人工窗景對VDT辦公人員視疲勞的緩解效果研究

羅 媛，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

大進深空間等少窗辦公空間由于缺乏日光以及與自然的聯系，加劇了VDT辦公者的心理、生理疲勞。Heschong等[1]倡議設計師應充分重視窗戶設計。人們將窗戶對人體健康的影響歸因于有天然光的進入與窗外良好的景色。天然光被廣泛證明對人體健康有益，天然光照射不足容易導致季節性情感障礙[2]，其癥狀包括悲傷、焦慮、易怒，對日常活動失去興趣，退出社交活動，無法集中注意力等[3]；相較于人工光，人們也更偏好天然光[4，5]。合理利用天然光不僅能提升視覺功效與舒適度，還能緩解疲勞、調節情緒。研究發現，人眼在天然光環境下的視覺功效優于人工光環境，較高照度的天然光照射能有效阻止近視的進一步發展[6]。Leather等[7]調查發現，窗戶(特別是能看到自然景觀)能降低員工的辭職意愿，距離窗戶更近能提升工作滿意度與幸福度，減小壓力。Ko等[8]對比研究得出，與在相同尺寸、環境條件但無窗景下辦公的受試者相比，靠近窗景的被試在認知測試中表現更好、視疲勞更少、情緒更積極、困倦更少。以自然景觀為主的窗景對辦公人員有著更有利的影響。Sop[9]通過問卷調研了931名辦公人員面對不同的窗景(擁有森林景觀和沒有森林景觀)的工作壓力狀況和對工作的滿意度發現，擁有森林景觀窗景的員工有著較高的工作滿意度和較小的工作壓力值。Chang等[10]通過測量人的肌電圖、腦電圖、脈搏等生理指標，發現擁有自然景觀窗景比無自然景觀窗景更有利于降低辦公室員工的緊張和焦慮。Kaplan[11]提出的注意力恢復理論(Attention Restoration Theory，ART)和Ulrich等[12]提出的壓力舒緩理論(Stress Reduction Theory，SRT)解釋了自然景觀對人體生理、心理的有利影響。

為緩解少窗環境帶來的負面影響，國內外在兩方面都進行了積極探索，一是通過現有技術對真實窗口、室外景觀進行一些模擬實踐，包括人造天窗(artificial skylight)、人造窗口(artificial window)等；二是在室內進行景觀造景。

人造天窗(artificial skylight)是一種通過人造光源模擬自然天窗的照明技術，是對自然天窗的模擬。其光譜類似于天然光的可見光譜部分，光譜分布無明顯的波峰波谷。人造天窗能夠在無窗或者少窗的室內環境中提供類似自然光線的照明效果，從而為室內空間帶來一種接近自然的感覺[13]。人造天窗還能夠模擬出不同的天氣和季節，如晴天、多云、陰天等，以及日出、日落等自然現象，從而營造出更加逼真的自然天窗效果。Canazei等[14]通過對比人造天窗和傳統人工照明場景(圖1)下被試的情緒發現，人造天窗對無窗辦公環境中消極和積極情緒狀態都有有益影響，能夠顯著提高無窗辦公環境中被試的情緒狀態，從而改善工作效率和提高生產力。Yasukouchi等[15]通過大腦喚醒水平、自主神經活動、褪黑素分泌水平對比人造天窗和傳統熒光燈在模擬辦公環境中的非視覺效果，發現在人造天窗下進行工作，被試產生的生理、心理壓力更小，且更有助于改善睡眠。李偉[16]通過對比在三組光模式下休息后被試的視疲勞和情緒發現，人造天窗能夠顯著緩解被試進行普通紙質作業后產生的視疲勞和調節被試情緒。李鑫[17]從個體差異出發，以中醫體質分型理論為依據，探索通過人造天窗對VDT作業后高危體質人群進行疲勞阻斷的可能。通過對比被試視疲勞、情緒、頭部疲勞狀態發現，VDT作業后在人造天窗下進行10 min休息，可以提高被試的正向情緒、清醒程度、降低視疲勞和頭部疲勞，且對高危人群氣郁質作用更加明顯。目前市面上相繼出現了內容更為豐富的模擬真實窗口(包含天窗及側窗)的燈具一體化產品，其叫法多樣，如天窗燈、LED日光模擬、仿日光情景照明等。不僅能仿日光，還能模擬室外天然光下的自然景色，包括但不限于天空、森林、海洋，被廣泛用于醫療康復、學校、辦公、居家等空間以改善居住者情緒，減小壓力。

