人因工程学视角下的高校科研建筑公共空间设计策略研究

人因工程学是研究正确处理人、机器、环境三者的系统关系，使产品设计和使用环境设计符合人的身心需求的交叉学科。 [10] 目前，其适用范围不仅包括工业领域，还涉及以人为主要服务对象的建筑设计领域。作为一门以人体科学、环境科学与工程科学等多学科的科学原理和方法为基础的综合性交叉学科，人因工程学在环境与人的交互作用的研究方面与建筑学有诸多相近之处。 [11]

与一般人因工程研究视角不同，建筑作为“环境”要素在人因系统中发挥效用。但实际上，建筑本身也是由人设计和建造的产品，其空间兼具机器与环境的双重属性。而建筑不应仅被理解为由砖瓦围合而成的空间，还应包括其中的家具设施、空间氛围等。 [12] 因此，在探讨建筑设计中的人因工程学时，“人”指建筑的使用者；“机器”泛指空间环境中一切可与人交互、产生关联的空间设施，包括但不限于家具、设施，乃至空间整体；“环境”指人的工作、生活场所中的物理环境，以及社会、文化等各类客观环境因素（图2）。

2 建筑设计人因工程学三要素关系

空间设计功能合理、环境舒适的基础在于充分考虑使用者的活动特征与身心需求，即人因系统要素中的人因素。

科研建筑的主要使用群体为成年人，但年龄构成丰富。为满足使用者的客观生理需求，以成年人体尺度为模板来量化设计建筑内的设施，并设置空间尺度，是保障使用者的健康安全、保证空间满足使用需求的基础。

人们在讨论使用者的主观心理需求时，离不开马斯洛需求层次理论，即除了满足生理需求外，还需考虑安全、社交、尊重和自我实现等需求。 [13] 其中，科研实验工作的安全受到办公工作与实验过程中存在的工作疲劳现象的威胁，如长期注视屏幕导致视觉疲劳，久坐导致肌疲劳，特殊实验中机器产生过高的噪声引起遮蔽现象与听觉疲劳，科研压力与重复动作导致心理疲劳，等等。 [14] 这些疲劳现象降低了人的工作效率和人因可靠性，危及人体健康，需要通过丰富的休憩活动来舒缓。尊重和自我实现的基础是充分满足使用者的活动需求。高校科研建筑的主要使用群体为科研工作者、学生与外来人员。其中，科研工作者与学生的活动内容主要为实验研究、会议讨论及教学活动。除了实验教学空间外，使用者同样可以在公共空间进行非正式交流和学习活动。因此，在公共空间中提供开放的交流场所，将为非正式学习的产生提供契机，对促进学科交叉融合、实现三全育人产生积极作用。外来人员群体包括外来研究者、企业合作者等，人员成分复杂、活动时间短、目的性强，是科研建筑展示整体形象的重要对象，他们需要具有学科特色的多样化展示空间。基于上述使用者心理需求设置完备的空间功能，有利于创造舒适的公共空间并提升科研工作效率。

勒·柯布西耶曾言：“房屋是居住的机器。” [15] 人因工程学思想在建筑设计上的应用是对机器美学的传承与发扬。高校科研建筑作为一种人造产品，其“机器”要素体现为建筑空间设计应具备逻辑性、高效性与功能性，即在充分考虑人因系统中的各项因素的前提下，通过设计，使建筑公共空间具备高效、简洁的组织形态，多元、复合的功能与设施，以及智能、多变的人机交互界面。

科研建筑公共空间组织的简洁感、秩序感集中体现在其交通功能组织方面，特别是在集约化的大型科研建筑大行其道的当下，高效、简洁意味着建筑要采用紧凑、有序的组织形式，保证高效利用资源，使各个组成部分之间简便易达。较高的可达性可以增加使用者与公共空间的交互频次，加强使用深度，提升空间活力并加深使用者对空间的熟悉程度，强化空间对人的吸引力与人在空间中的参与度。

多元而复合的功能与设施设置不仅是在有限的公共空间内容纳丰富多样活动的必然选择，还有利于丰富空间层次，促进具有不同活动需求的人群进行交流沟通，规避公共空间出现忙闲不均的使用情况。

人机交互界面指人和机器在为了完成任务而进行的通信和对话过程中所通过的交换通道。 [16] 在公共空间中，人机交互的界面实质上不是建筑本身，而是可进行个性化营造的空间、可变动的家具、设备等。在智能化与物联网科技飞速发展的今天，信息化应用系统与智能化信息集成系统等拓展建筑使用功能的智能系统，同样属于人与建筑交互的界面范畴。智能多变的人机交互界面有助于拓展建筑的使用边界，增强使用者的参与感与满足感。对于高校学生而言，接触智能化、信息化的科技成果能够激发创新动力。

建筑设计中的人因系统除了关注人因素对产品设计与使用环境的影响外，还关注人、机、环境三者之间的关联性。提供健康、舒适的活动机会和具有归属感的社会文化体系是人对环境的基本需要 [17] ，对应到高校科研建筑公共空间的环境因素中，则体现为建筑本身所处的物理环境、空间氛围与人文环境三个方面。

人所感知的物理环境包括基础的声环境、光环境、热湿环境等，是保证科研工作环境安全、舒适的关键。对于科研建筑而言，设计还应特别注意高温、粉尘、噪声等特殊环境的实验区对公共活动空间的影响。

