基于粗糙集理论的徽州天井空间情感评价研究

赵梦兰 宣晓东 刘 源

天井空间一般是指建筑房屋之间或是房屋与围墙围合起来的露天空地，从天井内向上看采光口类似于井口。在传统徽州建筑中都会设有这样的“天井”空间，它是传统徽州民居最为重要的组成部分，也是围合空间的代表。传统天井空间面积虽小，但其作为建筑的“气口”在采光通风、雨水收集、调节气候等方面发挥着重要作用，也是承载徽州人活动的重要场所[1]。但随着现代化建筑思想的发展以及全球化的影响，地域建筑特色逐渐在消失，现代建筑利用新材料和新技术重新诠释了天井空间，并在尺度上突破了传统的小尺度空间。

一直以来人们对现代建筑风格与传统建筑风格之间存在着强烈的争辩，而在最近的研究中发现相比于现代风格的建筑，人在情感上更倾向于传统风格的建筑[2]。因此在传统天井空间特色逐渐消失之际，我们要思考现代天井空间形式是否能完全满足人的情感需求，以及如何进行传统天井空间现代化设计。基于此，本文将从人对传统与现代的天井空间的情感评价中，探索天井空间设计要素与情感之间的关系，从而为天井空间现代化设计提供理论依据。

1 理论综述与研究方法

1.1 建筑空间情感影响因素的相关研究

情感在《心理学大辞典》中被定义为人对周围事物以及行为的态度，是人们对客观事物的一种特殊反映形式，是主体对外界刺激给予的心理反应，也是对客观事物是否符合自己需求的态度和体验[3]。在建筑空间设计中，情感主要源于两个方面，一是建筑设计师对于建筑作品和空间的情感体现在设计的作品中，并以此唤起使用者的情感体验；二是使用者在空间里，对空间的直接反应和感受。

越来越多的研究表明建筑空间环境影响着人的情感。Hanyu（1997）提出建筑环境的视觉外观影响人的情感反应[4]；Lindal和Hartig（2013）证明建筑环境中的物理特征（屋顶轮廓、表面装饰）对我们的心理生理状态有影响[5]；Johansson等（2016）研究发现良好的秩序和维护以及空间开放性与人的情感呈正相关[6]；Mouratidis（2018）提出人们对城市空间环境会产生情绪反应，建筑环境有助于提高人的主观幸福感[7]，Wioletta（2020）验证了建筑空间的照明、比例以及房间和家具的颜色会对人对情感有影响[8]；《环境心理学》一书中也提到视觉、听觉、嗅觉、触觉以及温度和气流等感觉影响着人的空间环境体验，进而影响人的心情，感觉之间也会相互影响，需要考虑不同感觉之间的影响[9]。

但这些研究多是探讨建筑空间要素对情感的影响，而很少研究各因素的影响力大小，在研究方法上也多以传统的拍摄照片和小组访谈等进行调查。因此，本文将要探讨各要素在影响情感上发挥的作用大小，同时采用更加完善和新颖的方法来进行研究。全景图就是一种比照片更真实、更全面地反映场景内容的方式，同时能让用户沉浸在展示的环境中，操作也较为简单，可适用于广泛的用户[10]。

1.2 粗糙集理论

在过往的相关研究中发现样本量对数据的统计分析有很大的影响。由于实验样本量小和所需要收集信息的定性，传统的统计工具因此难以应用，但粗糙集方法很好地解决小样本问题[11-12]。粗糙集理论是波兰数学家Z Pawlak在1982年提出的一种处理不确定性和模糊性的不完美数据的方法，可以用来描述属性之间的依赖关系，评估属性的重要性，提取属性之间的因果模式[13]。之后，波兹南大学实验室开发研究了rose软件包，它实现了基于粗糙集对变量数据的挖掘[14]。因此，本文将应用粗糙集数据资源管理器rose系统对数据统计分析，按照以下几个步骤进行，包括：①准备相关数据并构建信息表；②属性约简和重要度计算；③发现决策规则；④知识的评价。

