王曉曼 付 瑤

沈陽(yáng)建筑大學(xué) 建筑與規(guī)劃學(xué)院（遼寧 沈陽(yáng) 110168）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)室內(nèi)物理環(huán)境的要求越來(lái)越高。光環(huán)境作為物理環(huán)境的重要組成部分，人們對(duì)其質(zhì)量也越加重視，其中包括容易引起人們生理和心理不適的明適應(yīng)問(wèn)題。目前，關(guān)于明適應(yīng)的研究主要集中在隧道和公路方面，在建筑中研究較少［1-2］。通常，在地下室出入口、室內(nèi)外過(guò)渡空間以及窗空間，都存在明適應(yīng)問(wèn)題，如何在滿足建筑室內(nèi)空間光環(huán)境舒適度要求的基礎(chǔ)上緩解明適應(yīng)問(wèn)題，是目前需要解決的問(wèn)題之一。

對(duì)于光環(huán)境評(píng)價(jià)技術(shù)，早期主要是采用量化方式研究［3］。近幾年，隨著認(rèn)知神經(jīng)學(xué)、生物信號(hào)數(shù)據(jù)分析技術(shù)以及可穿戴傳感器技術(shù)的發(fā)展，很多學(xué)者開(kāi)始使用新技術(shù)進(jìn)行相關(guān)研究。已有研究人員研究發(fā)現(xiàn)，可穿戴式傳感器采集的情緒結(jié)果與實(shí)驗(yàn)后訪談被試者的主觀感受結(jié)果吻合度較好［4］?；诖?，文章通過(guò)可穿戴式傳感器和主觀問(wèn)卷兩種方式綜合分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，研究在何種光環(huán)境下，可同時(shí)滿足縮短反應(yīng)時(shí)間和提高舒適度的雙重目標(biāo)，為緩解建筑空間內(nèi)的明適應(yīng)問(wèn)題提供參考，也使結(jié)果更具科學(xué)性。

文章選取單間式辦公空間作為照明模擬的對(duì)象，將尺寸為6 m×5 m×2.7 m（開(kāi)間×進(jìn)深×凈高）的辦公空間作為研究模型，窗的寬度為6 m，高度為2.7 m，窗臺(tái)高度記1 m。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

被試者共17 名，年齡為22 ～27 歲，大學(xué)以上文化程度，無(wú)眼疾，矯正視力≥5.0。

（1）實(shí)驗(yàn)中用到的儀器和輔助工具。LED 可調(diào)控?zé)簦? 個(gè)）、燈架（2 個(gè)）、照度計(jì)、激光測(cè)距儀、皮膚電流信號(hào)（EDA）、光電容積脈搏波信號(hào)（PPG）、電腦、秒表、視力表和椅子。在實(shí)驗(yàn)中，主要通過(guò)LED 可調(diào)控?zé)粼O(shè)置不同的垂直照度和色溫。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)示意圖如圖1 所示。

（2）實(shí)驗(yàn)環(huán)境選擇較容易控制的人工光環(huán)境，其量化指標(biāo)主要包括照度、色溫、亮度和顯色性等。鑒于以往的研究者在研究時(shí)主要控制照度和色溫這兩項(xiàng)指標(biāo)，文章也將照度和色溫作為該次實(shí)驗(yàn)的控制變量［3］。實(shí)驗(yàn)中LED 可控?zé)舻纳珳刂捣秶? 000 ～8 000 K，實(shí)驗(yàn)中確定的色溫值分別為3 000 K、4 000 K、5 000 K、6 000 K、7 000 K 和8 000 K；而亮度隨著固定在人眼高度1 500 mm 的垂直照度值進(jìn)行調(diào)控，通過(guò)調(diào)控LED 燈的亮度，最終確定垂直照度值分別為100 lx、200 lx、300 lx、400 lx 和500 lx。兩兩組合，共設(shè)置30 種照明環(huán)境。

圖1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)示意圖

（3）測(cè)試墻面上有一張國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)視力表，被試坐在室內(nèi)靠窗300 mm 的位置。

