VDT辦公室照明影響員工績效的研究動態

高立蕾，嚴永紅

(1.重慶大學建筑城規學院,重慶 400045；2.山地城鎮建設與新技術教育部重點實驗室,重慶 400045)

引言

照明包括天然采光和人工照明。照明數量和質量通過直接影響人的視敏度和對比靈敏度等視覺功能，影響人的視覺作業績效[1]。此外，照明還能產生非視覺效應，因此涉及情緒和認知功能的任務績效也可能會受光照環境影響[2]。改善光環境的質量可以提高工作效率[3-7]，具體影響效果因辦公室類型而異[8]。傳統辦公室以桌面作業為主，研究人員對其照明影響員工績效的具體效果已經進行了大量研究[9]。但是，無紙化辦公是未來的發展趨勢[10]。視覺顯示終端(Visual Display Terminal)在工作中的應用日漸普遍[11],依賴計算機執行的工作任務增多[12]，例如通過網頁閱讀信息、處理數據、寫報告和發送電子郵件等。

目前VDT作業已成為現代勞動中具有代表性的作業形式之一[13]。Vries等[14]認為，員工績效在VDT辦公室里受照明影響的反應可能比在傳統辦公室更顯著。近5年，關于VDT辦公室照明對工作人員的績效表現的影響研究已取得一定成果。因此，本文從照明影響VDT作業者績效的評估方法和影響效果兩方面述評已有成果，力圖推進該領域的研究進程，為現代VDT辦公室的照明設計實踐提供指導。

1 文獻檢索和篩選

以主題詞“照明(illumination)”、“視覺顯示終端(VDT)”和“績效(performance)”為基本條件，檢索Google Scholar、Web of Science和SAGE Journals等數據庫中2015年至2020年8月期間所發表的文獻，檢索到與主題緊密相關的文獻36篇，全部檢索詞見表1；在中國知網、萬方數據庫等以“照明/光環境”、“VDT”和“績效”進行主題檢索，共檢索到文獻5篇。國內外文獻總量為41篇，對所有通過篩選的文獻進行了研究方法和影響效果的分析，考慮到不同光源對人的績效影響有差異[15]，且發光二極管(Light Emitting Diode)燈是辦公室照明未來的發展趨勢，因此分析影響效果時剔除10篇以熒光燈作為實驗光源的文獻。結果表明VDT辦公室照明和員工績效之間具有顯著相關性，各項實驗研究的結果將分類詳細討論。

表1 在線數據庫中使用的英文檢索詞Table 1 Applied search terms for the literature search in the online databases

2 VDT作業者工作績效的評估方法

2.1 績效任務評估

VDT辦公室照明影響作業者績效的實驗研究中常見評估方法可分為三類，分別是客觀的、主觀的和生理的方法?？陀^評估方法大致可分為兩類，一是模擬真實VDT工作類，被試需執行從實際任務中拆分出的績效度量任務，典型的有文本輸入(英文[9,16-18]、波斯語[15])、閱讀理解測試[16,19]、戰略管理模擬評估[20]等。使用模擬工作方法時，模擬任務必須與真實VDT的辦公室工作相似。隨著信息時代的發展，VDT作業人員需要處理的工作任務日漸復雜化，簡單任務已無法充分衡量VDT腦力工作者的績效，Ishii等[21]開發了一個基于工作狀態轉換模型的新評估方法，通過假設VDT腦力工作者在執行高難度認知任務時，會在工作、短期休息和長期休息狀態之間來回切換，利用注意力集中狀態在總任務執行時間中所占比率(concentration time ratio，CTR)衡量腦力工作表現。具體任務是收據分類，要求被試根據日期、交易類型、和金額將收據分為27類之一。被試通過按下顯示屏上的27個按鈕來記錄分類結果，對每張收據的反應時間以每次按下按鈕間的時間間隔來衡量，時間記錄在計算機后臺程序中，CTR最終等于集中狀態下的平均回答時間與任務數量的乘積除以總任務時間。

圖1 工作狀態轉換模型(圖片來源：文獻[21])Fig.1 The work state transition model[21]

