辦公空間久坐群體就坐行為特征研究

申黎明，程文達，張敘俊，葛海林

(1.南京林業大學家居與工業設計學院，江蘇南京 210037；2.浙江圣奧家具制造有限公司，浙江杭州 310000）

久坐是辦公室工作群體常見的一種行為特點，最主要的表現為靜坐少動。美國癌癥協會將久坐定義為每日就坐時長超6小時、每次超90分鐘的行為。因久坐而患背痛的人在坐姿狀態時常保持持續坐姿，其脊柱運動幅度大、不頻繁，而非幅度小且規律的運動[1]。雖然在就坐情況下能量消耗很低[2-3]，但久坐帶來的不適和對人體的傷害卻是長久的，要幾年甚至幾十年才能顯性化[4]。久坐的人群分布廣泛，包含IT從業人員、科研人員、司機、學生等。成年人應當對久坐時長加以限制，以減輕久坐對健康產生的危害[5-7]。

研究表明，通過坐墊和靠背的壓力測量、坐姿測量、身體運動次數、肌電圖和小腿腫脹情況能夠有效分析久坐不適與疲勞情況[8]。其中體壓測量不僅可得到坐墊和靠背的靜態體壓數據[9-10]，還能通過中心點位移[11]和平均壓力變動情況[12-13]來表示身體運動次數，運動次數越多，表示不適情況越嚴重[14]。運動捕捉傳感器也被應用到坐姿的監測與聚類分析上[15-16]，還可運用加速度計同時實現坐姿和身體運動次數的測量[17]；肌電圖 (EMG)也是一種有效且可靠的工具，它能夠通過時域和頻域指標表示肌肉疲勞情況[3]；由于久坐會減少流向下肢的血流量，導致下肢腫脹[18]，因此，通過腿圍的變化量測量腿部腫脹情況能夠分析久坐帶來的影響。此外，模擬仿真技術也可通過建模實現疲勞分析[19-20]。工作休息如站立、伸展身體和走動等，有助于員工進行自我調節、恢復精力[21]，即使是短暫的時間也可能意味著心理和生理上的巨大變化。合適的休息間隔，既不會給人帶來工作中斷的感覺，也能夠得到適當放松。

本研究通過設置無活動提醒下人們自行休息的自然情況作為對照組，以常見的30 min、45 min、60 min的休息間隔作為實驗組，通過體壓變動數據反映疲勞下坐姿變動而引起的體壓變化情況，分析判斷人們的就坐行為特征，有助于久坐疲勞的監控和狀態調節；并結合受試前后的小腿圍變化量，來計算不同休息間隔久坐引起的小腿腫脹情況，結合主觀評價進行疲勞與不適情況的分析，以評價休息干預對久坐疲勞與不適的影響，為辦公族提供合適的辦公休息時間間隔。

1 辦公室工作人群行為特征調研

為了對辦公室工作人群的行為有進一步了解，筆者對總計223人的久坐情況進行了問卷調研。樣本在性別、身高、體型等個體特征和工齡方面分布合理，來自于制造業、教育業、工藝美術業、互聯網等多個行業。問卷對辦公族的工作行為需求及工作狀況進行了調研。

據表1，在辦公族的工作行為需求中，臺式電腦、筆記本電腦以及手機的應用是最多的，這也是促進工作完成的主要行為；平板電腦等其他電子設備的使用也占有一部分比例。雖已逐步進入信息化時代，紙質文件的處理在辦公行為需求中也依舊占有很大比重。此外，與人溝通及暫離座位工作的情況也很多。

表1 辦公族的工作行為需求

通過對辦公室工作狀況進行統計，可知辦公族中約有84.75%的人經常一整天都在辦公室工作；此外，絕大多數人（90.13%）辦公時總是一坐就超過1小時，存在明顯的久坐現象。對辦公室工作情況和久坐情況進行交叉分析，結果見表2。

