可持续行为设计研究综述

艾险峰，江志刚，胡康

（武汉科技大学 a.艺术与设计学院 b.绿色制造工程研究院，武汉 430081）

为降低产品的环境影响，人们一般在产品的制造过程或末端处理过程采取措施，称为清洁生产。与之相关的设计方法包含轻量化设计、可拆卸设计等[1]。然而，对汽车、电器等耗能产品而言，其环境影响主要在使用过程[2-3]。因此，降低产品使用过程的环境影响也同样重要。目前，降低产品使用过程环境影响的途径主要有两种：一是从物质技术层面，研发污染更少、能效更高的能源和技术；二是从用户使用层面，通过产品设计引导用户采取低碳环保行为。其中前者超出了设计研究的范畴，而后者是可持续设计研究的新领域——可持续行为设计（Design for Sustainable Behavior），也翻译为“为可持续行为而设计”[4]。

可持续行为设计是引导绿色生活方式的重要手段之一。绿色生活是清洁生产的内在动力，清洁生产是绿色生活的重要保障[5]，生活消费领域的绿色转型有助于引导和倒逼生产的绿色化[6]，从绿色生活和清洁生产共同发力，对我国实现碳达峰、碳中和具有重要的意义。因此，梳理并进一步研究可持续行为设计的研究现状具有重要的意义。

可持续行为设计是指行为改变理论在可持续设计领域的应用和发展。因此，下面将从三个部分展开论述：第1部分阐述了“为行为改变而设计”的理论基础与研究现状；第2部分讨论了可持续行为设计的策略；第3部分对实现可持续行为设计策略的典型技术手段展开了论述；第4部分进行了讨论和总结。

1 “为行为改变而设计”的理论基础与研究现状

1.1 行为改变的理论基础

行为改变源于说服方式研究，最早可追溯到古希腊修辞学。亚里士多德称修辞学的功能是在每一件事情上找出其中的说服方式。他提出了3种说服方式：依靠人格魅力、依靠感染力和依靠理性逻辑来说服[7]。最近几十年，与说服或“行为改变”相关的研究成果一般来自于心理学、行为经济学等领域。在Michie出版的著作《行为改变理论基础》中，作者总结了超过83种改变行为的理论和模型[8]。其中，社会学习理论、行为阶段转变理论模型以及计划行为理论与可持续设计有密切的关系。

1952年，Bandura在科学实验的基础上提出了社会学习理论[9]。他主要探索了个人认知、行为与环境因素三者及其交互作用对人类行为的影响，主张在真实的社会情境中来研究人的行为。按照班杜拉的观点，人们的许多行为都是在社会情境中观察和模仿习得的，当习得一个行为的表现和后果时，人们会记住并以此指导自身行为。此外，班杜拉认为期望决定了行为效果和反应，而期望可分为两种不同的类型：自我效能感和结果期望。自我效能感是一种信念，具体而言是个体对是否有能力完成某一行为所进行的推测与判断，结果期望指的是人们对某种行为将导致的结果的估计，通俗地说，两者分别指代“我干不干得了？”和“我干了会有什么后果”。1982年，Prochaska提出了“行为阶段转变理论模型”（TTM）[10-11]，它着眼于行为变化过程及对象需求，认为人的行为转变是一个复杂、连续、螺旋式渐进的过程，可分为5个不同的阶段，即前沉思阶段、沉思阶段、准备阶段、行动阶段和维持阶段。除了Bandura和Prochaska，马萨诸塞大学心理学教授Ajzen提出的“计划行为理论”（TPB）也对行为研究有重要影响[12-13]。根据TPB理论，能够直接影响行为的只有行为意向。而行为意向受到3个相关因素的影响，其一是个体对采取某种特定行为的“态度”；其二是影响个人采取某项特定行为的“主观规范”；其三是“知觉行为控制”，这一概念融合了Bandura的自我效能感和Weiner提出的可控性[14]。

