旨在缓解工作人员疲劳的地铁车站健康照明研究——以重庆地铁车站为例

王燕尼,杨春宇,段 然

(1.重庆大学建筑城规学院,重庆 400045； 2.重庆工商大学艺术学院，重庆 400067)

引言

城市轨道交通是城市重要的基础设施，我国地铁正处于高速发展中，截至2018年末，我国35个城市开通并运行185条城轨交通线路，其中地铁长达4354 km，占城轨总线路的75.6%，城轨交通共投运车站3394座[1]。地铁列车在全封闭的线路上运行，位于中心城区的线路基本设在地下隧道内，中心城区以外的线路一般设在高架桥或地面上[2]。由于地铁本身的特性，地铁车站大部分位于地下数米至数十米，国外有的深达上百米。以重庆为例，因为地形特殊，处于地下的地铁车站占总数量的52%。表1为10个城市的轨道交通敷设线路方式及规模的汇总，其中重庆市地下线所占比例为58.5%，与实测地下地铁车站所占比例大致相同。表中各城市地下线路所占比例基本在50%以上，根据数据可知，全国位于地下的地铁车站数量较大，长期工作于地下的地铁工作人员是一个庞大的群体。

表1 2018年各城市城轨交通运营线路规模统计汇总表Table 1 Statistical summary of the operation scale of urban rail transit lines in each city in 2018

数据来源:城市轨道交通2018年度统计和分析报告，中国城市轨道交通协会信息。

因深度等诸多原因，目前天然光还难以被广泛应用，国内外地铁车站大量采用人工照明，关注重点更多在节能方面，而相关标准规范也仅考虑了视觉方面的基本要求[3]。地铁车站照明采用照度和照明功率密度(LPD)相结合的设计方法，可以适当的节约成本[4，5]。在满足视觉功能要求的基础上，舒适性、艺术性、人文特色等逐渐成为优化地铁车站照明品质的设计思路。相关学者调研了新加坡、香港和南京的地铁车站照明情况，各车站的人工照明在设计过程中不仅考虑到了照明技术、光的艺术特性，更将照明与建筑内部各要素的关系作为影响因素参考在照明设计方案中[6，7]。近些年，智能照明与智能控制在城市轨道交通照明中的应用成为新的趋势，LED灯具于2008年开始逐步应用于地铁人工照明[8]，深圳轨道交通运营场所将“LED+智能”照明系统应用到了实际中[9]。随着我国新型城镇化建设的不断推进，城市轨道交通发展的势头越发强劲，智能化、信息化、数字化技术的应用推广成为了我国轨道交通快速、健康、可持续发展的有力保证，为轨道交通快速和可持续发展提供了坚实的基础[10]。

有研究表明，光在满足人们视看功能的同时对人的生物节律具有重要影响。地铁车站人工光环境与工作人员的健康密切相关，工作人员长时间工作于地下空间内，工作性质为周期性的日夜颠倒，环境特殊，责任重大，极易引起职业紧张，从而导致失眠、焦虑等状况[11]。针对人体的机体和精神疲劳分析是目前医学领域研究的热门方向之一[12]，疲劳是在人的生理活动基础上，产生物质变化、功能变化、效率变化及心理烦躁等状态。产生疲劳时，生理机能逐渐衰退，主观感觉疲乏无力，大脑反应迟钝，动作不协调，会引起工作效率降低，并危及人的健康与安全。脑电波是检测疲劳的最可靠指标之一，Küller等[13]在一个模拟办公环境的实验室中，分别在1 700 lx和450 lx照度水平下研究人的脑电节律，结果显示高照度条件下，脑电图的delta波较少，对中枢神经系统具有警示作用。Van Bommel等[14]在广泛文献研究的基础上计算了由于改善照明而导致的总生产率提高，结果显示照度水平从300 lx提高到500 lx，工作效率提高8%；照度水平从300 lx提高到2 000 lx，工作效率提高20%[14]。

天然光对人体身心健康非常重要，工作人员长期工作于地下缺乏天然光，生物节律受到一定的影响。建立满足视觉需求、符合人体生物节律的地铁车站光环境对工作人员身体健康更有利，如何减轻缺乏天然光照对工作人员的生理影响，缓解工作人员在工作期间的疲劳，应成为地下地铁车站人工光环境的一项重要研究内容。

2 重庆地铁车站光环境现状

为了对重庆市地铁车站照明情况有基本掌握，对地铁工作人员工作行为模式有深入的了解，我们依据《照明测量方法》(GB/T 5700—2008)，结合相关研究理论与研究方法，对重庆市部分地下地铁车站进行了实地测量与问卷调研，并邀请10位地铁工作人员参与相关光照实验。

根据车站位置、车站性质以及线路分布，我们选取2018年4月前开通运行的21个地下地铁车站进行调研，其中包括普通站、换乘站、终点站。使用CL-500A分光辐射照度计，对每个车站的安检、售票、站台与站厅共计84处工作场所进行照度、色温的测量，分析目前重庆市地铁车站人工光环境的质量，总结地铁车站人工光环境的特征，如图1所示。

