广州高密度住区空中花园的恢复性效益研究

林佳昕 李 燕 杜宏武

当代城市的高密度人居环境致使城市居民生活、工作压力不断加大，对身心健康造成了负面影响。城市绿地、水体等自然景观作为恢复性环境重要的空间元素，具有缓解压力、改善情绪、提升认知能力等恢复性效益，其对健康的促进作用已被大量研究所证实[1-3]。对于高密度城市空间营造而言，在日常生活场景中满足居民的恢复性体验尤为重要。然而，高密度的城市空间极大地限制了城市居民与地面绿化环境的接触[4]。空中花园作为高层住宅中营造恢复性环境的重要空间，在高密度环境中发挥了积极作用，因此探讨其恢复性效益具有重要意义。

1 理论综述与研究框架

1.1 高密度城市环境和空中花园的发展

美国著名风景园林师奥姆斯特德(Frederick Law Olmsted)认为，在城市环境中再现自然元素可以改善焦虑情绪、缓解生活压力，其倡导的“健康景观”(Salubrious Landscape)将以健康为导向的恢复性环境延伸至城市设计层面[5]。绿色城市主义者试图塑造可持续的地方(places)、社区(communities)和生活方式(lifestyles)[6]，而绿色开放空间设计和系统的构建，为高密度居住环境和心理健康状态不佳的居民提供了恢复性解决方案。基于高密度环境的绿色城市主义实践在世界各地广泛开展，将不同类型的建筑与屋顶绿化、阳台绿化、垂直绿化等相结合，营造具有恢复性价值的视觉环境，在高密度环境中产生健康效益[7]。

本文中的“空中花园”指代高层建筑在垂直向度上延伸的空中绿化休憩环境。与垂直绿化、立体绿化相比，空中花园强调在绿色环境的基础上，激发使用者日常休憩、交谈和远眺等行为。

1.2 恢复性理论的相关研究

美国密歇根大学学者卡普兰(Kaplan)发现荒野体验可以给人们带来积极的感受并帮助人们纾解日常工作和生活所带来的压力，使人们获得与健康相关的正向影响，包括精神放松、与自然和谐相处、认知能力提升等[8]。

恢复性环境理论以环境心理学为基础，侧重于研究不同环境的空间类型和空间特征对人们在日常生活与工作中生理、心理等方面损耗的恢复作用。卡普兰夫妇(Kaplan)以注意力衰竭为切入点提出的“注意力恢复理论”和乌尔里希(Ulrich)以压力状态下生理机能和情绪下降为切入点提出的“减压理论”是恢复性环境研究的两大核心理论。卡普兰认为恢复性环境具备4个特征：1)迷人性(fascination)是恢复性体验的核心组成部分，通过环境本身所具备的吸引力，使人从定向注意疲劳中恢复；2)远离性(being away)指在身体或心理上从日常生活的疲劳或压力中得到解脱，与消耗注意力和精力的环境分离；3)兼容性(compatibility)是个双向概念，指环境设置与个人目的和倾向之间的协调作用；4)延伸性(extent)指环境足够丰富和连贯，具备整体性，能够提供足够的范围满足人们观看、体验并沉浸其中[9]。乌尔里希的减压理论以个体处于压力状态造成生理机能和情绪下降为前提，强调生理、心理和行为方面的改善。生理反应包括身体系统的活动和反应，如心血管、骨骼肌、神经内分泌系统等，这些生理机能被激活，使个体做好应对或处理某些压力状态的准备。另外，恢复不限于从压力中恢复，也包含从过度消耗的生理和心理状态中恢复[10]。

1.3 研究框架

自然环境的恢复性效益已被大量研究所证实，人工环境中绿色空间的恢复性效益也愈发受到关注。当前大量研究聚焦于公园[11]、城市绿地[12]、街道[13]等绿色空间对公众健康的影响机制问题。关于花园与恢复性效益的研究则主要探讨康复花园和疗养花园的绿植搭配[14]、景观小品设计[15]等对身心健康的影响。

为评估空中花园的恢复性效益，本文从3个方面展开研究：1)对广州高密度城区住宅的空中花园开展实地调研，了解空中花园的空间类型及空间特征，归纳空中花园具备恢复性效益的影响因素，获取实验变量；2)以广州高密度住区为背景展开实验研究及量化分析，深入研究环境变量如何影响空中花园的恢复性效益；3)基于实验结论，提出相应的设计策略。