圖2 分類收據(左)和輸入結果的界面(右)(圖片來源：文獻[21])Fig.2 Receipts classified by participants (left) and the interface to be used to input the classified results (right) [21]

二是診斷測試類，通過軟件測試程序衡量被試某方面的能力，推斷其在使用該能力的工作類型下的績效情況。這些測試由簡單的原始任務組成，比較常用的是空間可視化能力(心理旋轉測試[22，23]、繪制截面圖[24]、心理切割測試[24])、任務轉換能力[22,25，26]、發散與收斂思維[14,27]、持續注意力(舒爾特網格[9]、go/no-go 任務[15,22,28-30]、精神運動警戒任務[28,31，32]、Eriksen flanker task[28]、持續表現測試[29]、麥克沃斯時鐘警惕任務[23,33，34]、Stroop任務[14,26,32-36]、信號檢測[37])、工作記憶(單詞記憶[15,35]、N-back測試[29-32]、運算廣度測試[26])、和視覺績效類測試(FrACT軟件[1,9,14]、目標可見度[10]、視覺搜索[2,33，34,37])，例如Petros J. Katsioloudis等[24]為測試工程師的空間可視化能力，在不同光環境下展示3D立體模型，要求被試選擇出正確的橫截面。

2.2 生理數據評估

生理學方法通過心電圖[9]、淚膜結晶質量[2]和腦電圖等[38]生理指標，反映工作人員的疲勞程度。此方法假設生理信號與神經系統活動存在某種關系，當被試長時間工作時，他們會變得疲勞，進而導致神經-行為測試結果變差。例如，腦電圖β波和活躍的精神活動現象有關，Zhang等[38]通過感覺運動節律(SMR)波、α波和β波的功率比來分析被試者的注意力狀態，即(SMR+Middle Beta)/Theta。雖然這種方法可以得到客觀生理數據，但是必須準備心率監測器等設備，這可能會限制被試的活動。除照明外，其他因素也可能對被試者的生理反應產生影響，因此使用該方法時需要一個穩定和控制良好的實驗環境，保證獲得數據的可靠性。

2.3 主觀評估

自我評估方法主要是通過問卷和訪談[38]收集與工作績效相關的信息，常用的問卷評估工具為工作效率主觀評價問卷[2,14,16,33，34]、卡羅林斯卡嗜睡量表[14，15,23,31-34,39]和斯坦福嗜睡量表[29]，結果可以進行定量和定性分析，但是自我評估法易受被試心理因素影響，Clausen的實驗表明[40]被試自我評估工作績效的提高量比實際情況要大得多，因此實驗過程中應避免被試注意到實驗目的。所有評價方法都有各自優缺點，建議開展實驗時將生理與主客觀方法結合使用。對于不同的任務類型，適宜的照明條件可能存在差異，因此需要進行分類詳細調查，以便為有不同工作任務的員工提供舒適的照明環境。

3 天然采光影響VDT作業者績效的實驗研究

在建筑光學與生物醫學領域，健康照明還包括天然光對被試作用與影響的研究[41]。調查表明，60%～85%的辦公室工作人員偏好天然光作為照明來源[42]。Boubekri等[43]通過對比在無窗和天然光充足的環境中工作人員的健康狀況，也建議辦公建筑設計應注重使用天然采光。同時，天然采光對辦公室員工的績效也有影響[44]，當工作場所的天然光與人工照明有效結合時，工作人員的績效能提高約5%～15%[42]。近5年，具體的實驗研究集中在兩方面，即采光口和遮陽設施對VDT作業者績效的影響。

3.1 采光口影響VDT作業者績效的實驗研究

天然光是最重要和最受員工歡迎的照明光源[34]，其透過采光口進入室內，為VDT作業者提供晝間照明。工作空間布局對采光口設計有重要影響，工作人員離采光口太近會導致眩光[45]和夏熱冬冷的問題[46]。采光口與周圍墻面形成強烈的亮度對比，成為大面積眩光源，也會潛在增加作業人員視疲勞和頭痛風險[47]。之前的研究已充分證實不舒適眩光會影響VDT作業者的視覺績效[19]。最近RG Rodriguez等[35]進一步研究了采光口形成的大面積眩光源對VDT作業者注意力和工作記憶的影響，32名被試(男=7，女=25)在模擬VDT辦公室的兩種眩光環境下(陽光直射和漫射在工作平面)進行Stroop任務和記憶測試，結果顯示績效存在差異。這證明，采光口成為眩光源確實嚴重危害員工的VDT任務績效，因此對于工作要求高的VDT辦公室，將不舒適眩光降至最低是采光設計的必須要求。