综上所述，本文将利用全景图技术和粗糙集理论探索人对天井空间的情感与天井空间物理要素之间的关系。研究内容分为5个部分（图1）。

图1 研究框架

2 实验设计

2.1 实验样本选取和全景图的构建

实验选取徽州明清时期的传统天井空间，同时选取现代建筑中仍然保留徽州地域文化特征的以及现代建筑中完全不具有徽州建筑特色的现代天井空间作为研究对象。对样本进行拍摄照片和实地测量数据，还选取了国外的现代化天井空间作为实验样本，由于实地调研的局限性，因此通过网络资料的收集，得到相关数据。从中共选出12个较为典型的天井空间作为实验对象。

考虑到徽州传统建筑的维护比现代建筑的差，会对人的情感评价有影响[6]，因此本次实验将基于sketchup进行场景建模，根据测量数据和采集的贴图与纹理，再现逼真的天井空间环境，并协同enscape渲染器得到全景图。其中构建全景图涉及以下几个步骤：①将场景环境设置在6月某一天的11：00，天气晴朗，且场景外没有其他建筑物；②在每个天井场景设置相机高度为1.6m；③相机的位置设置在每个天井空间的中间；④最后由enscape渲染得到全景图像，每张全景图的尺寸为长4096、宽2048，图像长宽比为2∶1。之后将所有的全景图像上传转换成动态的全景图，用户可通过电脑网页或者手机打开观看。

2.2 被试者选取

本次实验在合肥某高校招募，为了避免年龄、性别、专业背景等因素的影响，实验在挑选被试者时做了筛选，将每种组合方案均匀分布人数。最终有效被试人数为30人，被试者中有15名建筑专业背景（AS）和15名非建筑专业背景（NAS）的，男女比例也是均匀分布。其中非专业背景的人对徽州文化并不了解，专业背景的人对徽州文化较为了解。

2.3 情感评价问卷

为了获取参与者对天井空间的情感评价，本文采用了韩愈（19 9 7）的情感评价量表[4]。这个量表是基于Russel和P ratt（1980）的情感质量理论改编而成[15]。量表包括了以下情绪量词：愉悦—不愉悦、兴奋—无聊、放松—压抑、安全—不安全、有趣—无趣、活跃—不活跃。问卷通过五点李克特量表来评估，每个情绪量词之间对应赋值“2、1、0、－1、－2”这五个分值。本文仅以情感词“愉悦—不愉悦”为例进行实验研究。

2.4 实验流程

实验安排在较为封闭的工作室内，房间内仅放置一台笔记本、一个桌子和一个椅子，实验样本通过电脑播放。为了避免可能的偏见，参与者不会被告知实验的具体目的，只是被告知将看到12个不同的天井空间。具体步骤如下：被试者坐在舒适的椅子上，保持眼睛与屏幕60cm的距离观看全景图，并按照顺序依次观看体验12个场景（图2），每个场景停留观看时间为30～60s之间。被试者可以从从各个方向自由观看场景，每个场景观看完毕后在电脑上填写问卷，之后再观看下一个场景，直至场景观看完毕，每个场景完整的体验流程时间约为120s。

图2 不同天井空间场景图

3 数据分析与结果

根据情感评价结果可知（图3），专业背景和非专业背景的两组样本数据在空间情感评价上有很大的差异。图3中编号5、7、9为传统的徽州天井空间，其他的则为现代天井空间。专业建筑学背景的人对传统的天井空间愉悦值评分明显高于非专业背景的分值，而对于现代天井空间，则是非专业背景的人愉悦值评分更高。表明不同知识基础影响人对空间的情感评价。因此，本研究将从专业背景与非专业背景两组数据进行分析。

图3 天井空间愉悦值得分

3.1 数据信息表建立

在应用rose软件进行数据处理之前，我们需要建立一个包含条件属性和决策属性的信息表。根据调研的信息和相关文献，从建筑材料、尺度、形式和文化等角度，提取出在天井空间中与情感相关的9个主要的物理要素，作为条件属性，每个条件属性下还有子类别属性，对这些属性进行定义和编号分类（表1）。由于情感评价的数据是连续的，需要对数据进行离散化处理，连续属性离散化的处理方法有3种，分别是S法、H法、L法，本研究采用L法[16]，结果在[-2，0）以1表示，[0，1]以2表示，（1，2]以3表示。将离散化后的数据作为决策属性。由此得到天井空间情感评价的信息表，其中信息表的部分数据参看表2。

