工業設計、Industrial Design、インダストリア

TITLE: 人類工效學-第十四章 照明 AUTHOR: QUENCY DATE: 07/09/2013 04:44:07 PM CATEGORY: 人因工程設計 STATUS: publish ---- BODY:

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第十四章 照明

第一節 照明的測量方法

　　照明常用的計量單位有照度和亮度。這是兩個相關但又不同的概念。照度是被照單位面積上所接受的光通量，這個光可能來自於太陽，也可能來自於室內的一盞燈或其它光源。我們平時所說的照明強度就是指照度水準。照度的測量單位是勒克思(Lx)，它的定義為：

1勒克思=1流明/平方米

　　流明是亮度的測量單位。過去在英語中常用尺燭光來測量照度，1勒克思約等於0.1尺燭光。
人的眼睛所能感覺到的照度範圍是很大的，從在一個昏暗房間裡的幾勒克思到在中午太陽底下的10000勒克思。下表給出了在各種環境下，在自然光照射下的照度值。

表14-1.各種環境條件下的照度強度
環境條件 照度(Lx)
黑夜 0.01-0.1
月夜 0.02-0.2
陰天室內 5-50
陰天室外 50-500
晴天室內 100-1000
晴天室外 2000-100000
夜晚室內照明 50-500
讀書所需照明 50

照度受被照物體與光源的距離及夾角的影響，它們之間的關係為：
L=COS(A)*I/D2
式中：L為照度，I為光源亮度，D為光源到被照物的距離，A為兩者之間的夾角。

　　測定工作場所的照度，可以使用光電池照度計。工作場所內部空間的照度受人工照明，自然採光以及設備佈置，反射係數等多方面的影響，因此應考慮選擇什麼地方作為測量位置。一般站立工作時取地面上方85釐米，坐著工作時取40釐米高度處進行測量。

　　亮度是物體表面單位面積向視線方向發出光或反射光強度。燈泡的亮度就是燈泡產生的光的一個精確測量。電腦螢光屏發出的光也可以用亮度來表示。另外亮度也可以用來測量物體表面的反射光，因此亮度也與物體的折射率有關係。亮度的測量單位為坎(德拉)每平方米(cd/m²)。表14-2給出了在室內照明強度為300勒克思的環境下，各種光源表面的亮度：

表14-2.各種物體表面的亮度
物體亮度(cd/m²)
螢光燈(65W) 1000
窗戶的表面 1000-4000
桌面的白紙 70-80
桌面 40-60
螢光屏的亮邊 70
螢光屏的暗邊 4
螢幕背景 5-15

亮度的測量採用亮度計，其測量不受測量距離的影響。在考慮照明強度時，我們不僅應考慮照度，也應考慮亮度，因為在同樣的照度條件下，亮度不一樣也影響我們的視力。例如，在室內內沒有燈光的情況下，我們不能讀書，但是我們仍然能看到電腦螢幕上的內容，看電影，電視等。現在研究電腦顯示對人的視力的影響也主要是通過亮度進行研究的。
有時我們也可以用反射來比較不同物體表面的亮度。反射在這裡是指射入光與射出光之比，通常用百分比來表示。以cd.m²為單位的亮度和以Lx為單位的照度之間有下列關係：

反射(%)=(cd/m²)*100/(pi*Lx)
例如，如果一個明亮的桌子的反射度是70%，入射光的照度為400勒克思，那麼這個桌子的亮度將為70%*400/PI=89cd/m²。
工作場所的各種光源可以分為直接光與間接光。直接光把它的90%的光以光束的形式直接照在目標上，這些光源產生很明顯的背影，背影和光之間的對比很明顯。過度的對比就會產生弦光。只有當辦公室的照明較高因而可能產生的對比度比較小時，才推薦用直接光源。在電腦工作站，當在已有照明條件下閱讀不清楚的文稿時，有時也用直接光源。
非直接光源把它的90%或更多的光送到天花板或牆上，然後再反射到房間裡。這個系統要求牆壁和天花板的顏色要淡。間接光產生分散的光因此沒有陰影，在傳統的辦公室內，它可以使照明強度很高而沒有什麼眩光。在有電腦工作站的辦公室，明亮的天花板和牆壁也可能引起反射和絃光。
目前廣泛採用的方法是把直接光與間接光結合起來。例如使照明設備帶一個透明的大罩子，使大約40-50%的光幅射到天花板或牆壁上，其餘的光直接照射下去。這類照明只引起中等程度的陰影，陰影的邊界也比較淺，整個房間都有均勻的照明。