采光口還為VDT辦公室員工提供了觀景視野,在工作場所提供適宜的觀景視野對于工作人員的績效、舒適和幸福感非常重要[46]。Ko等[27]的一項有 86名VDT作業者(男女各半)參與的劍橋腦科學績效實驗表明，辦公室有觀景窗口和無窗條件顯著影響員工的工作記憶和注意力，在有窗條件下被試的工作記憶測試分數比無窗條件下高6%(P< 0.01)，注意力測試分數高5%(P=0.03)。實驗中被試僅通過窗戶與自然產生視覺聯系，但工作記憶和注意力的改善結果與實際接觸自然環境[48]后效果一致。Kong等[45]的調查表明為員工提供辦公室開放式布局和采光口適宜的觀景視野能提高其對眩光的耐受性。由此可見，能兼顧觀景視野和最大程度改善采光口眩光的遮陽設施對于VDT作業者的績效提高非常重要。

3.2 遮陽設施影響VDT作業者績效的實驗研究

百葉窗是辦公室最常使用的遮陽設施，F Leccese等[33]在一項實驗中測量了兩種不同場景(百葉窗遮陽環境和無遮陽環境)下VDT作業者的工作績效，其中被試完成了基于計算機的持續注意力、字母搜索和警惕性測試任務。每次實驗持續約30 min，共有26名被試參與(男=17，女=9)。比較使用百葉窗遮陽系統和無遮陽場景的結果顯示，在持續注意力測試中被試的成績有顯著差異，使用百葉窗提高了被試在Stroop任務中的表現。在M Oner等[34]的研究中也得到了類似發現，其還將眨眼率和閉眼百分比與持續注意力測試中的反應時間關聯分析，數據表明具有顯著相關性，后續研究可將此用作VDT作業者持續注意力的客觀生理指標。

除了百葉窗外，電致變色玻璃技術的出現，釋放出積極影響VDT作業者績效和健康的巨大潛力[49]。電致變色玻璃通過將薄涂層從透明變為有色，動態控制天然光以減輕眩光[50]，其還可有效過濾有益藍光，這為調控員工的晝夜節律提供了可能性。Boubekri等[20]對比了30名VDT作業者(男=19，女=11)在裝有電致變色玻璃和傳統百葉窗的辦公室環境中的認知能力和睡眠差異，發現被試在裝有電致變色玻璃條件下工作一周后，代表綜合績效的戰略管理模擬得分提高了42%，睡眠時間也平均延長了37 min。該技術似乎通過影響晝夜節律改善了VDT辦公室員工的綜合績效和睡眠質量。此外Choi等[51]的一項耗時一年的調查顯示，電致變色玻璃技術的動態特性增強了VDT作業者對環境的感知，與使用百葉窗的辦公室相比，員工的工作效率、注意力和警覺性分別提高了21.7%、12.7%和29.4%。

同時，在一項有10名VDT辦公室職員(男=3，女=7)參加的實驗中，Jamrozik等[26]對比了工作人員分別在全遮光窗簾、網格遮光窗簾和動態變色玻璃遮陽場景下工作2周的運算廣度、Stroop任務和幅度/奇偶測試成績，結果顯示在網格遮光窗簾和動態變色玻璃遮陽場景下VDT作業者的工作記憶和注意力均有所改善。這些結論表明了使用電致變色玻璃對VDT作業績效的有益影響。不局限于該遮陽設施，建筑師在設計、建造和翻新VDT辦公樓時，應因地制宜地設計采光口和選擇遮陽設施類型，有效利用天然光和景觀視野。

