人工智能时代室内空间环境的生态设计探讨

■梁家年，杨雨鑫

(南京信息工程大学艺术学院，江苏南京 210044）

现代科技的快速发展使全球范围的工业革命日益具象化，人工智能成为时代标识。人类生活水平与质量不断提高的同时，所处的室内空间环境问题也层出不穷。本文试图将生态设计与智能科技有机结合，打造具有高情感的、人与自然和谐发展室内空间环境。

1 人工智能时代的背景认知

1.1 人工智能时代

人工智能（Artificial Intelligence），英文缩写为AI。1956年，（美）约翰·麦卡锡在达特茅斯学会上第一次提出了人工智能的概念，即让机器达到做与人类同样的行为[1]。美国麻省理工学院教授温思顿提出“人工智能就是研究如何使计算机去做过去只有人才能做的智能工作。”国际人工智能促进会（AAAI：Association for the advancement of Artificial Intelligence）则把人工智能定义为在机器中具体实现科学思维和智能行为。人工智能是心理学、计算机学、哲学等学科交叉的边缘性学科。2019年5月16日，联合国教科学及文化组织正式发布国际人工智能与教育大会成果文件《北京共识——人工智能与教育》提出：“人工智能的部署应当服务于人并以增强人的能力为目的；人工智能设计应合乎伦理、公平、透明和可审核；应在整个价值链全过程中检测并评估人工智能对人和社会的影响”。习近平总书记指出：人工智能是引领新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力，正深刻改变着人们的生产、生活、学习方式，推动人类社会迎来人机协同、跨界融合、共创分享的智能时代。这也指出了人工智能时代的概念。

1.2 室内空间环境

室内空间环境设计是人文环境设计的微观化与具体化，是建筑设计的延续与深化，其为塑造一个精神与物质并重的室内生活环境而进行的感性与理性并存的创造性活动[2]。典型的室内空间环境是自然环境和人工环境的综合体。

人工智能时代室内空间环境类型更加多样，如超大主题空间、疫情防控空间、高铁地铁空间、舰船游艇空间、载人飞行器空间、老龄与临终关怀空间等等，室内设施设备将更加智能化、自动化，人们可以在家居空间下完成更多的事情，可以更便捷地获取众多信息，例如观测、记录人们身体是否健康，人们可以在家中完成简单的身体检查以及获取健康信息。

1.3 生态设计

早在上世纪60年代，美国设计师维克多·巴巴纳克在其著作《为真实的世界设计》中就提出了设计应该考虑地球资源的消耗问题，倡导设计要有保护地球生态环境的意识，这可视作生态设计理念的先声。室内环境生态设计，是以生态文明理念、生态生产方式、生态生活方式，是保护环境、关爱生命、注重精神需求的绿色行动，目的是打造环境无污染、健康无公害的绿色精神家园。

2 人工智能时代室内空间环境面临的主要问题

人工智能时代产业高速发展、城市化进程不断加快、城市人口剧烈膨胀、交通能源等“城市病”问题都与室内空间环境休戚相关。“这是最好的时代，也是最坏的时代，这是智慧的时代，这是愚蠢的时代”，狄更斯的至理名言也可以概括人工智能时代的两面性。

2.1 室内空气污染严重

室内环境的空气污染会对人体产生不良的影响，一是天然气、液化气燃烧产生大量二氧化碳；车辆释放出大量气体；工业生产产生大量“工业三废”；沙尘暴等恶劣天气产生空气污染。二是室内因素的空气污染，详细分类情况如表1所示。

表1 室内空气污染问题

2.2 室内噪音、辐射及光污染严重

室内噪音包括道路交通噪音、住房装修噪音、人类交流活动噪音的传入。持续的噪音会对人体造成睡眠变差，出现胸闷、气短、心悸、心前区不适，导致神经性耳鸣甚至神经性耳聋等诸多危害。

室内辐射一般来源于装饰材料、建筑材料中的放射性物质；电视机、微波炉、电热毯等家用电器使用过程中产生不同程度的射线辐射；生活学习工作中手机、电脑、机站发射台等射线辐射污染。

