基于微環境特征要因分析的室內設計研究

■ 易 欣 Yi Xin 謝延軍 Xie Yanjun 王清文 Wang Qingwen 于 伸 Yu Shen

基于微環境特征要因分析的室內設計研究

■ 易 欣 Yi Xin 謝延軍 Xie Yanjun 王清文 Wang Qingwen 于 伸 Yu Shen

通過運用“特征要因分析法”對不舒適或不健康的室內環境進行分析，使光色環境、冷暖環境、干濕環境、聲音環境以及空氣質量5個方面的微環境指標在室內設計中的作用得以凸顯。在對上述5個方面進行定量研究的基礎上，提出了一些具體的設計方法，探討了當今室內設計中存在的問題和今后的發展方向。

設計；微環境；特征要因法；室內設計；研究

“微環境”一詞普遍見于生物學和醫學的有關文獻中，用來指微小而又特定的區域，如造血微環境、上皮細胞微環境等。有人將工程領域的“微環境”一詞定義為：工作場所的小氣候條件，其包括空氣的溫度、濕度、氣流速度和作業現場中的設備、產品、原料的熱輻射[1]。在室內設計領域，室內環境雖受外界環境影響，但卻保持自身的相對獨立，穩定地維持空間內部的平衡和正常運轉，因此學者們提出了“室內微環境”這一概念[2-3]。對室內微環境進行特征要因分析，有助于室內設計師在紛繁的設計過程中厘清思路，有助于解決室內設計中本質的、規律性的問題。

1 微環境特征要因分析

“特征要因法”是由知名管理大師石川馨教授（日本東京大學）所創，這一方法又叫“因果圖法”或“石川法”[4]，這一方法能幫助厘清紛繁復雜的原因和結果之間的關系。什么樣的室內微環境對于人的居住和生活而言是適宜的呢？反過來說，什么樣的室內微環境會導致人感覺不舒適和導致不健康呢？尋求這些問題的答案就需要借助特征要因分析的方法，科學合理地獲得更多人對室內微環境改善的建議。運用這一方法時，首先需要盡量多地找出各種不同的因素，然后將這些要因與特征值一起，按照相互之間的關聯性進行整理，最后繪制一個層次分明且條理清楚的圖形。

人具有視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺等5種感覺，并具有依據這些感覺來感知和判斷外界事物的能力[5]。可見室內微環境與人的感覺關系密切，通過感覺與既有的生活體驗、間接經驗、現實狀況等結合來認知環境而產生的知覺，也屬于室內微環境研究的范疇。值得注意的是室內微環境不能完全等同于人們直接感覺到的環境，當人們在特定的室內環境中，經過一段較長時間的生活才能發現或仍無法感知的環境特征，依然屬于室內微環境調節需要關注的領域（如對人體有害的電磁輻射或空氣中的甲醛）。在這些理論的指導下，我們組織了20位年齡在18～28周歲之間受訪者（其中男性9人，女性11人）進行了頭腦風暴和特征要因分析，繪制出特征要因圖。可以發現如圖1所示的6個方面都會導致室內環境不舒適和不健康，但由于“空間尺度問題”在建筑設計時就已經形成，在本課題的研究范圍內亦不能得到根本性解決，因此本文不對其進行深入探討。其余包括室內光色環境、室內冷暖環境、室內干濕環境、室內聲音環境及室內空氣質量等五大方面都是室內微環境最需要關注的問題，本文擬從這些方面探究室內微環境與室內設計的關系。

2 光色環境與室內設計

室內光色環境包含光與色兩個層面，因為色彩需要合適的光線才能通過人的視覺予以呈現，人們籠統地將光與色的環境稱為“光色環境”，而其實質也是視覺環境。人的5種感覺中除味覺之外，都以某些形狀與空間的知覺相關聯，其中視覺的作用最大[5]，從微環境改善的角度把握好室內光色環境，便把握住了室內微環境中最重要的因素。室內光色環境涉及室內自然采光、室內人工照明、視覺信息傳遞、室內界面色彩、人的視覺疲勞和視覺心理等多方面的內容。從選擇適宜的室內微環境的角度考慮，適宜的室內光色環境理應是上述多方面內容的優化選擇。光色環境的好壞是評價室內環境質量的重要指標[6-8]。

