旨在緩解工作人員疲勞的地鐵車站健康照明研究
——以重慶地鐵車站為例

王燕尼,楊春宇,段 然

(1.重慶大學建筑城規學院,重慶 400045； 2.重慶工商大學藝術學院，重慶 400067)

引言

城市軌道交通是城市重要的基礎設施，我國地鐵正處于高速發展中，截至2018年末，我國35個城市開通并運行185條城軌交通線路，其中地鐵長達4354 km，占城軌總線路的75.6%，城軌交通共投運車站3394座[1]。地鐵列車在全封閉的線路上運行，位于中心城區的線路基本設在地下隧道內，中心城區以外的線路一般設在高架橋或地面上[2]。由于地鐵本身的特性，地鐵車站大部分位于地下數米至數十米，國外有的深達上百米。以重慶為例，因為地形特殊，處于地下的地鐵車站占總數量的52%。表1為10個城市的軌道交通敷設線路方式及規模的匯總，其中重慶市地下線所占比例為58.5%，與實測地下地鐵車站所占比例大致相同。表中各城市地下線路所占比例基本在50%以上，根據數據可知，全國位于地下的地鐵車站數量較大，長期工作于地下的地鐵工作人員是一個龐大的群體。

表1 2018年各城市城軌交通運營線路規模統計匯總表Table 1 Statistical summary of the operation scale of urban rail transit lines in each city in 2018

數據來源:城市軌道交通2018年度統計和分析報告，中國城市軌道交通協會信息。

因深度等諸多原因，目前天然光還難以被廣泛應用，國內外地鐵車站大量采用人工照明，關注重點更多在節能方面，而相關標準規范也僅考慮了視覺方面的基本要求[3]。地鐵車站照明采用照度和照明功率密度(LPD)相結合的設計方法，可以適當的節約成本[4，5]。在滿足視覺功能要求的基礎上，舒適性、藝術性、人文特色等逐漸成為優化地鐵車站照明品質的設計思路。相關學者調研了新加坡、香港和南京的地鐵車站照明情況，各車站的人工照明在設計過程中不僅考慮到了照明技術、光的藝術特性，更將照明與建筑內部各要素的關系作為影響因素參考在照明設計方案中[6，7]。近些年，智能照明與智能控制在城市軌道交通照明中的應用成為新的趨勢，LED燈具于2008年開始逐步應用于地鐵人工照明[8]，深圳軌道交通運營場所將“LED+智能”照明系統應用到了實際中[9]。隨著我國新型城鎮化建設的不斷推進，城市軌道交通發展的勢頭越發強勁，智能化、信息化、數字化技術的應用推廣成為了我國軌道交通快速、健康、可持續發展的有力保證，為軌道交通快速和可持續發展提供了堅實的基礎[10]。

有研究表明，光在滿足人們視看功能的同時對人的生物節律具有重要影響。地鐵車站人工光環境與工作人員的健康密切相關，工作人員長時間工作于地下空間內，工作性質為周期性的日夜顛倒，環境特殊，責任重大，極易引起職業緊張，從而導致失眠、焦慮等狀況[11]。針對人體的機體和精神疲勞分析是目前醫學領域研究的熱門方向之一[12]，疲勞是在人的生理活動基礎上，產生物質變化、功能變化、效率變化及心理煩躁等狀態。產生疲勞時，生理機能逐漸衰退，主觀感覺疲乏無力，大腦反應遲鈍，動作不協調，會引起工作效率降低，并危及人的健康與安全。腦電波是檢測疲勞的最可靠指標之一，Küller等[13]在一個模擬辦公環境的實驗室中，分別在1 700 lx和450 lx照度水平下研究人的腦電節律，結果顯示高照度條件下，腦電圖的delta波較少，對中樞神經系統具有警示作用。Van Bommel等[14]在廣泛文獻研究的基礎上計算了由于改善照明而導致的總生產率提高，結果顯示照度水平從300 lx提高到500 lx，工作效率提高8%；照度水平從300 lx提高到2 000 lx，工作效率提高20%[14]。

