于慧俐，梁夢(mèng)珂，管宏宇

(青島理工大學(xué) 環(huán)境與市政工程學(xué)院，青島 266033)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工作效率越來(lái)越被人們所重視，提高工作效率將有利于公司經(jīng)濟(jì)效益的提高.在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的時(shí)代，工作效率高則意味著具有更大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，達(dá)到相同績(jī)效的同時(shí)縮短工作時(shí)間，能使人員有更多的時(shí)間去學(xué)習(xí)其他內(nèi)容提升自己和休閑放松，這將會(huì)在一定程度上提升人們的幸福感.根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，人們?cè)谑覂?nèi)的時(shí)間占據(jù)全天的80%～90%[1].室內(nèi)環(huán)境的優(yōu)劣不僅影響人員身體健康、情緒波動(dòng)和舒適度，還在很大程度上影響人們對(duì)信息的接收速度和處理能力，這些對(duì)人們的工作效率都會(huì)造成影響.本研究通過(guò)改變室內(nèi)溫度、照度、色溫3個(gè)因素在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，來(lái)探究室內(nèi)熱光環(huán)境對(duì)人員工作效率的影響.這將為通過(guò)改變室內(nèi)環(huán)境來(lái)提高工作效率提供理論依據(jù).

對(duì)于室內(nèi)環(huán)境對(duì)工作效率的影響，學(xué)者們進(jìn)行過(guò)大量研究.FISK和ROSENFELD提出室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量影響工作效率的幾種疾病，如過(guò)敏、哮喘、傳染性疾病、病態(tài)建筑綜合癥[2].在20世紀(jì)60年代，有學(xué)者進(jìn)行過(guò)一項(xiàng)經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)來(lái)探究室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量與人員工作效率的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)探究了6個(gè)不同室內(nèi)溫度工況對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)的影響[3].有研究表明工作效率可能受工作熱情、舒適感、視覺(jué)、聲音以及環(huán)境參數(shù)等影響.室內(nèi)熱環(huán)境中影響工作效率的因素有很多，主要是環(huán)境溫度，有研究表明，高溫環(huán)境下的人員工作效率下降.室內(nèi)光環(huán)境對(duì)工作效率的影響研究相對(duì)來(lái)說(shuō)較少，筆者認(rèn)為光環(huán)境會(huì)直接通過(guò)視覺(jué)效果影響工作效率，例如當(dāng)光環(huán)境照度較高時(shí)，會(huì)通過(guò)抑制褪黑激素的產(chǎn)生來(lái)影響人體，進(jìn)而影響人員工作效率.有些研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)照度過(guò)低時(shí)，任務(wù)績(jī)效會(huì)有所下降.張顏梅通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，照度對(duì)認(rèn)知任務(wù)的輸出績(jī)效有顯著影響，并且提出照度在300～500 lx時(shí)，輸出績(jī)效最高[4].蘭麗研究聲、光、熱環(huán)境對(duì)人員工作效率的影響，并建立一個(gè)多因素人員工作效率影響機(jī)制模型[5].嚴(yán)永紅等探究光源色溫對(duì)學(xué)習(xí)效率的影響，發(fā)現(xiàn)高色溫和高照度時(shí)學(xué)習(xí)效率降低，原因可能是高色溫、高照度時(shí)大腦皮層的活性較高，更易出現(xiàn)疲勞導(dǎo)致學(xué)習(xí)效率下降[6].

1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

1.1 受試者

16名大學(xué)生和研究生參加本實(shí)驗(yàn)，男生8人，平均年齡(18.88±1.6)歲，平均身高(175.86±4.3) cm，平均體重(71.25±6.2) kg；女生8人，平均年齡(21.36±1.9)歲，平均身高(160.38±5.7) cm，平均體重(56.5±8.2) kg.受試者均身體狀況良好，視力經(jīng)矯正后不低于5.0.受試者在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中統(tǒng)一服裝，上半身：秋衣+工裝外套；下半身：秋褲+工裝長(zhǎng)褲+襪子+運(yùn)動(dòng)鞋.計(jì)算服裝熱阻為1.288 clo.為了保證實(shí)驗(yàn)盡可能準(zhǔn)確，要求受試者保證前一晚睡眠時(shí)間7～8 h，實(shí)驗(yàn)開始前避免過(guò)度運(yùn)動(dòng)，目的是為了保證受試者穩(wěn)定的代謝水平，禁止飲用功能性飲料，防止對(duì)人體產(chǎn)生刺激性影響.

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

本實(shí)驗(yàn)在溫濕度可控的實(shí)驗(yàn)小室(圖1，2)中進(jìn)行，由3種溫度(18，22，26 ℃)、3種照度(100，300，500 lx)、3種色溫(3000，4000、5700 K)組合成27種實(shí)驗(yàn)工況.