表2 辦公室工作和久坐情況交叉分析表

根據辦公室工作情況和久坐情況交叉分析結果，可將辦公族分為4類。

（1）常在辦公室，且久坐情況較多，大約占比78.47%。

（2）不常在辦公室，但在辦公室時久坐情況較多，約占比11.66%。

（3）常在辦公室，但隔一段時間就會活動，占比約6.28%。

（4）不常在辦公室，且隔一段時間就會活動，占比約3.59%。

從問卷結果來看，辦公室工作群體常以電腦工作為主，長期在辦公室且久坐情況較多的人占比最多。因此，本研究將針對該群體展開久坐研究，以分析其在電腦工作情況下的就坐行為特征。通過實驗分析自然辦公條件下人們的就坐特征，并通過對比60 min、45 min、30 min的就坐時間間隔下體壓變動和小腿腫脹客觀指標以及主觀評價數據，分析休息間隔對疲勞的影響，確定智能座椅就坐提醒功能中最佳久坐時長。

2 就坐特征實驗研究

研究表明，辦公族每日平均辦公時間約為6h[22]，因此將實驗工作時間設置為上午和下午各3h。結合問卷結果，受試者選擇為平時久坐時間>1h，并以電腦使用為主的學生群體。實驗期間，受試者使用筆記本電腦進行工作，工作內容僅限于辦公中常見的界面瀏覽、文字輸入、資料處理等。受試者起身活動時需填寫主觀不適評價量表，以分析久坐時間與不適情況和就坐特征間的關系。

2.1 自然活動頻次

10名受試者，總共產生37個工作時間段（即保持就坐不起身狀態的時段），見表3。總體而言，平均每人93.72±45.58 min起身活動一次，最短24 min，最長180 min。其中，主動起身占22次，其余15次為測試結束而產生的被動起身。平均每人118.84±40.78 min主動起身活動一次，最短51.53 min，最長為180 min（即測試期間未起身活動）。

表3 自然狀態起身活動情況（單位：min）

2.2 體壓變動基本特征

研究表明，就坐期間人體姿勢變動次數越多，表示不適情況越嚴重，因此可將姿勢變換次數作為總體疲勞量化依據。并可通過運動捕捉傳感器、加速度計、壓力傳感器等實現坐姿和身體運動次數的測量。其中，使用體壓分布測量系統、應用體壓變動的規律來判斷姿勢變換，是一種高效且可靠的方式。以坐姿轉換為例，考慮到坐姿轉換間的流暢，避免大動作對壓力變化產生干擾，采用后仰—前傾—直立的坐姿轉換過程，坐姿示意圖見圖1，進行壓力的記錄見圖2。

圖1 坐姿轉換順序示意圖

圖2 坐姿轉換行為體壓變動特征

同理，對常見的幾種坐姿行為（如靜坐、打字、轉換腿姿勢、坐姿調整）最大壓力和平均壓力變動情況進行觀測，可發現平均壓力和最大壓力都會產生變動，從而在相應時間產生局部范圍內的波峰與波谷。通過對比發現，每當行為轉變時，平均壓力都會產生一定范圍內的波谷，而最大壓力產生波峰與波谷會根據行為切換具體內容而定，且最大壓力相比平均壓力過于敏感，類似于鍵盤鼠標操作的轉變往往也會顯示出來。因此平均壓力更適合作為行為轉變的判斷依據[23]。

2.3 長時間就坐體壓變動特征

通過MATLAB自主編程繪制最大壓力和平均壓力圖像，標注平均壓力產生波谷的幀數，可統計得出受試者的體壓變動次數。變動次數受到閾值影響，本實驗設置體壓變動閾值為座面平均壓力的5%[24]，即當壓力變動超過座面平均壓力的5%時，認定為姿勢發生變動。由于坐姿變動后可能伴隨著調整不到位而帶來的二次調整，因此在MATLAB中編程設定波谷寬度為5，即每個波谷之間的最小距離為5秒，當5秒內發生多次壓力變動情況，只會認定發生一次壓力變動。圖3以一名受試者下午的就坐情況為例，其中橫坐標為時間（單位：s），縱坐標為壓強（單位：Kpa）。

圖3 最大壓力和平均壓力波谷信息

上圖可分為兩個工作段，從圖中可以看出該受試者下午的就坐情況，體壓變動次數隨時間增加而逐漸增多，受試者離開座面自主活動后，座面平均壓力和最大壓力歸零，且在起身活動后返回座位工作的最初階段，受試者坐姿變動次數明顯減少，隨后又逐漸增多。

