新型人因技术在居家适老化改造中的应用场景展望

秦岭

0 引言

截至2022 年底，我国60 岁以上老年人口已达2.8 亿，占总人口的19.8%1），即将进入中度老龄化阶段2）。居家养老是绝大多数老年人的现实选择，也是我国养老服务体系的基础。作为居家养老的最主要空间载体，老年人的居家环境扮演着重要的角色。然而，不少老年人仍居住在老旧住宅中，存在房屋空间狭小、安全隐患丛生、设施陈旧老化、家具设备不适老等诸多问题，严重影响着老年人的居住安全和生活品质，居家养老环境亟待改善[1]。居家适老化改造作为改善老年人居家养老环境的重要方式，近年来在国家政策的大力推动下陆续在全国各地展开。如何通过居家适老化改造更好地支持老年人安全、健康、自立地生活，成为学术研究和行业实践领域关注的热点议题。

现阶段，居家适老化改造大多由来自建筑设计、室内设计或装修工程等专业背景的人员主导。受限于本领域的专业知识和技术手段，既往的研究与实践往往更倾向于关注其中环境的因素，强调改造设计的“因地制宜”，而对于人的因素关注还较为有限，难以真正做到“因人而异”。特别是在缺少人体生理和动作行为量化数据支持的情况下，仅凭肉眼观察和主观判断，往往难以准确描述老年人的身心特征和需求意愿，影响改造方案的科学决策，制约居家养老空间环境品质的有效提升。

近年来，新型人因技术的发展为进一步认识和描述设计中人的因素提供了全新视角，以城市人因工程学为代表的基于多学科交叉的设计科学为研究和改善人的空间体验质量打开了新的路径[2]。现阶段，建筑学领域更多将新型人因技术应用于城市公共空间的研究与实践[3]，关注一般人群的普适性规律，而对于居住空间和特殊人群则鲜有涉足。

1 用于采集居家行为活动数据的实验住宅，根据参考文献[7]改绘

2 典型居家生活行为数据示例，引自参考文献[8-11]

已有学者指出，人因工程学是老年病学与适老化设计之间的沟通桥梁[4]，新型人因技术在空间环境的适老化设计与改造方面具有较为突出的应用潜力[5]，有助于突破现阶段研究与实践当中的诸多瓶颈，推动居家适老化改造进一步走向人性化和精细化。下面将结合日常生活行为观察、居家环境风险识别、改造方案合理性论证、改造作用机理探究等4 个主要应用场景，展望新型人因技术的发展潜力，以期为后续研究提供思路和方向。

1 应用场景一：日常生活行为观察

老年人的居家日常生活行为能够全面直观地反映人与环境之间的互动关系，为居家适老化改造提供设计依据。不同老年人在身体状况、生活习惯、行为特征和使用偏好等方面差异较大，为了使改造方案能够精准匹配老年人需求，对他们的日常生活行为进行细致观察和深入分析是设计改造方案之前的必要步骤。

1.1 问题瓶颈

受到技术条件、隐私需求和人力成本等因素的限制，在老年人的居家环境当中实施传统的、以研究者为工具的日常生活行为观察难度较大。一方面观察的时间跨度往往无法连续覆盖全天范围；另一方面观察的内容也无法涉及如厕、洗浴、睡眠等私密性较强的活动。此外，在研究者在场的情况下，老年人的行为也可能受到影响，变得拘谨、不自然，难以反映其日常状态，从而影响观测数据的准确性。

因此，在现阶段的居家适老化改造实践中，服务团队还主要依靠访谈和演示的方法获取与老年人日常生活行为相关的信息，例如让老年人或家属通过语言描述其一天的生活安排，或演示进行某项操作时的具体动作等。这种方式虽然能够在短时间内高效获取到与老年人日常生活行为密切相关的信息，但与此同时也可能过滤掉部分具有分析价值的关键信息，例如行为发生的时间、序列、类型、频率、位置、姿态、动作等等，使得获取到的信息是相对局部的、跳跃的、定性的，而并非完整的、连续的、量化的。此外，由于这些信息大多经过了受访者的理解、筛选与加工，其内容可能带有一定的主观性和片面性，并且存在实验者效应3）。在这种情况下，服务团队往往难以形成对老年人生活的全面了解和准确认识。

