恒定及動態VDT辦公光環境對比實驗研究

駱玉潔，嚴永紅

(1.重慶大學建筑城規學院，重慶 400030；2.中國城市規劃設計研究院深圳分院，廣東 深圳 518040；3.山地城鎮建設與新技術教育部重點實驗室，重慶 400045)

引言

近年來，VDT(Visual Display Terminal，視覺顯示終端)作業已成為最常見的辦公形式，其引發的視覺疲勞[1,2]、心理疲勞[3]及健康問題[4,5]不容小視。研究表明良好的辦公照明可對作業者產生積極影響[6]。Bordass等[7]、Roulet等[8]的研究表明作業者希望對工作環境獲得更多控制，并相信這種控制對其健康狀況及績效指標產生影響。Juslén等[9]的研究表明，與恒定光環境相比，作業者自主選擇的偏好光環境可降低其視疲勞累積度。高英明等[10]的研究表明通過協作調光實現辦公室個性照明的技術已相對成熟。本次研究通過實驗對具有適應性的恒定辦公光環境、非偏好動態辦公光環境及偏好動態光辦公光環境等三種類型的VDT作業光環境進行評價，以對未來的VDT辦公照明設計提供合理建議。

1 實驗概況

1.1 實驗目標

共享型辦公空間為當下使用人群最廣的辦公空間類型。新一代的信息技術、媒體企業及設計公司等的員工隊伍和管理團隊普遍年輕，以青年人為主，而該類企業也是目前對VDT作業依賴程度最高，電腦辦公工作強度最大的企業，為保證本次實驗具有較高的實際運用價值，故將針對共享型辦公空間具有適應性的青年VDT作業者LED辦公光環境作為研究對象。

現有的共享型辦公空間在實際使用中主要涉及三種類型的辦公光環境。第一類為滿足國家標準相關要求的恒定辦公光環境；第二類為具備統一調光和場景選擇的動態辦公光環境，該類辦公光環境往往只能滿足實際調光和進行場景選擇的作業者的個體偏好，實現單一個體的偏好動態光環境，而其他更多的作業者只能被動接受非偏好的動態光環境；第三類為引入臺燈輔助照明或啟用單工位獨立調光系統以實現更加個性化調節的辦公光環境，但由于共享型辦公空間缺乏實質性的物理隔斷，實際使用中各工位即便進行獨立調光，仍會出現鄰近工位光環境相互影響的問題。

本次研究通過預實驗確定了在現有國家標準要求下具有適應性的恒定辦公光環境，以進行進一步的實驗及數據分析。通過在同一辦公空間引入多工位協作調光，以在最大程度模擬第三類光環境下的個體偏好動態辦公光環境(即本次實驗中的偏好動態辦公光環境)，通過設置不參與調光的作業者，以模擬第二類光環境下的普遍存在被動接受光環境的作業者的辦公光環境(即本次實驗中的非偏好動態辦公光環境)。

最終，通過進行恒定光環境及協作調光光環境下的實驗，對這三種類型辦公光環境下的青年VDT作業者的作業效率、注意力、記憶力、對比敏感度、色覺、遠視力、近視力及自覺癥狀等進行測試及分析，以期對未來VDT辦公照明設計提供合理建議。

1.2 實驗設計

本次實驗選取66名年齡、學歷、身心健康狀況符合實驗要求的青年VDT作業者進行預實驗。并從中進一步篩選出7名各項測試、指標相對穩定性且有充足的時間熟悉各項測試軟件和設備的被試(3男4女)進行該實驗。7名被試年齡在20～26歲間，大學本科及以上學歷，身心健康，色覺正常，能在4 min內完成一次色覺測試，矯正視力達0.8及以上，在日常工作及學習過程中需長期進行VDT作業。實驗將7名被試分為A、B兩組，每組兩男兩女，其中選取各項測試、指標最為穩定的男性被試M1作為標準樣本，參與兩組實驗，通過對其的實驗數據分析以對實驗結論進行校正，以提升此次實驗結論的準確性。