室内光污染主要是由眩光污染和频闪所引起的[3]。室内光污染的主要来源于一些不符合标准的射灯以及装饰灯带。光污染会对人眼的角膜和虹膜造成伤害，导致人的视力下降以及白内障发病率的增高，彩光污染会使人情绪失控从而影响心理健康[4]。

2.3 空间、材料浪费及回收利用问题

规划设计不当，导致厂房废弃（图1）、居住区入住率不高；空间设计过于繁琐，缺少使用者实际体验造成空间浪费；装饰耗材过多、体积过大、成本过高；房屋到户后原来空间推倒重来，带来二次浪费和垃圾负担（图2）；室内陈设用品包装过度；皮革、象牙等陈设品产生生态破坏；室内设施设备盲目跟风、周期缩短造成材料、人工成本资源浪费；设计师缺少资源回收设计，实施过程中材料浪费，资源利用率不高。

图1 大量厂房废弃

图2 空间推倒重来，产生大量装修废料

2.4 老龄化、“富贵病”相关的室内空间问题

2019年年末中国大陆总人口14.005亿人，比上年末增加467万人。从年龄构成看，16至59周岁的劳动年龄人口为8.96亿人，占总人口的比重为64.0%；60周岁及以上人口2.539亿人，占总人口的18.1%，其中65周岁及以上人口1.76亿人，占总人口的12.6%。我国占世界老龄人口总数的20%左右。老龄化带来生活起居、购物娱乐、交通访友等室内环境设施系列问题。

“富贵病”又称“现代文明病”，是人工智能时代许多人或因活动量的减少又或因生活质量提高导致营养过剩而产生的，如肥胖、动脉硬化、糖尿病等等。我国中老年人15%～20%便秘，六成是白领；我国有22%的人超重，6000多万人因肥胖而就医，高血压2亿多人，糖尿病5000多万人，高血脂 1.6亿人。全国 “富贵病”治疗费用占疾病负担的60%以上。“富贵病”人要求的室内空间环境问题包括运动空间、节食空间、娱乐展示空间等等。

2.5 室内空间环境疫情防控问题

中华民族经历过不可计数的疫情灾难磨砺。1949年以前，在东汉末年及三国战乱时期（3-6世纪）、明清时期（14-19世纪）出现过两次疫病流行高峰。新中国成立以来，主要有2003年的严重急性呼吸综合征（SARS）和当前面临的新冠肺炎病毒疫情。

新冠肺炎病毒疫情暴露出室内环境问题，诸如传统空间功能划分较为僵化，不够灵活。室内排风装置缺少净化功能，给排水系统设计不够完善，特别是防控空间数量、质量；室内防控设施设备；智能诊断与康复病房等问题突出。

3 科学构建室内空间环境生态设计系统

当代设计师必须站在关注人类生存空间的高度上，以“十四五”发展目标和2035远景目标为引领，用生态设计理念、生态方法和生态材料，应用一系列科技来构建室内空间环境体系。

3.1 注重整体环境生态设计

空间环境的“内”与“外”相辅相成。“花园城市国家”新加坡政府及民众关爱自然、与自然和谐共处、追求天人合一，使社会繁荣发展同自然界物种繁衍进化协调进行，通过“绿色和蓝色规划”确保拥有绿色和清洁环境，充分利用水体和绿地提高人居生活质量。既建设许多的公园和开放空间，用绿色廊道将各主要公园系统相连，又充分利用海岸线并使岛内水系满足休闲需求，为人类环境生态建设做出了典范示例（图3）。

图3 新加坡建筑垂直绿化设计

3.2 推广应用新材料新工艺

一是发挥人工智能时代科学技术快速发展的有利机遇，研究开发建筑、装饰新材料。发挥无毒气、无刺激性、无放射性及低二氧化碳排放的新材料，产生室内空间环境生态效应的影响力作用。二是通过生态设计方法提高新材料的室内空间环境表现力，提高建筑装饰施工过程新技术含量，推广装配式技艺，改善室内物理环境结构和净化功能（温湿度、空气流动速度调节等等）。三是加大阳光温室，太阳能、风能等清洁能源的应用推广，最大限度降低室内空间环境污染。具体而言：

