張軍, 張慧娜, 謝法連, 吳卓霏
(1. 東北林業(yè)大學(xué) 園林學(xué)院, 黑龍江 哈爾濱 150040;2. 哈爾濱工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 黑龍江 哈爾濱 150001)
目前,世界人口老齡化程度正在急速加深.根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)顯示,截止2018年末,我國60歲以上人口數(shù)為24 979萬人,占總?cè)丝诒戎氐?7.9%;其中,65歲以上的人口數(shù)為16 685萬人,占總?cè)丝跀?shù)的11.9%[1].從數(shù)據(jù)可見,中國人口老齡化形勢(shì)也日趨嚴(yán)峻,養(yǎng)老問題已經(jīng)成為社會(huì)各界備受關(guān)注的議題.在我國養(yǎng)老服務(wù)體系中,養(yǎng)老機(jī)構(gòu)具有重要的地位,它是大部分老年人安度晚年的首要選擇.如何營造良好的老年群體生活環(huán)境,提升老年人的物質(zhì)生活品質(zhì)和精神生活質(zhì)量,使其達(dá)到精神上的愉悅和心靈上的安慰,是當(dāng)代建筑設(shè)計(jì)師面臨的重大挑戰(zhàn).
療愈性空間環(huán)境是指針對(duì)老年人身心特點(diǎn)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)的空間環(huán)境[2],療愈環(huán)境理念要求建筑師或規(guī)劃師通過創(chuàng)造健康和宜人的環(huán)境引導(dǎo)人們積極的生活態(tài)度和良好的生活方式[3].本文將療愈環(huán)境理念與養(yǎng)老機(jī)構(gòu)空間環(huán)境設(shè)計(jì)相結(jié)合,試圖從老年人的身心特點(diǎn)出發(fā),梳理老年人對(duì)養(yǎng)老機(jī)構(gòu)療愈空間環(huán)境的需求,建立療愈性空間環(huán)境的設(shè)計(jì)框架,以期為老年人創(chuàng)造更加健康的養(yǎng)老環(huán)境.
為了獲取老年人最感興趣的、可能具備療愈潛能的客觀因素,明確療愈目標(biāo),進(jìn)而優(yōu)化養(yǎng)老機(jī)構(gòu)中的療愈環(huán)境.本次調(diào)研主要包括老年人生理、心理狀況和老年人的療愈偏好兩個(gè)方面.研究選擇哈爾濱市23個(gè)養(yǎng)老機(jī)構(gòu)中的老年人作為調(diào)研對(duì)象,一共發(fā)放300份問卷,有效問卷278份.
統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明:40%老年人認(rèn)為自己在生理或心理上處于亞健康狀態(tài),他們的情緒或生理狀態(tài)不能得到完全放松;超過50%的老年人認(rèn)為養(yǎng)老機(jī)構(gòu)的居住環(huán)境使他們心理上缺乏安全感、歸屬感;80%老年人的行動(dòng)能力與心理能量都處于衰減狀態(tài),他們的視覺、色覺逐漸衰退.
對(duì)老年人療愈偏好統(tǒng)計(jì),如圖1所示.圖1中:γ為老年人占比.從圖1可知:在養(yǎng)老機(jī)構(gòu)主要功能空間中,65%老年人認(rèn)為“居室”是最重要的療愈場(chǎng)所;在療愈環(huán)境營造要素中,40%老年人傾向于選擇“色彩”是其中的關(guān)鍵要素;在療愈形式的選擇上,35%老年人會(huì)更偏愛“向往溫馨的環(huán)境”.