天然光對人體身心健康非常重要，工作人員長期工作于地下缺乏天然光，生物節律受到一定的影響。建立滿足視覺需求、符合人體生物節律的地鐵車站光環境對工作人員身體健康更有利，如何減輕缺乏天然光照對工作人員的生理影響，緩解工作人員在工作期間的疲勞，應成為地下地鐵車站人工光環境的一項重要研究內容。

2 重慶地鐵車站光環境現狀

為了對重慶市地鐵車站照明情況有基本掌握，對地鐵工作人員工作行為模式有深入的了解，我們依據《照明測量方法》(GB/T 5700—2008)，結合相關研究理論與研究方法，對重慶市部分地下地鐵車站進行了實地測量與問卷調研，并邀請10位地鐵工作人員參與相關光照實驗。

根據車站位置、車站性質以及線路分布，我們選取2018年4月前開通運行的21個地下地鐵車站進行調研，其中包括普通站、換乘站、終點站。使用CL-500A分光輻射照度計，對每個車站的安檢、售票、站臺與站廳共計84處工作場所進行照度、色溫的測量，分析目前重慶市地鐵車站人工光環境的質量，總結地鐵車站人工光環境的特征，如圖1所示。

圖1 重慶市部分地鐵車站光環境現狀Fig.1 The lighting environment of some subway stations in Chongqing

結果顯示，目前重慶市地鐵車站人工光環境仍以熒光燈為主。安檢處的照明較暗，頂棚的光源不能很好的照亮安檢處的工作區域，缺乏相應的局部照明；售票處位于小崗亭內，售票亭內會加入一定的局部照明，但因崗亭玻璃對外部光源的部分遮擋，照度較低，票亭內的照度不能滿足國家標準要求；站臺處的人工照明主要針對乘客上下車區域，照度較高；站廳面積較大，燈具布置方式各異，個別車站會在此基礎上適當做出一定造型營造視覺上的美觀效果。

圖2 地鐵車站各工作場所實測照度值符合標準的百分比Fig.2 Percentage of the measured illuminance value in each workplace of the subway station meeting the standard

我國標準規定，城市軌道交通各類場所正常照明的標準值(部分)為150～300 lx。測量結果顯示(圖2)，地鐵車站中51.2%的工作場所照度值不能滿足國家標準要求。在所測的21個地鐵車站中，售票處符合標準照度值的百分比最低，僅5%左右；站臺工作場所符合標準照度值的百分比最高，高達95%；安檢處和站廳在半數左右。雖然規范中對站廳和站臺的要求照度值比安檢和售票低，但實測數據相反，站臺和站廳實測比安檢和售票高。與安檢處和售票處的工作人員數目相比，站臺和站廳的工作巡邏人員較少，可以看出重慶市地鐵車站照明更側重針對乘客較多區域的人工照明。

圖3 地鐵車站各工作場所實測色溫值符合標準的百分比Fig.3 Percentage of measured color temperature values in each workplace of subway station that meet the standard

國家標準規定地鐵車站的站臺、站廳等場所的照明光源色溫應在3 300～5 300 K范圍內。圖3為地鐵車站各工作場所實測色溫值分布情況，數據顯示所有工作場所的色溫值均在3 500 K以上，主要分布在4 000～5 000 K。所調研的車站中，同一車站的不同工作場所間差值在0～500 K范圍內的車站占61.9%，差值在1 000 K以下的車站高達80.9%，色溫值跨度最大的是站臺處，安檢、售票及站廳色溫值的跨度大致相同。

3 光照實驗

3.1 實驗環境

實驗地點為“重慶大學綠色與健康照明實驗室”，考慮人眼視覺功效，結合實地測量結果，確定了不同的光照模式。工作室目前已對近250人做了300 lx、500 lx、1 000 lx、1 500 lx、2 000 lx與3 000 lx照度及相關的實驗，實驗對象為正常成年人，身體健康，生活作息規律，未同時參加其它的臨床實驗。