圖1 傳統人工照明(左)和天窗照明(右)的測試環境[14]Fig.1 Two test environments with conventional(left)and skylight illumination(right)

室內植物景觀設計是指在室內空間設計中，通過人為控制，將室內環境中富有生命力的室內植物及相關附件藝術科學地組合在一起，從而創造出具有美學感染力、功能完善、洋溢著自然風情的空間環境[18]。隨著室內環境與健康的關系日益引起關注，室內環境的室外化和園林化成了一種流行趨勢[19，20]。在室內植物對人體影響方面，國外研究發現，在室內觀看/放置植物可以改善視疲勞、提升積極情緒，緩解壓力，有利于心理健康[21-24]。我國早期研究中，傅徽楠等[25]對比室內微環境有綠化前后人體的機能指標發現，室內綠化可以提升人體的警覺性和注意力，從而提高人的反應力，并且平均提升被測對象的明視持久度達11.75%。設計手法上，對比中西方建筑傳統文化差異發現，我國傳統做法通常注重利用通透開敞的門窗向室外借景，從而實現室內外景觀的交融，而西方較重視在室內仿造自然景觀，創造室內的人工花園[26]。為讓植物更好地生長以及更生動地表現出室內空間的室外化效果，此類人工花園往往借助中庭、天井等引入自然光線，但仍然以表現“景”為主，“景”占用了大部分的空間。比如在商業建筑大廳玻璃天窗下布置高大的觀葉植物，配合樹下座椅營造室外商業街氛圍。隨著現代室內光照、溫度和濕度等控制技術的增強，室內植物幾乎可以生長在室內任何場所，建筑室內、陽臺、游廊、層頂、天井與庭院都可視為室內植物景觀設計范圍中的一部分[27]。在缺乏自然光照條件的封閉空間，往往通過人工光照進行補光，滿足植物生長所需。同時，采用高照度的人工光源，可以模擬在自然天井下的室內小型庭院或窗外景觀(圖2)，如今被廣泛應用于商業建筑、住宅建筑、辦公建筑中。

圖2 采用人工光模擬自然天井或窗戶的造景設計[28]Fig.2 Use artificial light for indoor plant landscaping

該手法是否能充分發揮人工光以及植物造景對人體的作用，產生何種影響尚不得知。本文基于此，采用高照度光環境下小型植物造景設計，在少窗空間模擬自然天井下的植物造景景觀(下文簡稱人工窗景)，對比該做法與人造天窗對VDT辦公者視疲勞的緩解效果，從而探索推廣人工窗景的可能性。

1 實驗方法

1.1 實驗場景

(1)實驗室布置。實驗室為位于重慶大學虎溪校區的建筑光學實驗室，圖3為該實驗室二樓的平面布置圖。該實驗室裝有遮光簾以避免室外天然光進入，從而營造完全可控的人工光環境。實驗室安裝空調，以維持恒定、合適的溫度、濕度。用遮光簾、實墻將該實驗室分為三個區域，包含VDT辦公區域、人造天窗休息空間(A)和人工窗景休息空間(B)。

圖3 實驗室平面布置圖Fig.3 Laboratory layout design

① 人造天窗休息空間(A)。人造天窗休息空間采用LED日光模擬系統Ewindow 2-120燈具(長×寬×高=1 170 mm×570 mm×73 mm)進行照明，如圖4(a)所示，通過墻壁與遮光簾圍隔出一個1.5 m×2 m的空間。Ewindow 2-120又被稱為“智能天窗”，該燈具通過改變“陽光量”、“云量”和色溫、照度等參數，自動模擬一天內的天然光變化，也可以通過控制面板、APP、DALI系統，手動調節光參數。

圖4 (a)人造天窗休息空間A；(b)人工窗景休息空間B Fig.4 (a)Artificial skylight rest space A；(b)artificial view window rest space B

