于高密度城市空間營造而言，在日常生活場景中滿足居民的恢復性體驗尤為重要。然而，高密度的城市空間極大地限制了城市居民與地面綠化環境的接觸[4]。空中花園作為高層住宅中營造恢復性環境的重要空間，在高密度環境中發揮了積極作用，因此探討其恢復性效益具有重要意義。

1 理論綜述與研究框架

1.1 高密度城市環境和空中花園的發展

美國著名風景園林師奧姆斯特德(Frederick Law Olmsted)認為，在城市環境中再現自然元素可以改善焦慮情緒、緩解生活壓力，其倡導的“健康景觀”(Salubrious Landscape)將以健康為導向的恢復性環境延伸至城市設計層面[5]。綠色城市主義者試圖塑造可持續的地方(places)、社區(communities)和生活方式(lifestyles)[6]，而綠色開放空間設計和系統的構建，為高密度居住環境和心理健康狀態不佳的居民提供了恢復性解決方案。基于高密度環境的綠色城市主義實踐在世界各地廣泛開展，將不同類型的建筑與屋頂綠化、陽臺綠化、垂直綠化等相結合，營造具有恢復性價值的視覺環境，在高密度環境中產生健康效益[7]。

本文中的“空中花園”指代高層建筑在垂直向度上延伸的空中綠化休憩環境。與垂直綠化、立體綠化相比，空中花園強調在綠色環境的基礎上，激發使用者日常休憩、交談和遠眺等行為。

1.2 恢復性理論的相關研究

美國密歇根大學學者卡普蘭(Kaplan)發現荒野體驗可以給人們帶來積極的感受并幫助人們紓解日常工作和生活所帶來的壓力，使人們獲得與健康相關的正向影響，包括精神放松、與自然和諧相處、認知能力提升等[8]。

恢復性環境理論以環境心理學為基礎，側重于研究不同環境的空間類型和空間特征對人們在日常生活與工作中生理、心理等方面損耗的恢復作用。卡普蘭夫婦(Kaplan)以注意力衰竭為切入點提出的“注意力恢復理論”和烏爾里希(Ulrich)以壓力狀態下生理機能和情緒下降為切入點提出的“減壓理論”是恢復性環境研究的兩大核心理論。卡普蘭認為恢復性環境具備4個特征：1)迷人性(fascination)是恢復性體驗的核心組成部分，通過環境本身所具備的吸引力，使人從定向注意疲勞中恢復；2)遠離性(being away)指在身體或心理上從日常生活的疲勞或壓力中得到解脫，與消耗注意力和精力的環境分離；3)兼容性(compatibility)是個雙向概念，指環境設置與個人目的和傾向之間的協調作用；4)延伸性(extent)指環境足夠豐富和連貫，具備整體性，能夠提供足夠的范圍滿足人們觀看、體驗并沉浸其中[9]。烏爾里希的減壓理論以個體處于壓力狀態造成生理機能和情緒下降為前提，強調生理、心理和行為方面的改善。生理反應包括身體系統的活動和反應，如心血管、骨骼肌、神經內分泌系統等，這些生理機能被激活，使個體做好應對或處理某些壓力狀態的準備。另外，恢復不限于從壓力中恢復，也包含從過度消耗的生理和心理狀態中恢復[10]。

1.3 研究框架

自然環境的恢復性效益已被大量研究所證實，人工環境中綠色空間的恢復性效益也愈發受到關注。當前大量研究聚焦于公園[11]、城市綠地[12]、街道[13]等綠色空間對公眾健康的影響機制問題。關于花園與恢復性效益的研究則主要探討康復花園和療養花園的綠植搭配[14]、景觀小品設計[15]等對身心健康的影響。

為評估空中花園的恢復性效益，本文從3個方面展開研究：1)對廣州高密度城區住宅的空中花園開展實地調研，了解空中花園的空間類型及空間特征，歸納空中花園具備恢復性效益的影響因素，獲取實驗變量；2)以廣州高密度住區為背景展開實驗研究及量化分析，深入研究環境變量如何影響空中花園的恢復性效益；3)基于實驗結論，提出相應的設計策略。

2 研究方法及實驗設計

2.1 變量獲取與分析

由于影響恢復性環境的因素眾多，為獲取實驗設計中的相關變量，對廣州市20世紀90年代至今高密度城區高層住宅的空中花園展開實地調研，了解現有空中花園的空間類型及特征。