图1 重庆市部分地铁车站光环境现状Fig.1 The lighting environment of some subway stations in Chongqing

结果显示，目前重庆市地铁车站人工光环境仍以荧光灯为主。安检处的照明较暗，顶棚的光源不能很好的照亮安检处的工作区域，缺乏相应的局部照明；售票处位于小岗亭内，售票亭内会加入一定的局部照明，但因岗亭玻璃对外部光源的部分遮挡，照度较低，票亭内的照度不能满足国家标准要求；站台处的人工照明主要针对乘客上下车区域，照度较高；站厅面积较大，灯具布置方式各异，个别车站会在此基础上适当做出一定造型营造视觉上的美观效果。

图2 地铁车站各工作场所实测照度值符合标准的百分比Fig.2 Percentage of the measured illuminance value in each workplace of the subway station meeting the standard

我国标准规定，城市轨道交通各类场所正常照明的标准值(部分)为150～300 lx。测量结果显示(图2)，地铁车站中51.2%的工作场所照度值不能满足国家标准要求。在所测的21个地铁车站中，售票处符合标准照度值的百分比最低，仅5%左右；站台工作场所符合标准照度值的百分比最高，高达95%；安检处和站厅在半数左右。虽然规范中对站厅和站台的要求照度值比安检和售票低，但实测数据相反，站台和站厅实测比安检和售票高。与安检处和售票处的工作人员数目相比，站台和站厅的工作巡逻人员较少，可以看出重庆市地铁车站照明更侧重针对乘客较多区域的人工照明。

图3 地铁车站各工作场所实测色温值符合标准的百分比Fig.3 Percentage of measured color temperature values in each workplace of subway station that meet the standard

国家标准规定地铁车站的站台、站厅等场所的照明光源色温应在3 300～5 300 K范围内。图3为地铁车站各工作场所实测色温值分布情况，数据显示所有工作场所的色温值均在3 500 K以上，主要分布在4 000～5 000 K。所调研的车站中，同一车站的不同工作场所间差值在0～500 K范围内的车站占61.9%，差值在1 000 K以下的车站高达80.9%，色温值跨度最大的是站台处，安检、售票及站厅色温值的跨度大致相同。

3 光照实验

3.1 实验环境

实验地点为“重庆大学绿色与健康照明实验室”，考虑人眼视觉功效，结合实地测量结果，确定了不同的光照模式。工作室目前已对近250人做了300 lx、500 lx、1 000 lx、1 500 lx、2 000 lx与3 000 lx照度及相关的实验，实验对象为正常成年人，身体健康，生活作息规律，未同时参加其它的临床实验。

由于时间与邀请地铁工作人员等条件的限制，本次光照实验只对10名地铁工作人员进行了高照度的实验。他们分为2组，分别接受3 000 lx、4 000 K光照1 h与2 000 lx、4 000 K光照1.5 h的光照，其他照度水平有待进一步研究。实验环境如图4所示。

图4 地铁工作人员组实验环境Fig.4 Experimental environment for subway staff group

3.2 实验对象

地铁车站的工作人员主要有安检员、售票员、站台与站厅的巡逻员。工作人员工作时间是周期性的，工作时间较长且长时间熬夜，地铁的运营时间虽然在不同城市或线路有所差异，但基本是在5：30—22：30之间，工作期间缺乏天然光照。

参与问卷调研的重庆市地铁车站工作人员中76%的年龄分布在20～30岁之间，本次光照实验所邀请的地铁工作人员年龄在20～30岁之间的比例为80%，与曾做过实验的样本人群年龄分布情况近似，可以降低因年龄差异对实验数据带来的影响。

采用疲劳量表-14(fatigue scale-14, FS-14)对所邀请来参加光照实验的地铁工作人员进行疲劳评测，每位地铁工作人员在参加光照实验前进行量表的填写，可以反映每位工作人员日常状态下的疲劳状况。疲劳量表内容简短，操作简便，容易掌握，经过了一定的检验与实际应用，具有可信度与有效性。

10位工作人员的测评结果见表2，FS-14疲劳量表分为躯体疲劳和脑力疲劳，躯体疲劳最高分值8分，脑力疲劳最高分值6分，总分14分。结果显示，工作人员普遍呈疲劳状态，70%的工作人员总分得分在7分及以上。

表2 地铁工作人员FS-14疲劳量表得分Table 2 Metro staff scored on the fs-14 fatigue scale

数据来源:问卷整理。

4 生理信号及工作效率分析

对地铁工作人员在工作期间产生疲劳情况，主要从生理变化和工作效率两个方面研究不同光环境对被试人员的影响。脑电是反映疲劳状态最直接的生理信号，选取脑电波的频带能量比例值作为生理评价指标，采用MP150型16导生理信号仪进行采集、记录和分析数据。工作效率选取脑力工作能力指数(IMC)作为评价指标，通过剂量作业法测量和分析，量表采用朗道尔环图形核对表和数字校对表，以两者均值作为被试的脑力工作能力指数。

