王燕尼,楊春宇,段 然

(1.重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院,重慶 400045； 2.重慶工商大學(xué)藝術(shù)學(xué)院，重慶 400067)

引言

城市軌道交通是城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施，我國地鐵正處于高速發(fā)展中，截至2018年末，我國35個(gè)城市開通并運(yùn)行185條城軌交通線路，其中地鐵長達(dá)4354 km，占城軌總線路的75.6%，城軌交通共投運(yùn)車站3394座[1]。地鐵列車在全封閉的線路上運(yùn)行，位于中心城區(qū)的線路基本設(shè)在地下隧道內(nèi)，中心城區(qū)以外的線路一般設(shè)在高架橋或地面上[2]。由于地鐵本身的特性，地鐵車站大部分位于地下數(shù)米至數(shù)十米，國外有的深達(dá)上百米。以重慶為例，因?yàn)榈匦翁厥?，處于地下的地鐵車站占總數(shù)量的52%。表1為10個(gè)城市的軌道交通敷設(shè)線路方式及規(guī)模的匯總，其中重慶市地下線所占比例為58.5%，與實(shí)測地下地鐵車站所占比例大致相同。表中各城市地下線路所占比例基本在50%以上，根據(jù)數(shù)據(jù)可知，全國位于地下的地鐵車站數(shù)量較大，長期工作于地下的地鐵工作人員是一個(gè)龐大的群體。

表1 2018年各城市城軌交通運(yùn)營線路規(guī)模統(tǒng)計(jì)匯總表Table 1 Statistical summary of the operation scale of urban rail transit lines in each city in 2018

數(shù)據(jù)來源:城市軌道交通2018年度統(tǒng)計(jì)和分析報(bào)告，中國城市軌道交通協(xié)會信息。

因深度等諸多原因，目前天然光還難以被廣泛應(yīng)用，國內(nèi)外地鐵車站大量采用人工照明，關(guān)注重點(diǎn)更多在節(jié)能方面，而相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也僅考慮了視覺方面的基本要求[3]。地鐵車站照明采用照度和照明功率密度(LPD)相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法，可以適當(dāng)?shù)墓?jié)約成本[4，5]。在滿足視覺功能要求的基礎(chǔ)上，舒適性、藝術(shù)性、人文特色等逐漸成為優(yōu)化地鐵車站照明品質(zhì)的設(shè)計(jì)思路。相關(guān)學(xué)者調(diào)研了新加坡、香港和南京的地鐵車站照明情況，各車站的人工照明在設(shè)計(jì)過程中不僅考慮到了照明技術(shù)、光的藝術(shù)特性，更將照明與建筑內(nèi)部各要素的關(guān)系作為影響因素參考在照明設(shè)計(jì)方案中[6，7]。近些年，智能照明與智能控制在城市軌道交通照明中的應(yīng)用成為新的趨勢，LED燈具于2008年開始逐步應(yīng)用于地鐵人工照明[8]，深圳軌道交通運(yùn)營場所將“LED+智能”照明系統(tǒng)應(yīng)用到了實(shí)際中[9]。隨著我國新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷推進(jìn)，城市軌道交通發(fā)展的勢頭越發(fā)強(qiáng)勁，智能化、信息化、數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用推廣成為了我國軌道交通快速、健康、可持續(xù)發(fā)展的有力保證，為軌道交通快速和可持續(xù)發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[10]。