4 人工照明影響VDT作業者績效的實驗研究

VDT作業者的績效受多種環境因素影響，其中光環境是最重要的因素之一[52]，光照會顯著影響辦公室員工的晝夜生理節律[53，54]。與普通辦公室員工相比，VDT作業者接觸人工光的時間更多。因此，創造良好的人工照明環境對VDT作業者提高工作績效非常重要[7]。使用LED燈具進行照明是VDT辦公室的發展趨勢，LED燈具壽命長和色溫可調等特性也使實驗光參數更易精確控制[55]。先前的研究顯示人工照明似乎對不同類的工作任務有不同影響效果[56，57]。近5年研究人員主要關注各人工照明參數在晝間對不同類型VDT任務的影響效果, 包括照度、色溫、光譜組成和動態照明模式等方面，部分研究還探討了個體差異性。

4.1 人工照明對VDT作業者績效的有益影響

相關研究揭示了人工照明對VDT作業者績效的有益影響，如持續注意力[9,28，29]、復雜腦力任務[21]、視覺績效[10,52]和工作記憶[28，29]。照度和色溫作為人工光環境的重要屬性，兩者影響VDT作業者績效的交互作用被研究人員注意到。Taotao Ru等[28]人的一項研究對比了57名VDT作業者(男=19，女=38)在照度(100 lx/1 000 lx)與色溫(3 000 K/6 500 K)組合光環境下的精神運動警戒、go/no-go、Eriksen flanker和工作記憶任務績效，結果表明照度和色溫之間沒有顯著交互作用，VDT辦公室人工照明的色溫對持續注意力、抑制無關信息和工作記憶的影響程度小于照度。此外，Sithravel等[39]的研究顯示在不同的時間提供不同的照度水平可能會有效提高VDT辦公室員工的工作績效，這證明了探索動態照明模式的重要性。針對VDT辦公室的動態照明曲線，Seyyed AZ等[52]提出在電站控制室等需要輪班的VDT作業場所，應在每個輪班的末期時段增加桌面照度水平，以防止因嗜睡[58]和疲勞[59，60]出現錯誤和意外事故。M.B.C. Aries等[23]則建議不能直接將實驗室環境得出的動態照明曲線應用到真實辦公環境，其對比了模擬實驗室和真實辦公室中各20名被試在兩種動態照明模式下的空間可視化能力和注意力，如圖3所示，結果顯示真實辦公環境與實驗室所得結論不一致。

圖3 動態照明程序的示意圖(圖片來源：文獻[23])Fig.3 Schematic diagram of dynamic lighting program[23]

VDT辦公室最常用的照明方式為一般照明，H Ishii等[21]通過一項有24名VDT作業者(男女各半)參與的收據分類任務發現，保持水平桌面照度750 lx不變，在工作區域增加450～6 200 K高色溫局部照明而降低環境光照度至300 lx，既提升了員工復雜腦力任務集中時間的5個百分點又節約了41%能耗。這與Wang等[9]和Joines等[16]的實驗結論一致。

4.2 人工照明對VDT作業者績效的其它影響

除了有益影響，Cajochen等[31]的研究發現與LED光源相比，全光譜LED對VDT作業者的注意力和工作記憶沒有顯著的統計學改善，但是被試在全光譜LED下的視覺舒適度更好，早晚感覺更清醒和更快樂。Vries等人[14]的研究也顯示增加墻面亮度對VDT作業者的持續注意力、發散思維和收斂思維沒有顯著影響。Jung等[55]的實驗還顯示光環境不合理會對VDT作業者的績效產生破壞效應。與400 lx相比，被試(N=16)在1 000 lx照度水平下長期記憶能力受損，單詞片段記憶任務表現更差，記憶率由60.42%下降至52.68%(P=0.028)。

對于VDT作業者，還要注意視頻顯示終端的設置差異對績效的影響。Li等[37]建議黃光環境下使用VDT高亮度顯示黑色任務界面(0.45 cd/m2)，而白光下使用中等亮度顯示白色任務界面(52 cd/m2)。Kazemi等[29]和Yoshimura等[10]還調查了屏幕光譜對VDT作業者績效的影響，結果表明使用屏幕光譜過濾軟件減少短波藍光不會影響屏幕可見度[10]，對醫療急救中心的30名女性夜班VDT作業者的工作記憶、注意力和警覺性有改善作用[29]。