1.2 应用展望

随着家用智能化设备和物联网技术的普及应用，整合人因技术的传感器将覆盖居家环境的各个空间并实现互联互通，这使得无感化采集居家生活行为数据变为可能[6]。一些研究者已通过搭建实验住宅的方式开展了相关的尝试（图1），并取得了初步的成果[7]。

在真实生活中，可用于居家行为数据采集的传感器类型较为丰富多样，工作原理和用途各不相同，按照其应用场景大致可划分为位置检测、行为感知、生理指标监测和动作捕捉4 种类型（表1）。

表1 传感器采集居家行为数据的典型应用场景和代表性技术

运用相应的设备和技术获取到的数据可在不同精度上描述观测对象的居家生活行为（图2）。其中，“时间—位置”数据可用于描述老年人在住宅中的运动轨迹、主要活动范围和各个空间的利用效率[8-9]；“时间—行为”数据可用于描述老年人的日常安排和居家生活习惯[10]；“时间—生理指标”数据可用于描述老年人的活动强度；“时间—动作”数据可用于描述老年人日常起居活动的身体姿态和精细化操作[11]。综合利用以上数据，即可较为完整地描述老年人的居家生活行为，并在此基础上开展更为深入的分析和研究工作，获取对居家适老化改造有参考价值的信息。

相比传统的基于研究者的居家环境行为调查方法，基于传感器的居家环境行为数据采集方法具有以下优势：（1）真实客观：数据采集工作全部通过设备完成，所获取到的数据质量不会受到研究者知识背景、认识理解、投入程度以及观测对象语言表达等个人因素影响，能够真实客观地反映观测对象的居家生活行为；（2）完整连续：传感器能够在无人值守的状态下长期、连续、不间断地采集使用者行为数据，不会遗漏任何可能具有分析价值的关键信息，为研究者提供完整连续的数据支持；（3）保护隐私：数据采集过程中，可通过预处理从采集到的数据中提取出分析所需要的部分，并剔除冗余的部分，以脱敏的形式提供给研究者进行后续分析，从而有效保护观测对象的个人隐私。但需要注意的是，通过各类传感器长期、持续采集到的原始数据量可能是巨大的，对存储资源和分析算力的消耗也是巨大的，如何选取恰当的数据预处理方式从中筛选和保存具有研究价值的数据，是后续研究有待解决的关键问题。

2 应用场景二：居家环境风险识别

居家环境当中的风险隐患与老年人身体机能的衰退相叠加有可能造成严重的安全事故，威胁老年人的健康甚至生命。居家适老化改造能够为老年人做好相关风险的管理，在这一过程中，及时发现并准确识别居家环境风险是采取有效应对措施的前提条件，对于保证老年人的居家生活安全至关重要。

2.1 问题瓶颈

现阶段，居家适老化改造从业人员在对老年人的居家环境风险进行评估时，主要依靠观察和简短的交谈来获取信息、做出判断。在这种情况下，往往更容易关注到门槛高差、家具尖角、地面杂物等存在于实体空间当中的显性风险，而不易察觉到重心不稳、力量不足、运动不协调等潜藏在行为动作当中的隐性风险。这些隐性风险大多为老年人意识不到的危险动作，或其难以准确描述的身心机能障碍，通常难以在脱离具体使用行为的状态下被观察到，也不容易通过简短的身体状况调查识别出来，如果无法得到及时发现并通过居家适老化改造予以妥善应对，将对老年人的安全健康构成较为严重的威胁。

2.2 应用展望

在人因技术的支持下，通过分析老年人的日常生活行为数据，有助于全面准确地识别和描述其身体机能的衰退状况，及时发现异常的动作和行为，进而对可能构成威胁的行为风险和环境风险做出针对性的预警。

利用一定样本数量的老年人居家生活行为数据和与之相对应的身心机能评价数据，可在二者间构建回归模型，实现基于居家生活行为数据或标准化动作数据的老年人身心机能状况自动预测与评价[12]，生成老年人身体机能的检测报告[13]，进而推导出老年人行为和环境的安全阈值，并用于识别超出该阈值的风险（图3）。