居室作為主要生活起居的活動(dòng)空間,老年人在其中度過的時(shí)間最長.因此,需要從老年人的身心特點(diǎn)出發(fā),梳理老年人對(duì)色彩空間環(huán)境的需求,通過色彩優(yōu)化在養(yǎng)老機(jī)構(gòu)居室中創(chuàng)建適合老人的家庭溫馨氣氛.養(yǎng)老機(jī)構(gòu)對(duì)于老年人是一個(gè)陌生的環(huán)境,缺乏家人的陪伴導(dǎo)致他們心理上極度缺乏安全感;同時(shí),隨著年齡增長,多數(shù)老年人會(huì)出現(xiàn)視力聽力衰退、生理機(jī)能減弱.良好的色彩空間能夠在一定程度上影響人們的情緒、感受及行為,對(duì)老人具有重要的身心療愈作用.
選擇哈爾濱市23個(gè)不同規(guī)模的養(yǎng)老機(jī)構(gòu),運(yùn)用NCS色卡[4]對(duì)照法對(duì)養(yǎng)老機(jī)構(gòu)居室墻面、地面、家具和窗簾的色彩進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采集,并記錄NCS色彩編號(hào),以便建立色彩樣本數(shù)據(jù)庫進(jìn)行系統(tǒng)研究;然后,邀請(qǐng)30位老年人(60周歲及以上)進(jìn)行色彩分組分析,結(jié)合KJ(Kawakita Jiro)法[5],將這些色彩樣本分為8組,如圖2所示.
(a) Group 1 (b) Group 2 (c) Group 3 (d) Group 4 (e) Group 5 (f) Group 6 (g) Group 7 (h) Group 8圖2 色彩樣本分組結(jié)果Fig.2 Grouping results of color samples
語義差異法(SD法)是由查爾斯·奧斯古德提出的一種衡量人心理感知的量化評(píng)價(jià)方法.它主要通過一系列的“感性詞語”將被調(diào)查者的心理感知量化為具體的數(shù)據(jù)[6].
通過前文對(duì)老年人生理、心理以及療愈偏好分析可知,老年人偏愛溫馨的居住環(huán)境,因此,將養(yǎng)老機(jī)構(gòu)居室色彩意象定位為“溫馨的”色彩氛圍,擬定反義形容詞對(duì)“冷漠的-溫馨的”;然后,從圖2每組樣本中挑選出1個(gè)代表性色彩樣本,將其與擬定的形容詞對(duì)“冷漠的-溫馨的”制作成色彩語義詞匯相似度調(diào)查問卷,根據(jù)李克特量表[7],將心理變化量分為5個(gè)等級(jí),分別用數(shù)值0,0.25,0.50,0.75,1.00表示;最后, 邀請(qǐng)30位老年人(60周歲及以上)對(duì)上述問卷進(jìn)行評(píng)價(jià)打分,并對(duì)所獲取的30組調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行均值處理,結(jié)果如表1所示.
表1 色彩語義評(píng)價(jià)得分統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of color semantic evaluation scores
2.3.1 灰色聚類分析法 灰色聚類分析法是將每個(gè)聚類對(duì)象(配色方案)對(duì)應(yīng)不同聚類指標(biāo)(不同種類色彩)所擁有的白化值(語義分析數(shù)據(jù)),按照N個(gè)灰類(評(píng)價(jià)等級(jí))進(jìn)行歸納整理,從而判斷某個(gè)聚類對(duì)象(配色方案)屬于哪一灰類.它是建立在灰數(shù)的白化函數(shù)生成基礎(chǔ)上的一種灰色統(tǒng)計(jì)法[8].
老年人對(duì)于色彩語義與單色色彩樣本的關(guān)系,如表1所示.然而,養(yǎng)老機(jī)構(gòu)老年人居室通常是由多種色彩搭配的整體結(jié)果.因此,采用灰色聚類法分析多色搭配語義,并確定主體色和輔助色色彩數(shù)據(jù)庫.根據(jù)灰色聚類的原理,實(shí)驗(yàn)確定聚類對(duì)象為1,2,…,64個(gè)配色方案;聚類指標(biāo)為A,B,作為主體色、輔助色的色彩樣本的語義分析數(shù)據(jù);聚類灰數(shù)為Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,作為“好”“中”“差”3個(gè)等級(jí).
