1.3.3　环境生理学

环境生理学（environmental physiology）的主要内容是研究各种工作环境、生活环境对人的影响，以及人体做出的生理反应。人类能认识世界，改造环境，首先是依靠人的感觉系统，由此才可能实现人与环境的交互作用。与建筑环境直接作用的主要感官是眼、耳、身及由此而产生的视觉、听觉和触觉。另外，还有平衡系统产生的运动觉等履行着人们探索世界的许多任务。本节重点介绍与建筑设计关系较密切的室内环境要素参数和人的视觉、听觉机能。

1.3.3.1　环境生理学理论

（1）室内环境要素参数　环境条件与人的安全、健康、舒适感有着密切的关系，也在很大程度上影响了工效的高低。按照劳动条件中的生理要求，通常把环境因素的适宜性划分为四个等级，即不能忍受的、不舒适的、舒适的和最舒适的。

（2）视觉机能与环境　建筑以形、色、光具体地反映着建筑的质感、色感、形象和空间感。视觉正常的人主要依靠视觉体验建筑和自然环境。人的视觉特性包括视野、视区、视力、目光巡视特性及明暗适应等几个方面。

①视角、视距与视野、视区。视角是人眼能够区别开来的两个最近的刺激物与人眼形成的夹角，具体设计可参考6'视角进行设计。视距是眼睛到被视对象之间的距离。实际上，两眼相距约60mm，可看清物体时，最佳距离在34.4m以内，这是歌剧院的最大视距（看清演员大致表情）。建筑设计中一些常见的视角与视距关系见表1.2。

视野指脑袋和眼睛固定时，入眼所能察觉的空间范围。单眼视野竖直方向约130°，水平方向约150°。双眼视野在水平方向重合120°，其中60°较为清晰，中心点1.5°左右最为清晰（图1.14）。由于不同颜色对人眼的刺激有所不同，所以视野也不同（图1.15）。

由于直接视野是指“可察觉到”的空间范围，视野范围内的大部分只是人眼的“余光”所及仅能看清物体的存在，不能看清细部。通常按对物体的辨认效果，即辨认的清晰程度和辨认速度，分为以下四个视区：中心视区、最佳视区、有效视区和最大视区，见表1.3。

②目光巡视特性。由于人眼在瞬时能看清的范围很小，人们观察事物多依赖目光的巡视，因此设计中必须考虑目光的巡视特性。

a.目光巡视的习惯方向。在水平方向上从左到右；在垂直方向上从上到下；旋转巡视时习惯顺时针方向。

b.视线水平方向的运动快于垂直方向，且不易感到疲劳；对水平方向上尺寸与比例的估测比对垂直方向上的准确。

c.目光巡视运动是点点跳跃，而非连续运动。

d.两眼总是协调地同时注视一处，很难两眼分别看两处，所以设计中常取双眼视野为依据。

③明暗适应。眼睛向亮处的适应叫明适应、光适应，向暗处的适应叫暗适应。当人们从暗处进入亮处，适应时间约1min就可完成，而从亮处突然进入暗处，适应时间长达十多分钟。

（3）听觉机能与环境　人类早就对自己的听力进行了许多研究，发现了一些生理和心理效应。根据声音的物理性能、人耳的生理机能和听觉的主观心理特性，与建筑声学设计关系密切的听觉特征主要表现在以下几个方面。

①听觉适应。尽管人对环境噪声的适应能力很强，但是人对噪声积累的适应对健康是不利的，特别是噪声很大的适应会造成职业性耳聋。

②听觉方向。物体的振动产生了声音，声音的传播具有一定的方向性，这是声源的重要特性。

③听觉与时差。经验证明，人耳感觉到声音的响度除了与声压和频率有关外，还与声音的延续时间有关。从听觉实验得出，如果两个声音的间隔时间（即时差）小于50ms，那就无法区别它们，而是重叠在一起了。这是耳朵对声音的暂留作用，即声觉暂留。当室内声音多次连续反射到人耳无法区别，这时称为混响。为了避免听到先后两个重复的声音（如回声等），必须使每两个声音到达耳朵的时差小于50ms。

④单耳听闻与双耳听闻效应。单耳听闻是指用一只耳朵收听的情况。这时，方位感消失，“滤波效应”降低，噪声干扰增大。人们可以利用单耳听闻来判别厅堂音质的优劣，还可以通过转动头部，利用耳廓效应来确定声音的方位。双耳听闻可以同时收听声音信号并判断声源的距离和方向。其中判断方向的能力要强一些，而且对水平方位的声源的方位感较垂直方向要强一些。

⑤掩蔽效应。声的掩蔽是指一个声音的存在影响了人们对另一个声音的听闻。声掩蔽的特点是：同频率的声音相互掩蔽性最强；低频声容易掩蔽高频声；高频声则很难完全掩蔽低频声；掩蔽声越强，对频率较高的声音的掩蔽作用就越大。