人們在良好的光環境下，才能進行正常的生活、學習和工作，創造舒適的室內光環境能夠減少人的視覺疲勞，保證身體健康，提高學習和工作效率，乃至因合理使用自然采光減少人工照明而降低建筑能耗。適宜的光照度是評價光環境的重要指標，在與建筑設計和建筑照明有關的多個標準中，有對室內環境中照度指標的規范（表1），以閱讀空間為例：我國《建筑照明設計標準》（GB50034—2004）規定，居住建筑內閱覽空間的照度為150～300Lx之間，而國外對這方面的要求則明顯高于我國標準，據第四屆中日韓照明學國際會議日本學者的研究報告顯示，閱讀時照度在500Lx以下會有吃力的感覺，而以1 000～2 000Lx為閱讀的最舒適照度[9]。當然，在滿足室內光照度需求的情況下，室內微環境的改善還需要避免光污染。由于受陽光或人工高發光體照射在釉面彩磚、磨光大理石、金屬幕墻、玻璃及各種亮光涂料面層所產生的強烈反射光線[10]，可能會誘發人們頭暈目眩、失眠、視力減退、食欲不振、心悸和情緒低落等癥狀的白亮污染（眩光污染）。可以通過對室內照度、燈具配光曲線以及燈具的效率進行測算，據此設置適宜的光照和避免光污染等方式，來構建一個適宜的室內光環境。

表1 建筑照明設計標準（GB50034—2004）規定的居住建筑照明標準值

良好的色彩環境可以幫助界定空間范圍、顯示功能特點、提示物質屬性、影響受眾情緒，并能夠彰顯個性。光與色的搭配可以營造個性化的居住空間，合理的搭配可以使人們生活的環境發生微妙而令人欣喜的變化，不合理的使用則會讓人感到單調乏味甚至憂慮和壓抑。馬朝珉指出：高明度暖色系的室內色彩環境會讓人感覺溫馨和舒適；高明度冷色系的室內色彩環境會讓人感覺平靜和輕松；中明度高純度的室內色彩環境會讓人感覺對比較強烈，有助于彰顯個性，使用不當會對心理產生負面刺激；低明度低純度的色彩比較沉穩，使用不當會讓人感覺情緒低落、單調無味，等等。結合這些研究成果對室內色彩進行設計，有助于營造適宜的室內色彩環境。

3 冷暖環境與室內設計

適宜的室內冷暖環境的評價要從兩個方面來考慮，一個是室內冷暖環境的物理層面，即以溫度作為衡量指標的冷暖環境，也稱溫度環境；另一個是室內冷暖環境的心理層面，即以人的冷暖心理感受作為衡量指標的冷暖環境。

環境的溫度會隨季節的變化而發生較為劇烈的變化，人體的正常體溫卻保持在36.5℃左右的一個范圍內。當室內溫度在一定范圍內上下波動時，人的身體會較明顯地產生一個對應氣溫變化的自我調節過程。在嚴寒的冬季，人體適應室內環境的溫度會低于炎熱的夏季，這一適應溫度大約為冬季18℃左右，夏季25℃左右（表2）。當室內環境中的溫度與這些適應溫度產生差別的時候，人的皮膚就開始工作起來，根據情況進行吸熱或散熱。通常室內環境中的溫度與適應溫度產生差異時，人們應考慮適當的增減衣物，以適應皮膚對溫度的調節作用，必要時人們還可以通過供暖或空調來調節室內冷暖環境。

本文研究的冷與暖是人的感覺，與溫度有關但又不完全等同于溫度帶來的刺激。人在心理上受到的暗示，會影響其對溫度的判斷和感知。通過調查，可以發現這種冷暖的感覺會受到顏色的冷暖、音樂的冷暖、物體的觸感與表面光反射度的影響。因此，當室內溫度不能達到適應溫度標準的時候，也可以利用人心理上對冷暖的感知差異來進行調節。

表2 室內冷暖環境的主要參數指標

4 干濕環境與室內設計

室內空氣中因水蒸汽含量差異會造成濕度的變化，這一變化帶給人干與濕的直觀感受，因此也可把它稱之為“室內干濕環境”。早在1986年，加拿大學者安東尼（Anthony V.Arundel）就對影響室內空氣安全衛生的疾病和疾病威脅進行了統計分析[11]，將多種疾病或疾病威脅在不同相對濕度環境下發生的概率進行了比對。對室內空氣中容易存在或滋生的病毒、真菌絲、壁虱、呼吸道疾病、過敏及鼻黏膜炎、化學性過敏、臭氧發生及細菌這8種疾病或疾病威脅在不同相對濕度下發生的概率進行統計（圖2），可知當相對濕度為0%和100%兩端極值時，多種疾病或疾病威脅產生的可能性最大；而當相對濕度為50%時，只存在臭氧發生和化學性過敏這兩種比較明顯的威脅。當空氣相對濕度的取值范圍在40%~60%之間時，疾病或疾病威脅的種類以及發生概率都維持在一個較低的水平之內。