如果说上述理论或模型的影响还局限于心理学及相关学科内部，那么近年来，随着《助推》《影响力》《上瘾》等书籍的畅销[15-17]，行为改变研究的影响广泛地扩散到了人们的社会生活中。这些畅销书阐释了大量改变行为的具体法则或策略。如《助推》一书中列出了六条行为改变法则：激励、理解映射、设置默认、给予反馈、期望错误、面临复杂结构时选择化繁为简[15]。而在《影响力》一书中，Cialdini阐述了6条说服原则，包括互惠、短缺、权威、承诺和一致、喜好以及社会认同[16]。

上述研究都从行为心理学或行为经济学视角研究行为改变，与它们不同，Fogg的研究更重视技术在行为改变中的作用[18-21]。早在1990年，Fogg教授就在斯坦福成立了说服技术实验室（后更名行为设计实验室）。经过多年研究和传播，他提出的Fogg行为模型（FBM）、行为向导网格（BWG）、基于计算机的说服技术（Persuasive Technology，也称劝导技术）广为人知。

Fogg行为模型通过一个坐标图描述了行为三个要素“动机”“能力”和“触发物”与行为发生的关系[20]。他指出必须考虑提高个体的动机与能力，或者降低行为的难度使个体能力更轻松地达到行为发生的门槛，此外，还需有一定的触发因素来激发行动（见图1）。

图1 FBM模型Fig.1 Fogg Behavior Model

此外，Fogg认为，说服人们做一次熟悉的行为和说服人们永远停止某种行为有明显区别。为此，他提出了行为向导网格（BWG）[21]，其横轴是5种不同的行为类型，纵轴是3种行为的持续时间（或频次），共同构成了15种模式（见表1），针对每种模式，Fogg都给出了不同的建议。

表1 行为向导网格（BWG）Tab.1 Behavior Wizard Grid (BWG)

Fogg将基于计算机技术的说服技术（PT）定义为一种旨在改变人们态度和行为的交互式计算机系统（技术）。如图2所示，展示了说服技术在大学校园内的具体应用，它是一个速度监控与劝导系统，由一套测速摄像头和一块速度提示屏组成，其潜在目标是提醒司机控制最大车速。当速度超过警戒速度2次，车主将会接到来自学校保卫部门的电话，如超3次，车主进入校园的权限将会被取消，此类说服技术的具体应用通常被称为“说服系统”。

图2 一种说服系统及其原理框架Fig.2 A persuasion system and its principle framework

可以将FBM、BWG与PT三者之间的关系做如下阐释：FBM是基本理论模型和思考工具，BWG提供了详细的行为分析路径，而PT则负责技术实现。FBM、BWG与说服技术不仅得到了学术界普遍认可[22]，也被广泛用于产业实践中，特别是在移动互联网产品中用于增强产品黏性，诱使人们上瘾[17,23]。

1.2 “为行为改变而设计”研究现状概述

在国内外设计学研究中，人们探索了通过产品、环境或视觉设计改变行为的方法。其中有的为了治疗或预防慢性病[24]，有的旨在引导健康的生活方式[25-26]，有的为了减少食物浪费或降低碳排放[27-28]，也有的研究是为了预防犯罪[29]。尽管目的不同，提出的模型或方法也不尽相同[30-32]，但研究方法和成果具备共性，最终汇流成溪，成为一个重要的研究领域，称作“为行为改变而设计（Design for Behavior Change）”。

Lockton专注于“为行为改变而设计”多年。2010年，他整理了一套设计工具书《设计意图》，该书梳理了101种通过设计影响行为的模式，并将它们归纳为8个类别，包括建筑视角、防错视角、交互视角、游戏化视角、感性视角、认知视角、狡猾视角以及安全视角[33-34]。

2013年，Stephen等撰写的《随心所欲——为改变用户行为而设计》一书[35]，阐述了在互联网产品设计中改变用户行为的流程和方法，主要包括理解心智、找到正确行为，设计产品并持续迭代改进。2017年，Niedderer等汇集了多人的研究成果编著了《为改变行为而设计的理论与实践》[36]，全面论述了“为行为改变而设计”的模型、方法或工具，以及它们在可持续性设计、健康和福祉设计、安全设计、预防犯罪以及社会设计领域的实践应用。