2.1.1 空間類型

空中花園空間類型的選取，是基于對廣州高密度城區住宅空中花園實地調研的結果，反映當前廣州高層住宅普遍存在的空中花園類型，包括陽臺式、邊庭式和架空式3類。空間類型的確定注重對廣泛存在的空中花園類型的歸納與簡化，重點討論常見的幾類空中花園所表現出的恢復性效益的普遍性及差異性。

1)陽臺式空中花園指住宅套型內部的空中花園，與家庭起居生活聯系密切。進深一般達2.4m以上，雙層通高或錯層通高的形式較為常見，見金碧華府、琴海居、匯美景臺等住宅區。

2)邊庭式空中花園指利用樓層公共交通空間設置的共享式空中花園，供鄰近居民共享。其中多設置綠化景觀和休憩座椅，為鄰近居民提供遠眺、交流和休憩空間。邊庭式空中花園的位置一般與豎向交通系統相連且空間開敞，見廣州萬科峯境、時代玫瑰園等高層住宅。

3)架空式空中花園多位于裙樓屋頂或建筑中部樓層，其空間尺度與住宅標準層的大小及相連的住宅樓棟數有關，如其面積在星匯云錦為單棟標準層面積，而在江南新苑為2棟標準層面積，且大部分架空層的層高為標準層層高；位于低層的架空式空中花園一般被設置于4～6層。

不同類型的空中花園空間尺度大小不一，如架空式空中花園多為整層架空，層高較高。相比之下，陽臺式空中花園和邊庭式空中花園的空間尺度較小。

2.1.2 空間界面

邊界效應指由于空間邊緣提供觀察的最佳視野，人們傾向在邊界空間活動的現象[16]。空中花園邊界空間視野開闊，其綠化植被可阻擋外部的部分噪聲，使邊界空間相對安靜，因此居民偏好于在空間邊界休憩觀景。以往研究表明，側界面是空中花園與外部空間分隔的重要媒介，除屋頂花園外，其他類型空中花園的開敞方向以水平為主，因而向外開敞的維護界面處理尤為重要[17]。

影響空間界面的因素較多，如形式、材質、顏色和尺度等。Adeleh等對比了窗戶和陽臺作為休息空間界面的恢復性效益，發現陽臺更能幫助人們紓解壓力[18]；Barbara則發現界面的形式會影響人對建筑的整體印象[19]。

從恢復性效益角度來看，界面通透性是影響恢復作用的關鍵因素，通過影響視覺和空間通透性引發人們對未知空間的好奇。研究表明，僅通過玻璃觀察外界就能對居民生活質量產生積極影響，同時外界面的視野范圍也會對個體的恢復效益產生積極影響[20]。

由于影響空間界面的因素過于繁雜，為減少工作量并突出研究目的，本文參考以往研究成果，聚焦于界面通透性，重點分析虛實界面產生的不同影響。依據視覺通透性和材質物理屬性的透明性，將空中花園界面分為實界面和虛界面。不同界面影響空中花園的構造設計，空中花園實界面材質一般為混凝土欄板，對視線遮擋較多，虛界面材質則多為玻璃和欄桿，視線較為通透，視野范圍較廣。

2.1.3 綠視率

綠視率是從人的生理感知角度出發衡量人眼視野綠量的重要指標，可間接反映視覺環境的質量[21]。綠視率與環境恢復性效益關系密切，如馬杏綿等通過探討綠視率與疲勞緩解的相關性概念及計算方法，印證了城市綠量對人體健康具有積極作用[22]。當前關于綠視率的研究多集中在街道這一空間類型上，日本學者將綠視率劃分為多個量級：少于15%時，人們的綠量感知較差，大于35%時，人們的綠量感知良好[21]；姜斌等發現，綠視率在24%～34%時，環境恢復性效益最佳[23]；徐磊青等對街道綠視率恢復性效益的研究發現，綠視率小于15%對視覺感知缺乏吸引力，大于15%則具備迷人特質，且隨綠視率增高，對人們的吸引程度增大[24]；王馨笛則發現城市街頭綠地、口袋公園等空間類型的綠視率在40%～44%時，對人們的精神疲勞恢復效果顯著[25]。