根據我國室內空氣質量標準的推薦，我國夏季在使用空調制冷時，相對濕度為40%～80%較適宜，而當冬季采暖時，將相對濕度控制在30%～60%時較為適宜。這也正與統計分析結果相一致，說明了統計分析結果具有參考價值。最近也有從事室內濕度研究的學者指出：室內相對濕度為40%～70%最佳，并進一步指出適合老人和兒童的室內相對濕度在45%～50%；適合哮喘等呼吸道系統疾病患者的室內相對濕度在40%～50%之間[12]。以這一相對濕度作為參考，可以為室內干濕環境的改善提供借鑒。值得指出的是，在室內設計中可以有效利用木材實現對濕度的自動調節，改善室內干濕環境。

圖2 相對濕度對衛生安全及健康的影響示意圖

5 聲音環境與室內設計

從聲源的性質來看，聲音可以分為有生命物體所發出的“聲”，以及無生命物體所產生的“音”；從聲源的位置來看，聲音可以分為室外傳入的聲音，以及室內產生的聲音；從聲音的質量來看，可以分為音質較清晰的聲音，以及音質較低劣渾濁的聲音；從聲音的傳播渠道來看，聲音可以通過氣體來傳播（如空氣），可以通過固體（如墻面、地面）或液體傳播，但其中在空氣中傳播效率最高。在室內環境中，人們一方面希望減少不必要的噪音給生活帶來的干擾，另一方面人們也希望提升有用的這部分聲音的品質。這就需要考慮“降噪”和“降/升混”兩個問題。

降噪問題比較好理解，即降低室內環境中不需要的聲音——噪音[13]。通過問卷調查，發現影響人們生活的噪音主要來自：室外交通噪音、工程施工噪音、鄰居噪音（包括同一家庭的相鄰房間之間）、電器噪音以及其他噪音等。噪音以分貝（dB）為單位，根據國家標準的規定，以聲級計A計權網絡測出的噪聲，人耳能聽見的最弱聲音的強度為0 dB，而人耳可以忍受的最大聲音的強度為120 dB左右。結合有關學者的研究成果，聲音強弱與人的主觀感受之間的關系可如表3所示。

為降低噪音可以針對噪音的來源采用吸聲、隔聲、隔振、消聲和擴散等方法，具體來說：①可以針對室外傳入的聲音采取設置障礙物吸聲和阻斷傳聲氣體的方法。如在陽臺栽種植物，在門窗口設置門簾或窗簾；對門窗的隔音密閉性進行技術上的補強等。②可針對建筑物內部產生的聲音采取使用彈性材料減少聲音產生和采用阻隔材料吸收聲音的做法。如在衛生間管道上包覆吸音棉氈、鋁箔等材質，在墻面和頂棚附著吸音和阻隔板材等。以住宅為例，經過降噪處理的室內空間要達到表4所示的噪聲控制標準，才符合我國民用建筑隔聲設計規范的要求。當然，我國1988年制定并沿用至今的這一標準與歐盟同類標準相比要寬松很多[14]。

“降/升混”即降低/升高室內空間中聲音的混響，降低混響的問題主要在高檔會議室、電影院等對音質要求較高的場所需要考慮[5]。混響時間長短決定聲音的品質，其受空間大小、形狀、建筑室內空間表面特征、家具及裝飾物表面特征的影響，因此通過降低空間的平頂，采用吸收頂棚，適當縮小空間大小，對墻面附著吸音材料，對地面、座椅等家具附著吸聲的紡織面料等處理即可達到降低混響的目的。需要注意的是，并不能不分場合就隨意降低室內空間的混響，有些特殊場合則需要用與上述手法相反的處理方式延長空間的混響。如音樂廳、劇院等需要較長時間的混響才能獲得較優質的聲音效果并產生較強的藝術效果。

6 空氣質量與室內設計

我國10年前發布實施了《室內空氣質量標準》（GB/ T18883—2002）這一推薦性標準，標準給出了包括溫度、相對濕度、空氣流速、新風量、甲醛、二氧化碳、粉塵、微生物及放射性物質含量等反映空氣質量的近20項具體指標（因溫度、相對濕度已在上文進行了探討，此處不再贅述）。通風適宜且空氣清新的室內空間可以給人帶來愉悅的心情，空氣污濁有毒氣體彌漫的室內空間讓人焦躁并可能伴隨惡心、嘔吐、眩暈等癥狀的發生，嚴重的對身體健康和生命安全有重大影響。在眾多的空氣質量問題中，一部分是可以通過加強空氣流通來予以避免或排除的。如，廚房油煙、衛生間潮氣等均可以通過通風排氣系統予以解決。還有一部分是在空氣流動比較緩慢的室內空間，以及不能通過加強空氣流通根本解決的空氣質量問題。如，由于裝修建材中的有害物質緩慢釋放而帶來的空氣質量問題。本課題主要為解決后一種情況下的空氣質量問題而進行研究。