总而言之，行为改变发轫于修辞学中的说服方式，发展于心理学和行为经济学。近年来经Fogg等发展出改变行为的说服技术。此后，设计研究领域的学者们集百家之所长，融百家之所思，提出了多种通过设计改变行为的方法和模型。无论是源于修辞学、心理学和行为经济学的策略或方法，还是说服技术，都被用于“为行为改变而设计”的研究中。

2 可持续行为设计策略的研究现状

可持续行为设计是“为行为改变而设计”理论与方法在可持续设计领域的应用和发展，指的是通过设计激发消费者采取环保行为。早期的研究一般认为通过提高环境意识能促进消费者采取环保行为[37-38]。环境意识的内涵包括两方面：一是环境认知水平；二是保护环境的态度和意向。关于认知、态度、意向与行为的关系，TPB等理论做过详细的阐释。1990年代以来，讨论环境意识设计的研究大多直接或间接使用了TPB等理论模型[39-41]。然而，也有研究指出了以环境意识促进低碳环保行为的局限性，如Heslop等认为，要想改变消费行为，经济刺激比环境意识更有效[42-43]；Brynjarsdóttir也认为行为改变不一定来自于意识的提高或态度的改变[44]。此外，人们即使具备亲环境的意识，也并不意味着愿意改变其消费行为[45]。比如，在经历了寒冷又繁忙的一天后，想洗个热水澡的渴望可能远远超过了抽象的、对未来环境的担忧[46]。

在设计研究领域，学者们提出了引导、激励低碳可持续行为的设计策略。与上述研究类似，有的策略旨在激发意识，也有的策略则直接干预行为。

2.1 可持续行为设计策略分类

有研究将可持续行为设计策略分为“前因策略”和“结果策略”两类[47]。前因策略，指的是在消费行为发生前引导消费者承诺节约、设定节约目标或提供节约信息与方法[27]。结果策略，主要包括节约行为发生后的反馈或奖励[48]。然而，这种分类重视行为发生前和发生后，没有讨论对正在发生的行为的直接干预。实际上，很多研究者也讨论了行动中的干预，如曾真等根据案例归纳出“吸引”“限定”和“安慰”等三种引导低碳行为的视觉要素设计策略[49]；薛生健等进一步提出行动前认知引导、行动中语义引导、行动后反思引导三种策略[50]。

与上述研究根据行动时间顺序提出策略不同，Wever等首先指出了产品使用中能源（或资源）消耗过量的两个主要问题，一是产品功能不能匹配使用场景的需求，二是用户的使用行为不合理。为此他提出两类策略（见图3），一是功能匹配，二是行为改变[51]。Wever称功能匹配是为了制造正确的产品（Making the Right Product），而行为改变则是为了使产品正确地工作（making the product right）。在行为改变策略下，Wever又提出了“生态反馈”“预设脚本”和“强制功能”3类策略。“生态反馈”是在使用中或使用后给予信息反馈以引导人们采取低碳、可持续的行为。“预设脚本”指预先设定产品的操作逻辑，引导用户采取低碳、可持续的行为。“强制功能”则是通过劝导技术强行干预行为，从而避免不环保行为的发生，然而它可能忽视人的使用感受。

图3 Wever产品可持续使用策略分类Fig.3 A product sustainable use strategy classification proposed by Wever

2009年，Lilley等进一步研究了上述三类策略，称其中的“预设脚本”为“行为引导”，并指出“生态反馈”的目标在于指导行为改变，低碳、可持续的“行为引导”旨在保持行为改变，“强制功能”则是确保改变[52]。在上述基础上，Tang等进一步分析了社会心理学理论中的行为模型和节能障碍，并将行为和习惯改变的因变量与不同层次的设计策略相互映射，更全面地归纳了6项行为干预策略[27,53]，即“生态信息”“生态选择”“生态反馈”“生态激励”“生态引导”“生态限制”（见图4）。从上面的论述可以看出，Tang等的研究是在Wever和Lilley等研究基础上的进一步发展，是目前最为全面的可持续行为设计策略模型。

图4 行为和习惯改变的因变量与各种设计策略的关系图Fig.4 Diagram of dependent variables of behavior and habit change and various design strategies