由于時間與邀請地鐵工作人員等條件的限制，本次光照實驗只對10名地鐵工作人員進行了高照度的實驗。他們分為2組，分別接受3 000 lx、4 000 K光照1 h與2 000 lx、4 000 K光照1.5 h的光照，其他照度水平有待進一步研究。實驗環境如圖4所示。

圖4 地鐵工作人員組實驗環境Fig.4 Experimental environment for subway staff group

3.2 實驗對象

地鐵車站的工作人員主要有安檢員、售票員、站臺與站廳的巡邏員。工作人員工作時間是周期性的，工作時間較長且長時間熬夜，地鐵的運營時間雖然在不同城市或線路有所差異，但基本是在5：30—22：30之間，工作期間缺乏天然光照。

參與問卷調研的重慶市地鐵車站工作人員中76%的年齡分布在20～30歲之間，本次光照實驗所邀請的地鐵工作人員年齡在20～30歲之間的比例為80%，與曾做過實驗的樣本人群年齡分布情況近似，可以降低因年齡差異對實驗數據帶來的影響。

采用疲勞量表-14(fatigue scale-14, FS-14)對所邀請來參加光照實驗的地鐵工作人員進行疲勞評測，每位地鐵工作人員在參加光照實驗前進行量表的填寫，可以反映每位工作人員日常狀態下的疲勞狀況。疲勞量表內容簡短，操作簡便，容易掌握，經過了一定的檢驗與實際應用，具有可信度與有效性。

10位工作人員的測評結果見表2，FS-14疲勞量表分為軀體疲勞和腦力疲勞，軀體疲勞最高分值8分，腦力疲勞最高分值6分，總分14分。結果顯示，工作人員普遍呈疲勞狀態，70%的工作人員總分得分在7分及以上。

表2 地鐵工作人員FS-14疲勞量表得分Table 2 Metro staff scored on the fs-14 fatigue scale

數據來源:問卷整理。

4 生理信號及工作效率分析

對地鐵工作人員在工作期間產生疲勞情況，主要從生理變化和工作效率兩個方面研究不同光環境對被試人員的影響。腦電是反映疲勞狀態最直接的生理信號，選取腦電波的頻帶能量比例值作為生理評價指標，采用MP150型16導生理信號儀進行采集、記錄和分析數據。工作效率選取腦力工作能力指數(IMC)作為評價指標，通過劑量作業法測量和分析，量表采用朗道爾環圖形核對表和數字校對表，以兩者均值作為被試的腦力工作能力指數。

4.1 腦電信號

在疲勞的所有監測評估方法中，腦電圖是最客觀、精確的方法之一，人體在不同的思維狀態、疲勞程度，腦電波功率譜及腦電圖波形都有明顯變化，被譽為監測疲勞的“金標準”[15]。對不同精神狀態下的腦電信號進行分析，四個主要波段的頻帶能量值比例值，Rα值越大，大腦越輕松，沒有疲勞感或者較輕；Rβ值越大，大腦皮層越興奮；θ波和δ波兩者之和R(δ+θ)值越大，困倦程度越強，腦疲勞越嚴重。

將10位工作人員編號為1～10號，1～5號參加3 000 lx、4 000 K光照組，6～10號參加2 000 lx、4 000 K光照組，將光照前后的腦電信號進行分析對比。實驗前后通過16導生理信號記錄儀測量腦電信號(圖5)，從中提取α波、β波、θ波和δ波這四種波段數值，進而計算相應的各波形頻帶能量比例值R作為腦疲勞評價指標，結果如圖6～圖8所示。

圖5 地鐵工作人員接收生理信號檢測Fig.5 Subway workers receive physiological signals for detection

圖6 地鐵工作人員Rα值光照前后變化Fig.6 Changes of Rα before and after illumination for subway staff