表1 影响情感的天井空间要素的定义和分类

表2 信息表

3.2 属性约简和重要度计算

将建立好的信息决策表输入到软件rose中，采用差别矩阵法进行约简处理，计算出两组被试者约简结果中每个属性出现的频率，可以得出不同属性在影响人对天井空间愉悦值评价的重要度排序。两组数据约简后属性的频率范围表现出较为相似的结果（图4～5）：①约简后没有核心属性出现，虽然天井空间的宽度（E）属性有100%的约简频率，但是并不是每次约简结果都是100%，意味着没有哪个单一属性是必要且完美靠近决策结果；②约简结果显示每个属性在每次约简结果中占有一定的比例，表明每个属性在影响愉悦感上都发挥了一定的作用。此外，从两组数据中可以发现天井空间的宽度（E）在两组约简结果出现的频率较大，在影响愉悦感中起到十分重要的作用。其次，围合界面的旷奥度（F）、天井空间长宽比（H）和传统性要素（G）也表现出较为重要的地位，而墙面材料（A）和细部装饰（C）在两组约简数据中出现频率较低，重要性最弱。因此，在天井空间中，影响人愉悦感的主要因素是天井空间宽度、围合界面的旷奥度、天井空间长宽比和传统性要素，地面材质、门窗材料和D/H值的影响力一般，而围合墙面的主要材料和细部装饰影响力较弱。

图4 AS数据在约简中各属性的出现的频率

图5 NAS数据在约简中各属性出现的频率

3.3 决策规则的提取

决策规则是可以有效地发现条件属性和决策属性之间的关系，一个决策规则可以是精确的，也可以是近似的，它被描述为一个条件语句，用“如果条件属性是什么，那么决策属性是什么”来表示。实验数据在rose软件中利用最小覆盖算法对数据进行规则提取，根据决策规则进行相关归纳得出相关规律。例如表3是一个具有专业背景的被试者数据所产生的规则，这些规则的相对强度都大于40%，有着较高的强度。这些规则可以代表着天井空间的物理元素与人对天井空间的情感评价之间的因果关系。事实上，这些规则描述了哪些天井空间让人较为愉悦，哪些天井空间不能让人觉得愉悦，这也是我们需要关注的。因此本文重点研究规则中决策属性为1和3的条件属性类型，归纳出天井空间中让人觉得愉悦的积极特征和不愉悦的消极特征。

表3 AS01的决策规则

3.4 知识的评价

表4～5给出两组被试者数据所得到的规则，所有的规则都有着100%的可识别度。决策规则都是由两到三个属性组合而成，由于相同的规则较少，很难从30个人的规则中提取出一个固定的特征，但可以追踪一个元素并在规则中找到它的位置，也可以提取出隐藏的可倾向的特征。

表4 决策属性为1的规则

（1）影响人愉悦感的消极特征

从表4可得出，天井长宽比值大于2.8（H3）在决策属性为1的规则中占有很大比例，是影响人愉悦感的消极特征。这是由于天井空间不像院落一般宽阔明亮，较大的长宽比则会让天井空间更为高大狭长，容易让人产生压抑感。此外，对于专业背景被试者，门窗材料是铝合金玻璃（B2）也是愉悦感不高的一个因素，相比于传统的木质门窗，他们对完全现代化的玻璃材料情感评价不高。对于非专业背景的被试者，围合界面的低旷奥度（F1）在规则中出现有一定的频率但不显著，墙面材料（A）出现频率较高，其中A1出现较多，表明他们对围合界面的墙面材料有着一定的关注和倾向性。但大面积的木质材料是会让他们觉得愉悦感不高，主要因为木质空间带给人的心理感受呈现倒“U”型[17]，即随着木材比例的增加心理舒适感不断增加，并在达到一定程度有最好的心理状态，此后随着木材比例的再增加，人的舒适感会逐渐降低[18]。但总体A1对愉悦性的负面影响力较小。