2.2 可持续行为设计策略的概念阐释

根据Tang等的描述，结合相关设计对6项可持续行为设计策略做如下阐述：

1）“生态信息”，指的是将资源或能源的存在或消耗通过可视化设计呈现给用户，比如向用户展示汽车的百公里油耗值或者家用电器的能耗等级。

2）“生态选择”，指的是预设多种不同的模式（含节能模式）供用户选择，比如汽车中的ECO节能模式、普通模式和运动模式。

3）“生态反馈”是指在产品功能中通过视觉、听觉或触觉反馈提醒用户能源（或资源）消耗，以帮助用户选择环保行为。

4）“生态激励”是指在产品或者系统中设置奖励节能或者惩罚浪费的功能。如我国的天然气阶梯价格就是很好的激励节能的例子。

5）“生态引导”是指在产品设计中嵌入使用规定或限制，将协助使用者养成有效使用能源的习惯作为设计的目的之一，使节能行为更容易发生，或给耗能行为设置障碍，比如在汽车中将“自动启停”设定为启动汽车后的默认状态，而关闭“自动启停”则需要几步操作。

6）“生态限制”，主要指的是通过在产品设计中结合图像识别、情境计算等技术限制现有能源（或资源）的使用习惯，并自动控制用户的行为。

3 实现可持续行为设计策略的典型说服技术及其机制

上述6种设计策略在不同场景下有不同的实现技术或手段。如生态反馈，可能通过警报声、振动、警示灯、屏幕上闪烁的进度条等给予人们听觉、触觉或视觉反馈等。近年来，一些基于计算机技术和信息技术的新科技被用于可持续设计领域，成为了实现可持续行为设计策略的典型说服技术。它们主要包括可视化设计、游戏化设计、情境计算等。下面对这些典型技术的应用及其机制做进一步的阐述。

3.1 采用可视化设计实现生态反馈的相关研究

生态可视化设计（Eco-visualization），指的是将产品或空间的实时资源消耗信息以可视化的方式反馈给用户。有研究指出，优良的生态可视化设计能够更好地引导人们采取环保行为[54]。

Gustafsson等设计的一种“电源感知线”是一个生态可视化设计的知名案例[55]，它以动态发光图案显示任何时刻通过它的电流量，提醒人们节约用电。与此类似，Broms等设计了一种家用“能量感知时钟”[56]，论述了可视化设计中图案隐喻与可见性对行为改变的影响。Kappel的研究更进一步，他提出了环境显示（Ambient Display）在设计反馈中的重要性，通过淋浴喷头耗水量的即时可视化设计进行了实验验证[47]。除了研究领域之外，也有一些商品采用了生态可视化手段，比如DIYKyoto公司推出过一款售价100英镑的家庭用电监控器，名叫Wattson。它能将数字显示在液晶屏上，当用电量合理的时候，数字颜色为蓝色，而用电量过多时，数字会变红。还有一些研究指出，公共空间的能耗问题更值得关注。这是因为在公共空间中，由于责任感的稀释和经济刺激的缺失，人们的节约意识会比私人空间淡薄[57-58]。Jönsson L等设计了三个类似大型手电筒造型的装置，称之为Wattlite。从三个Wattlite投射出来的光束大小分别显示了工厂的实时电力消耗、一天中瞬时最小电力消耗和瞬时最大消耗[59]。这组装置被安装在8家工厂的不同位置，引起了人们关于公共场所能耗的讨论。Evans等曾经制作过一种能够展示整个城市实时用电量的公共艺术作品绿云（Nuage Vert）[60]，以激励人们节约用电（见图5）。

图5 采用生态可视化设计技术的产品或公共设施Fig.5 Products or public facilities that adopt eco-visualization design

另一些生态可视化设计方案是通过移动程序实现的，比如Petersen等设计了一款名为“微笑的地球”的应用程序（见图6），旨在将市民的活动数据可视化，并激励市民通过改变自己的交通习惯和行为，从而降低碳排放[61]。刘南杉等的研究更加前沿，他们提出了一种基于VD-MobileNet网络的WebAR生活垃圾分类信息可视化方法，设计了一款面向移动设备的轻量级垃圾分类信息可视化系统[62]。

图6 采用生态可视化设计的移动程序和系统Fig.6 Mobile application and system that adopt eco-visualization design

