1.3.3　環境生理學

環境生理學（environmental physiology）的主要內容是研究各種工作環境、生活環境對人的影響，以及人體做出的生理反應。人類能認識世界，改造環境，首先是依靠人的感覺系統，由此才可能實現人與環境的交互作用。與建筑環境直接作用的主要感官是眼、耳、身及由此而產生的視覺、聽覺和觸覺。另外，還有平衡系統產生的運動覺等履行著人們探索世界的許多任務。本節重點介紹與建筑設計關系較密切的室內環境要素參數和人的視覺、聽覺機能。

1.3.3.1　環境生理學理論

（1）室內環境要素參數　環境條件與人的安全、健康、舒適感有著密切的關系，也在很大程度上影響了工效的高低。按照勞動條件中的生理要求，通常把環境因素的適宜性劃分為四個等級，即不能忍受的、不舒適的、舒適的和最舒適的。

（2）視覺機能與環境　建筑以形、色、光具體地反映著建筑的質感、色感、形象和空間感。視覺正常的人主要依靠視覺體驗建筑和自然環境。人的視覺特性包括視野、視區、視力、目光巡視特性及明暗適應等幾個方面。

①視角、視距與視野、視區。視角是人眼能夠區別開來的兩個最近的刺激物與人眼形成的夾角，具體設計可參考6'視角進行設計。視距是眼睛到被視對象之間的距離。實際上，兩眼相距約60mm，可看清物體時，最佳距離在34.4m以內，這是歌劇院的最大視距（看清演員大致表情）。建筑設計中一些常見的視角與視距關系見表1.2。

視野指腦袋和眼睛固定時，入眼所能察覺的空間范圍。單眼視野豎直方向約130°，水平方向約150°。雙眼視野在水平方向重合120°，其中60°較為清晰，中心點1.5°左右最為清晰（圖1.14）。由于不同顏色對人眼的刺激有所不同，所以視野也不同（圖1.15）。

由于直接視野是指“可察覺到”的空間范圍，視野范圍內的大部分只是人眼的“余光”所及僅能看清物體的存在，不能看清細部。通常按對物體的辨認效果，即辨認的清晰程度和辨認速度，分為以下四個視區：中心視區、最佳視區、有效視區和最大視區，見表1.3。

②目光巡視特性。由于人眼在瞬時能看清的范圍很小，人們觀察事物多依賴目光的巡視，因此設計中必須考慮目光的巡視特性。

a.目光巡視的習慣方向。在水平方向上從左到右；在垂直方向上從上到下；旋轉巡視時習慣順時針方向。

b.視線水平方向的運動快于垂直方向，且不易感到疲勞；對水平方向上尺寸與比例的估測比對垂直方向上的準確。

c.目光巡視運動是點點跳躍，而非連續運動。

d.兩眼總是協調地同時注視一處，很難兩眼分別看兩處，所以設計中常取雙眼視野為依據。

③明暗適應。眼睛向亮處的適應叫明適應、光適應，向暗處的適應叫暗適應。當人們從暗處進入亮處，適應時間約1min就可完成，而從亮處突然進入暗處，適應時間長達十多分鐘。

（3）聽覺機能與環境　人類早就對自己的聽力進行了許多研究，發現了一些生理和心理效應。根據聲音的物理性能、人耳的生理機能和聽覺的主觀心理特性，與建筑聲學設計關系密切的聽覺特征主要表現在以下幾個方面。

①聽覺適應。盡管人對環境噪聲的適應能力很強，但是人對噪聲積累的適應對健康是不利的，特別是噪聲很大的適應會造成職業性耳聾。

②聽覺方向。物體的振動產生了聲音，聲音的傳播具有一定的方向性，這是聲源的重要特性。

③聽覺與時差。經驗證明，人耳感覺到聲音的響度除了與聲壓和頻率有關外，還與聲音的延續時間有關。從聽覺實驗得出，如果兩個聲音的間隔時間（即時差）小于50ms，那就無法區別它們，而是重疊在一起了。這是耳朵對聲音的暫留作用，即聲覺暫留。當室內聲音多次連續反射到人耳無法區別，這時稱為混響。為了避免聽到先后兩個重復的聲音（如回聲等），必須使每兩個聲音到達耳朵的時差小于50ms。

④單耳聽聞與雙耳聽聞效應。單耳聽聞是指用一只耳朵收聽的情況。這時，方位感消失，“濾波效應”降低，噪聲干擾增大。人們可以利用單耳聽聞來判別廳堂音質的優劣，還可以通過轉動頭部，利用耳廓效應來確定聲音的方位。雙耳聽聞可以同時收聽聲音信號并判斷聲源的距離和方向。其中判斷方向的能力要強一些，而且對水平方位的聲源的方位感較垂直方向要強一些。

⑤掩蔽效應。聲的掩蔽是指一個聲音的存在影響了人們對另一個聲音的聽聞。聲掩蔽的特點是：同頻率的聲音相互掩蔽性最強；低頻聲容易掩蔽高頻聲；高頻聲則很難完全掩蔽低頻聲；掩蔽聲越強，對頻率較高的聲音的掩蔽作用就越大。