空中花園是空中綠化植被的載體，其空間范圍及綠視率量級與地面空間有所區別。為深入探討空中花園綠視率對恢復性效益的影響，本文對空中花園綠視率展開實地調研，并根據不同類型空中花園綠視率的最大值、最小值、平均值和區間范圍，對其綠視率量級做進一步細分。

基于對廣州高密度城區高層住宅空中花園的實地調研和綠視率數據整理，可知架空式空中花園的綠視率區間范圍為(22%±4%，37%±4%)，平均值為31%；邊庭式空中花園的綠視率區間范圍為(13%±1%，32%±3%)，平均值為25%；陽臺式空中花園的綠視率區間范圍為(6%±2%，19%±7%)，平均值為14%。依據不同類型空中花園綠視率的最大值、最小值、平均值和區間范圍，分別劃分為2個量級：1)陽臺式，10%左右和20%左右分別對應較低量級(5%～15%)和較高量級(16%～25%)；2)邊庭式，20%左右和30%左右分別對應較低量級(15%～25%)和較高量級(26%～35%)；3)架空式，25%左右和35%左右分別對應較低量級(20%～30%)和較高量級(31%～40%)。

2.2 基于變量的虛擬場景構建

實驗虛擬場景建構原型為廣州高密度城區某建成高層住宅小區，該小區占地6.4萬m2，容積率為3.4，總建筑面積21萬m2，建筑高度100m，戶型面積80～144m2。

實驗設計采用視覺刺激的方式，以空間類型、空間界面和綠視率作為自變量，以被試者在體驗實驗場景過程中心理恢復和生理恢復作用為因變量。從心理恢復和生理恢復兩方面，探討空中花園的恢復性效益及不同影響因素對空中花園恢復性效益的影響。

空間類型選取陽臺式、邊庭式和架空式3種類型；空間界面分為實界面(混凝土欄板材質)和虛界面(玻璃材質)，高度設定為1.1m；不同類型的空中花園綠視率設定為2個量級，較高量級綠視率的場景植被以較高的灌木為主，較低量級綠視率的場景植被以低矮灌木為主，且均符合前文細分的各量級綠視率范圍(圖1)。

圖1 實驗場景設計

2.3 恢復性效益的評定

2.3.1 測試指標

恢復性效益的研究方法和測量內容涵蓋多個方面且各有側重。囿于有限的實驗設備及避免長時間作業導致被試者疲勞影響實驗效果，本研究重點探討空中花園及其影響因素在生理和心理恢復兩方面的綜合效益。生理恢復的測量為皮膚電導反應(SCR)[26]，心理恢復的測量包含情緒喚醒度和主觀恢復性綜合評價2個方面。其中，情緒喚醒度以倒數數字作業測試(DSB)作為應激[27]，以狀態-特質焦慮量表狀態版(STAI-S)[28]得分差值來表征場景在改善焦慮情緒、緩解心理壓力方面的作用；主觀恢復性綜合評價則通過主觀恢復性評價量表(RCS)[29]評估場景的恢復性效益。

2.3.2 實驗被試

以往研究表明，不同社會背景和文化背景的人對視覺環境的感知及反應具有廣泛的一致性，且多數相關實驗以學生作為被試者。如葉宇等招募了26名實驗被試者，其中大部分為青年學生[30]；李同予等篩選確定了9名學生作為被試者，測試城市環境和復愈性環境的恢復性效益[31]。

本次實驗在華南理工大學招募了40名志愿者，為避免專業、性別等與實驗無關的因素對實驗結果造成誤差，最后篩選了36名被試者，包含設計類(建筑學、城鄉規劃、風景園林等設計相關學科)專業學生18名(男性9名、女性9名)，非設計類專業學生18名(男性9名、女性9名)。36名被試者均處于穩定的生活和學習狀態，近期無較大的情緒波動，無正面或負面情緒刺激。

2.3.3 實驗流程

將15個實驗場景依據空間類型使每組包含5個場景，其中4個為實驗場景，1個為對照場景，實驗場景被隨機打亂成不同的組合順序。將36名被試者平均分配到3組實驗中，性別和專業均衡，順序由被試者抽取。