空间氛围的情境营造受使用者的环境知觉的影响。环境知觉指感官受到环境的不同刺激后，结合过去经验，反映在人脑中的整体环境印象。环境知觉受人的认知容量、环境预期与情感的影响，人脑会对其做简化或完形。同时，使用者倾向于依据个人经验选择性地注意环境，并再度强化符合预期的信息。对活动空间而言，设计可以通过增加预期以外的信息要素引起使用者的兴趣，从而提升使用者的空间体验。

环境的正面情感与归属感有助于提升使用者的注意力及其对环境的认同感。高校科研建筑延续高校文脉，体现人文精神，有利于增强高校师生的归属感与认同感，进而提升师生对空间环境的评价。

1）量化控制空间尺度。在公共空间尺度设计中，设计师需考虑不同的使用场景，以人的身体尺度与活动特征为基础，综合考虑家具和设备所占的空间、人体活动空间，以及人的心理空间的尺度影响。瑞典卡罗林斯卡医学院Biomedicum实验楼充分考虑人的使用场景，将较为私密的一对一讨论单元设置于高层科研办公区内宽约2 m、长约7 m的三角形走廊外凸空间，家具和设施保证人在使用时的距离为0.7～4 m，此时空间具有强烈的围合感，人与人交流具有亲密感（图3）。咖啡厅设置于长、宽约为20 m的八层中庭，分散设置适合单人、双人、多人的座椅设施，空间的宽高比约为1:1，此时空间具有向心性与凝聚力，便于使用者感受中庭空间的全貌，符合人们在咖啡厅的使用需求。

3  卡罗林斯卡医学院Biomedicum实验楼中庭空间

2）配置完备的空间功能。人的活动所产生的效用往往是多样的。根据活动属性与心理需求，休憩活动大致可分为营养摄取、社交、娱乐认知和放松四类活动。 [18] 营养摄取与放松活动在缓解疲劳的同时，可提升空间活力，聚集人群，为发生跨学科交流活动提供契机。非正式学习交流活动作为社交活动的一种，能够促进学科交流，同时具备缓解消极情绪、提升积极情绪的效用。展示空间作为娱乐认知活动的部分空间，能够使人补充身心资源，提升工作表现。 [19] 工作区域设置多样活动空间，有助于缓解科研工作给人们带来的疲劳感与消极情绪，提升空间活力，促进人们的非正式交流，最终提升人们的工作效能。香港科技大学广州校区红鸟创客空间结合不同小组的活动模式，在教学办公与实验空间中植入展示、休息、阅读、健身、录音、公共厨房等功能模块，既丰富了使用者的空间体验，又能激发使用者的创造力（图4、图5）。

1）构建紧凑的空间组织。构建紧凑的空间组织形式需要提升公共空间各节点的可达性，避免出现过长的线性交通空间。例如：加强空间的序列感与层次感有助于加强空间的引导作用；根据公共性与交往性分配功能，可提升使用者的空间体验。西雅图艾伦研究所的空间组织形式是围绕中庭形成的集中式布局，它将不同尺度、不同层级的非正式学习空间围绕科研办公空间布置，从而最大限度地拓展交流机会，消除不同区域之间的界限（图6）。

       

6  西雅图艾伦研究所标准层平面图

2）建立多义的复合空间。功能复合化的公共空间将多种不同类型的功能置于同一个时空内，以提高功能的混合性，提升空间利用率和空间活力。功能复合可采取两种方式：一是通过设置各类家具，将不同功能进行复合，如将休息座椅、投影设备组合布置在竖向交通空间附近，做到社交、娱乐、通行三种活动的复合；二是设置多时段共享空间，将不同时间发生的活动安排在同一空间内，通过可变化的家具设施，使空间具备多义性 [20] ，如将具有较强阵发性活动的餐饮区与演讲区组合至同一空间，并根据需求设置可灵活更改的桌椅设施，使其在不同使用场景能根据使用状况进行调整。

3）增强可交互的空间界面。人与空间的交互作用可通过信息交互、真实空间交互与虚拟空间交互三种途径实现。信息交互可以是使用者根据智能系统实时掌握和改变空间状态信息的一种交互，如改变使用状态、物理环境等；也可以是建筑通过可调控的灯光向人反映情感或场景信息，与人产生的一种交互。 [21] 真实空间交互是指根据使用者意愿改变空间的一种交互，如利用活动隔挡对空间进行分割；利用玻璃或白板覆盖墙壁，将其作为师生讨论、研究时可随手书写板书或布置临时展览的场所等。虚拟空间交互是指通过增强现实（AR）、虚拟现实（VR）等技术融合现实与虚拟场景的一种交互，如红鸟创客空间的元宇宙教室，通过虚拟现实技术捕捉学生动作，实现与香港主校区同步教学。

3.3 舒适、和谐的建筑环境塑造策略

1）营造舒适的物理环境。由于科研建筑的特殊性，可能产生粉尘、废气、噪声等特殊实验区附近的公共空间节点应充分应对相应实验条件的影响，如适当远离特殊实验区，在公共空间节点加强排风，采取降噪处理手法等，营造健康、安全、舒适的高校科研建筑公共空间。同时，可通过被动式建筑设计方式适量引入自然通风与光照，增加室外活动平台，以避免使用者产生病态建筑综合症，实现绿色节能。

2）营造差异化的环境氛围。为了提升公共空间吸引力，增加使用者预期以外的信息要素，公共空间可通过与学习工作区不同的铺装、高差变化或不同的吊顶划分空间，利用标志性色彩点缀活化空间，强调公共空间环境与工作区环境的差异。为了增强空间的吸引力，设计可根据环境知觉的特点，利用可变的空间交互界面，对公共空间内的环境信息要素进行定期更换，保持使用者对公共空间环境的新鲜感。