以人为中心的工作空间优化：可调节家具与室内环境质量的2 × 2因子研究

摘要

本方案描述了一项多中心2 × 2析因试验，用于评估在小型工作空间中应用多组分可调节家具与优化室内环境组合的效果。该方案整合了工作站调试、室内环境监测、舒适性与不适感的重复评估、标准化的工作绩效测试以及基于现场调整的分析，以区分人体工程学、环境因素以及二者联合作用的影响。

摘要

狭小工作空间作为一个整体系统运作，但人体工学家具与室内环境条件通常被单独评估。本研究对240名办公室工作人员开展了为期四周的六中心、评估者设盲、随机2×2析因对照试验，比较了两种多组分干预措施——可调节家具与优化的室内环境质量（IEQ）。每组包含60名参与者。第4周的整体舒适度在同时采用两种干预措施的组别中最高（5.62 ± 0.53，固定家具与基础IEQ组为3.99 ± 0.60）。在采用HC3稳健标准误的站点调整析因模型中，可调节家具的效应为0.86分（95%置信区间[CI]，0.62–1.09），优化IEQ的效应为0.34分（95% CI，0.12–0.55），二者交互效应为0.44分（95% CI，0.14–0.74）。可调节家具改善了姿势舒适度，并减轻了颈部和下背部不适；优化IEQ提升了环境舒适度；两种干预措施均提高了感知工作效率、满意度并缓解了疲劳感。任务准确性交互效应在经过错误发现率校正后不再具有显著性，探索性的中介效应与样条分析未支持间接效应或非线性效应。这些结果支持在保持不同结局通路独立的前提下，协同实施人体工学与环境干预措施。

引言

基于计算机的工作通常涉及长时间静坐、姿势变化有限，以及频繁与工作站互动，而这些工作站可能无法适应个体在身体尺寸、任务需求或工作习惯方面的差异。诸如坐-站式办公桌等物理工作场所干预措施可增加办公室工作期间的站立和活动时间，但目前证据表明，仅以站立为重点的干预措施能否持续减少肌肉骨骼症状仍较为有限¹。尽管如此，对坐-站式办公桌的综述表明，这类设备可能在不损害工作效率的前提下减轻不适感，但其效益程度在不同研究设计和人群之间存在显著差异²。较短时间的实验性研究进一步提示，通过间歇性站立打断长时间静坐可减轻疲劳和肌肉骨骼不适³，而增加姿势可变性的工作站干预措施可能在不影响常规计算机操作表现的情况下降低每日结束时的不适感⁴。这些发现支持将可调节家具作为潜在有效的设计要素，但也表明仅配备坐-站式办公桌本身并不能确保正确的姿势、有效使用或舒适度的改善。

家具仅是用户所体验工作空间的一个组成部分。热环境、通风、照明、声学、空气质量、布局和陈设共同影响着使用者对舒适度和满意度的感知。因此，基于使用者的室内环境质量（IEQ）评估传统上涵盖办公空间布局、家具、热舒适性、室内空气质量、照明以及声学条件，而非孤立地评价单一环境参数⁵。通风研究也已将室内环境条件与非工业建筑中的健康、舒适性和工作效率相关联⁶，而实验证据表明，较差的室内空气质量会降低办公效率并增加不满情绪⁷。客观的环境测量仍然必要，但其无法全面反映使用者的实际感受，因为在相似测量条件下工作的个体，可能报告出不同的热、视觉、声学或空气质量舒适水平。

这种差异在较小的工作空间中尤为突出。有限的地面面积可能限制座椅移动、坐立转换、显示器位置、储物取用、通风分布以及与噪声或眩光源的隔离。因此，尽管某种家具在技术上可调节，但其实际功能可能受周围布局的制约。同样，办公室的整体环境指标可能达到可接受的平均水平，但个别工位仍可能暴露于局部高温、任务照明不足、直接眩光或干扰性噪声之中。对大学办公楼的实地评估表明，要对工作空间质量进行有意义的评价，必须同时结合环境参数的实测数据与使用者的主观反馈⁸。用户偏好也具有高度异质性；办公人员在热环境、空气质量、照明、声学、空间布局及心理社会条件等方面的理想组合可能存在显著差异⁹。因此，统一的环境目标或标准化的工位配置虽可改善平均条件，却未必能满足所有使用者的实际需求。

