屋頂花園空間感知與恢復績效的關聯性
2025-01-21 00:00:00卓志雄董靚
華僑大學學報(自然科學版) 2025年1期
摘要： 為了確定綠色屋頂空間對健康的恢復作用，選取3種特定場景探索綠色屋頂空間的恢復性潛力。以華僑大學人-境交互實驗屋頂花園不同類型空間為研究對象，通過開展實地研究，測量受試者在不同空間恢復前后心理感知和生理反饋指標的變化，探究屋頂花園空間感知與恢復績效的關聯性。結果表明：屋頂花園具有一定的恢復性潛力，不同開敞程度空間的恢復績效具有顯著性差異，其中以半開敞空間的恢復績效最佳，其次是覆蓋空間和開敞空間；環境感知評價對心理和生理恢復績效有顯著影響，尤其是心理感知層面。
關鍵詞： 屋頂花園；空間感知；心理感知；生理反饋指標；恢復性潛力
中圖分類號： TU 986文獻標志碼： A 文章編號： 1000-5013（2025）01-0052-08
Correlation Between Spatial Perception and Restoration Performance in Rooftop Garden
ZHUO Zhixiong，DONG Liang
（School of Architecture，Huaqiao University，Xiamen 361021，China）
Abstract： In order to determine the restorative effects of green rooftop space on health，three specific scenarios were selected to explore the restorative potential of green rooftop space. Taking different types of spaces in the rooftop garden of the human-environment interaction experiment of Huaqiao University as the research object，the correlation between spatial perception and restoration performance of rooftop garden was investigated by conducting a field study to measure the changes in psychological perception and physiological feedback indexes before and after the restoration in different spaces. The results show that rooftop garden has a certain restorative potential，and the restoration performance of spaces with different degrees of openness has significant differences，the best restoration performance occur in semi-open space，secondly in covered space and open space. The environmental perceptual evaluations significantly affect the psychological and physiological restoration performance，especially at the level of psychological perceptions.
Keywords： rooftop garden；spatial perception；psychological perception；physiological feedback index；restoration potential