1.3.3.2　環境生理學在建筑設計中的具體表現

現代城市中的許多問題，如噪聲、擁擠、空氣污染、光污染等都可被看成為背景應激物，盡管其強度遠不如災變事件和某些個人應激物，但由于它們在環境中的普遍存在和長時間作用，對人的危害不可低估。

按照國際標準，一個建筑如果有20%以上的人對居住或辦公時的感覺不適進行投訴，那么這個建筑可被判定為“病態建筑”。當代許多建筑單純為了外觀的新穎獨特，舍棄傳統建筑中有利于人生存的元素，大量使用熱輻射高又不隔熱的玻璃幕外墻，然后再不惜代價地使用空調。那種依賴巨大的能源消耗來應付不必要的冷熱負荷的建筑，不僅形成了不健康的內部環境，同時也污染和破壞了周圍環境。首先，大量能量消耗加劇了市中心的熱島效應；其次，高層建筑如果設計不合理，會使街道形成常年不見陽光的陰影區，或將高風引向地面形成強風帶，或阻礙地面污染物擴散而加重污染，從而造成局部小氣候惡化，影響人的正常活動；此外，玻璃幕墻的大量使用帶來了現在城市普遍存在的光污染。要減少建筑本身的疾病，特別需要好的建筑設計來遏制“病態建筑”的產生。

（1）室內環境要素參數對建筑設計的影響與制約　由于建筑技術的發展和人民生活水平的提高，對于現代建筑，人們不僅要求它具有安全、適用、經濟和美觀等特點，還要求它具有舒適性的狀態。所謂舒適，就是建筑環境達到了一定的條件，包括物理、生理、心理、社會、經濟和環境的條件，使居住者或使用者感到安逸、合適、滿意甚至幸福的狀態，從而使他們的工作效率更高，壽命更長，生活質量更好。

（2）視覺機能對建筑環境設計的要求

①天然采光。建筑設計中人工照明無論怎樣配置，也很難達到天然光那種柔和自然、朝暉夕陽的妙景。因此，需要通過光環境設計達到采光的目的（圖1.16）。通過天然采光的窗戶面積并不是越大越好，還要考慮保溫、防熱、節能、眩光、通風等多種因素限制，同時還要對窗戶的進光量進行調控，如通過在玻璃上涂漆、鍍鉻、貼膜等方式控制西曬的影響；或采用遮陽板、遮光格柵來避免夏季太陽強烈的直射和眩光效應等。

②人工照明。人工照明可分為工作照明和裝飾照明兩部分，其相應的燈具也分別稱為功能燈具和裝飾燈具。前者主要著眼于滿足人們生理、生活和工作上的實際需要，具有實用性的目的；后者主要著眼于滿足人們心理、精神和社會的觀賞需要，具有藝術性的目的。例如，通過燈光來強調聚談中心和就餐中心，也可以采用較強的局部照明形成個人的“領域”。

建筑照明燈具多種多樣，如吊燈、壁燈、吸頂燈、臺燈、落地燈、格柵燈等，為建筑師的藝術構思和靈感的發揮提供了馳騁的天地（圖1.17）。

③光環境的舒適性。為提高光環境的舒適性，在建筑設計中應減少大面積開窗，或采用特殊的玻璃，或采用多層窗簾，以及燈具的保護角，來減弱或消除眩光的危害，見表1.4。另外，還應注意限制光源亮度，合理分布光源，以取得合適的亮度和照度，如在電影院設計中，常采用低照度的方法，以便觀眾能很好地適應。在大型超市要有足夠的采光和照明設計，以有利于顧客購買商品。

（3）聽覺機能對建筑環境設計的要求　噪聲不僅會對語言信息的傳播和工作產生影響，而且還會對人體產生危害。因此，在進行建筑聲學設計時，首先要控制噪聲，然后再進一步考慮室內音質。建筑設計時要求動、靜分區，需要安靜環境的功能用房還要求遠離室外噪聲源。

聲源的方向性使聽覺空間的設計受到一定限制。如果觀眾廳的座位面積過寬，則在靠近墻邊一帶的聽眾將得不到足夠的聲級，至少對高頻率情況是這樣。尤其是前幾排，對聲源所張的角度大，對邊座的影響更大。因此，大的觀眾廳一般都不采用正方形排座（圖1.18）。

設計時可利用雙耳聽聞效應的特性，將舞臺上的擴聲器放在臺口上方而不是舞臺平面的左右兩角；對于電影，擴聲器放在屏幕的上方1/3處，以便使觀眾的視聽方位感一致。由于傳聲器的錄音與單耳聽聞相似，傳聲器的錄音卻沒有耳廓效應和搜索聲源的便利，因此，錄音室、電話會議室、播音室等處的聲學設計要格外嚴格才能達到預期目的。

減少噪聲的措施是多方面的，在建筑聲學設計時，要避免有用信號聲音的相互掩蔽；在大型商場里，用音響系統的聲音來掩蔽場內顧客的喧鬧嘈雜聲；或將臨街建筑轉售給服務行業使用；通過合理規劃、合理綠化，尤其是喬木、灌木和花草的合理配置，選擇恰當的建筑造型和沿街墻體材料等，采用綜合處理的方法加以解決，見表1.5和表1.6。