现有研究在很大程度上将坐-站式家具与室内环境质量（IEQ）作为两个独立的干预领域进行考察。家具相关研究通常关注久坐时间、姿势、不适感或即时工作表现，而建筑环境研究则侧重于热舒适性、通风、照明、噪声、满意度或感知工作效率。然而，这种分离并不能反映用户对工作空间的实际体验。工作人员在工作中会同时与座椅、办公桌、显示器、可用活动空间、温度、空气质量、光线和声音发生交互。即使整体室内环境良好，工作站调节不当仍可能导致使用不适；反之，即使符合人体工学的办公桌和椅子，若周围环境存在热不适、通风不良、视觉照明不足或噪声干扰，其带来的益处也可能大打折扣。针对家庭及小型工作场所的研究同样发现，个体在室内环境质量偏好和心理社会舒适性方面存在差异，这凸显了对个性化、一体化工作空间设计的迫切需求¹⁰。

另一个局限性在于，许多研究仅评估物理干预措施与最终结果之间的直接关系。这种方法对于解释干预措施为何有效提供的见解有限。可调节的家具可能通过人体测量适配性、姿势变化和姿势舒适性来影响整体舒适度，而优化的室内环境质量（IEQ）则可能通过可测量的环境条件以及对热环境、空气质量、视觉和声学舒适性的主观感知发挥作用。这些作用路径可能在部分独立的同时，共同影响对整体工作空间的评价。如果身体不适与环境不适相互制约，这两种干预措施的结合还可能产生交互作用。

因此，本研究采用多中心2 × 2析因设计，针对小型计算机工作空间，评估了可调节家具与优化的室内环境质量（IEQ）。其创新之处在于同时以析因方式评估两种多组分干预措施包——个性化工作站配置与使用状态下的IEQ优化——而非孤立地测试某一张办公桌或单一环境变量。该设计有助于识别出单领域研究无法发现的互补效应和交互作用。主要目标是估计干预措施在第4周对整体舒适度的独立及联合影响；次要目标包括姿势舒适度、环境舒适度、肌肉骨骼不适、任务表现客观指标、感知工作效率、工作空间满意度、精神疲劳以及创造力。

方案

本研究在招募前已获得上海材料工程学校人类研究伦理委员会的批准（批准编号：4701BC5746）。所有参与者在基线评估前均签署了书面知情同意书。知情同意内容包括参与研究、发表汇总结果以及存放去标识化的分析数据。直接标识信息与编码后的研究记录分开存储，且未予存放。 

研究设计、实施地点与参与者
本多中心、评估者设盲、随机2 × 2析因对照研究评估了两个多组分干预因素：固定式与个体可调式家具组合，以及基础与优化的室内环境质量（IEQ）组合。两因素组合形成四个平行组。研究于2025年9月8日至2026年2月27日在六个办公场所开展；每位参与者在完成基线评估及工位/环境调试后，接受四周干预。符合条件的工作空间面积为3.2–8.5 m²，主要用于计算机相关工作。图1总结了研究流程、析因结构及各项评估内容。

每个站点提供40个参与者工作站，其中10个分配至每个析因组。为防止干预组之间的交叉污染，六个研究站点各自使用四个严格专用的房间或物理分隔的区域（每个析因条件对应一个），共形成24个独立区域，每个区域包含10个参与者工作站。通过将可调节家具限制在指定区域内、在特定室内环境质量（IEQ）设备上使用防篡改标签，以及明确指示参与者仅使用其分配的工作站，系统性地控制了污染。各站点的干预工作人员积极监控空间合规性，并每周核查房间与条件的对应关系，以确保实施的保真度。所报告的模型对站点因素进行了校正，重复测量模型则将观测值按参与者进行聚类。