3 基于人因技术的居家环境风险识别思路

在行为层面，计算机视觉[14]、密集感知网络[15]等技术可用于提取和分析老年人的身体姿态、动作和行为，将其特征与安全阈值进行比对，可进一步识别出其中的危险动作和异常表现。例如，老年人步态特征发生变化，提示可能存在不同程度的跌倒风险[16]；肢体活动超出正常的、可安全驾驭的范围，如单腿站立换鞋、登高取放物品、床边翻身等，在老年人尝试危险动作时提示存在安全隐患[17]；部分身体姿态保持时间过长或出现频率过高，如长期站立弯腰操作、经常搬动重物等，提示老年人可能因过度疲劳、难以保持身体姿态而发生危险[18]；此外，如果观测中发现老年人存在徘徊、激越等问题行为，则可能提示老年人存在一定程度的认知障碍，需要给予相应的关注[19-20]（表2）。

4 基于动作捕捉技术的活动空间需求分析，引自参考文献[24-25]

表2 老年人居家风险行为的常见类型和识别手段

5 基于深度学习技术的空间—活动双向预测，引自参考文献[26-27]

在环境层面，除了易于发现的显性风险，来自行为风险的提示如观测到的风险类型、发生位置和出现频率等信息，还有助于识别出环境当中关联的隐性风险。例如，重心不稳处缺少安全助力扶手、身体姿态异常处存在空间布置和家具选型不合理的问题、居家环境中缺少显著的认知提示信息等。

相比于传统的居家环境风险评估方法，人因技术有助于发现隐藏在行为风险背后的环境风险，从而在居家适老化改造中更加全面、及时、有效地采取相应的环境干预措施，更好地确保老年人的居家生活安全。但需要注意的是，目前基于计算机视觉的行为风险识别方法还不够成熟，能够判别的行为风险类型较为有限，且可能存在漏报或误报的情况，通过改进技术拓展和提高其判别能力和准确性将是未来研究的着眼点。

3 应用场景三：改造方案合理性论证

居家适老化改造往往需要面对较为局促的老旧住宅空间，并且需要考虑老年人使用轮椅、助行器等辅具设施或由照护者进行辅助操作等复杂情况，经常需要对现行规范和通用做法中的尺寸推荐值有所突破。为确保改造方案顺利落地并发挥预期效果，在实施改造之前，对改造方案的合理性进行充分论证十分必要。

3.1 问题瓶颈

在居家适老化改造的个案实践当中，并不具备搭建真实比例实体空间进行仿真试验的条件，主要依赖于平面图纸或三维模型检查方案的可行性。由于在传统的二维图纸或三维模型环境下，无法通过简单的几何形体准确描述使用行为的空间需求，也难以通过简单的动画效果准确实现使用者行为的动态模拟，因此在改造方案实施之前通常难以对改造方案进行精确论证。但如果直接将未经充分论证的改造方案付诸实践，可能遇到使用体验不佳、无法实现预期效果等问题，试错成本高、安全风险大。

3.2 应用展望

随着动作捕捉、生物力学仿真、人工智能等技术的发展，通过动态仿真技术验证居家适老化改造方案的合理性已成为可能。相关研究表明，基于动作捕捉数据构建的数字人模型及其动作算法，能够在虚拟环境当中模拟人的行走等动作，实现空间可及性的精确仿真[21]，并且模拟结果最为准确、与真实环境下的实验结果最为接近[22]，具备应用于方案验证的潜力。

近年来，一些研究者已经运用相关技术开展了部分基础性的研究工作，包括运用动作捕捉技术采集和检测老年人的日常活动行为[23]，描述轮椅使用者的空间需求[24]，探究满足人体无障碍活动需求的卫生间最小尺寸[25]等（图4）。此外，运用深度学习技术还可根据三维场景预测人体活动[26]或根据人体活动推理空间布置[27]（图5）。

6 基于新型人因技术的居家适老化改造方案动态仿真验证思路

7 使用者关节扭矩分布状况的差异反映了辅具设施在合理分配上、下肢负担方面所发挥的作用，引自参考文献[28]