（4）實(shí)驗(yàn)中用到的可穿戴式傳感器主要有皮膚電流信號(hào)（EDA）和光電容積脈搏波信號(hào)（PPG），其中EDA 代表內(nèi)源性或外源性壓力所誘發(fā)的表皮電位，反映了交感神經(jīng)節(jié)后纖維功能狀態(tài)，是相對(duì)較為客觀和敏感的生理指標(biāo)。通過(guò)該種方式，皮膚電導(dǎo)可以測(cè)量情緒和交感神經(jīng)反應(yīng)，準(zhǔn)確地記錄被試者各個(gè)時(shí)刻的心理變化，提高了主觀調(diào)查問(wèn)卷的準(zhǔn)確性和可信度；而PPG 代表光電容積脈搏波信號(hào)，脈搏波所呈現(xiàn)出的形態(tài)、強(qiáng)度、速率和節(jié)律等方面的綜合信息，通過(guò)光電傳感器產(chǎn)生的光電信號(hào)強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，在經(jīng)放大后可反映出外周血管血流量隨心臟搏動(dòng)的變化規(guī)律。

（5）李克特量表作為心理學(xué)實(shí)驗(yàn)最常用的一種量表形式，可以在一定程度上反映被試的態(tài)度傾向[5]。實(shí)驗(yàn)要求被試清晰辨認(rèn)視力表上E 的開(kāi)口方向，并評(píng)價(jià)該實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的光環(huán)境。使用評(píng)價(jià)量表測(cè)定被試的舒適主觀感受，按舒適度水平分為5 級(jí)，1 為不舒適、2 為較不舒適、3 為一般、4 為較舒適、5 為舒適，其中3、4、5 等級(jí)為合格。共發(fā)放17 份問(wèn)卷，回收有效問(wèn)卷17 份。

（6）實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹５玫奖辉嚽逦嬲J(rèn)視力表上E 的開(kāi)口方向所用的時(shí)間即明適應(yīng)反應(yīng)時(shí)間、皮膚電流信號(hào)（EDA）和光電容積脈搏波信號(hào)（PPG）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及主觀問(wèn)卷結(jié)果。

（7）實(shí)驗(yàn)過(guò)程。①先將EDA 皮電傳感器通過(guò)一次性電極片連接到被試手掌上，記錄被試的皮膚電導(dǎo)數(shù)據(jù)，然后將PPG 傳感器固定在被試的耳垂上，記錄被試的光電容積脈搏數(shù)據(jù)。②研究人員為被試講解實(shí)驗(yàn)過(guò)程與注意事項(xiàng)。③讓被試坐在室內(nèi)窗的指定座位上。④清潔被試的手掌和耳垂，研究人員為被試佩戴生理傳感器。⑤被試靜坐3 min，放松心情，保持心情平靜，并通過(guò)ErgoLAB 軟件記錄被試的生理信號(hào)基線數(shù)據(jù)。⑥讓被試的頭轉(zhuǎn)向室外黑暗環(huán)境靜坐0.5 min 后，開(kāi)啟室內(nèi)環(huán)境光源，同時(shí)讓被試的頭轉(zhuǎn)向室內(nèi)光環(huán)境的方向。研究人員指定一個(gè)E 開(kāi)口方向，讓被試正確辨認(rèn)視力表上E 的開(kāi)口方向并對(duì)該實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的光環(huán)境評(píng)價(jià)打分。整個(gè)一組實(shí)驗(yàn)過(guò)程耗時(shí)1 min，記錄被試的明適應(yīng)反應(yīng)時(shí)間和在該組照明環(huán)境下實(shí)驗(yàn)的生理信號(hào)數(shù)據(jù)。重復(fù)實(shí)驗(yàn)，30 組共30 min。最后回收光環(huán)境評(píng)價(jià)打分表。⑦回收問(wèn)卷，取下實(shí)驗(yàn)儀器，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

（1）主觀問(wèn)卷與EDA、PPG 的吻合度分析。在實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，主觀問(wèn)卷與EDA、PPG 的結(jié)果基本一致，吻合度較好。

（2）信度分析。對(duì)采集到的舒適度采用被試內(nèi)部一致性信度系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以衡量其信度。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，對(duì)窗空間明適應(yīng)的光環(huán)境舒適度實(shí)驗(yàn)的被試的一致性信度系數(shù)為0.822，達(dá)到Bakeman[6]提出的0.75 的被試一致性標(biāo)準(zhǔn)。