通过工作场所公告、机构邮件列表和员工简报招募参与者。纳入标准包括年龄20至55岁，每周至少工作28小时，每天至少进行4小时计算机相关工作，使用同一工作空间至少三个月，并能在随访期间保持可参与状态。排除标准包括妊娠、近期脊柱或肢体手术、需限制工作的急性损伤、影响站立平衡的神经系统或前庭系统疾病、临床建议配置的工位、计划缺席超过五个工作日、无法完成计算机任务、疼痛评分高于8/10，或进行性神经系统症状。使用经核实的筛查记录对参与者流程进行记录。共有265名员工接受了资格评估，其中25人在随机分组前被排除（18人不符合纳入标准，7人拒绝参与）。其余240名符合条件的员工签署了知情同意书并被随机分配，每组60人，共分为四个析因组。所有240名分配的参与者均成功收集了第4周的整体舒适度数据。用于详细说明招募、分配、随访和分析阶段的标准化CONSORT流程图见图1。

样本量、分配与设盲
目标样本量为240例，相较于主要结局指标所需的最小样本量212例（双侧α = 0.05，检验效能90%，交互作用的Cohen’s f = 0.20，基线与随访间相关系数为0.50），可允许约12%的失访率。由独立统计学家采用可变区组大小（8和12）生成分配序列，并根据研究地点和基线总体舒适度进行分层。为确保严格的分配隐藏，分配序列保存在一个集中管理的、带密码保护的电子数据库中。各研究点指定的研究人员按顺序纳入受试者并完成基线评估。仅当特定受试者的基线评估数据在电子系统中被完全锁定后，该受试者的分组信息才会自动对现场干预团队解盲。结局评估人员和数据分析人员在整个研究过程中对分组情况保持盲态，直至主要分析完成。本研究未在公共临床试验注册平台进行前瞻性注册，因为干预措施主要针对健康办公室工作人员的职业工效学和室内环境工程，而非治疗性医学干预。然而，为确保方法学透明性，完整的研究方案和统计分析计划（SAP）已在受试者入组及任何数据解码前获得机构批准并正式锁定。

家具与室内环境干预
家具因素是一个多组分的综合方案，而非仅限于课桌的干预措施图2 和 表1). 为确保在所有六个研究地点实施的一致性，制定了标准操作程序（SOPs），并在研究开始前要求所有现场研究人员及安装人员接受集中培训。 固定配置包括现有的720–750 mm高度的桌椅及标准显示器/输入设备布局。可调节配置包括650–1250 mm电动升降桌、可调节座椅、根据需要配备的显示器支架或稳固的抬高装置、输入设备的重新定位、足够的坐站转换活动空间、一次25分钟的个性化调整指导，以及姿势变换培训。鼓励参与者逐步在坐姿和站姿之间交替；桌面高度每分钟记录一次。桌面高度事件定义为桌面高度持续5分钟或以上高于参与者坐姿参考高度150 mm的情况。由于高度本身不能确定身体姿势，因此该指标以“超过阈值时间”报告，而非“站立暴露时间”。

IEQ 因子同样包含多个组分。基础方案保留了现有的通风、照明、温控、声学和过滤操作，并根据需要进行安全修正。优化方案的目标是：温度 23.0–25.0°C，相对湿度 45%–60%，二氧化碳（CO₂）低于 800 ppm，作业面照度为 400–500 lux，等效连续噪声不超过 45 dBA，细颗粒物（PM_2.5）浓度不高于 15 µg/m³，通过协调通风、温控、百叶窗/任务照明、设备或屏障调整以及过滤与清洁措施来实现。五变量日均综合达标仅当在有效工作日内，温度、湿度、CO₂、照度和噪声均处于目标范围内时才视为满足；PM_2.5 单独报告。各变量及综合的日均达标率按组别和地点系统计算，用于后续分析。由于缺少房间分布图，无法计算房间层面的达标情况。

环境与家具使用监测
将环境监测设备放置在距地面 0.8–1.2 m、距常规坐姿位置 0.5–1.0 m 处，避开阳光直射、窗户、送风口、计算机及其他局部热源。每分钟记录一次温度、相对湿度和 CO₂，每五分钟记录一次 PM_2.5。在每周两个普通工作日中，针对标准化任务以及三个预定的 30 分钟时段，测量照度和噪声水平。部署前对仪器进行交叉校验；排除设备刚放置后的前 10 分钟，以及发生移动、断开连接、被遮盖、人为操作或超出量程运行的时段。将有效工作日定义为在 08:30 至 17:30 之间至少有六小时处于占用状态。