第二節 照明對工作的影響

一.照明與疲勞

在照明條件不好的情況下，人很容易產生視覺疲勞，嚴重時甚至會引起會引起全身性疲勞。這是顯而易見的。我們可以做一個很簡單的實驗，在傍晚時拿一本書在沒有人工照明的條件下看，我們的眼睛很快就會感到疲勞。圖14-1給出了國外一項對在不同照度情況下，眼睛疲勞的一項研究。在該項研究中，眨眼次數被用來作為衡量眼睛疲勞的指標。我們可以看出，在照明強度增加的情況下，看書後眨眼的次數減少，說明視覺疲勞減少。

二.照明對工作效率的影響

改善照明條件不僅可以減少視覺疲勞，也可以提高工作效率。適當的照明條件可以提高工作的速度和精確度，從而增加產量，提高品質，減少差錯。例如日本一家紡織公司，原來用白熾燈獲得的照明強度為60LX。當改用螢光燈後，在耗電相同的情況下獲得的照明強度增加到150LX，工人的產量也增加了10%，創造舒適的照明條件，不僅在從事手工勞動時，而且在從事要求較強的記憶，邏輯思維和腦力勞動時，都有利於提高勞動效率。

三.照明與事故

照明條件的好壞與工作中事故的多少是有關的。據美國統計，照明條件很差大約是5%的企業人身事故的直接原因，而且是20%人身事故的間接原因。下圖列出了國外關於人工照明與每月事故的統計資料。從圖中我們可以看出，當人工照明時數增加時，每月事故就高。這是因為人工照明比天然採光的照度要低得多。

四.照明與情緒

生理學和心理學方面的實驗表明，照明會影響人的情緒，影響人的一般興奮性和積極性。明亮的環境是令人愉快的。如果讓人們選擇在不同照明強度下工作，一般來說，人們選擇比較明亮的地方。

第三節 照明標準

照明標準是指工作場所必須達到的照度水準，是照明設計和管理的重要依據。由於人的眼睛對人的敏感區域很大，所以嚴格說起來，照明標準並不是人的視覺要求的最低水準，而是考慮人的視覺，生產力水準，電力成本等因素的綜合性結果。例如在幾十年前，既使在西方工業化國家，照明強度在50-500LX之間對工作場所和辦公室的照明是被推薦的，現在這個標準被逐步提高，甚至於有越高越好的趨勢。
我國於1976年頒佈了新的《工業企業照明設計標準》。我國的照明標準是採用間接法制定的，即從保證一定的視覺功能來選擇最低照度值，同時進行了大量的調查，實測，並且考慮的我國當前的電力生產和消費水準。下面幾個表給出了我國常用的幾個標準。

表14-3.天然採光標準值

表14-4.生產車間工作面上的工人照明標準
工件最小尺寸 視覺工作分類 亮度對比 最低照明標準 (Lx)
(mm) 等級 混合照明 一般照明
D<0.15 I 大 1500
乙 小 1000
0.15--0.30 II 大 750 200
乙 小 500 150
0.3--0.6 III 大 500 150
乙 小 300 100
0.6--1.0 IV 大 300 100
小 200 75
1.0--2.0 V 150 50
2.0--5.0 VI 30
D>5 VII 20
一般觀察生產過程 10
大件儲存 5
有自行發光的材料車間 30

表14-5 房間的照明標準
房間類型 照明標準 (Lx)
設計室 100
閱覽室 75
辦公室 會議室 50
醫務室 50
托兒所 30
食堂 30
單身宿舍 30
浴室，廁所 10
通道，樓梯間 5