實驗過程和時長設置借鑒以往關于恢復性環境的實驗研究，具體步驟如下：首先進行3min的休息調整，在此過程中進行3min的基線測量，得到被試者在平靜狀態下的生理數據；接著進入應激階段，對被試者進行3min的倒數數字作業測試(DSB)，并填寫狀態-特質焦慮問卷(STAI-S)；之后進入恢復階段，被試者佩戴VR眼鏡體驗空中花園虛擬場景，時長為3min。烏爾里希的減壓理論認為，無論是處于自然環境還是觀看與自然相關的視頻，人類的恢復性反應都發生在幾分鐘之內，與自然相關的場景均會對恢復性反應起到積極的促進作用[32]。虛擬場景體驗完畢后，被試者再次填寫狀態-特質焦慮問卷并對實驗場景進行主觀恢復性評價。實驗結束后，由實驗員為被試者解除設備，并引導其離開(圖2)。

圖2 實驗流程

3 實驗結果與分析

3.1 空中花園的恢復性效益分析

3.1.1 生理恢復

利用Shimmer GSR+皮電傳感器設備檢測被試者實時皮電變化數據，通過適配軟件Consensys(Pro)獲取原始生理數據。篩選和剔除原始數據中的極端值和異常值，并將數據按1s為單位進行簡化。由于SCR為連續性事件，為簡化其反應變化，采用基線階段、應激階段和恢復階段的皮膚電阻均值來表征各階段的特征值。

通過比較SCR在基線和應激階段的數值，分析DSB測試壓力誘導作用。對比基線期間的生理數據可知，對照組與實驗組不存在顯著差異(p=0.139)，而基線和應激階段生理數據差值存在顯著差異，證明DSB測試在短時間內對被試者起到應激作用(表1)。

表1 DSB測試有效性檢測

對比不同被試者在實驗組體驗階段的SCR，其實時變化過程的描述性分析和差異性分析結果均表明，空中花園具有顯著恢復性效益。1)實時變化趨勢圖：SCR變化趨勢圖直觀地說明了被試者在體驗實驗組場景后，精神狀態得到放松，壓力得到紓解，證明實驗組場景具有恢復性作用(圖3)；對照組應激階段SCR數據高于基線階段，恢復階段生理數據有所下降后繼續攀升，甚至高于應激階段，說明被試者在對照組中并未感受到恢復作用，甚至產生了一定壓力(圖4)。2)SCR差異性分析：對SCR進行平行性和方差齊性檢驗，可知SCR恢復和應激場景的交叉關系為p=0.092＞0.05，Leneve的方差等同性檢驗結果為p=0.267＞0.05，數據滿足方差齊性，說明實驗組之間SCR指標的差異具有統計學意義(p=0.000＜0.05，R2=0.935)，部分實驗組場景與對照組場景存在顯著差異(表2)。

表2 實驗場景與對照組的皮膚電導反應恢復性分析

圖3 實驗組被試者皮膚電導反應數據實時變化過程圖像

圖4 對照組被試者皮膚電導反應數據實時變化過程圖像

3.1.2 心理恢復

實驗組STAI-S評分差值大于對照組，部分實驗組之間的差值相近。各空間類型RCS總分均值大小與STAI-S差值大小的變化趨勢接近。

各空中花園實驗場景在STAI-S得分方面存在顯著差異(p=0.000)。由STAI-S得分的平行性檢驗可知，STAI-S恢復與應激的交互關系為p=0.107＞0.05，R2=0.318，Levene方差等同性檢驗為p=0.840＞0.05，R2=0.492，說明滿足方差齊性。

各實驗場景之間的差異在STAI-S方面具有統計學意義。進一步對實驗組和對照組進行Post hoc檢驗：對實驗場景進行STAI-S均值比較，數值越低，焦慮程度越低，恢復作用越好。部分實驗場景得分均值較為接近，如陽臺式空中花園實驗場景中，玻璃界面-低綠視率和玻璃界面-高綠視率的焦慮均值相近；邊庭式空中花園實驗場景中，玻璃界面-高綠視率和混凝土界面-高綠視率的焦慮均值也較為接近。

各實驗場景RCS總分滿足正態分布。單因素方差分析結果顯示，除架空式-混凝土界面-低綠視率場景與對照組不存在顯著差異外，其余實驗組與對照組之間均存在顯著差異。相關性分析結果顯示，RCS與各實驗場景顯著相關(p=0.004)。

