办公空间久坐群体就坐行为特征研究

2023-08-11申黎明程文达张叙俊葛海林

家具与室内装饰 2023年6期

申黎明，程文达，张叙俊，葛海林

(1.南京林业大学家居与工业设计学院，江苏南京 210037；2.浙江圣奥家具制造有限公司，浙江杭州 310000）

久坐是办公室工作群体常见的一种行为特点，最主要的表现为静坐少动。美国癌症协会将久坐定义为每日就坐时长超6小时、每次超90分钟的行为。因久坐而患背痛的人在坐姿状态时常保持持续坐姿，其脊柱运动幅度大、不频繁，而非幅度小且规律的运动[1]。虽然在就坐情况下能量消耗很低[2-3]，但久坐带来的不适和对人体的伤害却是长久的，要几年甚至几十年才能显性化[4]。久坐的人群分布广泛，包含IT从业人员、科研人员、司机、学生等。成年人应当对久坐时长加以限制，以减轻久坐对健康产生的危害[5-7]。

研究表明，通过坐垫和靠背的压力测量、坐姿测量、身体运动次数、肌电图和小腿肿胀情况能够有效分析久坐不适与疲劳情况[8]。其中体压测量不仅可得到坐垫和靠背的静态体压数据[9-10]，还能通过中心点位移[11]和平均压力变动情况[12-13]来表示身体运动次数，运动次数越多，表示不适情况越严重[14]。运动捕捉传感器也被应用到坐姿的监测与聚类分析上[15-16]，还可运用加速度计同时实现坐姿和身体运动次数的测量[17]；肌电图 (EMG)也是一种有效且可靠的工具，它能够通过时域和频域指标表示肌肉疲劳情况[3]；由于久坐会减少流向下肢的血流量，导致下肢肿胀[18]，因此，通过腿围的变化量测量腿部肿胀情况能够分析久坐带来的影响。此外，模拟仿真技术也可通过建模实现疲劳分析[19-20]。工作休息如站立、伸展身体和走动等，有助于员工进行自我调节、恢复精力[21]，即使是短暂的时间也可能意味着心理和生理上的巨大变化。合适的休息间隔，既不会给人带来工作中断的感觉，也能够得到适当放松。

本研究通过设置无活动提醒下人们自行休息的自然情况作为对照组，以常见的30 min、45 min、60 min的休息间隔作为实验组，通过体压变动数据反映疲劳下坐姿变动而引起的体压变化情况，分析判断人们的就坐行为特征，有助于久坐疲劳的监控和状态调节；并结合受试前后的小腿围变化量，来计算不同休息间隔久坐引起的小腿肿胀情况，结合主观评价进行疲劳与不适情况的分析，以评价休息干预对久坐疲劳与不适的影响，为办公族提供合适的办公休息时间间隔。

1 办公室工作人群行为特征调研

为了对办公室工作人群的行为有进一步了解，笔者对总计223人的久坐情况进行了问卷调研。样本在性别、身高、体型等个体特征和工龄方面分布合理，来自于制造业、教育业、工艺美术业、互联网等多个行业。问卷对办公族的工作行为需求及工作状况进行了调研。

据表1，在办公族的工作行为需求中，台式电脑、笔记本电脑以及手机的应用是最多的，这也是促进工作完成的主要行为；平板电脑等其他电子设备的使用也占有一部分比例。虽已逐步进入信息化时代，纸质文件的处理在办公行为需求中也依旧占有很大比重。此外，与人沟通及暂离座位工作的情况也很多。

表1 办公族的工作行为需求

通过对办公室工作状况进行统计，可知办公族中约有84.75%的人经常一整天都在办公室工作；此外，绝大多数人（90.13%）办公时总是一坐就超过1小时，存在明显的久坐现象。对办公室工作情况和久坐情况进行交叉分析，结果见表2。

表2 办公室工作和久坐情况交叉分析表

根据办公室工作情况和久坐情况交叉分析结果，可将办公族分为4类。

（1）常在办公室，且久坐情况较多，大约占比78.47%。

（2）不常在办公室，但在办公室时久坐情况较多，约占比11.66%。

（3）常在办公室，但隔一段时间就会活动，占比约6.28%。

（4）不常在办公室，且隔一段时间就会活动，占比约3.59%。

从问卷结果来看，办公室工作群体常以电脑工作为主，长期在办公室且久坐情况较多的人占比最多。因此，本研究将针对该群体展开久坐研究，以分析其在电脑工作情况下的就坐行为特征。通过实验分析自然办公条件下人们的就坐特征，并通过对比60 min、45 min、30 min的就坐时间间隔下体压变动和小腿肿胀客观指标以及主观评价数据，分析休息间隔对疲劳的影响，确定智能座椅就坐提醒功能中最佳久坐时长。

2 就坐特征实验研究

研究表明，办公族每日平均办公时间约为6h[22]，因此将实验工作时间设置为上午和下午各3h。结合问卷结果，受试者选择为平时久坐时间>1h，并以电脑使用为主的学生群体。实验期间，受试者使用笔记本电脑进行工作，工作内容仅限于办公中常见的界面浏览、文字输入、资料处理等。受试者起身活动时需填写主观不适评价量表，以分析久坐时间与不适情况和就坐特征间的关系。