2.4 階段體壓變動趨勢

將10名受試者共產生的37個工作段分別平均劃分為三個階段，為計算變動規律，可根據相鄰兩個階段間體壓變動次數占比的差值得出圖4所示的象限散點圖。

圖4 階段體壓變動情況

圖5 實驗環境設置

由圖4，可將人的就坐體壓變動次數頻率隨時間變化的規律分為四種情況。

（1）體壓變動次數逐步增加，占比51.35%，共出現19次該情況，即橫縱坐標值均大于0。

（2）體壓變動次數先增加后減少，占比32.43%，共出現12次該情況，即橫坐標值大于0，縱坐標值小于0。

（3）體壓變動次數先減少后增加，占比13.51%，共出現5次該情況，即橫坐標值小于0，縱坐標值大于0。

（4）體壓變動次數逐步減少，占比2.7%，共出現1次該情況，即橫縱坐標值均小于0。

其中，就坐時間低于1 h的與就坐時間高于1 h的體壓變動規律分別如表4所示。

表4 就坐總時長與階段體壓變動規律

綜合上述情況來看，自然就坐情況下，人的坐姿變動情況呈現以下特點。

（1）當就坐時長較長時（>1 h），階段體壓變動規律主要以體壓變動次數逐漸增加和體壓變動次數先增后減為主。

（2）當就坐時長較短時（<1 h），其中四種階段體壓變動規律均有發生。

（3）隨就坐時間增加，坐姿變動次數主要呈現逐漸增多、或先增后減的趨勢。就坐時間越長，此規律越明顯。

（4）起身活動后再次坐下，坐姿變動次數減少。

3 不同間隔的休息干預實驗研究

從設計干預的層面上來講，對休息間隔進行設計干預是行為干預的一種[25]。通過休息提醒功能干預受試者的狀態，以分析受試者在不同的時間間隔情況下休息活動對久坐辦公狀態人體疲勞與不適的影響。

3.1 實驗環境

實驗用工作站為筆記本工作站，辦公桌為高度630~1280 mm可調的升降桌；辦公椅為普通職員椅，具有座高調節、扶手高度調節、腰靠高度調節、傾仰鎖定等功能。共有8名受試者參與了實驗，男、女各4人，年齡23.0±0.756歲，身高1715±78 mm。體壓檢測設備應用美國SPI Tactilus座椅壓力分布測試系統，錄制速度為1幀/s，體壓錄制持續至半日工作結束。

3.2 實驗方法

（1）干預條件與就坐要求：每名受試者進行持續三日的實驗，每日工作時間均為上午、下午各3 h。受試者將按照要求分別以60 min、45 min、30 min的工作休息間隔起身活動。實驗期間保持相對安靜，以模擬專注辦公的工作環境。

（2）實驗環境調整：受試前，將座面高度設置為受試者的膝腘高度，桌高設置為受試者肘高之上10 cm，確定后在該受試者實驗期間不再變動。

（3）小腿圍測量：小腿腫脹情況即就坐前后的小腿周長差值。需在受試者小腿最粗的地方做好記號，并記錄測量高度，要求三個實驗日內受試者小腿圍測量高度相同。在每日上午和下午實驗開始前、后應用軟尺測量受試者小腿圍并記錄，計算得到小腿腫脹數據。

（4）實驗開始后進行體壓錄制，錄制速度為1幀/s，體壓錄制持續至半日工作結束。

（5）實驗中每當受試者受到提醒起身活動時，需填寫主觀評價量表，以收集身體不適與休息間隔整體評價情況數據。

（6）在實驗結束后進行問卷調查。

（7）數據的分析與處理：將收集到的體壓數據，采用MATLAB自主編程計算得出坐姿變動次數以及相關圖像，并通過EXCEL以及SPSS數理統計軟件進行相關數據的進一步分析。

3.3 實驗結果

3.3.1 主觀評價

從圖6中可以看出，休息時間間隔的變化對人的身體部位不適感產生了一定影響。隨休息間隔時間的縮短，身體部位的不適感呈現下降趨勢。其中，30 min的休息間隔帶來的整體不適及多數身體部位不適程度最低。可見，45 min和30 min的間隔比起60 min的時間間隔能夠更好地緩解身體不適。三種休息間隔對于工作站適應度以及工作集中度沒有顯著影響，見圖7。疲勞感隨休息間隔時間縮短而減弱，坐姿舒適度也隨之增強。