② 人工窗景休息空間(B)。人工窗景休息空間內主要有自行設計的人工窗景裝置，及墻壁、遮光簾構成一個與人造天窗休息空間大小相近的空間，長2 m、寬1.5 m，如圖4(b)所示。人工窗景裝置由燈具和景觀組成，采用萬能角鋼搭建燈具安裝支架，燈具為歐司朗特制可進行調光的LED燈具。該燈具的色溫調節范圍為2 700～7 000 K，照度調節范圍為5～2 500 lx。可通過OSRAM DALI Professional 軟件設置程序并通過調光器對該燈具進行調試。

(2)光環境參數。相對于固定光環境，被試在偏好光環境下工作表現有所差異。Juslén等[29]對比固定光環境和偏好光環境下被試的視疲勞狀況，發現在偏好光環境下，被試視疲勞表現更少。在開始本實驗前，基于本團隊李偉[16]、李鑫[17]前期實驗結論，對兩種模式下被試偏好光環境參數進行了調研，最終選定人造天窗休息空間光參數為E=4 920 lx(桌面高度水平方向)、CCT=4 630 K，人工窗景休息空間光參數為E=1 200 lx(桌面高度水平方向)、CCT=4 000 K。

1.2 實驗流程

被試在實驗前一天不熬夜、不可飲茶、咖啡等刺激性飲品，合理作息。要求被試提前10 min到達實驗室，以適應實驗室環境。實驗流程如圖5所示，進行10 min的測試一(數據記作A1/B1)后被試進行2 h的VDT辦公，之后進行測試二(數據記作A2/B2)，完成測試二后分別進入人造天窗休息空間(A)或人工窗景休息空間(B)，休息10 min后完成測試三(數據記作A3/B3)。為減少實驗誤差，被試均被提前告知相關測量儀器使用方法。為抵消先后順序對被試反應的影響，采用拉丁方實驗抵消平衡法，即一組被試的第一個下午在人造天窗休息空間(A)休息，第二個下午在人工窗景休息空間(B)休息，另一組與它順序相反，第一個下午在人工窗景休息空間(B)休息，第二個下午在人造天窗休息空間(A)休息。為測得兩種方式疲勞緩解的明顯效果，本實驗增加對疲勞的刺激量和累積量，選取2 h作為VDT辦公的時間。

圖5 實驗流程圖Fig.5 Experimental flow chart

1.3 測試內容

本研究主要探討人造天窗與人工窗景對VDT辦公者視疲勞的緩解效果，從主觀評價、客觀測量兩方面對比休息前后被試的視疲勞狀態。視疲勞主觀測試采用視疲勞主觀評價表，客觀測量采用遠視力測試、閃光融合頻率值(CFF值)測試。

2 實驗結果

2.1 視疲勞主觀評價

(1)視疲勞主觀評價。如圖6所示，VDT辦公2 h后，11名被試的主觀視疲勞都顯著增加，在人造天窗(A)和人工窗景(B)模式下進行休息，主觀視疲勞都得到顯著改善。通過SPSS統計學分析對兩者改善效果進行顯著性分析，兩種模式都能顯著緩解VDT辦公后的視疲勞，且具有統計學上顯著性(表1)。

表1 A組、B組疲勞緩解前后視疲勞主觀評價配對樣本t檢驗

圖6 A組(左)、B組(右)各被試視疲勞主觀評價變化圖Fig.6 Changes in the evaluation of visual fatigue of the subjects in group A (left)and B (right)

對人造天窗(A)、人工窗景(B)改善VDT辦公后視疲勞主觀評價效果的差異性進行進一步分析。采用SPSS對VDT辦公前的兩組測試一的視疲勞主觀評價得分數據A1和B1進行基線測量分析，被試在兩次不同實驗條件前不存在統計學差異(表2)。兩種模式的主觀視疲勞平均累積值(A2-A1，B2-B1)與主觀視疲勞平均緩解值(A2-A3，B2-B3)的四組數據符合正態分布，采用兩獨立樣本t檢驗進一步對四組數據進行差異性檢驗(表3)，累積組、緩解組數據p值均大于0.05，證明A、B模式主觀視疲勞累積值、緩解值無統計學上差異。在主觀視疲勞方面，兩組視疲勞緩解效果不具有統計學上差異性。

