0 引　言

邮轮是现代旅游行业的新兴产业，带来了新的旅游方式及理念^[1]。在邮轮上，用户的居住空间设计至关重要。随着科学技术的迅猛发展，智能环境设计逐渐出现在人们的生活中，其核心一点是让环境要素可以根据用户的不同需求自动或手动的做出相应的改变。但目前在陆地环境中的应用大多以技术应用为主，对人与环境的动态适应关系方面考虑不足。

邮轮用户多为中高端人群，调研发现，目前大多数邮轮居住空间的设计尚无法满足用户的个性化需求。根据邮轮居住环境特点和用户的具体需求，将智能环境控制技术和理论应用到邮轮居住空间设计中，可以给用户营造更加健康舒适的居住环境，从而创造更加理想的航程体验。

1 智能环境概述

智能环境设计实质上是利用电子技术、自动控制技术、传感器技术等使环境中的光、色彩、温湿度、设施等能根据用户的需求进行主动的调节，构建一个更加舒适健康的环境^[2]。空间布局进行智能化处理可以提升空间的利用率；光环境进行智能设计可以为用户提供不同的场景，营造多样的氛围；对温湿度环境进行智能化处理，可以为用户提供更贴心的健康保护。

邮轮用户的需求期望值较高，这对环境设计提出更高的要求，现有的智能环境控制技术已比较成熟，为在邮轮上实施智能化设计提供了技术保障。本文主要从环境智能化设计原则、人体生理指标与环境的动态适配规律、邮轮主要环境要素的智能控制方案出发并展开研究。

通过对智能环境相关文献资料进行归纳和总结，结合课题的研究，得出邮轮居住空间智能化设计的原则。

1.1 动态性原则

人体的生理指标和环境各要素之间处于动态变化中，并且相互影响。智能环境可以对空间布局进行合理的调整，使其可以满足不同的功能需求。对用户的体温、情绪、血压、心率等生理指标进行监测，进而改变光、色彩和温湿度等环境要素，对用户进行实时的动态保护。人与环境要素之间的交互也处于动态变化中，合理的交互可以增加用户在环境中的舒适度。

1.2 舒适性原则

舒适性是指人们对客观环境从生理与心理方面所感受到的满意程度。受各种因素及条件的影响，舒适性会因个体差异而呈现不同结果。邮轮用户追求更高的体验，所以对舒适性的要求更高。影响舒适性的因素有很多，如环境的温湿度、光的强度和色温以及色彩的搭配等，通过对这些要素的智能化控制，可以使环境最大限度满足人舒适性的需求。

1.3 系统性原则

系统性原则也称为整体性原则，它要求把人和环境视为一个有机整体，以系统整体目标的优化为准则，协调各分系统的相互关系。在智能环境设计中，应该把人和光环境、温湿度环境、色彩环境作为一个整体考虑，使其更加有效准确的给用户提供一个舒适健康的环境。

1.4 易用性原则

智能环境中的交互过程需要被用户有效的识别，所以其操作流程应该简单易懂。还需要考虑不同层次用户的特点和需求，不同层次用户对于科技的接受程度及学习程度都是不同的，所以应有针对性的进行设计。如针对老年人用户，就要设计简单明了的操作界面并加以语音提示。

1.5 可持续性原则

邮轮上各种资源高度密集，为了避免不必要的资源浪费，提供更为舒适和节能的生活环境，要使人、邮轮环境与自然环境的有机融合。可持续原则应该贯穿整个居住空间设计的生命周期，从规划设计到使用和维护，再到某些部件废弃后的循环再利用。

2 邮轮居住空间概述

邮轮的空间划分为三类：居住空间、公用空间和辅助空间。其中居住空间是乘客在船上的“家”，是乘客休闲和休息的重要地方，是游客享受邮轮生活的基础^[3]。居住空间以舱室单元的形式存在，内部的区域划分是由用户的行为活动决定的，根据用户的不同的行为需求，邮轮居住空间分为休息区间、娱乐区间、卫生区间和活动区间，其中活动区间贯穿整个居住区间，如图1所示。影响邮轮居住空间设计的因素有很多，如空间本身的有限和复杂，现有的理论方法不能有效的处理这些困难，所以应该将智能环境相关技术和理论融入到设计中来解决这些问题。

3 智能环境设计在邮轮居住空间中的设计研究

在周围环境变化时，人体的机能会呈现动态性变化，并具有一定的规律性。研究身体机能的规律性与环境的适配性，对邮轮智能化居住空间搭建有一定指导意义。

3.1 空间划分智能化

邮轮居住空间一般由甲板、舱壁、顶棚组成，在原有结构上难以改变其空间布局。可通过增加隔断、改变家具位置、使用智能家居产品和灯光区域划分等方式来改变空间布局。由于邮轮居住空间相对狭小，用户会产生压抑感和封闭感。合理的布局不仅可以增加空间的利用率，而且还能提高用户的舒适度。