圖7 地鐵工作人員Rβ值光照前后變化Fig.7 Changes of Rβ before and after illumination for subway staff

圖8 地鐵工作人員R(θ+δ)值光照前后變化Fig.8 Changes of R(θ+δ) before and after illumination for subway staff

根據圖6～圖8數據顯示，在一定時間較高照度的照射下，50%工作人員Rα值上升，60%工作人員Rβ值上升，60%工作人員R(θ+δ)值下降。其中，1～5號工作人員的Rα值上升幅度較大，1～5號工作人員的Rβ值上升幅度較大，1～5號工作人員R(θ+δ)值下降幅度較大。總體而言，3 000 lx、4 000 K光環境下，較利于緩解地鐵工作人員的疲勞。

4.2 腦力工作能力指數(IMC)

光照實驗通過劑量作業法獲得被試的腦力工作能力指數來測評該光環境下被試人員的工作學習效率及疲勞狀態變化。將朗道爾環圖形核對表和數字校對表所得的腦力工作能力指數(IMC)作算術平均值，作為該光環境該時刻下被試的IMC結果。

圖9 地鐵工作人員IMC變化Fig.9 Changes of IMC for subway staff

圖9數據顯示，2 000 lx、4 000 K光照組的腦力工作能力指數在光照后呈上升變化的被試人員所占比例較大。

4.3 曾做過實驗的樣本人群與地鐵工作人員數據對比

將曾做過實驗的樣本人群腦電數據與本次地鐵工作人員組進行比較，數據顯示，曾做過實驗的樣本人群300 lx光照與2 000 lx光照比，后者Rα值與Rβ值上升明顯，R(θ+δ)值下降幅度較大，地鐵工作人員2 000 lx光照后，Rβ值上升明顯，R(θ+δ)值下降；曾做過實驗的樣本人群3 000 lx光照后，Rα值與Rβ值上升明顯，R(θ+δ)值下降幅度較大，地鐵工作人員3 000 lx光照后，Rα值與Rβ值上升明顯且幅度較大，R(θ+δ)值下降明顯且幅度較大，說明地鐵工作人員由于工作性質特殊，本身疲勞感較強。

總體而言，一定時間的光照后，高照度水平下曾做過實驗的樣本人群與本次地鐵工作人員腦疲勞度較輕。

5 結語

地鐵工作人員每天在地鐵車站的工作時間較長，缺乏天然光照，容易疲勞、情緒較差，給他們的生物節律與工作效率帶來一定的負面影響。通過疲勞量表測評，工作人員普遍處于疲勞狀態，且對自己工作場所的光環境不滿意，表明重慶市地鐵車站人工光環境質量有待提高。LED燈具正在逐步代替熒光燈進入地鐵車站的人工照明，本次實驗采用較高照度對工作人員進行一定時間的光照，結果顯示對地鐵工作人員身體健康有一定的有利影響。通過交談得知，被試工作人員對較高照度的光照實驗的光環境滿意度較高，感覺更舒適。當然，有關地鐵車站工作環境照明問題涉及內容多，本次邀請的10位地鐵工作人員進行的高照度實驗，結合曾做過實驗的成年樣本人群從300～3 000 lx的光照實驗，我們僅將300 lx與這次地鐵工作人員的高照度實驗進行了比較(其他照度值的比較有待下一步的工作)，發現一定時間光照后，高照度水平下曾做過實驗的樣本人群與地鐵工作人員腦疲勞度較輕。當然，由于邀請地鐵工作人員條件限制，還沒有對這類人群進行各照度級的實驗，樣本量也有待增加。本文中我們僅做了一個嘗試的工作，還有許多問題需要深入研究。

在缺乏天然光照的情況下，適當提高人工光環境照度，對工作人員緩解疲勞、提高工作效率等方面有益。但也存在著與國家標準照度值不符的矛盾，怎么解決有待進一步的科學研究，但改善地鐵車站人工光環境質量應當引起我們的重視。