2 研究方法及实验设计

2.1 变量获取与分析

由于影响恢复性环境的因素众多，为获取实验设计中的相关变量，对广州市20世纪90年代至今高密度城区高层住宅的空中花园展开实地调研，了解现有空中花园的空间类型及特征。

2.1.1 空间类型

空中花园空间类型的选取，是基于对广州高密度城区住宅空中花园实地调研的结果，反映当前广州高层住宅普遍存在的空中花园类型，包括阳台式、边庭式和架空式3类。空间类型的确定注重对广泛存在的空中花园类型的归纳与简化，重点讨论常见的几类空中花园所表现出的恢复性效益的普遍性及差异性。

1)阳台式空中花园指住宅套型内部的空中花园，与家庭起居生活联系密切。进深一般达2.4m以上，双层通高或错层通高的形式较为常见，见金碧华府、琴海居、汇美景台等住宅区。

2)边庭式空中花园指利用楼层公共交通空间设置的共享式空中花园，供邻近居民共享。其中多设置绿化景观和休憩座椅，为邻近居民提供远眺、交流和休憩空间。边庭式空中花园的位置一般与竖向交通系统相连且空间开敞，见广州万科峯境、时代玫瑰园等高层住宅。

3)架空式空中花园多位于裙楼屋顶或建筑中部楼层，其空间尺度与住宅标准层的大小及相连的住宅楼栋数有关，如其面积在星汇云锦为单栋标准层面积，而在江南新苑为2栋标准层面积，且大部分架空层的层高为标准层层高；位于低层的架空式空中花园一般被设置于4～6层。

不同类型的空中花园空间尺度大小不一，如架空式空中花园多为整层架空，层高较高。相比之下，阳台式空中花园和边庭式空中花园的空间尺度较小。

2.1.2 空间界面

边界效应指由于空间边缘提供观察的最佳视野，人们倾向在边界空间活动的现象[16]。空中花园边界空间视野开阔，其绿化植被可阻挡外部的部分噪声，使边界空间相对安静，因此居民偏好于在空间边界休憩观景。以往研究表明，侧界面是空中花园与外部空间分隔的重要媒介，除屋顶花园外，其他类型空中花园的开敞方向以水平为主，因而向外开敞的维护界面处理尤为重要[17]。

影响空间界面的因素较多，如形式、材质、颜色和尺度等。Adeleh等对比了窗户和阳台作为休息空间界面的恢复性效益，发现阳台更能帮助人们纾解压力[18]；Barbara则发现界面的形式会影响人对建筑的整体印象[19]。

从恢复性效益角度来看，界面通透性是影响恢复作用的关键因素，通过影响视觉和空间通透性引发人们对未知空间的好奇。研究表明，仅通过玻璃观察外界就能对居民生活质量产生积极影响，同时外界面的视野范围也会对个体的恢复效益产生积极影响[20]。

由于影响空间界面的因素过于繁杂，为减少工作量并突出研究目的，本文参考以往研究成果，聚焦于界面通透性，重点分析虚实界面产生的不同影响。依据视觉通透性和材质物理属性的透明性，将空中花园界面分为实界面和虚界面。不同界面影响空中花园的构造设计，空中花园实界面材质一般为混凝土栏板，对视线遮挡较多，虚界面材质则多为玻璃和栏杆，视线较为通透，视野范围较广。

2.1.3 绿视率

绿视率是从人的生理感知角度出发衡量人眼视野绿量的重要指标，可间接反映视觉环境的质量[21]。绿视率与环境恢复性效益关系密切，如马杏绵等通过探讨绿视率与疲劳缓解的相关性概念及计算方法，印证了城市绿量对人体健康具有积极作用[22]。当前关于绿视率的研究多集中在街道这一空间类型上，日本学者将绿视率划分为多个量级：少于15%时，人们的绿量感知较差，大于35%时，人们的绿量感知良好[21]；姜斌等发现，绿视率在24%～34%时，环境恢复性效益最佳[23]；徐磊青等对街道绿视率恢复性效益的研究发现，绿视率小于15%对视觉感知缺乏吸引力，大于15%则具备迷人特质，且随绿视率增高，对人们的吸引程度增大[24]；王馨笛则发现城市街头绿地、口袋公园等空间类型的绿视率在40%～44%时，对人们的精神疲劳恢复效果显著[25]。

