一种结合室内环境质量（IEQ）的非侵入式办公室工作状态监测方法

《Journal of Building Engineering》：A non-invasive method for office work-status monitoring combined with indoor environmental quality (IEQ)

　　

• 一种基于工具栏识别的非侵入式办公工作状态监测方法。
• 模型在工作状态识别上达到了92.09%的准确率，在持续时间识别上达到了96.46%的准确率。
• 基于加权IEQ的阈值被定义为探索性参考点。
• 该方法支持室内环境设计和工作状态监测。

引言

随着办公方式的迭代发展，电子办公已成为一种现代工作范式，使员工能够依靠台式电脑、笔记本电脑和智能手机来管理日常工作[1], [2]。长时间接触各种视觉显示终端（VDTs）会显著增加罹患干眼症的风险[3]。流行病学研究表明，每天使用VDT超过四小时的员工，患干眼病的风险高出约百分之六十到七十，日本的大规模队列研究报告，由于视觉疲劳导致的年人均生产力损失超过一千美元[4], [5]。当数字屏幕每天使用超过四小时时，数字眼疲劳（DES）症状会加剧[6]，与一系列健康问题相关，包括眼部疲劳、流泪、疼痛和不适[7], [8]。因此，长时间使用计算机不仅会加剧疲劳感，还会降低整体幸福感，并对身体健康产生不利影响。然而值得注意的是，本研究中监测到的软件使用中切换到非工作状态是多重因素导致的，并不专门指示"疲劳"状态。在真实的办公环境中，从工作相关软件切换到非工作状态可能源于多种与疲劳无关的日常工作行为，包括分心、任务切换、自发性协作、线下会议、线下工作、主动休息或外部环境干扰。先前的研究已识别出各种类型的工作场所中断，如侵入、分心、休息和多任务处理，并表明这些中断可能来自工作和非工作来源，对压力、表现和幸福感有不同程度的影响[9], [10], [11]。因此，本研究中识别的"工作/非工作转换"或"非工作状态"应本质上理解为工具栏未被检测，而非生理或心理疲劳本身。研究表明，在工作时间进行微休息有益于员工的生理和心理健康，而不会损害工作效率[12]。因此，开发非侵入式方法来监测工作状态信息并提醒员工休息至关重要。此外，员工在室内环境中执行任务，使室内环境品质（IEQ）成为影响其生产力和连续工作时间的一个重要因素，无论是在居家远程办公设置还是传统办公空间。然而，IEQ与员工工作状态（工作或非工作）及连续工作时间之间的具体关联机制尚未得到明确阐明[13], [14]。为确保结论的严谨性，我们将检测到的工作/非工作转换视为可观察指标，用于探索办公工作/非工作转换与室内环境品质（IEQ）之间的关联，并不将其概括为办公工作状态的直接指标。我们的后续分析侧重于工作状态转换和连续工作时间的变化，旨在探索性地观察环境因素与工作状态之间的统计关联，而非建立因果关系。目前，监测员工工作状态主要有三种方法：时间研究法、PC操作日志法和传感器日志法[15]。此外，电子绩效监测（EPM）系统也得到了广泛应用[16]。这些系统使管理者能够访问员工的绩效和可观察指标以监测工作节奏[17], [18], [19]。然而，这些方法常常引发员工的隐私担忧，并增加被监视员工的工作场所压力[20], [21]。此外，这些监测方法通常需要受控环境，如实验室，使得难以实现非侵入式、自然状态的任务特定工作状态数据收集。因此，时效性、准确性和稳健的隐私保护仍然是重大障碍。迫切需要开发一种非侵入式工具来捕捉办公人员的工作状态数据。

为实现这一目标，首要任务是识别影响员工工作状态的主要因素。热、声、光、空气质量等IEQ因子直接影响员工效率、健康和舒适度[22], [23], [24], [25]，从而影响其工作状态和持续时间。研究表明，声源类型和声压级等因素与员工的认知表现和主观体验显著相关[26], [27], [28]。预计平均投票（PMV）和预计不满意百分比（PPD）指数常用于预测热感觉和热环境满意度[29], [30], [31], [32]。当工作场所PMV在-0.45至0范围内时，可实现最佳任务效率，这表明人们感觉微凉[33]。在基于计算机的工作环境中，3000K色温配合500勒克斯照度为理想选择，而4000K色温配合较高照度可显著提高工作效率[34], [35]。将相对湿度维持在40-60%之间并改善通风对员工健康和生产力有积极影响[36], [37]。办公IEQ对员工绩效、健康和幸福感的影响因任务多样性、工作方式和在工作站久坐时间不同而异[38], [39]。然而，现有研究对于办公空间中IEQ变化与员工不同长度连续工作时间之间的关联提供了解释有限。使用VDT时，用户表现出比传统桌前员工（不使用VDT者）更快的眼动。随着VDT任务复杂度的增加，操作员维持持续屏幕关注反应，与压力水平升高相关[40]。休息计划研究发现，每小时休息10分钟、每30分钟休息5分钟以及每15分钟微休息在减轻眼疲劳和VDT引起的视力模糊方面最有效[41]。每天使用VDT超过五小时的员工报告的精神和睡眠相关不适症状评分显著高于每天使用VDT少于五小时的员工。此外，研究识别出阈值效应，发现当每天VDT使用超过五小时时，躯体症状评分显著增加[42]。尽管这些发现强调了工作状态与长时间VDT使用之间的关系，但办公工作状态的具体时间阈值在办公工作期间仍未定义。