伴隨城市的快速發展，城市化環境能給予人們諸多的便利性，但也讓越來越多的城市人群在日常生活中面臨更多的困境，例如，城市中各種疾病日趨蔓延、心理問題日益突出和健康風險不斷增加［1-3］。大量研究表明，自然環境有助于彌補健康損失，與自然環境接觸能夠減輕身心壓力［4-5］。自然環境可以減少生活中壓力源帶給人們的刺激，為人們提供適應性的庇護所，從而幫助人們獲得恢復性體驗［6］。
由Ulrich等［7］和Kaplan［8］提出的壓力恢復理論（SRT）與注意力恢復理論（ART）均闡釋了暴露于自然環境可以有效提升游憩者的情緒狀態，證實了自然環境有助于緩解精神壓力的作用。Hartig等［9］發現自然化空間具有減少負面情緒的心理效益，同時可改善注意力并重新獲得精神活力。比起城市環境，自然環境往往擁有更好的健康療愈效益，處在自然環境中人的血壓、情緒及注意力有顯著的改善［10］。屋頂花園作為獨特類型的袖珍綠地也具有緩解壓力和提升身心健康的潛力［11］。由城市化引起用地緊張問題導致城市綠地的建設遭受到了限制，而建筑屋頂可為城市景觀的多樣化存在提供額外的空置空間。同時，在屋頂建設花園能為城市創造生態和社會效益［12］，例如，緩解城市熱島效應、調節雨洪管理、提高建筑的隔熱性能、提升城市整體美觀形象等［13-16］。
目前，一些學者聚焦于屋頂花園植被的壓力恢復效益，與無植被的屋頂花園相比，有植被的屋頂花園對人群的積極影響更為顯著［17］。Lee等［18］發現具有結構化植被的自然空間能幫助人群改善情緒狀態和減輕壓力，而較為封閉的植被空間則不一定能促進身心健康。比起混凝土屋頂，利用短暫時間觀看開花的屋頂花園草地可以持續提高大學生的注意力［11］。除了植被的健康效益，屋頂花園綠色空間的感知體驗具有更直觀的感受，有助于恢復性水平的提高。Mesimki等［19］為游客提供多感官的屋頂花園接觸，揭示了屋頂花園的恢復性潛力是存在的且恢復性水平較高。
然而，目前關于屋頂花園恢復性效益的研究多是以單一類型空間為研究場景，缺少對多樣化屋頂花園綠色空間的研究，并且國內針對屋頂花園恢復績效的研究也鮮有報道。此外，相關研究往往是基于虛擬現實技術進行視覺刺激從而評估恢復績效［20-21］，該方法雖然具備便捷的操作性，但與真實的自然環境相比存在感知差異性。現場研究允許體驗真實的環境，保證自然體驗的生態效度，為使用特定的設計提升屋頂花園恢復效益提供實證支持。國外學者已開展諸多關于綠色空間開敞程度對注意力恢復影響的相關探索，而目前國內則較少聚焦于該方向的研究。因此，本文選擇華僑大學人境交互實驗室為試驗場地，通過實地測量方法，探討屋頂花園不同空間類型與壓力恢復的關聯性。
1 研究方法
1.1 實驗場地及測試對象
實驗場地位于華僑大學建筑學科實驗大樓人境交互實驗室（圖1）。實驗室基礎是一個矩形的屋頂花園，面積約為240 m2，擁有水體、景觀廊架、陽光房、喬灌木、地被植物等景觀元素。實驗室平時作為庭院日常對外開放，為附近的師生提供綠色休憩空間。
作為附近大學生日常生活中接觸最多的第二自然，積極的自然訪問有助于減輕壓力并提高注意力。該屋頂花園主要有3個游憩空間，分別是圖1中的區域空間①，②，③。區域①中植物群落半結構化，人工水池約占整個空間的一半，擁有折線形景觀廊架和休閑座椅，空間視線較為清晰。區域②是用木頭鋪成較為開闊的廣場，左側有一些低矮灌木，視覺范圍較為開闊。區域③為開敞式的陽光房，是師生進行園藝活動的半戶外空間，其中有大面積的低矮灌木和地被植物，視線主要向左右兩側滲透。
在景觀空間營造過程中，設計師常利用親自然元素構造不同空間類型，包括開敞空間、半開敞空間、覆蓋空間、垂直空間等［22］。其中，開敞空間一般用低矮灌木或地被植物控制空間開敞度，幾乎暴露于陽光下，引起空間視線較為開闊、私密性較弱；半開敞空間中部分空間受到較高植物的封閉，導致視線受到一定的限制，開敞程度較小；覆蓋空間一般利用濃密樹冠的植物或構筑物作為空間頂平面，空間四周較為開敞；而垂直空間則應用高又細的植物構造成具有垂直感且上空開敞的空間。根據風景園林設計要素對空間類型的劃分，圖1中的①，②，③游憩空間可以分別對應為半開敞空間、開敞空間和覆蓋空間。因此，選取該屋頂花園的3種空間類型作為實驗樣地，以此比較屋頂花園不同空間類型的恢復性效益。由于實驗場地的受惠對象主要為在校大學生群體，所以共招募35名大學生作為測試對象，男女比例將近1∶1。所有參與者身體健康狀況良好，無身心疾病，且在實驗前24 h未飲用茶、酒等刺激性物品。為了確保實驗的順利進行，參與者在實驗前被告知實驗流程并簽署了知情同意書。