有研究表明，光在滿足人們視看功能的同時(shí)對人的生物節(jié)律具有重要影響。地鐵車站人工光環(huán)境與工作人員的健康密切相關(guān)，工作人員長時(shí)間工作于地下空間內(nèi)，工作性質(zhì)為周期性的日夜顛倒，環(huán)境特殊，責(zé)任重大，極易引起職業(yè)緊張，從而導(dǎo)致失眠、焦慮等狀況[11]。針對人體的機(jī)體和精神疲勞分析是目前醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的熱門方向之一[12]，疲勞是在人的生理活動基礎(chǔ)上，產(chǎn)生物質(zhì)變化、功能變化、效率變化及心理煩躁等狀態(tài)。產(chǎn)生疲勞時(shí)，生理機(jī)能逐漸衰退，主觀感覺疲乏無力，大腦反應(yīng)遲鈍，動作不協(xié)調(diào)，會引起工作效率降低，并危及人的健康與安全。腦電波是檢測疲勞的最可靠指標(biāo)之一，Küller等[13]在一個(gè)模擬辦公環(huán)境的實(shí)驗(yàn)室中，分別在1 700 lx和450 lx照度水平下研究人的腦電節(jié)律，結(jié)果顯示高照度條件下，腦電圖的delta波較少，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)具有警示作用。Van Bommel等[14]在廣泛文獻(xiàn)研究的基礎(chǔ)上計(jì)算了由于改善照明而導(dǎo)致的總生產(chǎn)率提高，結(jié)果顯示照度水平從300 lx提高到500 lx，工作效率提高8%；照度水平從300 lx提高到2 000 lx，工作效率提高20%[14]。

天然光對人體身心健康非常重要，工作人員長期工作于地下缺乏天然光，生物節(jié)律受到一定的影響。建立滿足視覺需求、符合人體生物節(jié)律的地鐵車站光環(huán)境對工作人員身體健康更有利，如何減輕缺乏天然光照對工作人員的生理影響，緩解工作人員在工作期間的疲勞，應(yīng)成為地下地鐵車站人工光環(huán)境的一項(xiàng)重要研究內(nèi)容。

2 重慶地鐵車站光環(huán)境現(xiàn)狀

為了對重慶市地鐵車站照明情況有基本掌握，對地鐵工作人員工作行為模式有深入的了解，我們依據(jù)《照明測量方法》(GB/T 5700—2008)，結(jié)合相關(guān)研究理論與研究方法，對重慶市部分地下地鐵車站進(jìn)行了實(shí)地測量與問卷調(diào)研，并邀請10位地鐵工作人員參與相關(guān)光照實(shí)驗(yàn)。

根據(jù)車站位置、車站性質(zhì)以及線路分布，我們選取2018年4月前開通運(yùn)行的21個(gè)地下地鐵車站進(jìn)行調(diào)研，其中包括普通站、換乘站、終點(diǎn)站。使用CL-500A分光輻射照度計(jì)，對每個(gè)車站的安檢、售票、站臺與站廳共計(jì)84處工作場所進(jìn)行照度、色溫的測量，分析目前重慶市地鐵車站人工光環(huán)境的質(zhì)量，總結(jié)地鐵車站人工光環(huán)境的特征，如圖1所示。

圖1 重慶市部分地鐵車站光環(huán)境現(xiàn)狀Fig.1 The lighting environment of some subway stations in Chongqing

結(jié)果顯示，目前重慶市地鐵車站人工光環(huán)境仍以熒光燈為主。安檢處的照明較暗，頂棚的光源不能很好的照亮安檢處的工作區(qū)域，缺乏相應(yīng)的局部照明；售票處位于小崗?fù)?nèi)，售票亭內(nèi)會加入一定的局部照明，但因崗?fù)げＡν獠抗庠吹牟糠终趽酰斩容^低，票亭內(nèi)的照度不能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求；站臺處的人工照明主要針對乘客上下車區(qū)域，照度較高；站廳面積較大，燈具布置方式各異，個(gè)別車站會在此基礎(chǔ)上適當(dāng)做出一定造型營造視覺上的美觀效果。

圖2 地鐵車站各工作場所實(shí)測照度值符合標(biāo)準(zhǔn)的百分比Fig.2 Percentage of the measured illuminance value in each workplace of the subway station meeting the standard