针对这些挑战，本研究专注于开发一种非侵入式方法来监测员工工作状态及其持续时间。通过整合IEQ因子，该模型旨在提供实时数据，帮助提醒员工及时休息，最终降低健康风险并提高整体幸福感。在本研究中，"工作状态"被操作定义为基于参与者计算机屏幕上识别到的工作相关软件工具栏存在或缺失的二元分类。工作状态表示在给定时间点检测到至少一个识别到的工作相关软件工具栏；非工作状态表示未检测到此类工具栏。需要强调的是，这一定义是技术和操作性的，并不一定反映参与者的实际工作活动，例如，阅读纸质文件、参加会议或参与线下协作的参与者在此工具栏标准下仍将被归类为非工作状态。在本手稿中，除非另有说明，"工作状态"仅指这种基于工具栏的操作定义，且与工作投入或工作中断等心理或行为构念不同，后者未在本研究中直接测量。本文其余部分结构如下。第2节详细阐述了非侵入式监测系统和工作状态监测模型的开发。第3节详细说明了实验设置和程序。第4节呈现了关于模型性能和IEQ与连续工作时间之间探索性关系的结果。第5节讨论了研究结果，与相关工作进行比较，并概述了应用和局限性。最后，第6节对研究进行了总结。本研究的研究问题如下：1.如何建立一种识别员工工作状态和持续时间的非侵入式监测模型？2.IEQ因子与员工连续工作时间之间的关联是什么？3.员工的VDT使用时长与工作状态之间的关系是什么，以及在不同加权平均IEQ分数下，连续工作状态中工作持续时间的阈值如何变化？

设备

基于工具栏的判定流程如图1所示。摄像头从办公工作站捕获桌面显示信息，包括软件工具栏状态。内容通过USB传输到计算机，在计算机上显示以展示相关信息。摄像头具有1920*1080分辨率和自动对焦功能。为了便于收集IEQ数据，本研究开发了一种基于Arduino的集成传感设备。Arduino是一个开源平台。

实验设置

进行了一项实验以收集数据并验证在不同IEQ条件下员工的工作状态和连续工作持续时间。本研究于2025年冬季在哈尔滨工业大学开放式办公环境中进行。办公室配备了暖通空调（HVAC）系统，能够调节环境温度以确保始终舒适的环境。如图7所示，参与者使用...（原文此处被截断）

工作状态判定

在整个实验过程中，收集了33,865个状态判定结果，其中包括28,237个工作样本和5,628个非工作样本。为防止数据泄露，我们确保同一参与者的数据不出现在训练集和测试集两者中（即参与者级别分割）。模型超参数通过训练集上的5折交叉验证进行优化。特征选择在交叉验证循环内进行以避免信息泄露。工作状态...（原文此处被截断）

室内环境品质因子

关于室内空间IEQ因子的现有研究发现存在差异。具体而言，这些研究侧重于IEQ在不同评估方面的关联，考察各种IEQ组分如何被评估及其对居住者的各自影响。Choi等人[60]使用通过计算机化熟练度测试收集客观数据，检查了IEQ因子加权指标对员工绩效的影响。研究发现，最高权重...（原文此处被截断）

结论

本研究提出了一种非侵入式办公工作状态监测和预警模型，整合了IEQ数据。该模型通过分析桌面终端的工具栏特征数据来评估员工状态和连续工作持续时间。它将该信息与IEQ数据结合，计算一个模型衍生的IEQ综合分数，该分数源自与工作条件相对应的办公环境参数。基于定义区间内的均值...（原文此处被截断）

CRediT作者贡献声明

胡诗佳：原稿撰写、可视化、软件、正式分析、数据管理、概念化。杨达：审阅与编辑、监督、资源、项目管理、方法论、资金获取、概念化。赵亚宁：原稿撰写、方法论。李梦梦：审阅与编辑、监督、概念化。孟琪：审阅与编辑、监督、概念化。

伦理与数据可用性

本研究经哈尔滨工业大学机构审查委员会批准（批准号：HIT 2025072），于2025年5月25日通过。所有程序均按照相关指南和法规进行。数据将应要求提供。

利益冲突声明

? 作者声明，他们不知道任何可能影响本论文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本研究得到国家自然科学基金（NSFC）资助[项目编号：52208101、52478083和52308089]。

胡诗佳|赵亚宁|杨达|孟琪|李梦梦