在使用表14-4時，在下列情況下應將表中規定的照度毓提高一級：
1.I-V等的視覺工作中，當眼睛至識別物件的距離大於0.5米時；
2.連續時間緊張的視覺工作，對視覺器官有不良的影響時；
3.識別物件在活動面上，識別時間短促而辨認困難時；
4.工作需要特別注意操作安全時；
5.在深背景(反射係數小於0.2)的條件下，必須提高照度才能滿足視覺工作要求時。

應當指出，由於在現階段我國的勞動生產力還較低，所以上面的表中的值是偏低的，表14-6給出了美國和德國的有關照明標準。從表中可以看出，西方的照明標準，特別是美國的照明標準，遠遠高出我國的照明標準。因此我們建議，在財力允許的情況下，就儘量提高照明強度，在設計照明條件時，可參考表14-7和表14-8中的值。

表14-6.美國和德國的部分照明標準(Lx)
工作種類 德國標準 美國標準
一般裝配 250 320
精細裝配 1000 5400
非常精細裝配 1500 10800
繪圖 1000 2200
辦公室工作 500 1600

表14-7.工廠照明的推薦值(Lx)
工作種類 局部照明 一般照明
超精細工作 1000-5000 50-100
精細工作 300-1000       40-80 或 100-200
普通工作 100-300 30-60 或 50-100
粗糙工作 50-100 20-40 或 20-50

表14-8.辦公室，學校等場所照明的推薦值(Lx)
類型 照度
辦公室 製圖 打字 計算 200-400
一般辦公室 100-200
會議室 接待室 50-100
學校 圖書室 製圖室 黑板 100-200
普通教室 實驗室 50-100
住宅 學習室 工作室 100-300
會客室 臥室 廚房 100
旅館 會客室 談話室 100-200
大廳 50-100
走廊 廁所 30-60
商店 一樓 200-500
二樓以上 150-300
地下 200-400

第四節 一般照明設計

一.照明方式

照明方式影響照明品質，且關係到投資及費用支出。選用何種照明方式，與工作性質及工作點分佈疏密有關。工作場所人工照明方式一般可分為三種。
1.一般照明。一般照明也叫全面照明。它是指不考慮特殊的局部需要，為照亮整個被照面積而設置的照明。它適用於對光線投射方向沒有特殊要求，工作點較密集，或者作業時工作點不固定的場所，採用這種照明方式，使作業者的視野亮度一樣，視力條件較好，工作時感到愉快。這種照明方式耗電較多。
2.局部照明。局部照明是指增加某一指定地點的照度而設置的照明。由於它靠近工作面，可減少電的消耗，獲得高的照明。使用這種方式照明要注意直接眩光和使周圍變暗的影響。使用輕便移動式的照明器具，可以隨時將其調整到最有效果的位置。
3.綜合照明。綜合照明是指工作面上照度由一般照明和局部照明共同構成的照明。一般照明與局部照明對比過強使人感到不舒服，對作業效率有影響，其比例以1：5為好。較小的工作場所，一般照明的比例可以適當提高。綜合照明是一種最經濟的照明方式常用於要求照度高，或有一定的投光方向，或固定工作點分佈比較稀疏的場所。

二.光源選擇

按光源分類，工作場所的照明可分為自然照明，人工照明和混合照明三種形式。室內自然照明是通過天窗和側窗接受戶外的光線。作為光源，自然光(太陽光及天空光)是最理想的。因為自然光明亮柔和，人眼感到舒適，人們習慣於太陽光譜，而且光譜中的紫外線對人體生理機能有良好的影響。因此在設計照明時，應始終考慮最大限度地利用自然採光。但是自然照明受不同時間，不同季節和不同條件的影響，因此在作業環境內常常要用人工光源作補充照明，即採用自然照明與人工照明相結合的混合照明方式。採用人工照明可使工作場所保持穩定的光量。
人工照明應選擇接近自然光的人工光源。在人工照明中，螢光燈優於白熾燈，因為其光譜近似陽光，發熱量小，發光面大，可使視野的照度均勻，採光效果較白熾燈高3-4倍，且較為經濟。工作地照明不宜使用有色光線，因為在有色光照明下，視力效能降低，如果以白光下視力效能為100%，則在黃光下為99%，藍光下為92%，紅光下為90%。