我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，城市軌道交通各類場所正常照明的標(biāo)準(zhǔn)值(部分)為150～300 lx。測量結(jié)果顯示(圖2)，地鐵車站中51.2%的工作場所照度值不能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。在所測的21個(gè)地鐵車站中，售票處符合標(biāo)準(zhǔn)照度值的百分比最低，僅5%左右；站臺工作場所符合標(biāo)準(zhǔn)照度值的百分比最高，高達(dá)95%；安檢處和站廳在半數(shù)左右。雖然規(guī)范中對站廳和站臺的要求照度值比安檢和售票低，但實(shí)測數(shù)據(jù)相反，站臺和站廳實(shí)測比安檢和售票高。與安檢處和售票處的工作人員數(shù)目相比，站臺和站廳的工作巡邏人員較少，可以看出重慶市地鐵車站照明更側(cè)重針對乘客較多區(qū)域的人工照明。

圖3 地鐵車站各工作場所實(shí)測色溫值符合標(biāo)準(zhǔn)的百分比Fig.3 Percentage of measured color temperature values in each workplace of subway station that meet the standard

國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定地鐵車站的站臺、站廳等場所的照明光源色溫應(yīng)在3 300～5 300 K范圍內(nèi)。圖3為地鐵車站各工作場所實(shí)測色溫值分布情況，數(shù)據(jù)顯示所有工作場所的色溫值均在3 500 K以上，主要分布在4 000～5 000 K。所調(diào)研的車站中，同一車站的不同工作場所間差值在0～500 K范圍內(nèi)的車站占61.9%，差值在1 000 K以下的車站高達(dá)80.9%，色溫值跨度最大的是站臺處，安檢、售票及站廳色溫值的跨度大致相同。

3 光照實(shí)驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)為“重慶大學(xué)綠色與健康照明實(shí)驗(yàn)室”，考慮人眼視覺功效，結(jié)合實(shí)地測量結(jié)果，確定了不同的光照模式。工作室目前已對近250人做了300 lx、500 lx、1 000 lx、1 500 lx、2 000 lx與3 000 lx照度及相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)對象為正常成年人，身體健康，生活作息規(guī)律，未同時(shí)參加其它的臨床實(shí)驗(yàn)。

由于時(shí)間與邀請地鐵工作人員等條件的限制，本次光照實(shí)驗(yàn)只對10名地鐵工作人員進(jìn)行了高照度的實(shí)驗(yàn)。他們分為2組，分別接受3 000 lx、4 000 K光照1 h與2 000 lx、4 000 K光照1.5 h的光照，其他照度水平有待進(jìn)一步研究。實(shí)驗(yàn)環(huán)境如圖4所示。

圖4 地鐵工作人員組實(shí)驗(yàn)環(huán)境Fig.4 Experimental environment for subway staff group

3.2 實(shí)驗(yàn)對象

地鐵車站的工作人員主要有安檢員、售票員、站臺與站廳的巡邏員。工作人員工作時(shí)間是周期性的，工作時(shí)間較長且長時(shí)間熬夜，地鐵的運(yùn)營時(shí)間雖然在不同城市或線路有所差異，但基本是在5：30—22：30之間，工作期間缺乏天然光照。

參與問卷調(diào)研的重慶市地鐵車站工作人員中76%的年齡分布在20～30歲之間，本次光照實(shí)驗(yàn)所邀請的地鐵工作人員年齡在20～30歲之間的比例為80%，與曾做過實(shí)驗(yàn)的樣本人群年齡分布情況近似，可以降低因年齡差異對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)帶來的影響。

采用疲勞量表-14(fatigue scale-14, FS-14)對所邀請來參加光照實(shí)驗(yàn)的地鐵工作人員進(jìn)行疲勞評測，每位地鐵工作人員在參加光照實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行量表的填寫，可以反映每位工作人員日常狀態(tài)下的疲勞狀況。疲勞量表內(nèi)容簡短，操作簡便，容易掌握，經(jīng)過了一定的檢驗(yàn)與實(shí)際應(yīng)用，具有可信度與有效性。