Pierce等曾经归纳了8种生态可视化的设计思路[54]：

1）“提供行为线索和指示器”，以简单的行为线索或指示器在产品使用场景中提供实时反馈，以指导用户采取环境友好的行为。

2）“提供洞察和分析工具”，比如提供能够让用户查看每日、每月用电量的设备，帮助用户制定节能目标。

3）“通过社会激励刺激节能”，比如组织“宿舍节能节水竞赛”并给学生提供实时可视化数据，或让用户承诺节能并最后展现他们的节能效果。

4）“将个人消费与环境影响关联起来”，指的是以一种更有意义的方式传达统计数据，比如在个人耗电与环境影响之间建立一种情感联系。

5）“以趣味活动鼓励用户探索节能途径”。

6）“培养可持续的生活方式和价值观”。

7）“促进讨论并提高公众意识”。

8）“刺激批判性反思”。

上述思路对生态可视化的研究现状做了很好的概括。其中，前2个是提供清晰和有用的信息或反馈来支持低碳产品设计，适合于用户已经有一些节能动机的情况。第3和第4个侧重于创造节约的激励措施，特别是在没有经济激励的情况下。最后4种侧重于以生态可视化设计培养公众的对环境保护的意识、兴趣、生活方式和价值观。后面4种的产出往往是公共艺术装置，它们不是一般意义的产品设计，而且面向对象是公众群体而不是个人用户。在产品设计领域，前面4种思路会更有用，如图6中的案例1和2是产品设计，而案例3和4是公共艺术装置。

与提供节能知识或能耗数据相比，生态可视化设计具有显著的优点，它能加快信息的传递，帮助用户理解节约行为与能耗的联系。然而，生态可视化的核心还是提供反馈[63]，它并没有聚焦于环保行为本身，而且这种反馈不是以目标为导向的[46]，比如前文所述的“电源感知线”的发光模式并不意味着减少能耗，相反，它的美甚至消耗更多的能量。Laschke等认为，通过生态可视化提供反馈，本质上还是属于“自上而下”的、修辞的方法[46]。它们的本质仍然是通过影响用户的环境意识或态度，继而引导用户行为。然而，意识或态度解决“要做什么”，而不是“怎么做”[64]。更复杂的是，“怎么做”通常与根深蒂固的习惯有关，并且在操作流程和规范的监管之中[65]，因此，它可能并不容易受到信息干预的影响。也就是说，以反馈为核心的生态可视化系统一般都缺乏打断和重塑行为路径的能力，对用户参与的过程缺乏深入的设计。

3.2 游戏化设计实现生态激励的相关研究

关于“自下而上”的方法，有研究提出了“情景摩擦”、构建反向设计目标以及反可用性原则[46,66]。然而，这些虽然可以引导可持续的行为，但是可能降低产品的使用体验。为解决这一问题，游戏化设计方法被引入可持续行为设计研究中。Lockton将游戏化列为8类改变行为的设计方法中的一大类别[34]。Niedderer等虽然没有详细阐述游戏化设计，但也指出生态激励（Eco-spur）与游戏化有密切的关系[36]。

近年来，游戏化设计方案在可持续设计研究中的热度一直在上升[67-69]。美国节能经济委员会筛选出22个与节能有关的游戏化设计方案[65]，经过分析发现了其中的规律：在这些游戏中，玩家进行一系列节能活动并获得了奖励；在节能挑战中（比如简单的邻里之间的能源节约竞赛），玩家可以单独或组队比赛，在特定的时间内节省最多的能量；在游戏中使用关于玩家能量的实时颗粒数据作为其行动反馈；很多游戏都打造了虚拟世界，比如将实时能源使用数据与虚拟世界中的虚构生物的命运联系起来。Albertarelli等梳理了24款与节能和节水有关的游戏化程序，并从技术平台、用户角色、生态反馈模式、游戏机制、参与者、目标问题、平台、数据集等多个角度进行了比较分析[68]。

游戏化设计对行为改变的有效性得到一定的认可，然而，它依然存在一些问题。美国知名的设计师Cobie Everdell认为游戏化提供的兴奋感会在几个月后消失。此外，游戏化设计可能会提高用户的兴奋阈值，导致只有更强烈的刺激才会激发下一次行为改变。