2.3.2 聚類白化數(shù) 聚類白化數(shù)di,j表示第i個(gè)聚類對(duì)象關(guān)于第j類聚類指標(biāo)的實(shí)際樣本值,i∈{1,2,…,64},j∈{A,B}.部分聚類指標(biāo)的聚類白化值di,j,如表2所示.
表2 聚類指標(biāo)的聚類白化值Tab.2 Cluster whitening values of clustering indicators
2.3.3 白化函數(shù)fj,k(x)稱第j個(gè)指標(biāo)屬于第k個(gè)灰類的白化函數(shù),k∈{Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ}.圖3為白化函數(shù)fj,k(x)的3種形式[9].圖3中:λj,k為門閥值,一般為fj,k=1與fj,k≤1的交點(diǎn)di,j.
(a) Ⅰ (b) Ⅱ (c) Ⅲ 圖3 白化函數(shù)fj,k(x)的3種形式Fig.3 Three forms of whitening function fj,k(x)
2.3.4 聚類權(quán) 聚類權(quán)ηj,k表示第j種聚類指標(biāo)屬于第k灰類的權(quán)重,其表達(dá)式為
(1)
2.3.5 聚類系數(shù) 聚類系數(shù)σj,k表示第i個(gè)聚類對(duì)象對(duì)第k灰類的聚類系數(shù),其表達(dá)式為
(2)
部分聚類對(duì)象的聚類系數(shù),如表3所示.
表3 聚類對(duì)象的聚類系數(shù)Tab.3 Clustering coefficients of clustering objects
2.3.6 聚類向量 聚類向量的表達(dá)式為
(3)
2.3.7 聚類分析 判斷第i個(gè)聚類對(duì)象屬于哪個(gè)灰類,若
σi,k=maxk{σk,k},k∈(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ),i∈(1,2,…,64),
(4)
則第i個(gè)聚類對(duì)象屬于第k灰類.各聚類對(duì)象的聚類結(jié)果,如表4所示.
從表4選擇出聚類結(jié)果為“好”的聚類對(duì)象,當(dāng)選擇了一個(gè)聚類對(duì)象,同時(shí)也就選擇了一個(gè)色彩搭配方案,該色彩搭配方案所在的色彩組中的色彩也都被選中.通過上述過程,構(gòu)建了由5組(包括第1,2,3,7,8組)79種色彩組成的主色色彩數(shù)據(jù)庫和由7組(包括第1,2,3,4,6,7,8組)100種色彩組成的輔色色彩數(shù)據(jù)庫.
表4 聚類對(duì)象的聚類結(jié)果Tab.4 Clustering results of clustering objects
2.4.1 遺傳算法 遺傳算法(genetic algorithm,GA)是模擬生物界進(jìn)化規(guī)律演化而來的一種搜索算法[10].其通過對(duì)基因進(jìn)行交叉變異處理,實(shí)現(xiàn)優(yōu)勝劣汰的過程,進(jìn)而獲取最優(yōu)色彩搭配方案.首先,進(jìn)行編碼,產(chǎn)生個(gè)體初始種群.然后,綜合色彩搭配方案的個(gè)體適應(yīng)度值,進(jìn)行判斷,滿足要求則輸出色彩搭配方案;否則,進(jìn)行一系列運(yùn)算,包括選擇、交叉和變異,直到每個(gè)種群中的個(gè)體適應(yīng)度值滿足指定的適應(yīng)度值.遺傳優(yōu)化操作流程,如圖4所示.
圖4 遺傳優(yōu)化操作流程Fig.4 Operation flowchart of genetic optimization
2.4.2 遺傳編碼 編碼是色彩搭配遺傳優(yōu)化操作的基礎(chǔ),同時(shí)也是建立色彩數(shù)據(jù)庫與編碼集的映射關(guān)系[11].文中對(duì)色彩搭配方案的編碼方式為一個(gè)染色體代表一個(gè)配色方案i,每個(gè)配色方案i中有m種色彩數(shù).