3.2 空中花園各影響因素的恢復性效益分析

3.2.1 空間類型的恢復性效益分析

3種類型的空中花園均具備恢復性效益，且在恢復性感知維度的評分中，兼容性評分較高，表明被試者主觀上認為空中花園具備調控生理應激、紓解心理壓力的環境設置，與其期待的恢復性環境相匹配。這一結果也從側面反映了在壓力狀態下，被試者偏好寧靜且具有一定休憩功能的恢復性環境(圖5，表3)。

表3 不同類型空中花園與恢復性效益的關系

圖5 不同空間類型的恢復性維度評分

3.2.2 空間界面的恢復性效益分析

不同類型空中花園的空間界面差異性分析結果顯示，僅陽臺式空中花園的2種界面存在顯著差異，這一結果可能是因空間尺度不同導致的。陽臺式空中花園的空間尺度相對較小，在空間尺度受限的情況下，被試者偏好視野通透的界面。而邊庭式空中花園尺度適中，層高較高，視野開闊，架空式空中花園整體空間尺度較大，因此這2種類型空中花園的空間界面對恢復作用的影響無明顯差異(表4)。

表4 不同類型空中花園的空間界面與恢復性效益的關系

主觀恢復性特征維度的評分顯示，空間界面與遠離性和延伸性維度有關，表明視線通透性對于紓解心理壓力的作用明顯，尤其是空間尺度較小的空間，應注重空間界面的視覺通透性設計(圖6～8)。

圖6 架空式空間界面恢復性特征維度評分

圖7 邊庭式空間界面恢復性特征維度評分

圖8 陽臺式空間界面恢復性特征維度評分

3.2.3 綠視率的恢復性效益分析

無綠化空白對照組與有綠化實驗組之間存在顯著差異(p=0.000)。對較低和較高量級綠視率進行兩兩比較(表5)，可知邊庭式空中花園綠視率量級在SCR指標存在顯著差異(p=0.010)，即較高量級綠視率(26%～35%)的生理恢復作用明顯高于較低量級(15%～25%)；架空式空中花園綠視率量級在RCS得分中存在顯著差異(p=0.027)，較高量級綠視率(31%～40%)評分明顯高于較低量級(20%～30%)。

表5 不同類型空中花園的綠視率與恢復性效益的關系

進一步對比分析空間界面與RCS各維度特征評分表明，陽臺式空中花園綠視率量級在各維度均不存在顯著差異；邊庭式空中花園綠視率量級在迷人性維度存在顯著差異；架空式空中花園綠視率量級在迷人性和遠離性維度存在顯著差異(圖9～11)。

圖9 架空式綠視率恢復性特征維度評分

圖10 邊庭式綠視率恢復性特征維度評分

圖11 陽臺式綠視率恢復性特征維度評分

4 結語

快速城市化和高密度居住環境給城市居民帶來便利，卻也減少了居民在地面活動的頻率，對城市居民的生理和心理健康產生了負面影響。空中花園作為城市綠色系統的組成部分，在高密度人居環境中扮演著重要角色，值得我國城市尤其是氣候適宜的亞熱帶城市研究與借鑒。本文立足于廣州高密度居住的現狀及空中花園的相關實踐，試圖探索空中花園各影響因素與恢復性效益的關系，以期從增進恢復性效益的角度為未來高層住宅空中花園的設計提供優化方向，提升住宅的恢復性效益及健康效用。

4.1 重視空中花園的恢復性價值

應當重視空中花園的恢復性價值，加強恢復性環境在健康人居環境設計中的應用。通過對高層住宅空中花園的設計，營造具有恢復性效益的物質環境和行為空間，提高居民對恢復性環境的接觸頻率，促進居民的身心健康。

4.2 提升空中花園的恢復性效益

根據實驗結果及提升空中花園的恢復性效益的設計目標，提出以下設計建議：1)加強空中花園與高層住宅的空間聯系，通過合理布局空中花園與住宅整體組織關系、加強空中花園與居住空間和交通空間的相互滲透，提高居民對空中花園的接觸頻率；2)保證空中花園良好的開敞度和庇護度，注重邊界空間視覺通透性和豐富度，優化邊界空間層次；3)注重多重視覺景觀設計，構建多層級綠化空間，提升空中花園視覺質量；4)豐富空中花園活動多樣性，構建支持性環境，提高居民對空中花園的參與度。

注：文中圖片均由作者繪制。