2.1 自然活动频次

10名受试者，总共产生37个工作时间段（即保持就坐不起身状态的时段），见表3。总体而言，平均每人93.72±45.58 min起身活动一次，最短24 min，最长180 min。其中，主动起身占22次，其余15次为测试结束而产生的被动起身。平均每人118.84±40.78 min主动起身活动一次，最短51.53 min，最长为180 min（即测试期间未起身活动）。

表3 自然状态起身活动情况（单位：min）

2.2 体压变动基本特征

研究表明，就坐期间人体姿势变动次数越多，表示不适情况越严重，因此可将姿势变换次数作为总体疲劳量化依据。并可通过运动捕捉传感器、加速度计、压力传感器等实现坐姿和身体运动次数的测量。其中，使用体压分布测量系统、应用体压变动的规律来判断姿势变换，是一种高效且可靠的方式。以坐姿转换为例，考虑到坐姿转换间的流畅，避免大动作对压力变化产生干扰，采用后仰—前倾—直立的坐姿转换过程，坐姿示意图见图1，进行压力的记录见图2。

图1 坐姿转换顺序示意图

图2 坐姿转换行为体压变动特征

同理，对常见的几种坐姿行为（如静坐、打字、转换腿姿势、坐姿调整）最大压力和平均压力变动情况进行观测，可发现平均压力和最大压力都会产生变动，从而在相应时间产生局部范围内的波峰与波谷。通过对比发现，每当行为转变时，平均压力都会产生一定范围内的波谷，而最大压力产生波峰与波谷会根据行为切换具体内容而定，且最大压力相比平均压力过于敏感，类似于键盘鼠标操作的转变往往也会显示出来。因此平均压力更适合作为行为转变的判断依据[23]。

2.3 长时间就坐体压变动特征

通过MATLAB自主编程绘制最大压力和平均压力图像，标注平均压力产生波谷的帧数，可统计得出受试者的体压变动次数。变动次数受到阈值影响，本实验设置体压变动阈值为座面平均压力的5%[24]，即当压力变动超过座面平均压力的5%时，认定为姿势发生变动。由于坐姿变动后可能伴随着调整不到位而带来的二次调整，因此在MATLAB中编程设定波谷宽度为5，即每个波谷之间的最小距离为5秒，当5秒内发生多次压力变动情况，只会认定发生一次压力变动。图3以一名受试者下午的就坐情况为例，其中横坐标为时间（单位：s），纵坐标为压强（单位：Kpa）。

图3 最大压力和平均压力波谷信息

上图可分为两个工作段，从图中可以看出该受试者下午的就坐情况，体压变动次数随时间增加而逐渐增多，受试者离开座面自主活动后，座面平均压力和最大压力归零，且在起身活动后返回座位工作的最初阶段，受试者坐姿变动次数明显减少，随后又逐渐增多。

2.4 阶段体压变动趋势

将10名受试者共产生的37个工作段分别平均划分为三个阶段，为计算变动规律，可根据相邻两个阶段间体压变动次数占比的差值得出图4所示的象限散点图。

图4 阶段体压变动情况

图5 实验环境设置

由图4，可将人的就坐体压变动次数频率随时间变化的规律分为四种情况。

（1）体压变动次数逐步增加，占比51.35%，共出现19次该情况，即横纵坐标值均大于0。

（2）体压变动次数先增加后减少，占比32.43%，共出现12次该情况，即横坐标值大于0，纵坐标值小于0。

（3）体压变动次数先减少后增加，占比13.51%，共出现5次该情况，即横坐标值小于0，纵坐标值大于0。

（4）体压变动次数逐步减少，占比2.7%，共出现1次该情况，即横纵坐标值均小于0。

其中，就坐时间低于1 h的与就坐时间高于1 h的体压变动规律分别如表4所示。

表4 就坐总时长与阶段体压变动规律

综合上述情况来看，自然就坐情况下，人的坐姿变动情况呈现以下特点。

（1）当就坐时长较长时（>1 h），阶段体压变动规律主要以体压变动次数逐渐增加和体压变动次数先增后减为主。

（2）当就坐时长较短时（<1 h），其中四种阶段体压变动规律均有发生。

（3）随就坐时间增加，坐姿变动次数主要呈现逐渐增多、或先增后减的趋势。就坐时间越长，此规律越明显。

（4）起身活动后再次坐下，坐姿变动次数减少。

3 不同间隔的休息干预实验研究

从设计干预的层面上来讲，对休息间隔进行设计干预是行为干预的一种[25]。通过休息提醒功能干预受试者的状态，以分析受试者在不同的时间间隔情况下休息活动对久坐办公状态人体疲劳与不适的影响。