圖6 不同休息間隔的身體部位不適情況

圖7 不同休息間隔與坐姿評價

圖8 休息間隔與體壓變動占比情況

3.3.2 體壓變動情況

從圖 8 中可以看出，在受試者的自然就坐情況下，在座前、中、后三個時間段的體壓變動次數整體呈現逐步增加的趨勢。而經干預提醒，在 1h 的休息間隔情況下，就坐期間的前、中、后三個時間段的體壓變動次數占比情況同樣呈現逐步增加的趨勢，但增長趨勢不如自然就坐情況明顯；45 min 和 30 min 的休息間隔情況下，在座的前、中、后三個時間段的體壓變動次數占比情況無顯著變化趨勢，但從均值來看（見表5），45 min 的休息間隔第一、二階段，即 15~30 min 期間，以及 30 min 休息間隔的第二、三階段即 20~30min之間的體壓變動次數占比增加相對較多。

表5 休息間隔與體壓變動占比情況

據研究，坐姿變換次數越多，坐姿舒適度越差，疲勞感越強。結合不同休息間隔下的主觀評價結果，可發現 45 min 和 30 min 的時間間隔下人的身體部位不適情況較少，疲勞感較弱，坐姿舒適度較強，該趨勢也與階段體壓變動的增長情況呈現一致性，整體出現體壓變動次數顯著增加的時間后移。根據三個階段間體壓變動占比情況的變化，綜合不同間隔下體壓變動顯著增加情況首次出現的時間段：

60 min：階段 1（第 20 min）——階段 2（第 40 min）；

45 min：階段 1（第 15 min）——階段 2（第 30 min）；

30 min：階段 2（第 20 min）——階段 3（第 30 min）。

因此可推測在持續就坐 20 min 后，疲勞感增強，坐姿舒適性減弱，坐姿變動次數即體壓變動次數顯著增加。

3.3.3 小腿腫脹情況

根據圖9，可以看出45 min和30 min的休息間隔下受試者小腿圍變化量最低，即腿部水腫的狀況更輕，因此45 min和30 min的休息間隔比起60 min的間隔能夠更好地減少腿部水腫情況。

圖9 休息間隔與小腿圍變化量

3.3.4 問卷調查

實驗后，通過五級量表型問卷收集受試者主觀感受，問卷內容及結果如表6所示。根據問卷的結果可得出：疲勞會導致工作效率降低，但起身活動能夠很好地緩解疲勞。絕大多數受試者認為，無論是主動起身活動，還是通過休息提醒功能實現的被動起身活動，不會感覺工作思緒被打斷，從而影響到工作效率。受試者們普遍認為辦公健康更重要，而這種休息提醒功能也讓人感覺能夠幫助改善辦公健康。此外，受試者普遍認為下午比起上午更容易疲勞。在就坐時間間隔的比較上，絕大多數受試者認為60 min的時間間隔較少，30 min的時間間隔較頻繁，而45 min的活動時間間隔正合適。

表6 問卷內容及結果

4 結語

本研究通過對辦公環境中工作群體進行調研，得出辦公族的行為需求、辦公室工作和久坐情況，并以辦公室工作及久坐情況較多的人群為研究對象，利用其動態體壓數據進行就坐特征分析。研究結論如下：

（1）在自然就坐狀態（尤其在就坐時間>1h的情況下），人的坐姿變動次數主要呈現逐漸增多或先增后減的趨勢。在起身活動后，坐姿變動次數明顯減少，且人的疲勞得到一定緩解。

（2）通過以不同休息間隔對受試者久坐行為提醒干預，可發現，休息間隔越短，人的身體部位不適情況及疲勞感越弱，坐姿舒適度越強，坐姿變動次數越少；較短的休息間隔能夠更好減少腿部水腫情況。

（3）結合主客觀結果可得出：45 min的休息間隔既能滿足人的健康改善需求，也能滿足不影響工作的心理需求，因此，建議將45 min作為久坐提醒的休息間隔，可利用辦公家具對久坐行為提醒，例如將傳感器安置在辦公桌或辦公椅上，記錄使用者就坐時長，在達到相應時長后給予提醒，以實現智能調節。

（4）對人辦公的就坐特征進行研究，擴展了我們對于坐姿行為的理解。未來可以將辦公坐姿研究更多地應用在久坐疲勞狀態智能監控和調節上。