结局指标与评估时间安排
在分配前完成基线评估，并在干预第26–32天（即第4周）进行评估，最好在相同两小时时间段内进行。主要条目提问：“综合考虑您的工作台及周围室内环境，过去5个工作日中您的工作空间舒适程度如何？”（1 = 极度不舒适；7 = 极度舒适）。研究特异性条目1–7用于评估姿势、热环境、空气质量、视觉及声学舒适度；当4项环境指标中至少有3项可用时，环境舒适度取其算术平均值。颈部与下背部不适：采用0–10分评分，评估前五个工作日的情况。工作效率、满意度、疲劳感及绩效任务的定义见表2，该表列出了所有提示语、评分规则、时间安排、测量属性局限性及实际解释方法。由于这些研究特异性条目缺乏经过外部验证的信度系数和最小重要差异值，因此重点报告连续性效应及其95%置信区间，而非人为设定的截断值。

标准化工作表现评估
实施一项持续35分钟的计算机测试组合，涵盖校对、数据录入、视觉搜索和基于规则的分类任务。准确率计算方式为：正确项目数除以尝试项目数 × 100；速度计算方式为：每35分钟内正确完成的单位数。测试前提供10分钟练习时间，基线期与第4周的平行测试表单应进行顺序平衡，短于两分钟的中断可暂停计时，若因技术问题导致更长时间的中断，则需在三个工作日内重新进行测试。使用流畅性、灵活性和独创性三个维度，对探索性发散思维任务进行0–100分的评分。

干预依从性、方案偏离及安全性
将可调节家具的依从性定义为：在至少3个干预周内，每周至少有3个工作日使用高度调节桌的时间达到或超过30分钟。将优化室内环境质量（IEQ）的依从性定义为：在至少75%的有效监测工作日内，达到五个变量的日均综合达标值。主要分析中保留所有已分配的参与者。若出现以下情况，视为重大偏离：错误条件持续至少连续五个工作日、干预期间超过25%的时间段内发生位置变动、有效工作日少于10天，或缺失第4周的主要结局指标数据。在每周检查时，记录新发或加重的不适、头晕、不稳、下肢疲劳、工作中断、任何暂停使用情况、重新评估情况以及不良事件；当出现不适评分增加≥3分、站立时发生头晕，或出现影响行走或正常工作的症状时，应暂停使用站立式办公桌，并进行重新评估。

数据管理与缺失数据处理
将所有记录存储在编码的参与者标识符下，直接标识信息则保存在单独的受访问控制的文件中。在数据锁定前，需对照源文件和现场日志检查数据范围、一致性、重复性、分配情况、传感器汇总信息及结局指标。应保留合理的极端值，仅更正已核实的转录错误、单位换算错误或设备错误。按变量、组别、研究地点和评估时间点对缺失情况进行汇总。不要对完全缺失的监测日进行插补。已提交的文件包含去标识化的参与者层面、每周及工作日汇总数据；直接标识信息、条目级别的按键记录、房间布局图、筛选日志以及独立的安全日志未包含在公开提交的数据中。

统计分析
分析使用了单独列出的材料表中所列的通用统计编程软件和库。连续变量以均值 ± 标准差表示，分类变量以 n（%）表示；未进行基线显著性检验。所有统计分析均按照预先规定的统计分析计划（SAP）执行，仅有一项在审计后明确报告的偏离。根据预先规定的 SAP，主要分析对第4周的整体舒适度建模，检验可调节家具、优化的室内环境质量（IEQ）的主效应及其交互作用，同时对基线整体舒适度、基线腰部不适以及工作区面积进行校正。无论交互项是否具有统计学显著性，均予以保留。然而，出于审计后的一项偏离，旨在确保在宏集群数量较少（k = 6 个地点）的情况下实现精确的计算可重复性和稳健的方差估计，原计划的随机截距设定被替换为使用 HC3 异方差稳健标准误的固定地点指示变量。