根據《建筑照明設計標準》(GB 50034—2013)中的相關要求，高檔辦公室的水平照度應達到500 lx，色溫應在3 300～5 300 K的范圍內。已有的研究[11-15]表明適宜VDT作業的水平照度宜控制在500 lx左右，垂直照度宜控制在300 lx左右。雖然3 300～5 300 K均屬于中間色溫，但是3 300 K和5 300 K的色表特征已經顯示出讓普通青年VDT作業者可以明顯感知出的冷、暖差異，而高帥[16]、任東飛[17]的實驗表明該差異會反映出與之對應的明顯的個體偏好差異的出現。因此，本次實驗前實驗者對66名(男33人，女33人)青年被試進行了針對VDT作業的LED偏好光環境選擇實驗(本研究將作業面的水平照度控制在500 lx，垂直照度控制在 300 lx 恒定不變， 為保證被試可感知較為明顯的色標特征，將色溫范圍3 300～5 300 K劃分為3 300 K、3 800 K、4 300 K、4 800 K、5 300 K五個光環境以進行實驗研究)，研究表明水平照度500 lx，垂直照度300 lx，色溫3 800 K為現行規范下，針對青年VDT作業者最具有適應性的恒定辦公光環境[18]。本次實驗選用該數值作為具有適應性的恒定辦公光環境、調光的初始光環境及遠、近視力測試的光環境取值。

為更好地模擬實際辦公環境下的最不利條件，本次實驗在分組及座次安排上，以其在上述針對VDT作業的LED偏好光環境選擇實驗[18]中的光環境偏好為依據，盡可能保證同桌的男、女的偏好光環境有所差異，同組調光的兩男/兩女的偏好光環境也有所差異(分組情況如表1所示)。同桌的男、女在調光期間不可進行任何交流，完全依據當下調光者的喜好進行調光，另一方只能被動接受調光后的光環境。

表1 被試者的分組情況及座次安排

本次實驗在2016年12月進行，共計6天。本次實驗的每組被試需全程參與共三個全天的實驗，三天的實驗除男、女被試的調光順序及VDT辦公光環境的不同之外，其他實驗條件、測評內容及實驗步驟等完全一致。三天的實驗光環境分別為恒定光環境、女性被試的動態偏好光環境以及男性被試的動態偏好光環境。實驗時間盡可能與工作時間一致。上午實驗8∶45開始，12∶15結束，下午實驗14∶15開始，17∶45結束。每日實驗上午的實驗步驟與下午的實驗步驟完全一致。

1.3 實驗條件

本次實驗在重慶大學建筑城規學院5樓的建筑照明實驗室進行，實驗室的長、寬、高為7.2 m×6.6 m×3.6 m，室內配備專業的測量儀器。

實驗室內采用萬能角鋼搭建燈具安裝支架，燈具安裝于工作面正上方并進行有效的防眩處理，室內光環境均勻且柔和，具備良好的視覺舒適度。實驗過程中，燈具距地面高度控制在2.6 m保持不變，以模擬常見的辦公空間燈具安裝高度。

實驗室隔音效果良好，相關實驗及服務性設備均為靜音，整個實驗過程中無外界噪音干擾。實驗期間通過空調調節使實驗室各空間的溫、濕度均保持在舒適且恒定的同一數值上，以避免其他物理環境的刺激及改變對被試者的測試數據產生影響。

在本次實驗中，實驗室被遮光簾劃分為 A、B、C 三個空間(平面布置如圖1所示)。

圖1 實驗室空間劃分示意Fig.1 Illustration of laboratory space division

空間A主要用于被試者進行VDT作業及原位測評。實驗過程中通過拉上遮光布及合上木質推拉面板，營造出良好的全人工光光環境。通過電腦調光將該空間光環境的初始值設定為水平照度 500 lx，垂直照度 300 lx，色溫 3 800 K。該空間設有兩張工作面，每張工作面可供兩位被試者同時進行VDT作業，兩張工作桌面上分別設有一組手動調光設備，可實現對該工作面光環境2 700～7 000 K的色溫范圍的調節，5～2 500 lx的水平照度范圍的調節，位于同一開放空間的兩工作面的作業光環境會彼此有所影響。