10位工作人員的測評結(jié)果見表2，F(xiàn)S-14疲勞量表分為軀體疲勞和腦力疲勞，軀體疲勞最高分值8分，腦力疲勞最高分值6分，總分14分。結(jié)果顯示，工作人員普遍呈疲勞狀態(tài)，70%的工作人員總分得分在7分及以上。

表2 地鐵工作人員FS-14疲勞量表得分Table 2 Metro staff scored on the fs-14 fatigue scale

數(shù)據(jù)來源:問卷整理。

4 生理信號及工作效率分析

對地鐵工作人員在工作期間產(chǎn)生疲勞情況，主要從生理變化和工作效率兩個(gè)方面研究不同光環(huán)境對被試人員的影響。腦電是反映疲勞狀態(tài)最直接的生理信號，選取腦電波的頻帶能量比例值作為生理評價(jià)指標(biāo)，采用MP150型16導(dǎo)生理信號儀進(jìn)行采集、記錄和分析數(shù)據(jù)。工作效率選取腦力工作能力指數(shù)(IMC)作為評價(jià)指標(biāo)，通過劑量作業(yè)法測量和分析，量表采用朗道爾環(huán)圖形核對表和數(shù)字校對表，以兩者均值作為被試的腦力工作能力指數(shù)。

4.1 腦電信號

在疲勞的所有監(jiān)測評估方法中，腦電圖是最客觀、精確的方法之一，人體在不同的思維狀態(tài)、疲勞程度，腦電波功率譜及腦電圖波形都有明顯變化，被譽(yù)為監(jiān)測疲勞的“金標(biāo)準(zhǔn)”[15]。對不同精神狀態(tài)下的腦電信號進(jìn)行分析，四個(gè)主要波段的頻帶能量值比例值，Rα值越大，大腦越輕松，沒有疲勞感或者較輕；Rβ值越大，大腦皮層越興奮；θ波和δ波兩者之和R(δ+θ)值越大，困倦程度越強(qiáng)，腦疲勞越嚴(yán)重。

將10位工作人員編號為1～10號，1～5號參加3 000 lx、4 000 K光照組，6～10號參加2 000 lx、4 000 K光照組，將光照前后的腦電信號進(jìn)行分析對比。實(shí)驗(yàn)前后通過16導(dǎo)生理信號記錄儀測量腦電信號(圖5)，從中提取α波、β波、θ波和δ波這四種波段數(shù)值，進(jìn)而計(jì)算相應(yīng)的各波形頻帶能量比例值R作為腦疲勞評價(jià)指標(biāo)，結(jié)果如圖6～圖8所示。

圖5 地鐵工作人員接收生理信號檢測Fig.5 Subway workers receive physiological signals for detection

圖6 地鐵工作人員Rα值光照前后變化Fig.6 Changes of Rα before and after illumination for subway staff

圖7 地鐵工作人員Rβ值光照前后變化Fig.7 Changes of Rβ before and after illumination for subway staff

圖8 地鐵工作人員R(θ+δ)值光照前后變化Fig.8 Changes of R(θ+δ) before and after illumination for subway staff

根據(jù)圖6～圖8數(shù)據(jù)顯示，在一定時(shí)間較高照度的照射下，50%工作人員Rα值上升，60%工作人員Rβ值上升，60%工作人員R(θ+δ)值下降。其中，1～5號工作人員的Rα值上升幅度較大，1～5號工作人員的Rβ值上升幅度較大，1～5號工作人員R(θ+δ)值下降幅度較大?？傮w而言，3 000 lx、4 000 K光環(huán)境下，較利于緩解地鐵工作人員的疲勞。

4.2 腦力工作能力指數(shù)(IMC)

