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色彩学在人因工程学中的应用研究

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色彩学在人因工程学中的应用探究
Shu_yt IE of SCUT

摘要：人因系统中的环境因素是人因工程学的一个重要研究分支，色彩学在其中有着重要的应用。本文将从色彩调节和环境照明两方面研究色彩学在人因工程学人因系统的应用。

关键词：色彩学 环境照明 色彩调节 人因工程学 生理 心理 工作空间

前言：在人与自然界接触中，约有80%以上的信息量是通过视觉获得的。照明是视觉感知的必要条件。照明条件的好坏直接影响视觉获得信息的效率和质量。色彩是光的物理特性和人的视觉特性的综合反映，它可以帮助人从环境中获得各种信息，提高人的识别力，还会对人的生理和心理产生影响。所以，色彩也是一种可以利用的管理手段。
一.色彩学概述
色彩学（color science）研究色彩产生、接受及其应用规律的科学。因形、色为物象与美术形象的两大要素，故色彩学为美术理论的首要的、基本的课题。它以光学为基础，并涉及心理物理学、生理学、心理学、美学与艺术理论等学科。色彩应用史上，装饰功能先于再现功能而出现。

色彩从根本上说是光的一种表现形式。光一般指能引起视觉的电磁波，即所谓“可见光”，它的波长范围约在红光的0.77微米到紫光的0.39微米之间。在这个范围内，不同波长的光可以引起人眼不同的颜色感觉,因此,不同的光源便有不同的颜色；而受光体则根据对光的吸收和反射能力呈现千差万别的颜色。由色彩的这个光学本质引发出色彩学这部分内容的一系列问题：颜色的分类（彩色与非色两大类）、特性（色相、纯度、明度）、混合（光色混合，即加色混合；色光三原色，即红、绿、蓝；混合的三定律，即补色律、中间色律、代替律）等。孟赛尔综合了前人在这方面的研究成果，建立了“孟氏颜色系统”。 视觉所感知的一切色彩形象，都具有明度、色相和纯度三种性质，这三种性质是色彩最基本的构成元素。
二.人因工程学概述
人因工程学是管理科学中工业工程（IE，Industrial Engineering）专业的一个分支，是研究人和机器、环境的相互作用及其合理结合，使设计的机器和环境系统适合人的生理、心理等特点，达到在生产中提高效率、安全、健康和舒适目的的一门科学。其中侧重于研究人对环境的精神认知称为cognitive ergonomics或human factors,而侧重于研究环境施加给人的物理影响称为biomechanics或physical ergonomics。（百度百科人因工程学词条）
三.色彩对人的影响及其在人因设计中的应用
1、色彩对生理的影响：
色彩对人的生理机能和生理过程都有着直接的影响。实验研究表明，色彩通过对人的视觉器官和神经系统能调节体液，对血液循环系统、消化系统、内分泌系统等都有不同程度的影响。例如，红色调会使各种器官兴奋和不稳定，迫使血压和心率降低。因此，合理的设计色彩环境，可以改善人的生理机能和生理过程，从而提高工作效率。
人眼对明度和饱和度分辨力较差，因此，选择色彩对比一般以色调对为主。选择色调时最忌讳蓝色和紫色，其次是红色和橙色，因为他们容易引起世界疲劳，而绿色、黄绿色、等色调不易引起世界疲劳且认读快速、准确性高。因此，主要视力范围内的基本色调宜采用黄绿色或者蓝绿色，其中7.5GY8/2最不容易引起视觉疲劳，故称为保眼色。
当颜色的波谱辐射功率相同时，视觉器官对颜色的主观感觉亮度也不相同。对以黄色调为主的黄绿色、黄色、橙色，感到黄绿色最亮、最醒目，其次是黄色、橙色。因此，常以黄色、橙色作为警戒色。实验证明，若对黄色或者橙色配以黑色或蓝色的底色，会产生近旁对比效应，能提高黄色或橙色的主观感觉亮度，易于辨认并引起注意。
工作环境中的明度应保持均匀性，因为人眼离开工作面而转向其他方向时，如果它们的明度差别过大，则在视线转移过程中需要多次明暗适应，从而加速视觉疲劳。