1.2 恢復績效測量
借鑒前人研究經驗，采用心理感知量表和生物反饋測量法，探究屋頂花園對身心健康的恢復績效。
1） 心理感知量表。選用感知恢復性量表（PRS）評價不同屋頂花園空間類型對受試者心理恢復的影響。PRS是由Hartig等［23］建立的環境評價體系，可以衡量環境的恢復性潛力。參照文獻［23］提出PRS修改版，其中涵蓋了逃離性、魅力性、延展性和兼容性4個維度特征，并采用李克特7級量表進行評價。考慮到測試對象的感知差異可能影響到壓力恢復，引入了測試對象的環境感知評價，包括環境的美景度、滿意度及舒適度，評價量表均為5級量表，以此探究主觀感知評價與恢復績效的關聯性。
2） 生物反饋測量。實驗測量的生理指標包括心率（HR）和心率變異性（HRV），HR和HRV是生理壓力的有效測量指標，并且經常用于壓力恢復的研究［24］。HR是客觀的生理喚醒指標，受到交感神經和副交感神經的調節，當產生緊張、壓力等心理狀態時，交感神經活動增強會導致心率加快。HRV是指連續心跳間隔時間的變化，是個體調節應激反應能力的生理標志，可作為評價個體自主神經活動的客觀指標［25］。研究主要采用HRV中的RR間期均值（tM）、RR間期標準差（tSD）、連續RR間期均值平方差的平方根（tRMSSD）指標。
tM，tSD，tRMSSD用于評估副交感神經活動，數值越大，表明恢復效果越好。選用Polar V2型心率表和Polar H10型心率帶測定HR和HRV指標，通過觀察生理指標的變化，可以客觀解釋不同屋頂花園綠色空間的壓力恢復績效。
1.3 實驗方法
實驗選擇在2023年5-6月中晴朗無風的白天進行，實驗時間為8：00-9：30或16：30-18：00，實驗期間氣候較為適宜且物理環境基本一致，在該屋頂花園進行實驗也可避免噪音的干擾。實驗流程，如圖2所示。1） 受試者到達現場后被隨機分配到一個空間以消除順序效應，隨后佩戴心率表和心率帶。2） 其次，進行一項3 min的數字口算，以誘導受試者的心理壓力水平。在完成壓力測試任務后，測量生理和心理指標（前測值）。3） 研究表明，接觸自然環境3～5 min可以獲得可靠的研究結論［26］，故將恢復活動時間控制在5 min。在恢復過程中，受試者以靜坐或站立的方式感知空間，為了提高實驗結果的信度和效度，受試者被要求在實驗期間只對獨立綠色空間進行視覺感知，5 min后再次測量其生理和心理指標（后測值），隨之填寫環境感知評價。4） 受試者休息10 min以平復個人情緒，并進行下一個空間的實地測量。
1.4 數據分析
首先，使用Cronbach′s α對PRS的內部信度進行分析。結果顯示，Cronbach ′s α為0.91（Plt;0.05），表明PRS的信度較好。其次，采用Kubios HRV Standard軟件對生理數據進行偽影和異位搏的校正，為了排除典型偽影、異位心跳和漏拍，使用3次樣條插值方法替換漏拍的心率間隔，并利用平滑先驗方法去除時間序列的非平穩性，對數據進行去趨勢化處理。然后，選用IBM SPSS 26.0軟件記錄每組實驗前、后受試者心理感知和生理反饋指標的變化值，作為測量恢復績效的指標。采用單因素方差分析檢驗受試者恢復生理和心理指標的變化量，并以此分析各空間類型恢復績效的差異性，如有差異，則使用最小顯著性差異（LSD）法進行事后檢驗。
2 研究結果與分析
2.1 基線數據的檢測
在通過方差齊性檢驗的基礎上，對恢復階段前的生理和心理指標進行方差分析，結果如表1所示。表1中：DF表示自由度；MS代表均方誤差；F用于評估組間的差異；P為顯著性。由表1可知：所有指標的差異均無統計學意義（P＞0.05），說明應激源暴露后受試者的生理和心理狀態基本一致。因此，可以將后期生理和心理狀態的差異歸因于屋頂花園不同空間類型的影響。
2.2 感知恢復性量表與空間恢復績效
各空間類型PRS分值大小依次為半開敞空間（6.77±4.45）＞覆蓋空間（6.40±3.56）＞開敞空間（3.34±2.96）。單因素方差分析結果顯示，3種屋頂花園空間類型間的PRS分值變化有顯著效應（F=9.011，P＜0.001），表明不同屋頂花園空間類型恢復績效的差異有統計學意義。