空間 B 主要用于遠、近視力的測試及調光等候，實驗過程中通過拉上兩側遮光簾營造出光環境不變(水平照度 500 lx，垂直照度 300 lx，色溫3 800 K)的全人工光光環境。

空間 C 主要用于對比敏感度測試，實驗過程中實驗門緊閉，拉上遮光簾，使其處于無光的全黑環境。

為控制變量，本次實驗所用電腦為同品牌、同型號14寸的液晶顯示筆記本電腦。在實驗前，對其屏幕色彩、亮度及分辨率等進行了統一標定。

1.4 實驗步驟

三種光環境下的每個半天的具體實驗步驟如圖2～圖4所示。實驗當天被試需按時吃三餐，不可飲茶、酒、咖啡機運動型飲料，也不可抽煙。

圖2 恒定光環境下的實驗的流程圖(半天)Fig.2 The flow chart of experiments in constant light environment (half of the day)

圖3 女性被試者的動態偏好光環境下的實驗的流程圖(半天)Fig.3 The flow chart of the experiment in the dynamic preference light environment of female subjects (half of the day)

2 實驗結果分析

2.1 自覺癥狀評價的分析

實驗利用《自覺癥狀調查表》[14]對被試者在全天各時段的自覺癥狀評價進行調查。該調查表忠實于原文譯成中文后使用，由25項構成，各項按程度從“1.一點都沒有”至“5.非常有”分5個階段，被試者在相應的項目和其程度上劃圈，以此計算得分。在分析時，可將此25項分為5群分別分析[15]，該5群分別為“Ⅰ群 困倦感”、“Ⅱ群 不安定感”、“Ⅲ群 不快感”、“Ⅳ群 乏力感”、“Ⅴ群 模糊感”(詳見表2)。

表2 群別及其所含項[15]

實驗結果表明：在三種光環境下，被試者的 “Ⅳ群 乏力感”的評分普遍呈現出明顯的波動上升的趨勢，而其余四種群別自覺癥狀的評分均呈現出明顯的無統一規律的波動。

由實驗前后五種群別的自覺癥狀評分兩配對樣本Wilcoxon符號軼檢驗結果可知：

1)“困倦感”評分數據分析結果

在恒定光環境及偏好動態光環境下，實驗前后的“困倦感”評分分布無顯著差異；而在非偏好動態光環境下，實驗前后的“困倦感”評分分布有顯著差異(漸近顯著性(雙側)<0.05)，實驗后 “困倦感”的評分普遍高于實驗前的，說明在非偏好動態光環境下，被試者的“困倦感”普遍加重。在進一步比較其在三種光環境下的正軼及負軼的N值(詳見表3)后可知，就“困倦感”這一指標而言，恒定光環境略優于偏好動態光環境，偏好動態光環境明顯優于非偏好動態光環境。

表3 “困倦感”評分數據分析結果

2)“不安定感”評分數據分析結果

在非偏好動態光環境及偏好動態光環境下，實驗前后的“不安定感”評分分布無顯著差異；而在恒定光環境下，實驗前后的“不安定感”評分分布有顯著差異(漸近顯著性(雙側)<0.05)，實驗后 “不安定感”的評分普遍高于實驗前的，說明在恒定光環境下，被試者的“不安定感”普遍加重。在進一步比較其在三種光環境下的正軼及負軼的N值(詳見表4)后可知，就“不安定感”這一指標而言，偏好動態光環境略優于非偏好動態光環境，非偏好動態光環境明顯優于恒定光環境。

表4 “不安定感”評分數據分析結果

3)“不快感”評分數據分析結果

在非偏好動態光環境及偏好動態光環境下，實驗前后的“不快感”評分分布無顯著差異；而在恒定光環境下，實驗前后的“不快感”評分分布有顯著差異(漸近顯著性(雙側)<0.01)，實驗后 “不快感”的評分普遍高于實驗前的，說明在恒定光環境下，被試者的“不快感”普遍加重。在進一步比較其在三種光環境下的正軼及負軼的N值(詳見表5)后可知，就“不快感”這一指標而言，偏好動態光環境與非偏好動態光環境均明顯優于恒定光環境。