加快用生态环保新型材料取代传统建材的步伐，逐步实现清洁生产和产品的生态化。保障新型材料使用过程中对人体及周围环境不产生危害，容易自然降解，使再生资源得到循环利用。

采用吸热玻璃、热发射玻璃、调光玻璃、体温新墙等现代科技材料，达到采光和保温的双重效果，节省常规能源。

推广生态竹制材料。发挥其成才周期短，生长成本低廉，具有耐用性、灵活性、可循环回收利用以及可再生性的特色，呈现出多样化室内环境装饰效果。加快竹材生产开发，研制竹材胶合板、竹木复合板、竹地板、竹碎料板、竹材纤维板、竹集成材、竹层积材等竹材人造板，广泛应用于室内地面铺设、墙面装饰、建筑的部分结构、室内陈设设施等等（图4）。

图4 竹制材料空间环境

3.3 全方位提升室内环境智能化程度

3.3.1 智能设计更加普及完善

增强空间与使用者的互动体验性。通过人工智能技术使室内空间形式能够让用户进入到具有现场感的虚实混合空间中，刺激使用者对空间环境的了解欲，调动多维度情境认知环境下的感知能力。通过交互的方法传递图片、视频、声音信息与受众互动。真实与虚拟相互补充，相得益彰，进而使室内空间整体功能得到提升。

3.3.2 智能设施设备日新月异

智能室内安防、照明、温度湿度调控等功能更加完善，节能马桶、能源储量及使用安全提示更加人性化，如在家电设备的智能控制上可以实现在保证家电正常使用的基础上尽可能地减少能耗。通过智能家居支持太阳能、生物能、风能发电等新能源发电设备。如2019上海进博会智能产品——客厅透明电视。电视类似于玻璃幕墙，可以呈现一个全高清的画质。电视播放内容完全取决于户主意愿，例如水族馆或是鱼缸，透明电视是一个智能互动的设备，所有在家里感受到的信息可以呈现在电视屏幕上（图5）。

图5 智能客厅透明电视

3.3.3 智能看护更加缜密安全

儿童或者老人可以穿戴上智能设备来达到家人监测他们的目的，人们可以通过各种移动终端进行监测，如遇突发状况，被监测者可以按下智能按钮同时系统会及时启动救护设施进行救助。在智能看护环境中，系统可以监测到被监测者在室内空间环境中的行动轨迹从而做到自动开关灯、自动开关空调，便捷安全，确保对家庭老人和儿童进行全方位的看护保卫。最后还需要让老人或儿童感受不到被监测，将智能设备的一些特性尽可能地隐藏，让被监测者感受到被尊重[5]。同时对于特殊的人群例如失智症老人，智能看护与技术对此类人群的病情也会有一定程度的缓解[6]。

3.4 室内空间充分利用自然采光

安藤忠雄认为：“光和影能给静止的空间增加动感，给无机的墙面以色彩，能赋予材料的质感更动人的表情”。心理学研究表明，光影在室内是不容忽视的重要因素，大部分居民是喜欢把阳光引入室内，希望室内空间更为明亮自然，以消除室内阴暗带来的恐惧感。光的功能是多元化的，可以通过光线的合理应用，改变环境固有色，可以把光影作为营造室内空间氛围的重要手段，完成有意境的空间环境设计。

在室内环境生态效益设计中，室内环境的采光率是其中的一个重要环节。因此，在室内空间环境生态设计过程中,要充分考虑室内环境的采光率,因此需要最大化地利用自然光线，在一定程度上减少各种电力光源的使用从而减少不可再生能源的消耗。如闻名遐迩的德国柏林国会大厦就是一个非常成功的经典案例,其充分地往室内引入了自然的光线，融入了自然的元素可以感受到不同的美[7]，所以每当人们走进其中就宛如走进了一个充满自然光线的神圣殿堂。

在室内空间环境设计运用自然采光的过程中，首先需要从该建筑物的朝向、布局以及与附近建筑物之间间距等因素进行判断，然后对室内空间所引入的自然光线进行合理地设计与调整，同时可以通过增加建筑物各个面的采光通道从而在一定程度上增加自然采光的数量，并且设计师可以在室内空间环境中选择具有反射功能的挡光板，进一步提高了室内空间中自然采光的效率，使光线在室内更好地分布，减少照明能源的消耗。

