新型人因技術在居家適老化改造中的應用場景展望

秦嶺

0 引言

截至2022 年底，我國60 歲以上老年人口已達2.8 億，占總人口的19.8%1），即將進入中度老齡化階段2）。居家養老是絕大多數老年人的現實選擇，也是我國養老服務體系的基礎。作為居家養老的最主要空間載體，老年人的居家環境扮演著重要的角色。然而，不少老年人仍居住在老舊住宅中，存在房屋空間狹小、安全隱患叢生、設施陳舊老化、家具設備不適老等諸多問題，嚴重影響著老年人的居住安全和生活品質，居家養老環境亟待改善[1]。居家適老化改造作為改善老年人居家養老環境的重要方式，近年來在國家政策的大力推動下陸續在全國各地展開。如何通過居家適老化改造更好地支持老年人安全、健康、自立地生活，成為學術研究和行業實踐領域關注的熱點議題。

現階段，居家適老化改造大多由來自建筑設計、室內設計或裝修工程等專業背景的人員主導。受限于本領域的專業知識和技術手段，既往的研究與實踐往往更傾向于關注其中環境的因素，強調改造設計的“因地制宜”，而對于人的因素關注還較為有限，難以真正做到“因人而異”。特別是在缺少人體生理和動作行為量化數據支持的情況下，僅憑肉眼觀察和主觀判斷，往往難以準確描述老年人的身心特征和需求意愿，影響改造方案的科學決策，制約居家養老空間環境品質的有效提升。

近年來，新型人因技術的發展為進一步認識和描述設計中人的因素提供了全新視角，以城市人因工程學為代表的基于多學科交叉的設計科學為研究和改善人的空間體驗質量打開了新的路徑[2]。現階段，建筑學領域更多將新型人因技術應用于城市公共空間的研究與實踐[3]，關注一般人群的普適性規律，而對于居住空間和特殊人群則鮮有涉足。

1 用于采集居家行為活動數據的實驗住宅，根據參考文獻[7]改繪

2 典型居家生活行為數據示例，引自參考文獻[8-11]

已有學者指出，人因工程學是老年病學與適老化設計之間的溝通橋梁[4]，新型人因技術在空間環境的適老化設計與改造方面具有較為突出的應用潛力[5]，有助于突破現階段研究與實踐當中的諸多瓶頸，推動居家適老化改造進一步走向人性化和精細化。下面將結合日常生活行為觀察、居家環境風險識別、改造方案合理性論證、改造作用機理探究等4 個主要應用場景，展望新型人因技術的發展潛力，以期為后續研究提供思路和方向。

1 應用場景一：日常生活行為觀察

老年人的居家日常生活行為能夠全面直觀地反映人與環境之間的互動關系，為居家適老化改造提供設計依據。不同老年人在身體狀況、生活習慣、行為特征和使用偏好等方面差異較大，為了使改造方案能夠精準匹配老年人需求，對他們的日常生活行為進行細致觀察和深入分析是設計改造方案之前的必要步驟。

1.1 問題瓶頸

受到技術條件、隱私需求和人力成本等因素的限制，在老年人的居家環境當中實施傳統的、以研究者為工具的日常生活行為觀察難度較大。一方面觀察的時間跨度往往無法連續覆蓋全天范圍；另一方面觀察的內容也無法涉及如廁、洗浴、睡眠等私密性較強的活動。此外，在研究者在場的情況下，老年人的行為也可能受到影響，變得拘謹、不自然，難以反映其日常狀態，從而影響觀測數據的準確性。

因此，在現階段的居家適老化改造實踐中，服務團隊還主要依靠訪談和演示的方法獲取與老年人日常生活行為相關的信息，例如讓老年人或家屬通過語言描述其一天的生活安排，或演示進行某項操作時的具體動作等。這種方式雖然能夠在短時間內高效獲取到與老年人日常生活行為密切相關的信息，但與此同時也可能過濾掉部分具有分析價值的關鍵信息，例如行為發生的時間、序列、類型、頻率、位置、姿態、動作等等，使得獲取到的信息是相對局部的、跳躍的、定性的，而并非完整的、連續的、量化的。此外，由于這些信息大多經過了受訪者的理解、篩選與加工，其內容可能帶有一定的主觀性和片面性，并且存在實驗者效應3）。在這種情況下，服務團隊往往難以形成對老年人生活的全面了解和準確認識。