2.4.3 適應(yīng)度求解 美度評(píng)價(jià)是Moon-Spencer提出的,色彩美度公式在Munsell顏色空間上通過計(jì)算色彩搭配方案中顏色之間色相、亮度和飽和度衡量是否滿足美的標(biāo)準(zhǔn)[12],其計(jì)算式為
M=O/C.
(5)
式(5)中:M為美度評(píng)價(jià)值;O為有彩色時(shí)的秩序因數(shù),O=∑(Oh+Ol+Os),Oh,Ol,Os分別為色彩搭配方案中不同顏色之間的色相差值、亮度差值、飽和度差值所決定的秩序因數(shù),其差值決定了色彩的間隔關(guān)系;C為復(fù)雜度因數(shù),C=Cm+Ch+Cl+Cs,Cm,Ch,Cl,Cs分別為色彩搭配方案中的總色彩數(shù)、色相差的色對(duì)數(shù)、亮度差的色對(duì)數(shù)、飽和度差的色對(duì)數(shù).當(dāng)M值大于0.5時(shí),表示色彩搭配方案符合美的標(biāo)準(zhǔn),M值越大,則表示色彩的視覺舒適性越好.
和諧度評(píng)價(jià)是Ou等[13]提出的,通過在CIE Lab顏色空間中色彩、亮度、色調(diào)差異,綜合評(píng)估兩個(gè)顏色鄰接搭配的和諧度.其計(jì)算式為
(6)
CH(C1,C2)=HC(C1,C2)+HL(C1,C2)+HH(C1,C2).
(7)
式(6),(7)中:f(pi)=Cj,i∈(1,n),j∈(1,n),表示將顏色Cj賦予區(qū)域pi上;w為區(qū)域關(guān)聯(lián)矩陣,如果區(qū)域pi和pj相鄰,則wi,j=1,否則,wi,j=0;CH為雙色和聲模型;HC,HL,HH分別為色度效應(yīng)、亮度效應(yīng)和色相效應(yīng)等3種色彩協(xié)調(diào)因子;C1,C2代表需要計(jì)算和諧度的2個(gè)顏色,其值越大,表示2個(gè)顏色搭配的和諧度越高,色彩搭配方案i的m種色彩和諧程度由式(6)計(jì)算得出.
圖5 實(shí)驗(yàn)優(yōu)化解集分布圖Fig.5 Distribution of experimental optimization solution set
2.4.4 設(shè)置參數(shù) 按照不同的賦色區(qū)域在居室中的位置和作用,將居室色彩搭配分為基礎(chǔ)色(墻面和地面)、搭配色(家具)和點(diǎn)綴色(窗簾),共有4個(gè)賦色區(qū)域.其中,基礎(chǔ)色來源于主色色彩數(shù)據(jù)庫,搭配色和點(diǎn)綴色來源于輔色色彩數(shù)據(jù)庫.從主色或輔色色彩數(shù)據(jù)庫中選擇出色彩賦予對(duì)應(yīng)的待賦色的4個(gè)區(qū)域,在全局搜索過程中利用錦標(biāo)賽法選擇、兩點(diǎn)交叉、單點(diǎn)變異等遺傳操作使種群進(jìn)化.遺傳算法的初始種群數(shù)為111,變異概率為0.8,迭代次數(shù)為30,目標(biāo)是色彩搭配美度、色彩搭配和諧度的值越大,色彩舒適性越高.
2.4.5 優(yōu)化結(jié)果 基于MATLAB平臺(tái),所提方法色彩搭配方案的美度、和諧度在實(shí)驗(yàn)中得到了同步優(yōu)化.實(shí)驗(yàn)優(yōu)化解集分布,如圖5所示.圖5中:不透明的藍(lán)色圓點(diǎn)代表進(jìn)化過程中得到的優(yōu)質(zhì)解;透明的藍(lán)色圓點(diǎn)代表非優(yōu)質(zhì)解,并且透明度越高解的代數(shù)越老;橘色圓點(diǎn)代表獲取的部分優(yōu)化解集.圖5同時(shí)顯示了色彩搭配美度、色彩搭配和諧度的相互約束關(guān)系.