三.避免眩光

當視野內出現過高的亮度或過大的亮度對比時，人們就感到刺眼，影響視覺，這種刺眼的光線叫眩光。例如在睛天的中午看太陽，會感到睜不開眼睛，這就是由於亮度過高所引起的眩光使眼睛無法適應。
眩光按產生的原因可分為三種，即直接眩光，反射眩光和對比眩光。直接眩光是由明亮的光源直接照射的眼睛引起的。反射眩光是光線經過一些光滑物體表面反射到眼部引起的，對比眩光是物體與背景明暗相差太大而引起的。
眩光的視覺效就主要是使人的眼睛的暗適應遭到破壞，產生視覺後象，使工作區的視覺效率降低，產生視覺不舒適感和分散注意力，易引起視疲勞，長期下去會損害視力。有研究表明，做精細工作時，眩光在20度之內就會使差錯明顯增加,工效顯著降低。下圖表明，眩光光源對視效的影響程度與視線和光源的相對位置。

由於現在的室內照明強度在逐步提高，因而引起眩光的可能性也增大了。如何避免眩光也顯得越來越重要了。這裡有下列基本規則應當遵守：
1.在視力範圍內所有的物體和表面應當晝夜有相同的照明強度；
2.視力中心的照明強度比不應當高於3：1；
3.在視力中心與視力邊界的對比度不應大於10：1；
4.視力中心的亮度應當最高，向四方逐漸降低；
5.過度的對比在視力範圍的兩側和下面比在上面更為不利；
6.光源與背景的對比度不應超過20：1；
7.在整個房間最大的對比度應不超過40：1。
在日常生活中，這些準則常常被忽略了。
為了避免由於材料反射引起的眩光，我們推薦在室內採用有以下反射性能的材料：
室內材料 材料的反射率
天花板 80-90%
牆壁 40-60%
傢俱 25-45%
機器和儀器 30-50%
地板 20-40

四.照度時間上的均勻性

比靜態對比更引起不快的是視力範圍內照明的有節奏的變化，這種情況發生在螢光燈壞了，開始閃光，或一個操作人員輪流地看一個明亮的物體和一個陰暗的物體，或機器的某一部分週期性地遮住光線等等。
正如我們已經知道的，人的瞳孔和視網膜對光的改變所作的調整有一定的遲延，所以視覺範圍內照明亮度的波動使人的眼睛在大部分時間處於爆光過度或爆光不足的狀態，這種狀態特別擾人。生理研究已經表明，當1：5的兩個亮度水準不停地交換時，人的視力效果下降的程度等價於把照明強度從1000LX降到30LX。
為了避免照明強度的波動，應儘量做到：
1.運動中的機器應儘量地隔起來；
2.使視線主軸的明亮程度和顏色儘量相等；
3.提前採取措施避免閃爍的光源。

五.光的合理的設置

為了使照明設置安排的合理，使光的整個分佈比較均勻，在設計中應該做到：
1.任何光源都不應該直接進入操作者的視線；
2.如果光源的亮度超過200cd/m²，應當按燈罩或濾光屏；
3.水準視線與光源的角度應最少有30度,如果小角度在大辦公室不可避免,燈應該有罩具；
4.螢光燈管與視線應成90度；
5.用多個小燈泡比用一個大燈泡強；
6.為了避免眩光，有作業者的視線之內不應當有對比度大於1：10的反光；
7.在機器，儀器，桌面，主控台等就避免採用反光的材料和顏色。