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 實(shí)驗(yàn)程序

實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)人員設(shè)置好實(shí)驗(yàn)工況，受試者進(jìn)入實(shí)驗(yàn)小室換實(shí)驗(yàn)統(tǒng)一服裝，在小室內(nèi)看書學(xué)習(xí)，適應(yīng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境30 min后，開始測(cè)試各項(xiàng)生理參數(shù)，做指針表試卷，最后填寫主觀問(wèn)卷.

2.2 實(shí)驗(yàn)儀器

室內(nèi)氣溫測(cè)試儀器為Testo 174H溫濕度記錄儀，溫度量程-40～100 ℃，精度±0.5 ℃，分辨率0.1 ℃；濕度量程0～100 RH，精度±3% RH，分辨率0.1% RH.

光源照度、色溫測(cè)試儀器：實(shí)驗(yàn)開始前，改變光環(huán)境，在同一測(cè)點(diǎn)測(cè)試照度、色溫來(lái)滿足實(shí)驗(yàn)要求.采用CHROMA METER CL-200色彩照度計(jì)，測(cè)量范圍 0.1～99 990 lx，0.01～9999 fcd(色度：5 lx，0.5 fcd 或以上)，在4個(gè)量程內(nèi)自動(dòng)選擇.

2.3 測(cè)試數(shù)據(jù)

1) 填寫主觀問(wèn)卷，包括明亮感、疲勞感、顯色性、放松感、愉悅感等，綜合考慮這5個(gè)指標(biāo)，定義為主觀舒適度.

明亮感：指受試者認(rèn)為當(dāng)前室內(nèi)環(huán)境的明亮程度，投票值為-2～2，代表明亮—不明亮；

疲勞感：指受試者在當(dāng)前環(huán)境下認(rèn)為自己的整體疲勞感程度，投票值為-2～2，代表不疲勞—疲勞；

圖1 實(shí)驗(yàn)小室平面

圖2 實(shí)驗(yàn)小室燈具布置

圖3 指針表試卷

顯色性：指受試者在當(dāng)前環(huán)境下，認(rèn)為環(huán)境中物體的失真程度，投票值為-2～2，代表不失真—失真；

放松感：指受試者在當(dāng)前環(huán)境下整體放松程度，投票值為-2～2，代表放松—不放松；

愉悅感：指受試者對(duì)當(dāng)前環(huán)境下的愉悅程度，投票值為-2～2，代表愉悅—不愉悅.

2) 指針表試卷：試卷由8個(gè)方向一共160個(gè)箭頭組成(圖3).實(shí)驗(yàn)過(guò)程中由實(shí)驗(yàn)者指定任意2個(gè)方向的箭頭，受試者從頭到尾瀏覽試卷，將指定的2個(gè)箭頭勾選出來(lái).實(shí)驗(yàn)用指針表試卷的實(shí)際用時(shí)和正確率來(lái)表示工作效率.實(shí)際用時(shí)是指受試者做完整張?jiān)嚲淼臅r(shí)間；正確率指的是受試者勾選出來(lái)的箭頭符合要求的個(gè)數(shù)除以總個(gè)數(shù).

2.4 數(shù)據(jù)處理

用指針表試卷成績(jī)表征工作效率，試卷成績(jī)包括實(shí)際用時(shí)、正確率兩部分，對(duì)于工作效率的評(píng)價(jià)不能單看某一項(xiàng)指標(biāo)，所以本實(shí)驗(yàn)采取熵值法求2個(gè)指標(biāo)權(quán)重，結(jié)合實(shí)際用時(shí)評(píng)分和正確率評(píng)分加權(quán)得到綜合得分來(lái)表示綜合績(jī)效.

在信息論中，熵是對(duì)不確定性的一種度量.信息量越大，不確定性越大，熵越小.根據(jù)熵的不確定性，可以利用熵值法來(lái)確定指標(biāo)權(quán)重，熵值可以用來(lái)判斷某個(gè)指標(biāo)的離散程度，離散程度越大，該指標(biāo)對(duì)綜合評(píng)價(jià)的影響越大.

首先，實(shí)際用時(shí)和正確率的計(jì)量單位并不統(tǒng)一，所以要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化；其次正確率越高越好，屬于正向指標(biāo)，而實(shí)際用時(shí)越低越好，屬于負(fù)向指標(biāo)，所以二者標(biāo)準(zhǔn)化的方式有所不同.

正確率：

(1)

實(shí)際用時(shí)：

(2)

計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)下某個(gè)工況所占比重：

(3)

計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)的熵值：

(4)

計(jì)算信息熵冗余度：

dj=1-ej

(5)

計(jì)算兩指標(biāo)權(quán)重：

(6)

熵值法計(jì)算權(quán)重所用的數(shù)據(jù)都為受試者實(shí)驗(yàn)中指針表試卷的真實(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)量巨大，此處給出部分樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)，如表1、表2所示.