1.3.3.2　环境生理学在建筑设计中的具体表现

现代城市中的许多问题，如噪声、拥挤、空气污染、光污染等都可被看成为背景应激物，尽管其强度远不如灾变事件和某些个人应激物，但由于它们在环境中的普遍存在和长时间作用，对人的危害不可低估。

按照国际标准，一个建筑如果有20%以上的人对居住或办公时的感觉不适进行投诉，那么这个建筑可被判定为“病态建筑”。当代许多建筑单纯为了外观的新颖独特，舍弃传统建筑中有利于人生存的元素，大量使用热辐射高又不隔热的玻璃幕外墙，然后再不惜代价地使用空调。那种依赖巨大的能源消耗来应付不必要的冷热负荷的建筑，不仅形成了不健康的内部环境，同时也污染和破坏了周围环境。首先，大量能量消耗加剧了市中心的热岛效应；其次，高层建筑如果设计不合理，会使街道形成常年不见阳光的阴影区，或将高风引向地面形成强风带，或阻碍地面污染物扩散而加重污染，从而造成局部小气候恶化，影响人的正常活动；此外，玻璃幕墙的大量使用带来了现在城市普遍存在的光污染。要减少建筑本身的疾病，特别需要好的建筑设计来遏制“病态建筑”的产生。

（1）室内环境要素参数对建筑设计的影响与制约　由于建筑技术的发展和人民生活水平的提高，对于现代建筑，人们不仅要求它具有安全、适用、经济和美观等特点，还要求它具有舒适性的状态。所谓舒适，就是建筑环境达到了一定的条件，包括物理、生理、心理、社会、经济和环境的条件，使居住者或使用者感到安逸、合适、满意甚至幸福的状态，从而使他们的工作效率更高，寿命更长，生活质量更好。

（2）视觉机能对建筑环境设计的要求

①天然采光。建筑设计中人工照明无论怎样配置，也很难达到天然光那种柔和自然、朝晖夕阳的妙景。因此，需要通过光环境设计达到采光的目的（图1.16）。通过天然采光的窗户面积并不是越大越好，还要考虑保温、防热、节能、眩光、通风等多种因素限制，同时还要对窗户的进光量进行调控，如通过在玻璃上涂漆、镀铬、贴膜等方式控制西晒的影响；或采用遮阳板、遮光格栅来避免夏季太阳强烈的直射和眩光效应等。

②人工照明。人工照明可分为工作照明和装饰照明两部分，其相应的灯具也分别称为功能灯具和装饰灯具。前者主要着眼于满足人们生理、生活和工作上的实际需要，具有实用性的目的；后者主要着眼于满足人们心理、精神和社会的观赏需要，具有艺术性的目的。例如，通过灯光来强调聚谈中心和就餐中心，也可以采用较强的局部照明形成个人的“领域”。

建筑照明灯具多种多样，如吊灯、壁灯、吸顶灯、台灯、落地灯、格栅灯等，为建筑师的艺术构思和灵感的发挥提供了驰骋的天地（图1.17）。

③光环境的舒适性。为提高光环境的舒适性，在建筑设计中应减少大面积开窗，或采用特殊的玻璃，或采用多层窗帘，以及灯具的保护角，来减弱或消除眩光的危害，见表1.4。另外，还应注意限制光源亮度，合理分布光源，以取得合适的亮度和照度，如在电影院设计中，常采用低照度的方法，以便观众能很好地适应。在大型超市要有足够的采光和照明设计，以有利于顾客购买商品。

（3）听觉机能对建筑环境设计的要求　噪声不仅会对语言信息的传播和工作产生影响，而且还会对人体产生危害。因此，在进行建筑声学设计时，首先要控制噪声，然后再进一步考虑室内音质。建筑设计时要求动、静分区，需要安静环境的功能用房还要求远离室外噪声源。

声源的方向性使听觉空间的设计受到一定限制。如果观众厅的座位面积过宽，则在靠近墙边一带的听众将得不到足够的声级，至少对高频率情况是这样。尤其是前几排，对声源所张的角度大，对边座的影响更大。因此，大的观众厅一般都不采用正方形排座（图1.18）。

设计时可利用双耳听闻效应的特性，将舞台上的扩声器放在台口上方而不是舞台平面的左右两角；对于电影，扩声器放在屏幕的上方1/3处，以便使观众的视听方位感一致。由于传声器的录音与单耳听闻相似，传声器的录音却没有耳廓效应和搜索声源的便利，因此，录音室、电话会议室、播音室等处的声学设计要格外严格才能达到预期目的。

减少噪声的措施是多方面的，在建筑声学设计时，要避免有用信号声音的相互掩蔽；在大型商场里，用音响系统的声音来掩蔽场内顾客的喧闹嘈杂声；或将临街建筑转售给服务行业使用；通过合理规划、合理绿化，尤其是乔木、灌木和花草的合理配置，选择恰当的建筑造型和沿街墙体材料等，采用综合处理的方法加以解决，见表1.5和表1.6。