通过对相关技术加以整合，将有条件实现居家适老化改造方案的动态仿真验证（图6）。涉及到的准备工作包括：（1）运用动作捕捉技术采集居家生活当中常见的行为，并将其分解成典型的动作进行语义编码，同时构建与之相对应的居家环境模型；（2）运用深度学习算法构建居家空间环境与居家行为动作之间的双向预测模型。在此基础上，针对特定的使用者和居家环境，可通过以下步骤对居家适老化改造方案的进行论证：（1）通过动作捕捉技术采集研究对象（包括老年人及其照护者）的人体测量数据和生物力学特征数据，生成对应的数字人模型；（2）构建待论证的空间环境模型，定义环境信息；（3）借助预测模型生成数字人在待论证空间环境下的使用行为，并在虚拟环境下进行动态仿真，记录可能发生冲突的动作和位置；（4）生成论证报告并提供方案优化建议；（5）对于未通过论证的改造方案，可参考论证方案和优化建议对方案进行改进，而后再进行论证，直至论证通过。

相较于传统的改造方案论证方法，借助人因技术能够在设计阶段更为精准地实现老年人及其照护者使用情况的虚拟仿真和改造方案合理性的论证与优化，以确保改造方案落地时能够达到预期的改造效果。

4 应用场景四：改造作用机理探究

居家适老化改造的根本目的是促进老年人安全、健康、自主地生活。实践当中，由于老年人的身体状况个体差异较大，适用的改造策略也各不相同。因此，对于改造策略的认识不能仅仅停留在辅具设施本身，还应充分理解它们对于老年人的作用机理，这样才有可能做到因人而异、精准施策。

4.1 问题瓶颈

目前，大多数从业人员对于居家适老化改造的认识还停留在“知其然而不知其所以然”的状态，虽然懂得针对特定的空间环境套用相应的改造策略，但对于各项具体措施的作用机理、适用条件和影响因素等却少有了解。这使得目前的居家适老化改造更趋向于思维定势下的机械工作，而不是在灵活变通当中解决问题。对改造机理认知的局限，使得从业人员难以在固有的解决方案基础上结合具体情况进行更为深入细致的再创造，一定程度上制约了居家适老化改造的精细化、个性化发展。

4.2 应用展望

8 不同扶手设置方式下老年人完成起坐动作时双脚压力中心的前后位移变化反映了扶手使用对其身体稳定性的影响，引自参考文献[29]

随着人因技术的发展，通过量化数据描述居家适老化改造干预措施对于老年人的影响并揭示其对于老年人身心机能衰退的代偿作用机理已成为可能。

利用传感器直接或间接采集老年人在进行相应日常活动时身体有关部位的生物力学特征和运动数据，如受力、力矩、弯曲角度和位移等，可定量反应其身体负荷。通过比较改造前后，以及采用不同改造措施时老年人身体负荷的变化，可用于论证各类居家适老化改造措施的作用机理，评估和比较其作用效果。例如，日本TOTO 公司通过测量使用者在如厕后起身时的关节扭矩数据，证明了使用扶手和支撑台面等辅具设施有助于合理分配上、下肢负担，避免因局部负担过大给关节造成损伤[28]（图7）。又如，一些研究者[29]借助压敏式地垫测量了老年人借助扶手起立和坐下时双脚压力中心的前后位移，用于比较不同扶手设置方式下老年人完成相应动作过程中身体的稳定性（图8）。

借助人因技术，能够更加定量化和可视化地解读居家适老化改造干预措施的工作原理，评价不同改造方案的作用效果和适用性。相关研究成果一方面有助于加深从业人员的认识理解，指导居家适老化辅具设施的精细化设计与配置；另一方面可用于辅具设施的测试评价，为产品研发与迭代升级提供参考依据。此外，相关研究还可为改造效果提供有说服力的证据，从而提升社会公众对居家适老化改造的认可度。

5 结语

综上所述，新型人因技术为居家适老化改造的研究与实践带来了新视角，打开了新思路，在多个领域均具有较为广阔的应用前景。其核心价值体现在能够为居家适老化改造中人的因素提供客观、量化、准确的描述方法，为突破老年人与居家环境互动关系研究中的瓶颈问题创造条件，进一步强化以人为中心的设计理念，引导居家适老化改造实践向更为人性化和精细化的方向发展。目前新型人因技术在居家适老化改造领域的研究与实践尚处于试验探索阶段，未来随着相关技术的成熟和应用，将有望为提升老年人的居住生活品质创造更大价值。

注释

1）数据来源：国家统计局。

2）国际上一般认为，当一个国家60岁以上人口占总人口比例在20%～30%之间时，处于中度老龄化阶段。

3）实验者效应：主试在实验中可能以某种方式（如表情、手势、语气等）有意无意地影响被试，使他们的反应附和主试期望的现象。