表2 視疲勞主觀評價得分基線數據的兩獨立樣本t檢驗

表3 主觀視疲勞差值的兩獨立樣本t檢驗

(2)閃光融合頻率值(CFF值)。如圖7所示，VDT辦公2 h后，被試的CFF值普遍有所降低，在人造天窗(A)或人工窗景(B)模式下進行休息，CFF值得到顯著改善。通過SPSS統計學分析對兩者改善效果進行顯著性分析，兩種模式都能顯著緩解VDT辦公后疲勞的視疲勞，且具有統計學上顯著性(表4)。

對人造天窗(A)、人工窗景(B)改善VDT辦公后視疲勞CFF值降低效果的差異性進行進一步分析。采用SPSS對VDT辦公前的兩組測試一的CFF值數據A1和B1進行基線測量分析，被試在兩次不同實驗條件前不存在統計學差異(表5)。兩種模式的CFF平均降低值(A1-A2，B1-B2)與CFF平均增加值(A3-A2，B3-B2)的四組數據符合正態分布，采用兩獨立樣本t檢驗進一步對四組數據進行差異性檢驗(表6)，四組數據p值均大于0.05，證明A、B模式在CFF值的降低與增加上無統計學上差異。在CFF值方面，兩組視疲勞緩解效果不具有統計學上差異性。

表6 CFF差值的兩獨立樣本t檢驗

(3)遠視力。采用GB/T 40230.2—2021[30]中對視銳度的計分法進行計分，以5分法表示時，遠視力結果值為3～6之間的小數。如圖8所示，VDT辦公2 h后，11名被試的遠視力普遍下降，在人造天窗(A)和人工窗景(B)模式下進行休息，遠視力得到顯著改善。通過SPSS統計學分析對兩者改善效果進行顯著性分析，兩種模式都能顯著緩解VDT辦公后的視疲勞，且具有統計學上顯著性(表7)。

表7 A組、B組疲勞緩解前后遠視力配對樣本t檢驗

圖8 A組(左)、B組(右)各被試遠視力變化圖Fig.8 Distance vision changes of participants in groups A and B

對人造天窗(A)、人工窗景(B)改善VDT辦公后遠視力降低效果的差異性進行進一步分析。采用SPSS對VDT辦公前的兩組測試一的遠視力值A1和B1進行基線測量分析，被試在兩次不同實驗條件前不存在統計學差異(表8)。兩種模式的遠視力平均下降值(A1-A2，B1-B2)與遠視力平均改善值(A3-A2，B3-B2)的四組數據不全符合正態分布，采用兩獨立樣本非參數檢驗進一步對四組數據進行差異性檢驗(表9)，遠視力下降值數據p值大于0.05，證明A、B模式在遠視力下降值上無統計學上差異。遠視力改善值p值為0.040，小于0.05，遠視力改善值存在統計學上差異，結合中位數統計(表10)，B模式對遠視力的改善作用顯著優于A模式。

表8 遠視力測量基線數據的兩獨立樣本非參數檢驗

表9 遠視力差值的兩獨立樣本非參數檢驗

表10 遠視力差值的中位數統計

3 結論與展望

本實驗采取主觀視疲勞評價量表、臨界閃光融合頻率、遠視力三個指標反映VDT辦公人員辦公前后及休息前后被試的視疲勞狀態變化。實驗發現，人工窗景與人造天窗都能改善VDT人員辦公后的視疲勞。在主觀視疲勞評價、臨界閃光融合頻率上，兩者不存在統計學上差異，但在遠視力變化上，兩者存在統計學上顯著差異性，人工窗景更有利于遠視力的恢復，改善視疲勞。這可能是由于觀看綠色植物有利于眼部放松和緩解視疲勞，從而促進視力恢復。

人工窗景通過高照度人工光與自然景觀造景的結合，綜合了高照度光暴露的益處與自然景觀對人體的有利影響，有利于緩解VDT辦公人員辦公后的視疲勞，彌補了人造天窗的局限，成本低、安裝簡單、設置靈活，在一些不便于引入自然采光、設置人造天窗的空間，可以選擇人工窗景緩解VDT辦公人員的視疲勞，人工窗景有望在大進深辦公空間中得以推廣。

在后續研究中，可以進一步分析人工窗景對VDT辦公人員心理疲勞的緩解效果；也可考慮延長實驗時間，研究在長時間VDT辦公中人工窗景對辦公人員疲勞的阻斷效果。