空中花园是空中绿化植被的载体，其空间范围及绿视率量级与地面空间有所区别。为深入探讨空中花园绿视率对恢复性效益的影响，本文对空中花园绿视率展开实地调研，并根据不同类型空中花园绿视率的最大值、最小值、平均值和区间范围，对其绿视率量级做进一步细分。

基于对广州高密度城区高层住宅空中花园的实地调研和绿视率数据整理，可知架空式空中花园的绿视率区间范围为(22%±4%，37%±4%)，平均值为31%；边庭式空中花园的绿视率区间范围为(13%±1%，32%±3%)，平均值为25%；阳台式空中花园的绿视率区间范围为(6%±2%，19%±7%)，平均值为14%。依据不同类型空中花园绿视率的最大值、最小值、平均值和区间范围，分别划分为2个量级：1)阳台式，10%左右和20%左右分别对应较低量级(5%～15%)和较高量级(16%～25%)；2)边庭式，20%左右和30%左右分别对应较低量级(15%～25%)和较高量级(26%～35%)；3)架空式，25%左右和35%左右分别对应较低量级(20%～30%)和较高量级(31%～40%)。

2.2 基于变量的虚拟场景构建

实验虚拟场景建构原型为广州高密度城区某建成高层住宅小区，该小区占地6.4万m2，容积率为3.4，总建筑面积21万m2，建筑高度100m，户型面积80～144m2。

实验设计采用视觉刺激的方式，以空间类型、空间界面和绿视率作为自变量，以被试者在体验实验场景过程中心理恢复和生理恢复作用为因变量。从心理恢复和生理恢复两方面，探讨空中花园的恢复性效益及不同影响因素对空中花园恢复性效益的影响。

空间类型选取阳台式、边庭式和架空式3种类型；空间界面分为实界面(混凝土栏板材质)和虚界面(玻璃材质)，高度设定为1.1m；不同类型的空中花园绿视率设定为2个量级，较高量级绿视率的场景植被以较高的灌木为主，较低量级绿视率的场景植被以低矮灌木为主，且均符合前文细分的各量级绿视率范围(图1)。

图1 实验场景设计

2.3 恢复性效益的评定

2.3.1 测试指标

恢复性效益的研究方法和测量内容涵盖多个方面且各有侧重。囿于有限的实验设备及避免长时间作业导致被试者疲劳影响实验效果，本研究重点探讨空中花园及其影响因素在生理和心理恢复两方面的综合效益。生理恢复的测量为皮肤电导反应(SCR)[26]，心理恢复的测量包含情绪唤醒度和主观恢复性综合评价2个方面。其中，情绪唤醒度以倒数数字作业测试(DSB)作为应激[27]，以状态-特质焦虑量表状态版(STAI-S)[28]得分差值来表征场景在改善焦虑情绪、缓解心理压力方面的作用；主观恢复性综合评价则通过主观恢复性评价量表(RCS)[29]评估场景的恢复性效益。

2.3.2 实验被试

以往研究表明，不同社会背景和文化背景的人对视觉环境的感知及反应具有广泛的一致性，且多数相关实验以学生作为被试者。如叶宇等招募了26名实验被试者，其中大部分为青年学生[30]；李同予等筛选确定了9名学生作为被试者，测试城市环境和复愈性环境的恢复性效益[31]。

本次实验在华南理工大学招募了40名志愿者，为避免专业、性别等与实验无关的因素对实验结果造成误差，最后筛选了36名被试者，包含设计类(建筑学、城乡规划、风景园林等设计相关学科)专业学生18名(男性9名、女性9名)，非设计类专业学生18名(男性9名、女性9名)。36名被试者均处于稳定的生活和学习状态，近期无较大的情绪波动，无正面或负面情绪刺激。

2.3.3 实验流程

将15个实验场景依据空间类型使每组包含5个场景，其中4个为实验场景，1个为对照场景，实验场景被随机打乱成不同的组合顺序。将36名被试者平均分配到3组实验中，性别和专业均衡，顺序由被试者抽取。