1.2 應用展望

隨著家用智能化設備和物聯網技術的普及應用，整合人因技術的傳感器將覆蓋居家環境的各個空間并實現互聯互通，這使得無感化采集居家生活行為數據變為可能[6]。一些研究者已通過搭建實驗住宅的方式開展了相關的嘗試（圖1），并取得了初步的成果[7]。

在真實生活中，可用于居家行為數據采集的傳感器類型較為豐富多樣，工作原理和用途各不相同，按照其應用場景大致可劃分為位置檢測、行為感知、生理指標監測和動作捕捉4 種類型（表1）。

表1 傳感器采集居家行為數據的典型應用場景和代表性技術

運用相應的設備和技術獲取到的數據可在不同精度上描述觀測對象的居家生活行為（圖2）。其中，“時間—位置”數據可用于描述老年人在住宅中的運動軌跡、主要活動范圍和各個空間的利用效率[8-9]；“時間—行為”數據可用于描述老年人的日常安排和居家生活習慣[10]；“時間—生理指標”數據可用于描述老年人的活動強度；“時間—動作”數據可用于描述老年人日常起居活動的身體姿態和精細化操作[11]。綜合利用以上數據，即可較為完整地描述老年人的居家生活行為，并在此基礎上開展更為深入的分析和研究工作，獲取對居家適老化改造有參考價值的信息。

相比傳統的基于研究者的居家環境行為調查方法，基于傳感器的居家環境行為數據采集方法具有以下優勢：（1）真實客觀：數據采集工作全部通過設備完成，所獲取到的數據質量不會受到研究者知識背景、認識理解、投入程度以及觀測對象語言表達等個人因素影響，能夠真實客觀地反映觀測對象的居家生活行為；（2）完整連續：傳感器能夠在無人值守的狀態下長期、連續、不間斷地采集使用者行為數據，不會遺漏任何可能具有分析價值的關鍵信息，為研究者提供完整連續的數據支持；（3）保護隱私：數據采集過程中，可通過預處理從采集到的數據中提取出分析所需要的部分，并剔除冗余的部分，以脫敏的形式提供給研究者進行后續分析，從而有效保護觀測對象的個人隱私。但需要注意的是，通過各類傳感器長期、持續采集到的原始數據量可能是巨大的，對存儲資源和分析算力的消耗也是巨大的，如何選取恰當的數據預處理方式從中篩選和保存具有研究價值的數據，是后續研究有待解決的關鍵問題。

2 應用場景二：居家環境風險識別

居家環境當中的風險隱患與老年人身體機能的衰退相疊加有可能造成嚴重的安全事故，威脅老年人的健康甚至生命。居家適老化改造能夠為老年人做好相關風險的管理，在這一過程中，及時發現并準確識別居家環境風險是采取有效應對措施的前提條件，對于保證老年人的居家生活安全至關重要。

2.1 問題瓶頸

現階段，居家適老化改造從業人員在對老年人的居家環境風險進行評估時，主要依靠觀察和簡短的交談來獲取信息、做出判斷。在這種情況下，往往更容易關注到門檻高差、家具尖角、地面雜物等存在于實體空間當中的顯性風險，而不易察覺到重心不穩、力量不足、運動不協調等潛藏在行為動作當中的隱性風險。這些隱性風險大多為老年人意識不到的危險動作，或其難以準確描述的身心機能障礙，通常難以在脫離具體使用行為的狀態下被觀察到，也不容易通過簡短的身體狀況調查識別出來，如果無法得到及時發現并通過居家適老化改造予以妥善應對，將對老年人的安全健康構成較為嚴重的威脅。

2.2 應用展望

在人因技術的支持下，通過分析老年人的日常生活行為數據，有助于全面準確地識別和描述其身體機能的衰退狀況，及時發現異常的動作和行為，進而對可能構成威脅的行為風險和環境風險做出針對性的預警。

利用一定樣本數量的老年人居家生活行為數據和與之相對應的身心機能評價數據，可在二者間構建回歸模型，實現基于居家生活行為數據或標準化動作數據的老年人身心機能狀況自動預測與評價[12]，生成老年人身體機能的檢測報告[13]，進而推導出老年人行為和環境的安全閾值，并用于識別超出該閾值的風險（圖3）。