3.3 情境计算实现生态限制的相关研究

情境计算通过物联网技术、云计算服务、后台数据库等多种方式获取情境信息，然后根据情境模型进行推理并有针对性地向用户推荐或提供信息和服务[70]。一些研究者将情境计算用于实现环境可持续的目的。Casado等对公用咖啡机进行了几种不同类型的改造，其中一种内置了实时反馈和视觉提示，以提醒用户何时关掉电器；而另一种改造的咖啡机则能自己预测人们的使用量，并定量供给热咖啡，从而减少不必要的加热导致的耗能[71]。麻省理工学院媒体实验室的Arroyo等整合说服技术与情境感知计算等技术，设计了一种智能水槽产品用于改变人们在使用水槽时浪费水和能量的行为（见图7）[72]，当这种智能水槽检测到用户伸出手时，水龙头就会流出温水；当清洗蔬菜时，水槽就会自动流出冷水；当检测到冰冻肉类，则自动会流出温水解冻，这些都由水槽自动识别并自动操作。

图7 整合情境计算的两款可持续产品Fig.7 Two sustainable products that integrate contextual computing

3.4 可持续行为设计策略下典型说服技术实现机制

上述3节论述了一些可视化设计、游戏化设计以及情境计算等设计技术或手段在引导用户采取环保行为方面的研究，这些研究都以计算机和信息技术为基础，而且都通过影响用户意识、干预用户动机，或者为用户行为提供帮助和支持来实现用户行为改变。尽管根据策略类别和设计目的不同将它们分开论述，但实际上，这些技术手段相互之间也存在交集，比如游戏化中的数据呈现方式就是数据可视化，而情景计算也可能包含着能耗信息的可视化。生态可视化和情境计算经常被认为与说服有关[56,72]，而游戏化设计最早并没有被Fogg等列为说服技术之一[19,73]，但现在被认为是一项重要的说服技术[74]。可以认为，从目前的研究来看，可视化设计、游戏化设计以及情境计算是非常典型的用于可持续行为设计领域的说服技术。

根据前文论述，可将产品生态信息可视化实现机制描述如下：设计师分析产品输出的瞬时或周期内的能源（或资源）消耗数据，参照3.1节所述设计思路，再根据数据与可视化形象的内在联系构建合理的映射关系，使用户能够理解产品的消耗，并减少消耗能源（或资源）的行为。而根据Albertarelli的论述，游戏化设计手法实现生态激励的机制可分步描述，首先产品或系统将交互数据和传感数据传输给游戏化引擎，接着，游戏化引擎输出奖励或排行榜，继而影响用户的环境意识、动机或刺激用户改变行为，最后这些改变重新反馈给交互数据或传感数据以形成良性循环[68]。此外，情境计算实现生态限制的机制是产品或系统将来自物联网、云平台、后台数据库等的数据输入情境模型，模型经过推理，然后提供适合于情境的能量或者物质以减少不必要的浪费。将以上三种机制整理到一起，具体见图8。

图8 可持续行为设计策略下典型说服技术的实现机制Fig.8 Implementation mechanism of typical persuasion techniques under sustainable behavior design strategy

4 结语

为探索可持续行为设计（D4SB）的研究现状，本文首先回顾了行为改变的背景知识，分析了“为行为改变而设计”的理论与方法，然后讨论了可持续行为设计策略的发展现状，最后梳理、提出了可视化、游戏化和情境计算等说服技术在可持续行为设计策略下的实现机制。然而，可持续行为设计（D4SB）研究还存在2个问题：

1）此前的研究过于关注个体的意识、态度和行为，而忽视群体和社会对个体的影响。社会影响对个体行为改变的重要意义没有引起足够的重视。

2）可持续行为设计策略的实现往往依赖某项可测量的指标（如耗电量）。当测量指标超过基准，系统就触发相关操作，并帮助消费者迈向可持续目标。然而，要想准确地监测和分析可测量指标也十分困难。在未来的研究中，还需探索如何通过设计构建社会影响机制，从而激励用户采取亲环境行为；此外，测量可持续性指标的方法也值得进一步探索。