（2）影响人愉悦感的积极特征

从表5中可以得出，对于专业背景的被试者，D/H值在0.5～1之间（D2）和丰富的传统性元素（G3）在决策规则中出现的频率高，是影响愉悦感的积极特征，天井空间的宽度小于6m（E1）也在规则表中出现了一定的频率，这些表明专业背景的人在较为开敞但宽度不大的传统天井空间中容易产生愉悦感，主要因为专业背景的人对徽州地域文化较为了解，徽州传统的小尺度天井空间唤起他们的亲切感，从而影响着对天井空间的情感评价[19-20]。对于非专业背景的被试者，围合界面较高的旷奥度（F3）是影响愉悦感的积极特征，天井空间的宽度（E）在规则中也发挥了重要作用，天井空间宽度在6～15m（E2）和大于15m（E3）出现频率较高，说明宽度大于6m的天井空间是提高愉悦感的重要因素，但是对于大于15m之后，是否越大越好，还需要进一步研究。同样D/H值在0.5～1之间（D2）和大于1（D3）也出现较多，表明D/H值大于0.5有助于提高。

表5 决策属性为3的规则

结语

本文采用了全景图像偏好的方法，调查人对传统的与现代的天井空间的愉悦感评价，基于粗糙集理论对数据结果进行处理，得到天井空间物理要素与人情感评价的因果关系。根据本次实验样本数据，得到表6的研究结果。研究表明：影响人在天井空间中愉悦感的主要因素是天井空间的宽度、围合界面的旷奥度、长宽比和传统性要素，而地面材质、D/H值和门窗材料的影响一般，围合墙面的主要材料与细部装饰影响较弱。其中天井长宽比值大于2.8在影响愉悦感上是最显著的消极特征，对于非专业背景的人，天井空间的宽度大于6m和较高旷奥度的界面、D/H值大于0.5是提高愉悦感的积极特征。对于专业背景的人，天井空间有丰富的传统性元素、宽度小于6m以及D/H值在0.5～1之间是影响愉悦感的积极特征。

表6 影响天井空间愉悦感的因素

本文研究结论也可为徽州天井空间现代化设计提供启示：①考虑不同社会文化背景的人的需求。人对天井空间的情感评价因不同的知识背景而相异，专业建筑学背景的人在情感上更倾向于小尺度的传统天井空间，而非建筑学背景的人则是对大尺度且开敞明亮的天井空间情感评价较高。因此在设计开始之前，应对居住者进行详细调查，了解居住者的年龄、社会属性等，确定居住者的需求，以此作为天井空间设计的依据。

②保持空间围合界面的通透性。可通过调整传统的隔扇窗和格扇门的窗棂的密度，或者与现代的玻璃材料相结合，既可以采光通风，又可以提高空间的空透感；对于密封的砖墙可以镶入如透空的砖产生旷奥度。在建筑形式上，还可以通过底层架空的方式，让人有更广阔的视野。

③适宜性空间尺度设计。一方面，由于天井空间的长宽比显著影响着人愉悦感，因此要适当控制长宽比大小，让天井空间不过于狭长。另一方面，传统徽州天井空间的D/H值一般是低于0.5，可通过增加天井空间的宽度，提高天井空间的D/H值，让天井空间更为开敞和明亮，从而提高人的情感体验。但是不能过于增大D/H值，让天井空间失去本身的空间内涵而与院落空间无异[20]。

④徽州传统文化的传承。传统要素是影响情感评价的一个重要因素，但不是简单地对徽州建筑符号的复制，而是与现代化技艺结合，实现在精神层面上的徽文化传承。例如天井空间中的细部装饰对人愉悦感影响不大，因此对于传统元素如斗拱、雀替、撑拱和门窗等有繁复装饰的构件，可通过现代化的技术和材料将其简化和转译，让天井空间既具有传统文化内涵又具有现代建筑特色。

资料来源：

文中所有图表均为作者自绘。