3 基于人因技術的居家環境風險識別思路

在行為層面，計算機視覺[14]、密集感知網絡[15]等技術可用于提取和分析老年人的身體姿態、動作和行為，將其特征與安全閾值進行比對，可進一步識別出其中的危險動作和異常表現。例如，老年人步態特征發生變化，提示可能存在不同程度的跌倒風險[16]；肢體活動超出正常的、可安全駕馭的范圍，如單腿站立換鞋、登高取放物品、床邊翻身等，在老年人嘗試危險動作時提示存在安全隱患[17]；部分身體姿態保持時間過長或出現頻率過高，如長期站立彎腰操作、經常搬動重物等，提示老年人可能因過度疲勞、難以保持身體姿態而發生危險[18]；此外，如果觀測中發現老年人存在徘徊、激越等問題行為，則可能提示老年人存在一定程度的認知障礙，需要給予相應的關注[19-20]（表2）。

4 基于動作捕捉技術的活動空間需求分析，引自參考文獻[24-25]

表2 老年人居家風險行為的常見類型和識別手段

5 基于深度學習技術的空間—活動雙向預測，引自參考文獻[26-27]

在環境層面，除了易于發現的顯性風險，來自行為風險的提示如觀測到的風險類型、發生位置和出現頻率等信息，還有助于識別出環境當中關聯的隱性風險。例如，重心不穩處缺少安全助力扶手、身體姿態異常處存在空間布置和家具選型不合理的問題、居家環境中缺少顯著的認知提示信息等。

相比于傳統的居家環境風險評估方法，人因技術有助于發現隱藏在行為風險背后的環境風險，從而在居家適老化改造中更加全面、及時、有效地采取相應的環境干預措施，更好地確保老年人的居家生活安全。但需要注意的是，目前基于計算機視覺的行為風險識別方法還不夠成熟，能夠判別的行為風險類型較為有限，且可能存在漏報或誤報的情況，通過改進技術拓展和提高其判別能力和準確性將是未來研究的著眼點。

3 應用場景三：改造方案合理性論證

居家適老化改造往往需要面對較為局促的老舊住宅空間，并且需要考慮老年人使用輪椅、助行器等輔具設施或由照護者進行輔助操作等復雜情況，經常需要對現行規范和通用做法中的尺寸推薦值有所突破。為確保改造方案順利落地并發揮預期效果，在實施改造之前，對改造方案的合理性進行充分論證十分必要。

3.1 問題瓶頸

在居家適老化改造的個案實踐當中，并不具備搭建真實比例實體空間進行仿真試驗的條件，主要依賴于平面圖紙或三維模型檢查方案的可行性。由于在傳統的二維圖紙或三維模型環境下，無法通過簡單的幾何形體準確描述使用行為的空間需求，也難以通過簡單的動畫效果準確實現使用者行為的動態模擬，因此在改造方案實施之前通常難以對改造方案進行精確論證。但如果直接將未經充分論證的改造方案付諸實踐，可能遇到使用體驗不佳、無法實現預期效果等問題，試錯成本高、安全風險大。

3.2 應用展望

隨著動作捕捉、生物力學仿真、人工智能等技術的發展，通過動態仿真技術驗證居家適老化改造方案的合理性已成為可能。相關研究表明，基于動作捕捉數據構建的數字人模型及其動作算法，能夠在虛擬環境當中模擬人的行走等動作，實現空間可及性的精確仿真[21]，并且模擬結果最為準確、與真實環境下的實驗結果最為接近[22]，具備應用于方案驗證的潛力。

近年來，一些研究者已經運用相關技術開展了部分基礎性的研究工作，包括運用動作捕捉技術采集和檢測老年人的日常活動行為[23]，描述輪椅使用者的空間需求[24]，探究滿足人體無障礙活動需求的衛生間最小尺寸[25]等（圖4）。此外，運用深度學習技術還可根據三維場景預測人體活動[26]或根據人體活動推理空間布置[27]（圖5）。

6 基于新型人因技術的居家適老化改造方案動態仿真驗證思路

7 使用者關節扭矩分布狀況的差異反映了輔具設施在合理分配上、下肢負擔方面所發揮的作用，引自參考文獻[28]