表1 實(shí)際用時(shí) s

表2 正確率數(shù)據(jù)

圖4 評(píng)分規(guī)則

經(jīng)計(jì)算實(shí)際用時(shí)所占比重0.453，正確率所占比重0.547.

對(duì)于評(píng)分，選擇實(shí)際用時(shí)的最短時(shí)長(zhǎng)46 s和最長(zhǎng)時(shí)長(zhǎng)131 s作為區(qū)間來(lái)評(píng)分，評(píng)分為百分制，46 s為100分，131 s為0分，將實(shí)際用時(shí)轉(zhuǎn)化為百分制.正確率選擇最高正確率和最小正確率作為區(qū)間來(lái)評(píng)分，同樣轉(zhuǎn)化為百分制(圖4).

經(jīng)計(jì)算得出：綜合績(jī)效=0.453×實(shí)際用時(shí)評(píng)分+0.547×正確率評(píng)分.

通過(guò)熵值法，利用真實(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)求得每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重.由于數(shù)據(jù)量巨大，此處列出部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如表3—7所示.

表3 明亮感投票數(shù)據(jù)

表4 疲勞感投票數(shù)據(jù)

表5 顯色性投票數(shù)據(jù)

表6 放松感投票數(shù)據(jù)

表7 愉悅感投票數(shù)據(jù)

表8 主觀舒適度中各指標(biāo)權(quán)重

利用以上5個(gè)測(cè)試指標(biāo)的真實(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，定義一個(gè)主觀舒適度，根據(jù)熵值法求得5個(gè)指標(biāo)所占權(quán)重，見表8.

主觀舒適度=0.194×明亮感主觀值+0.181×疲勞感主觀值+0.219×顯色性主觀值+0.152×放松感主觀值+0.254×愉悅感主觀值

為了有助于理解，將熵值法求得的各工況下的得分值加2，即主觀舒適度范圍為0～4，代表從舒適—不舒適，與熱舒適度量范圍類似.

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 主觀舒適度

經(jīng)計(jì)算后主觀舒適度分析結(jié)果如圖5—7所示.

分析可知：不論哪個(gè)溫度工況下，在實(shí)驗(yàn)照度范圍內(nèi)，隨著照度升高主觀舒適度越來(lái)越好，而且隨著色溫升高，主觀舒適度同樣越來(lái)越好，可以認(rèn)為不論室內(nèi)溫度如何，對(duì)于主觀舒適度來(lái)說(shuō)，高色溫、高照度要優(yōu)于低色溫、低照度.

并且對(duì)比圖5—7可以發(fā)現(xiàn)主觀舒適度最優(yōu)的溫度工況為22 ℃，其次為18 ℃，并且18與22 ℃相差不大，而26 ℃下的主觀舒適度要稍差于18和22 ℃.

由于數(shù)據(jù)量太大，無(wú)法一一羅列，將直接給出處理后數(shù)據(jù).

各個(gè)溫度下主觀舒適度得分的平均值及各個(gè)溫度下得分的差值如表9所示.

表9 主觀舒適度得分

由表9數(shù)據(jù)可知，隨著溫度的升高，主觀舒適度得分差值越來(lái)越大，即溫度越高，人體主觀舒適度波動(dòng)幅度越大，可以說(shuō)明溫度越高，主觀舒適度受到光環(huán)境的影響越大.從平均值可以發(fā)現(xiàn)，在中性環(huán)境22 ℃下，人體主觀舒適度得分最小，即最舒適，并且可以發(fā)現(xiàn)，從中性環(huán)境到偏冷環(huán)境主觀舒適度得分下降0.1，而從中性環(huán)境到偏熱環(huán)境中主觀舒適度得分下降0.2，也可以說(shuō)，人體在偏熱環(huán)境中受到光環(huán)境影響較大.

3.2 工作效率受光環(huán)境影響規(guī)律

分析結(jié)果可知，偏冷工況18 ℃，與22，26 ℃不同，工作效率結(jié)果如圖8—9所示.

從圖8可以發(fā)現(xiàn)，在18 ℃時(shí)，100，300 lx照度下的綜合績(jī)效相差不大，而500 lx照度下綜合績(jī)效明顯升高，對(duì)比主觀舒適度也可以發(fā)現(xiàn)500 lx的主觀舒適度要高于100，300 lx. 不論中高低色溫，100與300 lx之間工作效率得分差值為0.2～1.1，幅度較小，可以認(rèn)為不論色溫如何，低、中照度之間工作效率差距可以忽略，而500 lx相對(duì)于其他2個(gè)照度，差值最大為6，明顯要高于其他2個(gè)照度下工作效率，所以在偏冷環(huán)境時(shí)為提高工作效率應(yīng)盡量選擇較高照度.