光照實(shí)驗(yàn)通過劑量作業(yè)法獲得被試的腦力工作能力指數(shù)來測評該光環(huán)境下被試人員的工作學(xué)習(xí)效率及疲勞狀態(tài)變化。將朗道爾環(huán)圖形核對表和數(shù)字校對表所得的腦力工作能力指數(shù)(IMC)作算術(shù)平均值，作為該光環(huán)境該時(shí)刻下被試的IMC結(jié)果。

圖9 地鐵工作人員IMC變化Fig.9 Changes of IMC for subway staff

圖9數(shù)據(jù)顯示，2 000 lx、4 000 K光照組的腦力工作能力指數(shù)在光照后呈上升變化的被試人員所占比例較大。

4.3 曾做過實(shí)驗(yàn)的樣本人群與地鐵工作人員數(shù)據(jù)對比

將曾做過實(shí)驗(yàn)的樣本人群腦電數(shù)據(jù)與本次地鐵工作人員組進(jìn)行比較，數(shù)據(jù)顯示，曾做過實(shí)驗(yàn)的樣本人群300 lx光照與2 000 lx光照比，后者Rα值與Rβ值上升明顯，R(θ+δ)值下降幅度較大，地鐵工作人員2 000 lx光照后，Rβ值上升明顯，R(θ+δ)值下降；曾做過實(shí)驗(yàn)的樣本人群3 000 lx光照后，Rα值與Rβ值上升明顯，R(θ+δ)值下降幅度較大，地鐵工作人員3 000 lx光照后，Rα值與Rβ值上升明顯且幅度較大，R(θ+δ)值下降明顯且幅度較大，說明地鐵工作人員由于工作性質(zhì)特殊，本身疲勞感較強(qiáng)。

總體而言，一定時(shí)間的光照后，高照度水平下曾做過實(shí)驗(yàn)的樣本人群與本次地鐵工作人員腦疲勞度較輕。

5 結(jié)語

地鐵工作人員每天在地鐵車站的工作時(shí)間較長，缺乏天然光照，容易疲勞、情緒較差，給他們的生物節(jié)律與工作效率帶來一定的負(fù)面影響。通過疲勞量表測評，工作人員普遍處于疲勞狀態(tài)，且對自己工作場所的光環(huán)境不滿意，表明重慶市地鐵車站人工光環(huán)境質(zhì)量有待提高。LED燈具正在逐步代替熒光燈進(jìn)入地鐵車站的人工照明，本次實(shí)驗(yàn)采用較高照度對工作人員進(jìn)行一定時(shí)間的光照，結(jié)果顯示對地鐵工作人員身體健康有一定的有利影響。通過交談得知，被試工作人員對較高照度的光照實(shí)驗(yàn)的光環(huán)境滿意度較高，感覺更舒適。當(dāng)然，有關(guān)地鐵車站工作環(huán)境照明問題涉及內(nèi)容多，本次邀請的10位地鐵工作人員進(jìn)行的高照度實(shí)驗(yàn)，結(jié)合曾做過實(shí)驗(yàn)的成年樣本人群從300～3 000 lx的光照實(shí)驗(yàn)，我們僅將300 lx與這次地鐵工作人員的高照度實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了比較(其他照度值的比較有待下一步的工作)，發(fā)現(xiàn)一定時(shí)間光照后，高照度水平下曾做過實(shí)驗(yàn)的樣本人群與地鐵工作人員腦疲勞度較輕。當(dāng)然，由于邀請地鐵工作人員條件限制，還沒有對這類人群進(jìn)行各照度級的實(shí)驗(yàn)，樣本量也有待增加。本文中我們僅做了一個(gè)嘗試的工作，還有許多問題需要深入研究。

在缺乏天然光照的情況下，適當(dāng)提高人工光環(huán)境照度，對工作人員緩解疲勞、提高工作效率等方面有益。但也存在著與國家標(biāo)準(zhǔn)照度值不符的矛盾，怎么解決有待進(jìn)一步的科學(xué)研究，但改善地鐵車站人工光環(huán)境質(zhì)量應(yīng)當(dāng)引起我們的重視。