表3 室內A聲級0～140dB下人的主觀感受[6]

表4 我國民用建筑中對住宅噪聲的規范

具有清香味的空氣能給人美妙的心理感受并能調節人的情緒，因此使用固體清新劑或在室內栽植盆景植物成為普通家庭在生活中凈化空氣的常用手段，這對于降低室內二氧化碳含量和粉塵、提高空氣相對濕度有重要意義。但針對室內裝飾材料尤其是某些質量不合格的材料釋放的無色無味的污染，人們經常注意不到或者重視不足。一些年輕人在追求家居時尚，并近乎奢侈的裝修新房時，已經為自己傾注愛情和財富的家安裝了一顆隨時可能爆炸的定時炸彈。在訪談調查中，當問及“你準備如何凈化你新居的空氣”時，幾乎所有的受訪者都表示：愿意將新裝修的房間閑置幾個月，通風并排除掉室內的氣味。一方面，我們為大家對待新居空氣環境高度負責的態度感到欣慰；另一方面，我們又為大家所采取的這一做法而緊張。殊不知，當室內溫度大于19℃時甲醛才開始緩慢釋放，而這一緩慢釋放的甲醛可以持續產生3～15年之久。在細木工板和密度板的生產中、在家具制品的表面涂飾中、在室內裝飾使用的膠黏劑中，無良的生產商出于利潤的考慮，會選擇使用一些不符合國家標準要求的原料，這就使家裝中的建材成為污染空氣的元兇。劣質的地板、家具或裝飾壁紙所使用的膠黏劑、油漆等產品中能大量釋放出甲醛等對人體有害的氣體。

此外，還有一類無色無味且不易被人察覺的物質也可能危及人體健康和胎兒安全，它的名字叫——輻射。輻射通常也被稱為放射性，這是一類普遍存在的物質。輻射分為低頻輻射、無線電射頻以及電離輻射等，其中電離輻射以“核輻射”、“X光”、“CT斷層掃描”為代表，會造成分子鍵的破壞而導致病變或遺傳性病變，并可能致癌[15]；低頻輻射以“家用電器”、“輸電線路”為代表，這類輻射雖較電離輻射而言十分微弱；無線電輻射則以“手機”、“電視信號”為代表，低頻輻射和無線電輻射不足以破壞分子鍵，也更不會導致機體的病變，可以說對人體幾乎無害。但當這些低頻輻射和無線電輻射瞬間最大值高于16mG時，會增加孕婦自然流產的幾率。因此，關注與普通家庭和普通人關系十分密切的低頻輻射和無線電輻射，也是室內微環境改善需要考慮的問題。

7 結語

光與色、冷與暖、干與濕、聲音以及空氣質量等，構成了與人類生活息息相關的室內微環境。如今人們已經越來越重視綠色建材的發展，越來越注重改善和提高居住環境的質量。設計師有必要在環境藝術設計的基礎上，對室內空間布局、建材選擇、施工工藝等方面進行立體思考，對室內微環境進行綜合考慮。將微環境改善納入室內設計的范疇，必然有利于提高人們的生活品質。

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Study on Interior Design Based on Microenvironment Characterized Causal Factor Analysis

Through analysis on uncomfortable or unhealthy interior environment by applying a "characterized causal factor analysis method", the effects of micro-environmental indicators pertaining to the fi ve aspects, namely light and color environment, cool and warm environment, dry and wet environment, sound environment and air quality in the interior design are highlighted. Based on quantitative study on the above fi ve aspects, some specifi c design methods are proposed, and the problems existing in the interior design and the development direction in the future are discussed.

design, microenvironment, characterized causal factor method, interior design, study

2016-02-17）

“十二五”國家科技支撐項目(2012BAD32B04)；中央高校基本科研業務費專項資金資助（2572015AB21）。

易欣，東北林業大學材料科學與工程學院博士研究生；謝延軍，東北林業大學材料科學與工程學院教授、博士生導師；王清文，東北林業大學材料科學與工程學院教授、博士生導師；于伸，東北林業大學材料科學與工程學院教授，碩士生導師。