实验过程和时长设置借鉴以往关于恢复性环境的实验研究，具体步骤如下：首先进行3min的休息调整，在此过程中进行3min的基线测量，得到被试者在平静状态下的生理数据；接着进入应激阶段，对被试者进行3min的倒数数字作业测试(DSB)，并填写状态-特质焦虑问卷(STAI-S)；之后进入恢复阶段，被试者佩戴VR眼镜体验空中花园虚拟场景，时长为3min。乌尔里希的减压理论认为，无论是处于自然环境还是观看与自然相关的视频，人类的恢复性反应都发生在几分钟之内，与自然相关的场景均会对恢复性反应起到积极的促进作用[32]。虚拟场景体验完毕后，被试者再次填写状态-特质焦虑问卷并对实验场景进行主观恢复性评价。实验结束后，由实验员为被试者解除设备，并引导其离开(图2)。

图2 实验流程

3 实验结果与分析

3.1 空中花园的恢复性效益分析

3.1.1 生理恢复

利用Shimmer GSR+皮电传感器设备检测被试者实时皮电变化数据，通过适配软件Consensys(Pro)获取原始生理数据。筛选和剔除原始数据中的极端值和异常值，并将数据按1s为单位进行简化。由于SCR为连续性事件，为简化其反应变化，采用基线阶段、应激阶段和恢复阶段的皮肤电阻均值来表征各阶段的特征值。

通过比较SCR在基线和应激阶段的数值，分析DSB测试压力诱导作用。对比基线期间的生理数据可知，对照组与实验组不存在显著差异(p=0.139)，而基线和应激阶段生理数据差值存在显著差异，证明DSB测试在短时间内对被试者起到应激作用(表1)。

表1 DSB测试有效性检测

对比不同被试者在实验组体验阶段的SCR，其实时变化过程的描述性分析和差异性分析结果均表明，空中花园具有显著恢复性效益。1)实时变化趋势图：SCR变化趋势图直观地说明了被试者在体验实验组场景后，精神状态得到放松，压力得到纾解，证明实验组场景具有恢复性作用(图3)；对照组应激阶段SCR数据高于基线阶段，恢复阶段生理数据有所下降后继续攀升，甚至高于应激阶段，说明被试者在对照组中并未感受到恢复作用，甚至产生了一定压力(图4)。2)SCR差异性分析：对SCR进行平行性和方差齐性检验，可知SCR恢复和应激场景的交叉关系为p=0.092＞0.05，Leneve的方差等同性检验结果为p=0.267＞0.05，数据满足方差齐性，说明实验组之间SCR指标的差异具有统计学意义(p=0.000＜0.05，R2=0.935)，部分实验组场景与对照组场景存在显著差异(表2)。

表2 实验场景与对照组的皮肤电导反应恢复性分析

图3 实验组被试者皮肤电导反应数据实时变化过程图像

图4 对照组被试者皮肤电导反应数据实时变化过程图像

3.1.2 心理恢复

实验组STAI-S评分差值大于对照组，部分实验组之间的差值相近。各空间类型RCS总分均值大小与STAI-S差值大小的变化趋势接近。

各空中花园实验场景在STAI-S得分方面存在显著差异(p=0.000)。由STAI-S得分的平行性检验可知，STAI-S恢复与应激的交互关系为p=0.107＞0.05，R2=0.318，Levene方差等同性检验为p=0.840＞0.05，R2=0.492，说明满足方差齐性。

各实验场景之间的差异在STAI-S方面具有统计学意义。进一步对实验组和对照组进行Post hoc检验：对实验场景进行STAI-S均值比较，数值越低，焦虑程度越低，恢复作用越好。部分实验场景得分均值较为接近，如阳台式空中花园实验场景中，玻璃界面-低绿视率和玻璃界面-高绿视率的焦虑均值相近；边庭式空中花园实验场景中，玻璃界面-高绿视率和混凝土界面-高绿视率的焦虑均值也较为接近。

各实验场景RCS总分满足正态分布。单因素方差分析结果显示，除架空式-混凝土界面-低绿视率场景与对照组不存在显著差异外，其余实验组与对照组之间均存在显著差异。相关性分析结果显示，RCS与各实验场景显著相关(p=0.004)。