4.2 人工照明影響VDT作業者績效的個體差異性

相關研究[28]表明VDT作業者的工作績效受人工光環境的照度和相關色溫影響，其中部分學者注意到了個體差異性。Hartstein等[22]對比了分別在3 500 K和5 000 K的光環境下19名男性和21名女性VDT作業者的任務切換、注意力和空間可視化能力差異，發現在5 000 K的光照下女性的任務轉換反應時間減少了約10%，而男性減少了在注意力測試中的反應時間，這表明較高的相關色溫照明對VDT作業者績效的影響與性別有關。除了性別差異，張文力和嚴永紅[30]的研究表明VDT作業者的中醫體質顯著影響其對光環境的適應性和主觀偏好，在其調查的207例樣本中最典型的體質是平和質與陽虛質，32名VDT作業者(平和質與陽虛質各半)分別在固定(500 lx/4 000 K)和偏好光環境下完成N-back、go/no-go任務和KSS量表等測試，見表2，結果顯示平和質VDT作業者在偏好光環境下工作狀態更好，而陽虛質在固定光環境下更好，具有更佳的光環境耐受性與適應性。

表2 各被試組偏好光環境參數表(表格來源：文獻[30])Table 2 Preferred lighting environment data[30]

Smolders等[61]的研究還發現照度對辦公室員工績效的影響與實驗時間有交互作用，被試在早晨處于強光下，比在下午績效表現更好。Yang等[25]表示這可能受被試的睡眠類型影響，即被試主觀上對睡眠和清醒時間的偏好。59名被試在起床1.5 h和10.5 h后分別完成任務切換能力測試、精神運動警戒任務和卡羅林斯卡嗜睡量表，實驗數據表明夜貓型VDT作業者在1 200 lx/6 500 K下的任務切換速度更快，而晨鳥型VDT作業者在200 lx/6 500 K下更快，且1 200 lx的照度可以顯著提高兩種時間型VDT作業者實驗臨近結束時的主觀警覺性[25]。針對警覺性實驗時，Correa等[62]提示人工照明對警覺性的影響效果取決于個人實驗前的警覺狀態，被試基礎警覺性越高，富藍光環境刺激后警覺性提升越明顯。上述結果表明，在VDT辦公室照明系統的設計中，應考慮不同類型的個體差異。

5 討論與總結

照明顯著影響VDT作業者的工作績效，目前的研究表明這些影響取決于任務類型，其中部分類型還有性別和時間型差異，例如任務切換和注意力測試。照明參數和個體差異的交互作用對任務類型的影響程度還未得出系統性結論，仍需進一步研究。目前大多數實驗是在特定實驗室光環境中進行，但Aries等[23]的實驗顯示在真實辦公環境與實驗室所得結論不一致，這強調了將實驗室所得結果應用于實際工程前，進行實地研究的重要性。實驗持續時間在不同研究中差異較大[56]，這可能使績效結果受影響。因此，后續應開展長期實驗，得出長期研究結論。

適宜的天然采光比人工照明更有利于VDT作業者的晝夜節律，提高睡眠質量也有利于工作效率。各項研究表明辦公室的采光口易成為大面積眩光源干擾VDT作業者，適宜的遮陽設施設計是實現天然光有效利用的關鍵。此外采光口提供的景觀視野同樣重要，遮陽設施還應兼顧員工的觀景視野。動態照明是照明研究的新趨勢之一，天然采光和人工照明都在朝著動態化發展。VDT作業者主要在室內工作，晝夜節律和績效受照明影響大，探索動態照明模式對于VDT作業者非常重要。降低一般照明的照度，增加局部照明有利于員工的績效表現和節能[21]，這為個性化的動態照明模式發展提供了支持。但個體差異造成的影響，還未被充分研究，因此建議將VDT作業動態照明個性化曲線作為未來研究的重點?？傊琕DT辦公室照明對員工的績效有顯著影響，為了探索適宜的動態照明模式，還需要更多的研究。