第五節 VDT辦公室的照明

一般的照明標準對電腦工作站的操作人員是不適合的。電腦工作人員面臨著一個很強的對比度問題，因為他一會看明亮的檔，一會兒看很暗的螢光屏。前面我們已經說過，人視線內的對比度應不超過1：10。這意味著檔的亮度應盡可能地低。但是在閱讀檔時又要求有一定的照明強度，否則看不清檔上的內容。這是一對矛盾，只有採取妥協的方案。
走進電腦工作部你有時會發現工作人員把照明燈關掉了。你問他們為什麼，他們會回答道，他們覺得這樣更好些。Shahnavaz在瑞士電話資訊中心進行了一項實地研究，操作人員桌子上都放有一個可調整強度的照明燈，他發覺人們在白天選擇的照明強度是322LX，在夜晚是241LX，桌面上與鍵盤上的照明強度基本上一致。
Banz在德國進行的一項研究中發現40%的人選擇的照明強度是400-600LX。在一項對電腦輔助設計工作部的研究中，van dex Heiden注意到有幾盞燈被關掉了，照明強度被降低到120LX。
顯然，周圍的辦公室的照明應降低到與螢光屏相匹配的水準，這個水準在200LX左右。但在這個照明水準下，室內顯得很暗，而且在200LX的條件下一般來說對閱讀檔是不適宜的。
最後，應該強調，推薦某一個值是不適合的，因為不同的工作地情況是不同的。例如Laubli在一個實地研究中發現數位輸入人員習慣於採用較高的照明水準。
根據一般的經驗和上面幾項實地研究的結果，我們作出以下推薦：

表14-9.推薦的電腦工作站的照明水準
條件 照明水準(LX)
檔的清淅度高 300
檔的清淅高低 400-500
資料輸入 500-700

電腦工作站操作人員的視力範圍和連續的表面有螢幕，邊框，桌子，鍵盤，檔和其他環境元素如牆，窗戶，天花板，辦公用具等。
在電腦工作站，螢幕上的字與螢幕背景的亮度對比度是很大的，與螢幕背景與檔的亮度的對比度差不多。
根據一般規則，在螢幕背景與照明較好的檔之間的對比度應不超過1：3。很顯然，這項推薦對大多數VDT工作地是無從實現的。這種形勢使幾個研究人員開始重新檢查所推薦的1：3的有效性。Haubma和Kokoschka發現在螢幕與檔的對比度為1：20時，仍未發現行為的下降。Rupp指出螢幕的字與檔的對比度也許比螢幕背景與檔的對比度更重要。
雖然目前還沒有定論，但我們覺得提出下列標準仍然是現實和合理的：螢幕與檔之間的對比度不應該超過1：10，在視力環境中所有其他的表面的亮度(反射光)應當介於這兩者之間。圖14-4用圖形表示了這些關係。
有些終端用亮度為50-100cd/m²的白色背景下顯示黑字，對於這類終端就存在對比度問題，這顯然是一個優點。
螢幕的表面是由玻璃組成的，這種玻璃反射大約4%的入射光，這種反射光足夠把辦公室內的各種東西從螢幕上反射出來。這種反射光有兩部分，一部分是由螢幕表面產生的，這與鏡子產生的反光是一樣的。另一部分是由螢幕的磷光層產生的，它產生一種有遮掩的散射光。
明亮的反射會產生眩光，也可能在螢幕上留下其他物的映象，這些都干擾人的注意力，反光是計算操作人員抱怨的一個主要問題。
最有效的防治方法是在安置螢光屏時綜合地考慮光源，窗戶和其他明亮的表面，另外也可以調整螢光屏的角度，安裝濾光鏡等，我們在電腦工作地的設計中已經討論過。
如果光來自操作人員的背後，這種光很容易反射到螢幕上並引起眩光。但如果直接來自前方則可能引起直接眩光，把燈安在操作人員的頭頂上又會使螢幕上的字變得模模糊糊，所以最好把燈安在操作人員的兩側。
在辦公室，窗戶透過的光會產生與照明光相似的結果：窗戶在電腦的前方會產生直接眩光，在電腦之後又會產生反射光，因此電腦與窗戶應成90度。在只有一個或兩個窗戶的辦公室，這種方法是有效的。當辦公室的兩邊都有窗戶時,就應該採取措施把窗戶遮起來，可以使用百葉窗或反射性低於50%的材料所做的窗簾。
電腦工作站的照明裝置與一般的工作地也有不同，應該儘量避免光直接照在工作面的螢幕上，可採用有罩的燈具，比如使燈光的散光角為45度，使工作地剛剛處在背景影下面。一些照明專家建議採用間接光，即把光先照在天花板上，然後再把光反射到房間，這樣既有美學效果，也可避免螢幕產生眩興，這種照明方法的缺點是房間內不同部位，如天花板與螢幕的對比度過大。
當室內照明水準較低，檔的可讀性也較低時，可以加工作臺燈。應該注意的是不要讓檯燈的光源四處散射，引起自己或同事的螢幕反光。
投*，休息時間的安排應保證工作一個小時內和每天的工作量(能量消耗)不超過我們在第九章中所確定的最大值。對於極重的體力工作，休息時間甚至多於工作時間。
2.對於一般的體力或腦力工作，應在上午和下午各有一個10-15分鐘的休息時間。
3.對於腦力負荷較高或時間壓力較大的工作(如沒有等待時間的裝配線)，在上午和下午就各再加一到兩次3-5分鐘的短暫休息時間。
4.對於正在學習技術的工人，應根據所學技術的難易程度，多給一些休息時間。
5.休息方式有兩種，一種是安靜休息，如坐著不動。一種是活動休息。活動休息就是交替工休息，如體力勞動和腦力勞動交替，室內工作與室外工作交替，坐位與立位交替等。研究發現，除了重體力者勞動之外，對於做一般工作的工作,活動休息比守靜休息使工作效率恢復速度快60-70%。自然我們推薦活動性休息。