通過對相關技術加以整合，將有條件實現居家適老化改造方案的動態仿真驗證（圖6）。涉及到的準備工作包括：（1）運用動作捕捉技術采集居家生活當中常見的行為，并將其分解成典型的動作進行語義編碼，同時構建與之相對應的居家環境模型；（2）運用深度學習算法構建居家空間環境與居家行為動作之間的雙向預測模型。在此基礎上，針對特定的使用者和居家環境，可通過以下步驟對居家適老化改造方案的進行論證：（1）通過動作捕捉技術采集研究對象（包括老年人及其照護者）的人體測量數據和生物力學特征數據，生成對應的數字人模型；（2）構建待論證的空間環境模型，定義環境信息；（3）借助預測模型生成數字人在待論證空間環境下的使用行為，并在虛擬環境下進行動態仿真，記錄可能發生沖突的動作和位置；（4）生成論證報告并提供方案優化建議；（5）對于未通過論證的改造方案，可參考論證方案和優化建議對方案進行改進，而后再進行論證，直至論證通過。

相較于傳統的改造方案論證方法，借助人因技術能夠在設計階段更為精準地實現老年人及其照護者使用情況的虛擬仿真和改造方案合理性的論證與優化，以確保改造方案落地時能夠達到預期的改造效果。

4 應用場景四：改造作用機理探究

居家適老化改造的根本目的是促進老年人安全、健康、自主地生活。實踐當中，由于老年人的身體狀況個體差異較大，適用的改造策略也各不相同。因此，對于改造策略的認識不能僅僅停留在輔具設施本身，還應充分理解它們對于老年人的作用機理，這樣才有可能做到因人而異、精準施策。

4.1 問題瓶頸

目前，大多數從業人員對于居家適老化改造的認識還停留在“知其然而不知其所以然”的狀態，雖然懂得針對特定的空間環境套用相應的改造策略，但對于各項具體措施的作用機理、適用條件和影響因素等卻少有了解。這使得目前的居家適老化改造更趨向于思維定勢下的機械工作，而不是在靈活變通當中解決問題。對改造機理認知的局限，使得從業人員難以在固有的解決方案基礎上結合具體情況進行更為深入細致的再創造，一定程度上制約了居家適老化改造的精細化、個性化發展。

4.2 應用展望

8 不同扶手設置方式下老年人完成起坐動作時雙腳壓力中心的前后位移變化反映了扶手使用對其身體穩定性的影響，引自參考文獻[29]

隨著人因技術的發展，通過量化數據描述居家適老化改造干預措施對于老年人的影響并揭示其對于老年人身心機能衰退的代償作用機理已成為可能。

利用傳感器直接或間接采集老年人在進行相應日常活動時身體有關部位的生物力學特征和運動數據，如受力、力矩、彎曲角度和位移等，可定量反應其身體負荷。通過比較改造前后，以及采用不同改造措施時老年人身體負荷的變化，可用于論證各類居家適老化改造措施的作用機理，評估和比較其作用效果。例如，日本TOTO 公司通過測量使用者在如廁后起身時的關節扭矩數據，證明了使用扶手和支撐臺面等輔具設施有助于合理分配上、下肢負擔，避免因局部負擔過大給關節造成損傷[28]（圖7）。又如，一些研究者[29]借助壓敏式地墊測量了老年人借助扶手起立和坐下時雙腳壓力中心的前后位移，用于比較不同扶手設置方式下老年人完成相應動作過程中身體的穩定性（圖8）。

借助人因技術，能夠更加定量化和可視化地解讀居家適老化改造干預措施的工作原理，評價不同改造方案的作用效果和適用性。相關研究成果一方面有助于加深從業人員的認識理解，指導居家適老化輔具設施的精細化設計與配置；另一方面可用于輔具設施的測試評價，為產品研發與迭代升級提供參考依據。此外，相關研究還可為改造效果提供有說服力的證據，從而提升社會公眾對居家適老化改造的認可度。

5 結語

綜上所述，新型人因技術為居家適老化改造的研究與實踐帶來了新視角，打開了新思路，在多個領域均具有較為廣闊的應用前景。其核心價值體現在能夠為居家適老化改造中人的因素提供客觀、量化、準確的描述方法，為突破老年人與居家環境互動關系研究中的瓶頸問題創造條件，進一步強化以人為中心的設計理念，引導居家適老化改造實踐向更為人性化和精細化的方向發展。目前新型人因技術在居家適老化改造領域的研究與實踐尚處于試驗探索階段，未來隨著相關技術的成熟和應用，將有望為提升老年人的居住生活品質創造更大價值。

注釋

1）數據來源：國家統計局。

2）國際上一般認為，當一個國家60歲以上人口占總人口比例在20%～30%之間時，處于中度老齡化階段。

3）實驗者效應：主試在實驗中可能以某種方式（如表情、手勢、語氣等）有意無意地影響被試，使他們的反應附和主試期望的現象。