3.5 塑造室内空间绿化景观特色

在室内空间融入植物、水、石等自然景观要素，注重整体的和谐性[8]，是室内环境生态效益主要方式和手段。如2019年新开的星耀樟宜——星空花园，在侯机大厅顶楼设置1.4万平米的花园，建有世界上最大的室内瀑布，布局了10万株灌木，含兰花、仙人掌、蝴蝶、梦幻、向日葵等。星空花园利用绿色植物自然要素的生态特点，降低了室内空间环境中的有害气体，同时调节室内空间环境的温度使之更加宜人，观赏者自然心情愉悦，其充分发挥了人工智能时代现代生物及种植技术的重要作用，影响深远（图6）。

图6 星耀樟宜——星空花园室内绿化景观

此外，在家居空间环境中还可以将植物沿着门窗进行布置设计,如此有利于植物生长以及进行光合作用从而释放氧气来净化和提高室内空间环境的空气质量，同时这些植物鲜艳动人的颜色、独特优雅的造型以及因集中布置所呈现的质感与氛围都可以成为室内空间环境中的装饰形式，设计师可以根据这些植物来定位设计室内空间的整体风格以及以此进行其他家居陈设装饰的挑选，给予人不同的视觉效果，可以在室内环境、人的精神以及节能上起到一定的生态作用[9]。

3.6 强调高情感人性化设计

3.6.1 关怀老龄群体

根据老龄人独特的生理、心理特征，全方位考虑老龄人室内空间环境的特殊性。如适当的采光口尺度；最佳的光线亮度分布；最好的建筑朝向，避免眩光出现；避免过多的太阳辐射热进入室内；室内可识别性;无门坎、无高度差;卫生间颜色宜淡雅,淋浴或平底浴盆;居室房门宽度适当,满足护理需要等等,选择老龄人生活设施设备，创造舒适宜人的室内光、热环境[10-12]。

3.6.2 关注伤残人群

许多腿脚不便的伤残人士，绝大部分时间是在家中或室内度过的，家庭及公共室内空间环境质量与他们的生活密切相关。舒适、温馨、安全、便利的室内环境设计，包括：轮椅使用的无障碍设计，必要的通道宽度和回转半径；厨房操作台、洗脸台的高度，专用淋浴设施设计；视觉（弱视患者、盲人）、听觉（听觉不灵敏或者受到损伤，听觉非常弱甚至丧失能力）、行为能力（身体平衡能力较差、行动不便等）的无障碍、通用化设计应满足身体和心理需求[13-14]。

3.6.3“富贵病”群体空间设计

在居家、商业或办公空间中，营造健康舒适的运动休闲环境。增加室内娱乐健身空间，实现劳逸结合。安置智能设备来提示提高人的自控能力，刺激“富贵病”的运动积极性，防治病从“口”入、“坐”而待毙（图7）。

图7 某公司为员工设计的室内篮球场和攀岩壁

3.6.4 疫情防控空间设计

结合疫情防控常态化要求，重新规划室内空间，设计节约、高效、安全、灵活的多功能空间，适当增加运动空间，增加防控传染性疾病功能。大户型增加消毒清洁专用家务空间，小户型增加家政清洁区域。优化升级空调新风过滤换气系统，有效阻断病毒空气传播。在邮轮、酒店、商场等大型公共空间的休息区域、卫生间连接部分采用智能隔断，通过控制电流的通断与否控制玻璃的透明与不透明状态。设置室内智能门禁，在人脸识别基础上增加体温测温功能、智能语音呼梯系统，帮助用户无接触交互控制电梯设备[15-16]。

4 结语

当今时代，室内空间环境生态设计与人工智能技术的深度结合还存在一定距离，还需要“美术、艺术、科学、技术相互促进”，实现美术、艺术、科学、技术完美结合。随着人工智能在室内空间环境设计研究中的深度介入，生态设计与智能科技一定会碰撞出更多方法措施和设计灵感，对解决现有或未来有可能会出现的人居环境问题有巨大作用。我们有理由相信，人工智能时代室内空间环境的生态设计一定是人类生态文明发展的主流方向之一。