不同空間類型感知恢復性及特征的LSD事后比較分析結果，如表2所示。表2中：M為均值差；*表示在0.05水平（雙側）上顯著相關；**表示在0.01水平（雙側）上顯著相關。由表2可知：半開敞空間（M=3.43，P=0.000）和覆蓋空間（M=3.06，P=0.001）對感知恢復性的恢復績效顯著優于開敞空間，半開敞空間與覆蓋空間的差異則無統計學意義。由此可知，半開敞空間恢復績效優于其他兩種空間類型，覆蓋空間恢復績效優于開敞空間。
為了進一步探析不同空間類型的恢復性特征，統計不同空間類型的PRS維度的分值變化。結果顯示，不同空間類型的遠離性變化值（F=3.963，P=0.022＜0.05）和兼容性變化值（F=4.117，P=0.019＜0.05）的差異具有統計學意義，而不同空間類型的魅力性變化值（F=8.911，P=0.000＜0.001）和延展性變化值（F=4.117，P=0.000＜0.001）的差異極具統計學意義。因此可知，3種屋頂花園空間類型的PRS維度分值均呈現顯著性效應。由表2可知：3種空間類型中的PRS維度分值變化展現出相似的趨勢，半開敞空間和覆蓋空間的恢復績效均優于開敞空間。具體表現為半開敞空間（M=0.51，P=0.039）和覆蓋空間（M=0.66，P=0.009）的遠離性變化值優于開敞空間；半開敞空間（M=1.06，P=0.000）和覆蓋空間（M=0.97，P=0.001）的魅力性變化值優于開敞空間；半開敞空間（M=1.09，P=0.000）和覆蓋空間（M=0.80，P=0.001）的延展性變化值優于開敞空間；半開敞空間（M=0.77，P=0.008）和覆蓋空間（M=0.63，P=0.030）的兼容性變化值優于開敞空間。總體而言，感知恢復性量表及其維度變化共同印證了屋頂花園空間類型的恢復績效在不同維度上表現出顯著差異化，其中半開敞空間的恢復績效最佳，其次分別為覆蓋空間和開敞空間。
2.3 生理反饋指標與空間恢復績效
生理反饋指標與空間恢復績效的關聯性采用HR和HRV兩類指標予以表征。在通過方差齊性檢驗的基礎上，對生理反饋指標進行單因素方差分析。
2.3.1 HR變化 在感知體驗不同空間類型后，3種空間類型的HR下降值分別為半開敞空間（2.37±3.81）、開敞空間（0.60±0.31）、覆蓋空間（1.60±3.85），受試者的HR均有所降低，表明屋頂花園空間類型具有潛在的恢復潛力，尤其是半開敞空間和覆蓋空間。單因素方差分析結果顯示，3種屋頂花園空間類型的HR變化量具有顯著效應（F=2.135，P＜0.05），反映出3種屋頂花園空間類型的恢復績效具有顯著差異性。不同空間類型生理指標的LSD事后比較分析結果，如表3所示。由表3可知：僅有半開敞空間對HR的恢復績效顯著優于開敞空間（M=1.771，P=0.042）。
2.3.2 HRV變化
HRV指標的變化量，如表4所示。由表4可知：tM和tRMSSD在恢復階段后的增幅明顯大于tSD的變化量；tSD指標在開敞空間中呈現下降的跡象，說明開敞空間對誘發屋頂花園的恢復績效有一定的局限性。單因素方差分析結果顯示，屋頂花園空間類型均對tM（F=1.394，P＜0.05）和tRMSSD（F=1.659，P＜0.05）變化有顯著效應；而空間類型對tSD（F=1.18，P＞0.05）變化則無顯著效應，表明屋頂花園空間類型對該指標變化量的差異無統計學意義。由表3可知：開敞空間對tM指標的恢復績效均顯著低于半開敞空間（M=-19.343.771，P=0.015）和覆蓋空間（M=-13.143，P=0.026），說明tM指標的上升值均低于其他兩種空間類型，導致其空間恢復績效較低。
2.4 環境感知評價與恢復績效的關系
為了探析受試者的環境感知評價與恢復績效的關聯性，采用相關性分析檢驗兩者之間的關系。環境感知評價與恢復績效的相關性，如圖3所示。從Spearman相關系數和顯著性來看，環境感知評價與大部分恢復績效指標呈正相關。與生理恢復績效相比，環境感知評價與心理感知恢復的關聯性更為緊密，且相關性系數保持在0.3～0.6。此外，環境感知評價與心理感知恢復的顯著效應表現得更為強烈。
在心理感知恢復性表征上，環境感知評價中的美景度、滿意度和舒適度對感知恢復性量表及其維度有極為顯著的積極影響。由圖3可知：環境感知評價與感知恢復性維度的關聯性大小依次是延展性、兼容性、魅力性、遠離性，并且環境舒適度對感知恢復性的影響最大，其次是滿意度和美景度。可見，環境感知評價對屋頂花園恢復績效存在積極的影響，良好的環境空間體驗會促使產生恢復性作用。在相關性分析結果中，發現環境感知評價與生理反饋指標也呈正相關關系，其中，美景度對HR有顯著的積極影響，滿意度與tRMSSD指標之間的關系也出現了類似的結果，且舒適度對HR和tSD有顯著的正向影響。綜上，雖然屋頂花園環境感知評價對心理和生理的影響存在差異化，但在一定程度上強調了受試者環境感知體驗的重要性，表明優越的環境感知對誘發較佳的空間恢復績效有著重要的影響。