四.輪班制

輪班制不僅影響工作的疲勞，也影響工作效率和工人的身心健康，所以我們對這個問題應重視。
輪班制，特別是輪著上夜班的工人,有下列不良影響：
1.夜班工人的工作效率低。人有自己的生理節律。這個節律使人在白天適應於工作，晚上適應於休息。而夜班把這個節律搞顛倒了。雖然人的生理系統可以進行一定的調節，但這個調節從來就不是完全的。如一項研究表明夜班的工作效率比白班低8%。有趣的是沒有發現明顯的夜班事故高於白班的資料。這大約與夜班時干擾較少有關。
2.夜班影響工人的休息，進而影響工人的身心健康。夜班工人不得不在白天睡覺，而大量的研究表明在白天睡覺，無論是睡覺的品質還是數量都比晚上差。睡眠是身心健康的一個先決條件，睡眠得不到保證自然要影響到工人的健康。
3.夜班也影響人的家庭生活和社交活動。隨著生活水準的提高，人們越來越注意自己的家庭生活的幸福和社交活動。因此夜班的這一問題也顯得越來越重要。
因此從人類工效學的角度，輪班制，特別是夜班是應該取消的。可是由於某些生產過程的連續性，或從經濟的角度出發，往往不得不實行輪班制。這時如何實行輪班對工作效率和工人的身心健康就有非常大的影響。
1.交接班時間。在歐洲，一般的交接班時間是6-14-22。美國的交接班時間為8-16-24。這兩種方法，美國的似乎更好些。
2.輪流與否。歐洲各政府規定輪班制的工人必須輪換，而在美國,有些人幹什麼班就一年四季就幹什麼班。不輪換的理由是這樣人的生理系統就可以完全適應這種顛倒的生活。不輪換對兩班制似乎是可取的，對三班制則應該慎重考慮。
3.如何輪換。我國原來主要實行的是三班三運轉，即各班連續工作一周後輪班，每週休息一天。目前，一些企業在勞動強度大，勞動條件差的生產崗位，已實行「四班三運轉」制，即各班連續工作2天后輪班，連續工作6天后休息2天。實踐證明，這是一種行之有效的方法，受到工人的普遍歡迎。實行這種輪班制後，工人精神釓飽滿，缺勤率下降，工作效率提高。各政府規定輪班制的工人必須輪換，而在美國,有些人幹什麼班就一年四季就幹什麼班。不輪換的理由是這樣人的生理系統就可以完全適應這種顛倒的生活。不輪換對兩班制似乎是可取的，對三班制則應該慎重考慮。
3.如何輪換。我國原來主要實行的是三班三運轉，即各班連續工作一周後輪班，每週休息一天。目前，一些企業在勞動強度大，勞動條件差的生產崗位，已實行「四班三運轉」制，即各班連續工作2天后輪班，連續工作6天后休息2天。實踐證明，這是一種行之有效的方法，受到工人的普遍歡迎。實行這種輪班制後，工人精神釓飽滿，缺勤率下降，工作效率提高。

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