可以發(fā)現(xiàn)隨著色溫的變化，工作效率在4000 K時(shí)最低(圖8)，是因?yàn)樵?8 ℃下，3000 K是可以減少人體散熱，有利于保持人體熱平衡的，這點(diǎn)YASUKOUCHI在研究中談到了，3000 K相對(duì)于較高色溫有利于人體舒適[7].即3000 K下的熱舒適是要優(yōu)于4000 K.

在 22，26 ℃下，隨著照度升高，工作效率先升后降(圖9—10).22 ℃時(shí)，低照度升至中間照度時(shí)，工作效率上升范圍為1.48～4.50，而中間照度升至500 lx時(shí)，工作效率下降范圍為0.37～2.49.在300 lx時(shí)工作效率最高，說(shuō)明在室內(nèi)光環(huán)境方面可以通過(guò)提高照度的方式來(lái)提高工作效率，但是該方式有一定限制，當(dāng)照度升高到500 lx時(shí)，工作效率會(huì)出現(xiàn)略微下降，幅度較小.原因可能是因?yàn)楦哒斩葧?huì)分散人的注意力，進(jìn)而影響工作效率.BYOUNG-KYONG Min在實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，在持續(xù)的注意力任務(wù)中，較強(qiáng)的光照會(huì)導(dǎo)致人的注意力受到影響[8].所以說(shuō)在低溫環(huán)境下，適合選擇較高照度500 lx、稍高色溫5700 K.

隨著色溫升高也可以發(fā)現(xiàn)工作效率先升后降，在中間色溫4000 K時(shí)工作效率最高，并且發(fā)現(xiàn)3000 K色溫下，不論何種照度都表現(xiàn)為最低的工作效率，說(shuō)明3000 K低色溫不適合人員進(jìn)行閱讀學(xué)習(xí)(圖9—10).對(duì)于高色溫工作效率會(huì)下降的原因，認(rèn)為與人體在高色溫時(shí)大腦活性高有關(guān).嚴(yán)永紅等提到在高色溫下，α波、β波指數(shù)變化率大，認(rèn)為在高色溫下大腦活性較高，會(huì)增加人的疲勞，進(jìn)而導(dǎo)致工作效率會(huì)有所降低[6].可以發(fā)現(xiàn)在中性和偏熱環(huán)境下，工作效率最優(yōu)的光環(huán)境為300 lx、4000 K.對(duì)比主觀舒適度可以發(fā)現(xiàn)，在主觀舒適度最優(yōu)的環(huán)境中并沒(méi)有最高的工作效率.

同時(shí)通過(guò)分析受試者的熱感覺(jué)、熱舒適可以發(fā)現(xiàn)，人的熱調(diào)節(jié)不可忽略，26 ℃的熱感覺(jué)投票和22 ℃相差并不大，而18 ℃熱感覺(jué)投票則表現(xiàn)為偏冷.偏冷環(huán)境中最優(yōu)光環(huán)境的照度、色溫都要高于其他2個(gè)溫度工況，可以認(rèn)為在偏冷環(huán)境下，人的注意力會(huì)更集中，所以說(shuō)高照度、高色溫帶來(lái)的影響不如22和26 ℃.

3.3 工作效率受溫度影響規(guī)律

經(jīng)分析可以發(fā)現(xiàn)工作效率隨著溫度變化規(guī)律并不明顯，這與以往研究有所不同，以往研究認(rèn)為人在偏冷環(huán)境中工作效率會(huì)稍高一些，而偏熱環(huán)境會(huì)使得人精神不振，或者加劇病態(tài)建筑綜合癥進(jìn)而影響工作效率.分析其原因可能是本實(shí)驗(yàn)的溫度工況過(guò)于保守，18，22，26 ℃工況的確定是綜合溫度、風(fēng)速、新陳代謝率、服裝熱阻等計(jì)算的PMV(預(yù)計(jì)平均熱感覺(jué)指數(shù))為-1～1，位于舒適區(qū)溫度范圍內(nèi)，故本實(shí)驗(yàn)中溫度對(duì)工作效率影響不明顯.

4 結(jié)論

1) 分析主觀舒適度可以發(fā)現(xiàn)，不論室內(nèi)溫度如何，對(duì)于主觀舒適度來(lái)說(shuō)，高色溫、高照度要優(yōu)于低色溫、低照度.

2) 對(duì)于工作效率，偏冷工況和其他2個(gè)溫度工況是不同的，在偏冷工況時(shí)100，300 lx照度下的綜合績(jī)效相差不大，而500 lx照度下綜合績(jī)效明顯升高，即在環(huán)境偏冷時(shí)，為提高工作效率宜選擇較高照度，而在中性環(huán)境和偏熱環(huán)境時(shí)，最優(yōu)環(huán)境為300 lx、4000 K.