實(shí)驗(yàn)優(yōu)化方案色彩搭配數(shù)據(jù),如表5所示.表5中:P1,P2,P3,P4分別代表賦色區(qū)域墻體(基礎(chǔ)色)、地面(基礎(chǔ)色)、家具(搭配色)、窗簾(點(diǎn)綴色).
表5 實(shí)驗(yàn)優(yōu)化方案色彩搭配數(shù)據(jù)Tab.5 Color matching data of experimental optimization scheme
健康效益評(píng)價(jià)常用的多種研究方法各有優(yōu)勢(shì)和側(cè)重,其中,通過實(shí)驗(yàn)對(duì)被試進(jìn)行生理測(cè)量和心理測(cè)量是對(duì)環(huán)境療愈潛力進(jìn)行評(píng)價(jià)的主要途徑[14].為了評(píng)估文中所提居室色彩優(yōu)化方法在養(yǎng)老機(jī)構(gòu)老年人居室中的應(yīng)用效果,分別采用生理指標(biāo)(心電R-R間期)和心理指標(biāo)(狀態(tài)-特質(zhì)焦慮量表)[15]對(duì)被試者的健康狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估,間接推斷所提優(yōu)化結(jié)果的療愈潛能.
選取45位老年人被試者,按照隨機(jī)數(shù)字表法劃分為療愈組和常規(guī)組,其中,療愈組又分為實(shí)景療愈組和虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)療愈組,每組15位被試者,具體實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景,如圖6所示.為了充分驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效性,實(shí)景療愈組和常規(guī)組均在真實(shí)的養(yǎng)老機(jī)構(gòu)居室內(nèi)進(jìn)行;VR療愈組在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行,使用Revit 2017軟件建立模型,經(jīng)過Fuzor軟件處理轉(zhuǎn)化成VR場(chǎng)景,被試戴上頭戴設(shè)備即可體驗(yàn)虛擬環(huán)境中的優(yōu)化色彩搭配方案的居室場(chǎng)景.VR實(shí)驗(yàn)的樣本環(huán)境彌補(bǔ)了現(xiàn)實(shí)養(yǎng)老機(jī)構(gòu)中優(yōu)質(zhì)居室色彩環(huán)境的不足.
(a) 實(shí)景療愈組實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景1 (b) VR療愈組實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景1 (c) 常規(guī)組實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景1
(d) 實(shí)景療愈組實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景2 (e) VR療愈組實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景2 (f) 常規(guī)組實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景2圖6 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景Fig.6 Experimental scene
整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中,3組被試者均在對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景完成.實(shí)驗(yàn)按照?qǐng)D7的測(cè)試流程進(jìn)行.實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí),被試者靜息后需要完成1份狀態(tài)-特質(zhì)焦慮量表的填寫;隨后,進(jìn)行特里爾社會(huì)應(yīng)激測(cè)試(TSST)[16],即2 min左右的心算任務(wù);然后,常規(guī)組和實(shí)景療愈組的被試者可在居室內(nèi)觀察場(chǎng)景和小幅活動(dòng);VR療愈組的被試者需戴上頭盔體驗(yàn)在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的居室場(chǎng)景,此階段時(shí)長為2 min左右;最后,被試填寫第2份狀態(tài)-特質(zhì)焦慮量表,實(shí)驗(yàn)結(jié)束,單次實(shí)驗(yàn)流程需 13 min左右.作為應(yīng)激源的壓力階段和作為療愈期的緩壓階段,被試者的心電生理數(shù)據(jù)處于持續(xù)記錄的狀態(tài).