表5 “不快感”評分數據分析結果

4)“乏力感”評分數據分析結果

在三種光環境下，實驗前后的“乏力感”評分分布均有顯著差異(漸近顯著性(雙側)<0.01)，實驗后“乏力感”的評分均普遍高于實驗前的，說明在三種環境下，被試者的“乏力感”普遍加重。在進一步比較其在三種光環境下的正軼及負軼的N值(詳見表6)后可知，就“乏力感”這一指標而言，偏好動態光環境略優于恒定光環境，而恒定光環境略優于非偏好動態光環境。

表6 “乏力感”評分數據分析結果

5)“模糊感”評分數據分析結果

在恒定光環境及偏好動態光環境下，實驗前后的“模糊感”評分分布無顯著差異；而在非偏好動態光環境下，實驗前后的“模糊感”評分分布有顯著差異(漸近顯著性(雙側)<0.05)，實驗后“模糊感”的評分普遍高于實驗前的，說明在非偏好動態光環境下，被試者的“模糊感”普遍加重。在進一步比較其在三種光環境下的正軼及負軼的N值(詳見表7)后可知，就“模糊感”這一指標而言，恒定光環境略優于動態偏好光環境，動態偏好光環境明顯優于非偏好動態光環境。

表7 “模糊感”評分數據分析結果

綜上可知，就5種群別的自覺癥狀而言，適宜青年VDT作業者電腦辦公的最佳人工光環境為偏好動態光環境。

2.2 注意力測定對比分析

實驗采用舒爾特方格(Schulte Grid)測試法對被試者的注意力進行測試，并采用電腦測試自動計時，以有效避免人工計時產生的誤差。該測試用時越短，說明被試者的注意力越集中。

實驗結果表明：在三種光環境下，從上午第一次測試到下午最后一次測試期間，被試者的注意力測試用時均呈現出明顯的無統一規律的波動。

由實驗前后注意力測試用時兩配對樣本Wilcoxon符號軼檢驗結果可知：在三種光環境下，實驗前后的注意力測試用時分布均無顯著差異。在進一步比較其在三種光環境下的正軼及負軼的N值(詳見表8)后可知，就“注意力”這一指標而言，非偏好光環境略優于恒定光環境，而恒定光環境略優于偏好動態光環境。

表8 注意力測試用時的數據分析結果

2.3 記憶力測定對比分析

實驗采用的記憶類翻牌游戲對被試者的短時記憶力進行測試，該測試主要考查被試者的對色彩的記憶，并采用電腦測試自動計時，以有效避免人工計時產生的誤差。該測試用時越短，說明被試者記憶力越好。

實驗結果表明：在三種光環境下，從上午第一次測試到下午最后一次測試期間，被試者的記憶力測試用時均呈現出明顯的無統一規律的波動。

由實驗前后記憶力測試用時兩配對樣本Wilcoxon符號軼檢驗結果(詳見表9)可知：在三種光環境下，實驗前后的記憶力測試用時分布均無顯著差異。在進一步比較其在三種光環境下的正軼及負軼的N值后可知，就“記憶力”這一指標而言，恒定光環境優于偏好動態光環境，而偏好動態光環境優于非偏好動態光環境。

表9 記憶力測試用時的數據分析結果

2.4 FM100孟塞爾色覺測試數據分析

實驗利用FM100孟塞爾色覺在線測試對被試者的色覺進行測試。整個測試在電腦上完成，每位被試者綁定一臺電腦，測試過程中，電腦屏幕的各項設置保持不變。該測試得分越低，說明被試者的色覺越好。