4.1 脑电信号

在疲劳的所有监测评估方法中，脑电图是最客观、精确的方法之一，人体在不同的思维状态、疲劳程度，脑电波功率谱及脑电图波形都有明显变化，被誉为监测疲劳的“金标准”[15]。对不同精神状态下的脑电信号进行分析，四个主要波段的频带能量值比例值，Rα值越大，大脑越轻松，没有疲劳感或者较轻；Rβ值越大，大脑皮层越兴奋；θ波和δ波两者之和R(δ+θ)值越大，困倦程度越强，脑疲劳越严重。

将10位工作人员编号为1～10号，1～5号参加3 000 lx、4 000 K光照组，6～10号参加2 000 lx、4 000 K光照组，将光照前后的脑电信号进行分析对比。实验前后通过16导生理信号记录仪测量脑电信号(图5)，从中提取α波、β波、θ波和δ波这四种波段数值，进而计算相应的各波形频带能量比例值R作为脑疲劳评价指标，结果如图6～图8所示。

图5 地铁工作人员接收生理信号检测Fig.5 Subway workers receive physiological signals for detection

图6 地铁工作人员Rα值光照前后变化Fig.6 Changes of Rα before and after illumination for subway staff

图7 地铁工作人员Rβ值光照前后变化Fig.7 Changes of Rβ before and after illumination for subway staff

图8 地铁工作人员R(θ+δ)值光照前后变化Fig.8 Changes of R(θ+δ) before and after illumination for subway staff

根据图6～图8数据显示，在一定时间较高照度的照射下，50%工作人员Rα值上升，60%工作人员Rβ值上升，60%工作人员R(θ+δ)值下降。其中，1～5号工作人员的Rα值上升幅度较大，1～5号工作人员的Rβ值上升幅度较大，1～5号工作人员R(θ+δ)值下降幅度较大。总体而言，3 000 lx、4 000 K光环境下，较利于缓解地铁工作人员的疲劳。

4.2 脑力工作能力指数(IMC)

光照实验通过剂量作业法获得被试的脑力工作能力指数来测评该光环境下被试人员的工作学习效率及疲劳状态变化。将朗道尔环图形核对表和数字校对表所得的脑力工作能力指数(IMC)作算术平均值，作为该光环境该时刻下被试的IMC结果。

图9 地铁工作人员IMC变化Fig.9 Changes of IMC for subway staff

图9数据显示，2 000 lx、4 000 K光照组的脑力工作能力指数在光照后呈上升变化的被试人员所占比例较大。

4.3 曾做过实验的样本人群与地铁工作人员数据对比

将曾做过实验的样本人群脑电数据与本次地铁工作人员组进行比较，数据显示，曾做过实验的样本人群300 lx光照与2 000 lx光照比，后者Rα值与Rβ值上升明显，R(θ+δ)值下降幅度较大，地铁工作人员2 000 lx光照后，Rβ值上升明显，R(θ+δ)值下降；曾做过实验的样本人群3 000 lx光照后，Rα值与Rβ值上升明显，R(θ+δ)值下降幅度较大，地铁工作人员3 000 lx光照后，Rα值与Rβ值上升明显且幅度较大，R(θ+δ)值下降明显且幅度较大，说明地铁工作人员由于工作性质特殊，本身疲劳感较强。

总体而言，一定时间的光照后，高照度水平下曾做过实验的样本人群与本次地铁工作人员脑疲劳度较轻。

5 结语

地铁工作人员每天在地铁车站的工作时间较长，缺乏天然光照，容易疲劳、情绪较差，给他们的生物节律与工作效率带来一定的负面影响。通过疲劳量表测评，工作人员普遍处于疲劳状态，且对自己工作场所的光环境不满意，表明重庆市地铁车站人工光环境质量有待提高。LED灯具正在逐步代替荧光灯进入地铁车站的人工照明，本次实验采用较高照度对工作人员进行一定时间的光照，结果显示对地铁工作人员身体健康有一定的有利影响。通过交谈得知，被试工作人员对较高照度的光照实验的光环境满意度较高，感觉更舒适。当然，有关地铁车站工作环境照明问题涉及内容多，本次邀请的10位地铁工作人员进行的高照度实验，结合曾做过实验的成年样本人群从300～3 000 lx的光照实验，我们仅将300 lx与这次地铁工作人员的高照度实验进行了比较(其他照度值的比较有待下一步的工作)，发现一定时间光照后，高照度水平下曾做过实验的样本人群与地铁工作人员脑疲劳度较轻。当然，由于邀请地铁工作人员条件限制，还没有对这类人群进行各照度级的实验，样本量也有待增加。本文中我们仅做了一个尝试的工作，还有许多问题需要深入研究。

在缺乏天然光照的情况下，适当提高人工光环境照度，对工作人员缓解疲劳、提高工作效率等方面有益。但也存在着与国家标准照度值不符的矛盾，怎么解决有待进一步的科学研究，但改善地铁车站人工光环境质量应当引起我们的重视。