邮轮上有很多结伴出行的用户，所以对居住空间设计时要考虑个人的隐秘性。休息区间与卫生区间之间可以使用智能调光玻璃隔断，如图2所示。对居住空间进行一体化处理，扩大整体空间的视觉感。智能调光玻璃是将新型液晶材料附着于玻璃、薄膜等基础材料上，运用电路和控制技术制成调光玻璃产品，用户可通过控制电流的通断与否调节玻璃的透明与不透明状态，进而保护用户的隐私。智能化产品的利用，可以提升空间的利用率，如图3中的智能床增加了可伸缩的床头柜，用户可以通过手机或者按键控制其位置，不使用时可以收入床体内部，既增加了空间的利用率，又满足了用户的使用需求。

3.2 光环境智能化

光环境作为居住空间主要的组成要素，合理的光环境设计不仅可以给用户提供科学的灯光照明，而且还可以满足用户不同场景下的需求。用户及不同区间的照明要求作为光环境设计的基本设计依据。在满足基本照明之后，为使光环境能够更好地为用户服务，可以采用智能化手段。表1为居住空间中各区间不同情境的照明要求。

卧室内部的灯光模式分为一般模式、阅读模式和睡眠模式。一般模式下照明水平在150 Lux，可以满足用户日常的基本照明需求。灯光采用暖色调可以营造安静的氛围，让用户身心放松；阅读模式采用灯光局域照明方式隔离出阅读区，即满足阅读的需求又节约了资源，照度和色温可以根据不同用户的阅读习惯进行智能的调节，如图4所示。

当人从亮处空间进入暗处空间时，在一段时间内看不清楚物体，人眼对光感进行一段调节后，才可以看清物体的这种适应过程称为暗适应，暗适应的过程大概需要30 min才可以完成。明适应一般是指当人从暗处空间进入明处空间时，明适应过程较快，大约1 min就能基本完成。虽然人的眼睛有明暗适应的特性，但是如果视域内光亮不断迅速发生变化，人的眼睛就不能很好地去适应，就会对人体视觉机能造成损害，在居住空间中应该避免这样的情况发生，图5为人眼的暗适应和明适应曲线。

褪黑素是由人类的松果体产生的一种胺类激素，能够使一种产生黑色素的细胞发亮，因而命名为褪黑素。褪黑素具有诱导睡眠的作用，被称为“生理性催眠剂”^[4]。正常人体褪黑素浓度从晚间8:00逐渐上升至凌晨3:00达到顶峰，此后又逐渐降低，上午7:00后又逐渐降低从晚间8:00逐渐上升至凌晨3:00达到顶峰，此后又逐渐降低，上午7:00以后呈低值^[5]，图6为褪黑素的昼夜节律曲线。

照明环境的色温对人体的昼夜节律有一定的影响，根据其影响的变化规律对睡眠模式的光环境进行设计。其主要依靠智能照明系统来实现，如图7所示。智能灯光控制包括前端、中端和后端。前端是指室内灯光强度、太阳光照强度、室内灯光色温、太阳色温的采集模块。色温采集的关键是正确稳定采集颜色值三刺激值，利用色度学公式推算成相应的色温值。本次设计采用TAOS公司的TCS3414CS颜色传感器，TCS3414CS是一种抗干扰能力强、灵敏度高、精度高的数字颜色光传感器，能够准确地测定环境光的色度，并且提供一个16位的数字信号输出。图8为TCS3414CS色温传感器采集数据原理。中端是通过蓝牙将前端的信息进行分析，以此来控制灯光色温的具体变化，并且通过信息终端进行实时显示数值变化^[6]。当前市场上供应有种类繁多的荧光灯，其色温大体为3 000～7 500 K，小于3 300 K为暖色温，3 300～5 300 K为中色温，5 300～7 500 K为冷色温。室内的光线分为灯光和太阳光两部分。入睡时采用暖光源、照度低于30 Lux的灯光设计，暖光灯有利于褪黑素的释放，促进人体的睡眠；起床时冷色调的灯光缓缓亮起，窗帘慢慢打开。冷光对人体分泌褪黑素的抑制作用较强，从而使得血液中褪黑素的含量降低，对人体进行“软唤醒”，室内灯光会根据窗外的光照强度进行智能调节逐渐达到照度为250 Lux，使用户在饱满的精神中醒来，如图9所示。

3.3 色彩环境智能化

居住空间色彩的合理搭配是保障居住者身心愉悦的重要条件之一。影响色彩合理搭配的因素有很多，如色彩本身的性质、地域文化的不同、季节的变化、居住者的身心特征以及室内外的关系等^[7]。在邮轮居住空间智能化色彩环境的设计上，首先考虑邮智能环境的动态性原则，使居住空间的色彩搭配具有可变性。