由實驗前后色覺測試得分兩配對樣本Wilcoxon符號軼檢驗結果(詳見表10)可知：在三種光環境下，實驗前后的色覺測試得分分布均無顯著差異。在進一步比較其在三種光環境下的正軼及負軼的N值后可知，單就“色覺”這一指標而言，動態偏好光環境略優于恒定光環境，恒定光環境略優于非偏好動態光環境。

表10 孟塞爾色覺測試得分的數據分析結果

2.5 遠視力測定對比分析

實驗對遠視力的測試采用的是對數視力表，無背光，測試距離為3 m，本次測試使用對數LogMAR記錄法，精確到0.02。該記錄法之下，數值越小表明被試者的遠視力越好。

實驗結果表明：在三種光環境下，從上午第一次測試到下午最后一次測試期間，被試者的主視眼遠視力的LogMAR值均呈現出明顯的波動，其中，恒定光環境下的波動呈現出了一定程度的下降趨勢，這表明在恒定光環境下主視眼的遠視力有一定程度的變好的趨勢；而其輔眼遠視力的LogMAR值均呈現出明顯的無統一規律的波動。

由實驗前后主視眼及輔眼遠視力LogMAR值兩配對樣本Wilcoxon符號軼檢驗結果(詳見表11)可知：在非偏好動態光環境及偏好動態光環境下，實驗前后的主視眼遠視力的LogMAR值分布無顯著差異；而在恒定光環境下，實驗前后的主視眼遠視力的LogMAR值分布有顯著差異(漸近顯著性(雙側)<0.01)，實驗后主視眼遠視力的 LogMAR 值普遍低于實驗前的，說明在恒定光環境下，被試者的主視眼遠視力普遍有所提高。在非偏好動態光環境及偏好動態光環境下，實驗前后的輔眼遠視力的LogMAR值分布無顯著差異；而在恒定光環境下，實驗前后的輔眼遠視力的LogMAR值分布有顯著差異(漸近顯著性(雙側)<0.05)，實驗后輔眼遠視力的 LogMAR 值普遍低于實驗前的，說明在恒定光環境下，被試者的輔眼遠視力普遍有所提高。說明在恒定光環境下，被試者輔眼遠視力也普遍有所提高。

表11 遠視力LogMAR值的分析結果

在進一步比較其在三種光環境下的正軼及負軼的N值后可知，在恒定光環境下，被試者的主視眼及輔眼的遠視力均普遍有所提高，而且無論是對于主視眼遠視力還是輔眼遠視力的表現而言，恒定光環境均優于非偏好動態光環境，非偏好動態光環境均略優于偏好動態光環境。

此外，在利用SPSS對主視眼與輔眼的遠視力LogMAR值進行Spearman相關系數計算后發現，被試者主視眼遠視力與輔眼遠視力之間存在著正的強相關性(兩者之間的簡單關系數為0.632，且其顯著性(雙側)的值小于0.01)。

2.6 近視力測定對比分析

本次實驗對近視力的測試采用的是標準對數近視力表，有背光，測試距離為25 cm，本次測試使用對數LogMAR記錄法，精確到0.02。該記錄法之下，數值越小表明被試者的近視力越好。

實驗結果表明：在三種光環境下，從上午第一次測試到下午最后一次測試期間，被試者的主視眼及輔眼的近視力的LogMAR值均呈現出明顯的無統一規律的波動。

由實驗前后主視眼遠視力及輔眼近視力的LogMAR值兩配對樣本Wilcoxon符號軼檢驗結果(詳見表12)可知：在三種光環境下，實驗前后的主視眼及輔眼近視力的LogMAR值分布均無顯著差異。在進一步比較其在三種光環境下的正軼及負軼的N值后可知，無論是對于主視眼近視力還是輔眼近視力的表現而言，非偏好動態光環境下都是最差的，而在輔眼近視力的表現上，恒定光環境略優于偏好動態光環境。

表12 近視力LogMAR值的分析結果

此外，在利用SPSS對主視眼與輔眼的近視力的LogMAR值進行Spearman相關系數計算后發現，被試者主視眼近視力與輔眼近視力之間存在著正的弱相關性(兩者之間的相關系數為0.267，說明兩者之間存在正的弱相關性，且其顯著性(雙側)的值小于0.01)。