3 結論
以華僑大學人境交互實驗室的3種屋頂花園空間類型為實驗場地，通過實地測量方法，選用單因素方差分析探析不同空間類型心理和生理恢復績效的差異性，并進一步分析受試者環境感知評價與恢復績效的相關性，得出了如下4點結論。
1） 盡管心理感知和生理反饋指標測量結果存在差異性，兩者的顯著性變化均可證實屋頂花園具有恢復績效。這與先前的研究結果相似，即接觸屋頂花園對心理和生理具有促進身心健康的積極作用［19，27］。可進一步解釋為擁有親生物設計的屋頂花園屬于人工自然環境，易受到人們的青睞，因為人類天生就具備與自然環境聯系的傾向［28］。
2） 感知恢復性量表結果揭示了不同屋頂花園空間類型的恢復績效具有顯著的差異性，恢復績效最優是半開敞空間，其次是覆蓋空間和開敞空間，表明受試者短暫沉浸在屋頂花園有助于獲得恢復性體驗。不同空間類型的感知恢復性維度（遠離性、魅力性、延展性、兼容性）的差異具有統計學意義，并且開敞空間和覆蓋空間在各個維度所表現的恢復績效優于開敞空間。
3） 受試者在3種屋頂花園空間類型的HR均有下降且變化量具有顯著效應，而只有半開敞空間的生理恢復績效高于開敞空間。HRV中的tM和tRMSSD指標在恢復過程中增幅大于tSD ，tSD指標在開敞空間中呈下降趨勢，可見開敞空間對受試者身心放松效果較差。tM和tRMSSD的變化量也具有顯著效應，然而僅有tM可以反映出木質開敞空間的恢復績效較低。
4） 環境感知評價（美景度、滿意度、舒適度）對屋頂花園空間類型的心理和生理恢復有顯著的正向影響。環境感知評價中舒適度對心理感知恢復績效影響最大，其次是滿意度和美景度。環境感知評價對生理恢復績效也有重要影響，相較于生理反饋指標，環境感知評價對心理感知的影響較為顯著。因此，在營造屋頂花園時，應充分考慮屋頂花園的空間感知體驗，以期最大限度發揮屋頂花園綠色空間的恢復性效益。
屋頂花園空間類型具有心理和生理健康的恢復性潛力，不同空間類型的恢復績效具有顯著的差異化。整體而言，半開敞空間的恢復績效最佳，其次為覆蓋空間，最后是開敞空間。由此可知，開敞程度較低的空間擁有良好的恢復績效，當空間開敞程度降低到一定程度時會導致恢復績效下降。Kaplan等［29］提出的注意力恢復理論強調開敞程度較低的空間具有強烈的遠離性特征，進而更容易恢復積極情緒。當視野逐漸開闊，易導致注意力分散。心理學中的“瞭望-庇護”（prospect-refuge）理論指出，人們在觀賞外界環境時需要保證自身處于安全感的庇護所，清晰視野和隱藏空間的環境具有幫助人們提升幸福感的能力［30］。開敞空間恢復效益較差，究其原因可能是該空間主要以木質鋪裝為主，植被少且單一，在視覺感知上容易產生單調、呆板的頓挫感。而覆蓋空間雖然半封閉但具有一定的可滲透性，并且含有大面積的低矮灌木和地被植物，自然化程度較高，為受試者提供綠色緩沖空間以對抗壓力事件的負面影響。而半開敞空間恢復性潛力最大的原因除了空間的開敞程度，還有相對結構化的植被，使其營造的空間感較為舒適，這與環境感知評價對恢復績效影響的結果相似，即舒適度在環境的恢復績效中扮演著重要的角色。先前研究表明，具有結構化的植被設計與更好的恢復績效有關［18，31-32］。此外，心理感知指標的變化量對測量屋頂花園空間類型的恢復績效更為顯著，這可能是受試者常于此活動，對此類空間產生場所依戀和環境偏好。而生理反饋指標則客觀闡釋了屋頂花園對人身心健康的恢復作用，但在一定程度上也受到遺傳特征、生存環境等因素的影響，這種生理變化的潛在機制有待進一步證實。將心理和生理指標測量方法相結合，有助于更好地理解屋頂花園的健康益處。然而，研究只定性分析屋頂花園空間類型對心理和生理反饋的影響。后續研究應進一步量化空間成分特征，以更具體的量化分析探討屋頂花園環境質量對恢復績效的影響。
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（責任編輯：黃曉楠 英文審校：方德平）