人们对室内环境整体色温的需求会随着季节的改变而改变，不同的色彩搭配对人的心理影响如表2所示。智能色彩环境系统可以对室内外的温度进行信号采集，通过温度系统服务器进行分析对比分析处理，处理后的数据传输到室内灯光控制系统，进而对室内灯光的色温进行调整。如图10所示。在温度较低的季节，室内光线智能调节为暖色系，使用户感到温暖；在温度较高的季节，室内光线调节为冷色系，使人产生凉爽的心理感受。如图11所示。

用户的情绪与空间的色彩密切相关，目前邮轮上装饰画的色彩固定，不能根据用户的需求进行改变，所以可以采用智能装饰画来修饰空间环境。图12为智能装饰画变化流程图。装饰画上安装情绪识别系统，现有的情绪识别技术分为3种：多生理信号情绪识别技术、面部表情识别技术、声音情绪识别技术^[7]。基于现有的识别技术和色彩搭配对情绪的影响对智能装饰画进行设计，控制系统分为手动型和智能型。手动型是指用户可以根据自己的喜好来改变装饰画的颜色。智能型中包括生理模式、语音模式和表情模式。生理模式中，用户可以佩戴智能手环对心电、脉搏波和皮肤静电等常见的生理信号进行采集和分析。由于多生理信号具有客观和不易掩饰的特点，其特征提取成本低、效率高，方式相对简单，识别准确率最高可达95%。在语音模式中，智能装饰画会对用户声音的响度、音调和音色进行收集分析，进而识别用户当前的情绪来改变装饰画的颜色。表情模式中，智能装饰画可以识别用户的6面部基本情绪（快乐、兴趣、厌恶、恐惧、悲伤和愤怒），目前对于数据集中动态图像的信息提取与筛选技术较为成熟，面部情绪识别技术在ImageNet数据集的识别率经过深度学习算法，已经提升到95.06。当检测到用户表情悲伤时，装饰画变成较高饱和度和明度的风景画来缓解用户的情绪，如图13所示。

3.4 温湿度环境智能化

人体对温湿度的适应性是在一定范围内，超过这个范围人体机能就会受到损伤^[8]。为了给用户提供更健康的旅行体验，在居住空间设计中融入智能化温湿度设计，根据用户对不同时间的温湿度需求进行智能调节，如下式：

$\begin{split}{\rm{ssd}} = (1.818t + 18.18)(0.88 + 0.002f) + \frac{{t - 32}}{{45 - t}}- \\ 3.2v + 18.2\text{。} \quad\quad\quad\quad\quad \end{split}$

(1)

其中：ssd为人体舒适度指数， $t$ 为平均气温， $f$ 为相对湿度， $v$ 为风速。

根据中国船级社《邮轮规范（2017）》中对乘客所处室内温湿度环境的基本要求，结合人体舒适指数规范，当指数处于59～70时，是最为合适的温湿度环境，那么人体舒适度指数方程变为下式：

$ 24.8 < 1.6t + 0.0036tf + 0.036f + \frac{{t - 32}}{{45 - t}} - 3.2v < 35.8 \text{。} $

(2)

为得到空气温湿度及流速对人体舒适指数的影响，进一步确定邮轮居住空间温湿度舒适度控制范围，由式（2）经控制变量法计算绘制图14。

由图14可知，在邮轮标准规范中，空气温度及流速一定的条件下，空气湿度与人体舒适指数成正比关系，影响并不大；在湿度及流速一定的条件下，空气温度与人体舒适指数呈正比关系；在温湿度一定的条件下，空气流速与人体舒适指数呈反比关系。在影响舒适度的3个条件中，其中空气温度对人体舒适指数的影响最大，湿度影响最小。

智能温湿环境主要依靠空调运行来实现，如图15所示。智能空调控制一般包括前端、中端、后端。前端是指室外温度、湿度、风速的采集模块，中端是通过蓝牙或者无线将前端采集的信息进行接收，并对温度、湿度、风速及综合指数进行分析，以此来控制空调的具体运行工作，并且通过信息显示终端进行实时显示。除此之外，智能空调控制还可以对人体体温昼夜规律进行识别，可以采用红外温度传感器，它的工作原理是在不直接接触待测物体的情况下，依靠红外线的辐射所产生电压获得温度值，进而把数值传到智能空调系统中处理分析，以此来对室内温度进行调节，实现室内温湿环境的智能化。

4 结　语

本文面向将邮轮居住空间的智能化设计，首先提出了智能环境设计原则，对人体相关生理指标变化规律及其与环境要素的动态改变间的关系进行了较深入研究。最后面向邮轮居住空间，针对每种要素的智能化机制，提出了切实可行的解决方案。可达到让环境要素根据用户的生理状态变化做出合理调整的目的，从而体现出环境之于人的智慧性、合理性和人文关怀性。本文研究结论可为将智能环境设计引入邮轮居住环境构建中提供一定的理论支持和依据。