3.1 实验环境

实验用工作站为笔记本工作站，办公桌为高度630~1280 mm可调的升降桌；办公椅为普通职员椅，具有座高调节、扶手高度调节、腰靠高度调节、倾仰锁定等功能。共有8名受试者参与了实验，男、女各4人，年龄23.0±0.756岁，身高1715±78 mm。体压检测设备应用美国SPI Tactilus座椅压力分布测试系统，录制速度为1帧/s，体压录制持续至半日工作结束。

3.2 实验方法

（1）干预条件与就坐要求：每名受试者进行持续三日的实验，每日工作时间均为上午、下午各3 h。受试者将按照要求分别以60 min、45 min、30 min的工作休息间隔起身活动。实验期间保持相对安静，以模拟专注办公的工作环境。

（2）实验环境调整：受试前，将座面高度设置为受试者的膝腘高度，桌高设置为受试者肘高之上10 cm，确定后在该受试者实验期间不再变动。

（3）小腿围测量：小腿肿胀情况即就坐前后的小腿周长差值。需在受试者小腿最粗的地方做好记号，并记录测量高度，要求三个实验日内受试者小腿围测量高度相同。在每日上午和下午实验开始前、后应用软尺测量受试者小腿围并记录，计算得到小腿肿胀数据。

（4）实验开始后进行体压录制，录制速度为1帧/s，体压录制持续至半日工作结束。

（5）实验中每当受试者受到提醒起身活动时，需填写主观评价量表，以收集身体不适与休息间隔整体评价情况数据。

（6）在实验结束后进行问卷调查。

（7）数据的分析与处理：将收集到的体压数据，采用MATLAB自主编程计算得出坐姿变动次数以及相关图像，并通过EXCEL以及SPSS数理统计软件进行相关数据的进一步分析。

3.3 实验结果

3.3.1 主观评价

从图6中可以看出，休息时间间隔的变化对人的身体部位不适感产生了一定影响。随休息间隔时间的缩短，身体部位的不适感呈现下降趋势。其中，30 min的休息间隔带来的整体不适及多数身体部位不适程度最低。可见，45 min和30 min的间隔比起60 min的时间间隔能够更好地缓解身体不适。三种休息间隔对于工作站适应度以及工作集中度没有显著影响，见图7。疲劳感随休息间隔时间缩短而减弱，坐姿舒适度也随之增强。

图6 不同休息间隔的身体部位不适情况

图7 不同休息间隔与坐姿评价

图8 休息间隔与体压变动占比情况

3.3.2 体压变动情况

从图 8 中可以看出，在受试者的自然就坐情况下，在座前、中、后三个时间段的体压变动次数整体呈现逐步增加的趋势。而经干预提醒，在 1h 的休息间隔情况下，就坐期间的前、中、后三个时间段的体压变动次数占比情况同样呈现逐步增加的趋势，但增长趋势不如自然就坐情况明显；45 min 和 30 min 的休息间隔情况下，在座的前、中、后三个时间段的体压变动次数占比情况无显著变化趋势，但从均值来看（见表5），45 min 的休息间隔第一、二阶段，即 15~30 min 期间，以及 30 min 休息间隔的第二、三阶段即 20~30min之间的体压变动次数占比增加相对较多。

表5 休息间隔与体压变动占比情况

据研究，坐姿变换次数越多，坐姿舒适度越差，疲劳感越强。结合不同休息间隔下的主观评价结果，可发现 45 min 和 30 min 的时间间隔下人的身体部位不适情况较少，疲劳感较弱，坐姿舒适度较强，该趋势也与阶段体压变动的增长情况呈现一致性，整体出现体压变动次数显著增加的时间后移。根据三个阶段间体压变动占比情况的变化，综合不同间隔下体压变动显著增加情况首次出现的时间段：

60 min：阶段 1（第 20 min）——阶段 2（第 40 min）；

45 min：阶段 1（第 15 min）——阶段 2（第 30 min）；

30 min：阶段 2（第 20 min）——阶段 3（第 30 min）。

因此可推测在持续就坐 20 min 后，疲劳感增强，坐姿舒适性减弱，坐姿变动次数即体压变动次数显著增加。

3.3.3 小腿肿胀情况

根据图9，可以看出45 min和30 min的休息间隔下受试者小腿围变化量最低，即腿部水肿的状况更轻，因此45 min和30 min的休息间隔比起60 min的间隔能够更好地减少腿部水肿情况。

图9 休息间隔与小腿围变化量

3.3.4 问卷调查

实验后，通过五级量表型问卷收集受试者主观感受，问卷内容及结果如表6所示。根据问卷的结果可得出：疲劳会导致工作效率降低，但起身活动能够很好地缓解疲劳。绝大多数受试者认为，无论是主动起身活动，还是通过休息提醒功能实现的被动起身活动，不会感觉工作思绪被打断，从而影响到工作效率。受试者们普遍认为办公健康更重要，而这种休息提醒功能也让人感觉能够帮助改善办公健康。此外，受试者普遍认为下午比起上午更容易疲劳。在就坐时间间隔的比较上，绝大多数受试者认为60 min的时间间隔较少，30 min的时间间隔较频繁，而45 min的活动时间间隔正合适。