对次要结局采用类似的经位点调整的因子模型，若有基线值则纳入相应的基线值，并使用Benjamini–Hochberg方法在预先指定的结局家族内控制错误发现率。采用广义估计方程对周轨迹进行建模，考虑受试者聚类和位点指示变量。进行符合方案集分析和排除重大偏离的分析。将Bootstrap中介分析（5,000次重采样）标注为探索性分析，并报告直接效应和间接效应；使用限制性三次样条检验温度、CO₂、照度和噪声的非线性关系。采用双侧检验和95%置信区间。表3将结局与模型对应，并明确区分主要、次要、敏感性及探索性分析。

结果

参与者特征与数据可获得性
来自六个中心的240名参与者均完成了基线评估，并被平均分配至四个组（每组n = 60）。每个中心向每组各分配10名参与者。所有参与者均提供了第4周的总体舒适度数据，因此全部纳入了按分配条件进行的主要分析。参与者的平均年龄为31.5 ± 7.4岁，其中女性125人（52.1%），平均体重指数为23.0 ± 3.2 kg/m²，平均每周工作时长为41.5 ± 5.9 h。表4列出了基线特征，未进行随机化后的显著性检验。主要结局指标在全部240名参与者中均完整。第4周次要结局指标的可获得数据样本量范围为235至240；各组具体的样本量详见下文相应的疗效总结。

干预实施与暴露分离
可调节家具方案在可调性、人体测量适配度和书桌高度使用行为方面实现了分组间的区分。使用可调节家具时，平均人体测量适配度为 4.95 ± 0.70，使用固定家具时为 2.46 ± 0.73。可调节组记录到每天 5.27 ± 1.13 次书桌高度调节，以及...

讨论

这项六因素析因研究表明，可调节家具与优化的室内环境质量（IEQ）为工作空间体验提供了独特但互补的益处。可调节家具改善了整体舒适度和坐姿，同时减轻了颈部和下背部的不适；而优化的室内环境质量主要提升了整体舒适度和环境舒适度。二者结合时，整体舒适度的改善最为显著，证实了整合人体工程学与环境干预措施的价值。尽管在任务准确率上观察到了交互作用，但在进行假发现率校正后，该效应不再具有显著性，且各组之间在任务速度或创造力方面均无差异。

这些发现与近期证据一致，但针对的是不同的研究问题。一项为期六个月的坐站式工作台试验报告了持续的人体工程学和行为学益处，而最近另一项研究证明，可调节工作台可减少职业性久坐时间。类似地，针对远程办公人员的研究表明，工作台的可用性不仅取决于可调节性，还依赖于适当的实施方式和用户支持。^11,12,13近期综述还强调，热环境、空气质量、照明和声学条件会相互作用，共同影响使用者的舒适度，而非...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
可调节人体工学办公椅	Herman Miller	Aeron	用于提供标准化坐姿工作台条件的可调节人体工学椅。
可调节显示器支架	Ergotron	LX Desk Monitor Arm	用于将计算机显示器调节至所需高度和观看距离的可调节支架。
气溶胶/PM2.5监测仪	TSI Incorporated	DustTrak II 8530	用于测量工作场所环境中空气中颗粒物浓度（包括PM2.5）的仪器。
电动升降办公桌	IKEA	IDÅSEN	高度可调的工作台桌，支持坐姿和站姿工作模式。
图表生成库	Python Package Index	matplotlib 3.11.1; seaborn 0.13.2	用于生成图表和图形可视化效果的Python库。
照度计	Konica Minolta	T-10A	用于测量工作场所照度水平的仪器。
室内空气质量监测仪	TSI Incorporated	Q-Trak 7565	用于监测室内环境条件（包括温度、相对湿度和二氧化碳浓度）的仪器。
个体水平分析、周评估及工作日暴露记录数据集	Zenodo	DOI: 10.5281/zenodo.20657821	包含个体水平数据、每周评估结果以及工作日环境暴露记录的研究分析所用数据存储库。
声级计	Brüel & Kjær	Type 2250	用于测量工作场所声压级的仪器。
统计编程软件	Python Software Foundation	Python 3.12.13	用于数据处理、统计分析和计算工作流的编程环境。
统计软件库	Python Package Index	pandas 3.0.5; NumPy 2.5.1; SciPy 1.18.0; statsmodels 0.14.6	用于数据操作、数值计算、统计检验和统计建模的Python库。