圖7 測(cè)試流程Fig.7 Test flowchart
數(shù)據(jù)資料以SPSS 20.0處理,計(jì)量資料用標(biāo)準(zhǔn)差(x±s)表示,以t檢驗(yàn),當(dāng)P<0.05時(shí),具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.3組生理數(shù)據(jù)和心理數(shù)據(jù)結(jié)果比較,如表6所示.從表6可知:從心理數(shù)據(jù)來看,通過對(duì)比3組被試的前、后兩份狀態(tài)焦慮量表得分,未發(fā)現(xiàn)明顯的變化趨勢(shì).究其原因可能是這種方法主觀性強(qiáng),被試者可能存在記憶偏差、難以評(píng)價(jià)較短時(shí)間內(nèi)情緒的變化進(jìn)程.
表6 3組生理數(shù)據(jù)和心理數(shù)據(jù)結(jié)果比較Tab.6 Comparison of results between physiological data and psychological data of 3 groups
從生理數(shù)據(jù)可以看出,3組被試在應(yīng)激前的心電生理指數(shù)對(duì)比無明顯差異.這種較小的差異也是來自不同被試之間的不同體質(zhì).在應(yīng)激后可以明顯發(fā)現(xiàn),3組被試者的指數(shù)均明顯降低,3組之間同樣無明顯差別,反映出被試者在面對(duì)心算考試時(shí)都持續(xù)存在的壓力感受;但療愈后,實(shí)景療愈組與VR療愈組生理指數(shù)比較接近,并且明顯高于常規(guī)組的數(shù)據(jù),同時(shí)實(shí)景療愈組與VR療愈組的指數(shù)也更接近于應(yīng)激前的數(shù)據(jù).這說明優(yōu)化的居室場(chǎng)景確實(shí)對(duì)人體身心健康水平有更好的療愈效果.
以養(yǎng)老機(jī)構(gòu)老年人居室為研究背景,結(jié)合語義差異法、聚類算法和遺傳算法,對(duì)養(yǎng)老機(jī)構(gòu)居室色彩搭配設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化,得到居室色彩最優(yōu)搭配方案.通過測(cè)量3組被試者的生理指標(biāo)對(duì)環(huán)境療愈潛力進(jìn)行評(píng)價(jià),結(jié)果表明,所提方法色彩搭配方案有更好的療愈效果.
結(jié)合所提方法獲取的優(yōu)化色彩搭配方案及療愈效果評(píng)估實(shí)驗(yàn),綜合分析養(yǎng)老機(jī)構(gòu)居室中滿足老年人身心需求的色彩療愈環(huán)境與色彩三屬性(色相、明度、純度)閾值的變化關(guān)系有如下3個(gè)方面.
1) 從色相分布來看,養(yǎng)老機(jī)構(gòu)居室色彩從搭配色、基礎(chǔ)色到點(diǎn)綴色,選色范圍逐漸加寬,體現(xiàn)出基礎(chǔ)色和點(diǎn)綴色的色相選取更為靈活.搭配色的色相主要以YR(紅黃)為主;基礎(chǔ)色的色相主要集中在YR(紅黃),R(紅),Y(黃)等暖色系范圍內(nèi);點(diǎn)綴色的色相分布則最為廣泛,包括YR(紅黃),RB(紅藍(lán)),GY(黃綠),R(紅)和B(藍(lán))等.
2) 在居室色彩明度設(shè)計(jì)方面,基礎(chǔ)色和搭配色以中高明度為主,明度值大多分布在10~50之間,點(diǎn)綴色的明度取值范圍以10~40的高明度為主.
3) 在居室色彩純度設(shè)計(jì)方面,基礎(chǔ)色和搭配色以低純度為主,純度值大多分布在5~30之間,點(diǎn)綴色的純度取值范圍以10~60的中低純度為主.
隨著社會(huì)各界越來越重視老年人健康的生活環(huán)境,本研究旨在為老年人居室色彩療愈空間營造的設(shè)計(jì)師提供參考借鑒,同時(shí)幫助養(yǎng)老機(jī)構(gòu)通過色彩優(yōu)化為老年人提供更具療愈作用的居室環(huán)境.