2.7 對比敏感度的數據分析

本次實驗利用MFVA-200電子視力測量儀對被試者在100%、50%及25%三種對比度下的左、右眼分別的視力情況進行了測試。測試期間被試者與設備之間的距離保持在2.8 m，并且處于平視狀態。

本次實驗結束后，在專業醫生的協助下對該測試獲得的原始數據進行了科學的處理，最終得到了被試者的左、右眼分別在100%、50%及25%三種對比度下的對比敏感度值，再利用SPSS對該值進行了進一步的統計分析。通過前文對遠、近視力的分析可知，被試者的主視眼及輔眼的視力變化間通常都存在著顯著的正相關性，因此在對比敏感度的分析中不再對主視眼、輔眼進行分別的分析。通過100%、50%及25%三種對比度下的實驗前后對比敏感度值的兩配對樣本Wilcoxon符號軼檢驗結果(詳見表13)可知：在三種光環境下的三種對比度下，被試者在實驗前后的對比敏感度值的分布均無顯著差異。在進一步比較三種對比度下的三種光環境下的正軼及負軼的N值后發現，在100%的對比度下，恒定光環境下的對比敏感度的表現略優于非偏好光環境下的，非偏好動態光環境下的略優于偏好動態光環境下的；在50%的對比度下，非偏好動態光環境下的對比敏感度的表現略優于恒定光環境下的，恒定光環境下的略優于偏好動態光環境下的；在25%的對比敏感度下，恒定光環境下的對比敏感度的表現略優于非偏好光環境下的，非偏好動態光環境下的略優于偏好動態光環境下的。故綜合分析可知，對于總體而言，就對比敏感度而言，恒定光環境下的略優于非偏好動態光環境，非偏好動態光環境略優于偏好動態光環境。

表13 對比敏感度值的數據分析結果

3 討論與總結

綜上分析，本次實驗研究發現：恒定光環境與偏好動態光環境各有千秋。恒定光環境下，被試者的注意力、記憶力、對比敏感度及遠、近視力的表現更好；而在偏好動態光環境下，被試者的自覺癥狀的評價、色覺表現更好。而綜合比較三種光環境，非偏好動態光環境為青年VDT作業者適應性最差的光環境。因此，在未來的辦公照明設計中，應避免在共享型辦公空間中使用通過整體控制進行忽略個體差異的動態辦公照明，若欲使用動態辦公照明，在現有研究的基礎上，應考慮采用多工位協作調光控制(即引入臺燈輔助照明或啟用單工位獨立調光系統以實現更加個性化的辦公光環境調節)。同時，應根據VDT作業的具體作業內容，在恒定光環境與偏好動態光環境間進行合理選擇。自覺癥狀評價主要是針對作業者各類身心疲勞感的評價，疲勞感的程度越低，對保持作業者的思維活躍度越有利，故在LED偏好動態光環境下，青年VDT作業者更容易維持較高的思維活躍度。因此，針對色覺要求、思維活躍度要求相對較低，對作業者的注意力、記憶力及視力等要求較高的VDT作業，如文秘類、統計分析及數據挖掘等類別的工作，建議采用LED恒定辦公光環境的設計(建議水平照度500 lx，垂直照度300 lx，色溫3 800 K)。針對色覺要求較高，思維活躍度要求較高，而對注意力、記憶力及視力等要求相對較低的VDT作業，如設計、策劃及視頻編輯等類別的工作，則建議使用LED偏好動態辦公光環境的設計，即在共享型辦公空間中采用多工位協作調光控制。

此外，該三類光環境下的VDT作業情況由于本次實驗數據受到嚴重的練習效應的影響，故有待未來進一步實驗研究。基于本次實驗的經驗教訓，建議在未來的相關實驗研究設計中，應注意避免選用打字等在短期內會明顯受到練習效應影響的VDT作業方式，以排除練習效應的影響，保證實驗結果的有效性。而VDT作業形式的選擇也將作為此類研究擬解決的主要問題。