3.2 空中花园各影响因素的恢复性效益分析

3.2.1 空间类型的恢复性效益分析

3种类型的空中花园均具备恢复性效益，且在恢复性感知维度的评分中，兼容性评分较高，表明被试者主观上认为空中花园具备调控生理应激、纾解心理压力的环境设置，与其期待的恢复性环境相匹配。这一结果也从侧面反映了在压力状态下，被试者偏好宁静且具有一定休憩功能的恢复性环境(图5，表3)。

表3 不同类型空中花园与恢复性效益的关系

图5 不同空间类型的恢复性维度评分

3.2.2 空间界面的恢复性效益分析

不同类型空中花园的空间界面差异性分析结果显示，仅阳台式空中花园的2种界面存在显著差异，这一结果可能是因空间尺度不同导致的。阳台式空中花园的空间尺度相对较小，在空间尺度受限的情况下，被试者偏好视野通透的界面。而边庭式空中花园尺度适中，层高较高，视野开阔，架空式空中花园整体空间尺度较大，因此这2种类型空中花园的空间界面对恢复作用的影响无明显差异(表4)。

表4 不同类型空中花园的空间界面与恢复性效益的关系

主观恢复性特征维度的评分显示，空间界面与远离性和延伸性维度有关，表明视线通透性对于纾解心理压力的作用明显，尤其是空间尺度较小的空间，应注重空间界面的视觉通透性设计(图6～8)。

图6 架空式空间界面恢复性特征维度评分

图7 边庭式空间界面恢复性特征维度评分

图8 阳台式空间界面恢复性特征维度评分

3.2.3 绿视率的恢复性效益分析

无绿化空白对照组与有绿化实验组之间存在显著差异(p=0.000)。对较低和较高量级绿视率进行两两比较(表5)，可知边庭式空中花园绿视率量级在SCR指标存在显著差异(p=0.010)，即较高量级绿视率(26%～35%)的生理恢复作用明显高于较低量级(15%～25%)；架空式空中花园绿视率量级在RCS得分中存在显著差异(p=0.027)，较高量级绿视率(31%～40%)评分明显高于较低量级(20%～30%)。

表5 不同类型空中花园的绿视率与恢复性效益的关系

进一步对比分析空间界面与RCS各维度特征评分表明，阳台式空中花园绿视率量级在各维度均不存在显著差异；边庭式空中花园绿视率量级在迷人性维度存在显著差异；架空式空中花园绿视率量级在迷人性和远离性维度存在显著差异(图9～11)。

图9 架空式绿视率恢复性特征维度评分

图10 边庭式绿视率恢复性特征维度评分

图11 阳台式绿视率恢复性特征维度评分

4 结语

快速城市化和高密度居住环境给城市居民带来便利，却也减少了居民在地面活动的频率，对城市居民的生理和心理健康产生了负面影响。空中花园作为城市绿色系统的组成部分，在高密度人居环境中扮演着重要角色，值得我国城市尤其是气候适宜的亚热带城市研究与借鉴。本文立足于广州高密度居住的现状及空中花园的相关实践，试图探索空中花园各影响因素与恢复性效益的关系，以期从增进恢复性效益的角度为未来高层住宅空中花园的设计提供优化方向，提升住宅的恢复性效益及健康效用。

4.1 重视空中花园的恢复性价值

应当重视空中花园的恢复性价值，加强恢复性环境在健康人居环境设计中的应用。通过对高层住宅空中花园的设计，营造具有恢复性效益的物质环境和行为空间，提高居民对恢复性环境的接触频率，促进居民的身心健康。

4.2 提升空中花园的恢复性效益

根据实验结果及提升空中花园的恢复性效益的设计目标，提出以下设计建议：1)加强空中花园与高层住宅的空间联系，通过合理布局空中花园与住宅整体组织关系、加强空中花园与居住空间和交通空间的相互渗透，提高居民对空中花园的接触频率；2)保证空中花园良好的开敞度和庇护度，注重边界空间视觉通透性和丰富度，优化边界空间层次；3)注重多重视觉景观设计，构建多层级绿化空间，提升空中花园视觉质量；4)丰富空中花园活动多样性，构建支持性环境，提高居民对空中花园的参与度。

注：文中图片均由作者绘制。