（3）各變量的平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差和相關(guān)系數(shù)分析。通過(guò)SPSS 軟件分析色溫、垂直照度、反應(yīng)時(shí)間以及舒適度變量的平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差和相關(guān)系數(shù)，結(jié)果顯示，色溫和照度不相關(guān)，色溫與反應(yīng)時(shí)間和舒適度不存在顯著性；而垂直照度和反應(yīng)時(shí)間存在顯著的負(fù)相關(guān)，垂直照度和舒適度存在不顯著的正相關(guān)，反應(yīng)時(shí)間和舒適度存在較弱的負(fù)相關(guān)。由此可以看出，反應(yīng)時(shí)間主要與垂直照度和舒適度有較大的關(guān)聯(lián)性[7]。

（4）方差分析。通過(guò)SPSS 軟件對(duì)色溫、垂直照度與反應(yīng)時(shí)間和舒適度進(jìn)行方差分析，結(jié)果顯示，色溫與反應(yīng)時(shí)間的P=0.726 ＞0.05，色溫與舒適度的P=0.178 ＞0.05，即色溫與反應(yīng)時(shí)間和舒適度無(wú)顯著性差異；而垂直照度與反應(yīng)時(shí)間和舒適度的P=0.000 ＜0.05，即垂直照度與反應(yīng)時(shí)間和舒適度有顯著性差異。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 明適應(yīng)水平與垂直照度的關(guān)聯(lián)性

在不同色溫照度下，反應(yīng)時(shí)間的變化，即被試的明適應(yīng)水平的變化，通過(guò)SPSS 線性回歸分析，在不考慮色溫的情況下，垂直照度與反應(yīng)時(shí)間的P=0.03 ＜0.05，有顯著性，且線性系數(shù)為-0.02，呈負(fù)相關(guān)。

3.2 反應(yīng)時(shí)間與舒適度的關(guān)聯(lián)性

反應(yīng)時(shí)間與舒適度的關(guān)系如圖2 所示。從圖2 可以看出，反應(yīng)時(shí)間＜5.12 s 時(shí)，舒適度值相對(duì)穩(wěn)定且表現(xiàn)為較舒適，結(jié)合問(wèn)卷結(jié)果可以看出反應(yīng)時(shí)間＜5.12 s的垂直照度分別為300 lx、400 lx 和500 lx；反應(yīng)時(shí)間在5.12 ～6.82 s 時(shí)，舒適度值相對(duì)不穩(wěn)定且有少部分表現(xiàn)為不舒適，結(jié)合問(wèn)卷結(jié)果可以看出，反應(yīng)時(shí)間在5.12 ～5.72 s 的垂直照度主要集中在100 lx 和200 lx。

圖2 明適應(yīng)反應(yīng)時(shí)間與舒適度的關(guān)系

4 結(jié)論

不舒適的室內(nèi)窗空間光環(huán)境會(huì)使人在室內(nèi)外視線轉(zhuǎn)換過(guò)程中的適應(yīng)水平減弱，甚至?xí)屓烁杏X(jué)刺眼、眩暈，因此研究舒適的室內(nèi)窗空間光環(huán)境十分必要。文章研究了夜間在不同垂直照度和色溫的光環(huán)境下，人在室內(nèi)外視線轉(zhuǎn)換過(guò)程中明適應(yīng)對(duì)應(yīng)的舒適度,得出以下結(jié)論：

（1）通過(guò)比對(duì)主觀問(wèn)卷和EDA、PPG 的結(jié)果，二者吻合度較高。

（2）通過(guò)信度分析，結(jié)果表明該實(shí)驗(yàn)符合一致性標(biāo)準(zhǔn)。

（3）通過(guò)相關(guān)性分析和方差分析，結(jié)果一致表明色溫和照度之間不相關(guān)，色溫與反應(yīng)時(shí)間和舒適度不存在顯著性，垂直照度與反應(yīng)時(shí)間和舒適度存在顯著性。

（4）通過(guò)分析因變量反應(yīng)時(shí)間和舒適度的關(guān)聯(lián)性圖表，在垂直照度分別為300 lx、400 lx 和500 lx 以及明適應(yīng)反應(yīng)時(shí)間＜5.12 s 時(shí)，舒適度值相對(duì)穩(wěn)定且表現(xiàn)為較舒適。