饱和度高的色彩给人眼以强烈刺激感，所以通常采用饱和度小于三的色彩。考虑到实现转移问题，天花板、墙壁以及其他非操作部分的饱和度也应小于三。但是，车间危险部位、危险标志的色彩应具有较高的饱和度，以增强刺激感。(《人因工程学》 张宏林 高等教育出版社)
2、色彩对心理的影响
人在长期生活实践中，形成了大量有关色彩的感受和联想，因此不同的颜色对此能力会产生不同的影响，并因年龄、性别、经历、民族、习惯和所处的环境等而而异。
1.色彩与心情：
冬季来临时，天气暗冷，花木萧条，心情也随之灰暗。此时的色彩，对于人的心情尤为重要。冬季人最容易接受的是红色、橙色、黄色等暖色系。红色是热烈、积极的色调，蕴含着浓重的感情分量。大红色具有侵略性，非常有感召力；浅红色较为温柔，有一种令人爱怜的稚嫩；深红色感觉较为深沉，多用来衬托事物。着装时，红色与黑色最为匹配，可表现出一种动态的平衡。（色彩与心情 凡华 周口晚报）
2.色彩的冷暖感：
冷色与暖色是依据心理错觉对色彩的物理性分类，对于颜色的物质性印象，大致由冷暖两个色系产生。波长长的红光和橙、黄色光，本身有暖和感，以此光照射到任何色都会有暖和感。相反，波长短的紫色光、蓝色光、绿色光，有寒冷的感觉。夏日，我们关掉室内的白炽灯光，打开日光灯，就会有一种变凉爽的感觉。（百度百科 色彩心理学）红、橙、黄色常使人联想起东方旭日和燃烧的火焰，因此有温暖的感觉，所以称为“暖色”；蓝色常使人联想起高空的蓝天、阴影处的冰雪，因此有寒冷的感觉，所以称为“冷色”；绿、紫等色给人的感觉是不冷不暖，故称为“中性色”。色彩的冷暖是相对的。在同类色彩中，含暖意成分多的较暖，反之较冷。（百度百科词条 色彩的冷暖）因此，给冷冻室等低温作业环境的周围涂以红、橙、黄等暖色调颜色，可以作业人员心理安慰，使人舒适暖和；反之在高温作业环境下，周围是冷色调让人感到舒服自在。
3.色彩的远近感：
在生活中我们很容易发现，不同颜色但大小远近相同的东西，有些却显得更远，有些显得更近，这就叫色彩的远近。通常，红黄等暖色系颜色的东西，有膨胀的感觉，于是显得比较近，而冷色系颜色的东西有中缩小的感觉，使人产生更远的错觉。这与下面讲到的色彩的轻重也有一定关系。并且，色彩的不同交错搭配，也会使人产生远近不同的错觉。因此可以利用色彩雕节改变作业空间狭小感或空旷感等主观感觉。
4.色彩的轻重感：
决定色彩轻重感觉的主要因素是明度，即明度高的色彩感觉轻，明度低的色彩感觉重。其次是纯度，在同明度、同色相条件下，纯度高的感觉轻，纯度低的感觉重。从色相方面色彩给人的轻重感觉为，暖色黄、橙、红给人的感觉轻，冷色蓝、蓝绿、蓝紫给人的感觉重。色彩的软硬感觉为，凡感觉轻的色彩给人的感觉均为软而有膨胀的感觉。凡是感觉重的色彩给人的感觉均硬而有收缩的感觉。（百度空间 乐凡的世界）因此，高达的重型设备的下部多用冷色调为基础的低饱和度暗色，以增强设备的稳定感，而一些操作手柄或涂以明快色或包以明色的塑料，给操作工人以省力和轻快感，给需要搬运的重物涂以暖色调且明度高的的颜色，给工人觉得省力舒服些。

四．环境照明对工作的影响与照明设计
1、环境照明对工作的影响
【1】照明与疲劳
合适的照明,能提高近视力和远视力。因为光亮下瞳孔缩小,视网膜上成像更为清晰,视物清楚。当照明不良时,因反复努力辨认,易使视觉疲劳,工作不能持久。眼睛疲劳的症状有眼睛乏累、怕光刺眼、眼痛、视力模糊、眼充血、出眼屎以及流泪等等。眼睛疲劳还会引起视力下降、眼球发胀、头痛以及其他疾病而影响健康,乃至工作失误甚至造成工伤。实验表明,照度自10 lx增加到1000 lx时,视力可提高70%。视力不仅受物体亮度的影响。还与周围亮度有关,当周围亮度与中心亮度相等,或周围稍暗时,视力最好,若周围比中心亮,则视力会显著下降。在照明条件差的情况下,作业者长时间反复辨认对象物,使明视觉持续下降,引起眼睛疲劳,严重时会导致作业者的全身性疲劳。视觉疲劳可以通过闪光融合值、反应时的视力与眨眼次数等方法间接测定,表1通过眨眼次数的变化表明照度与视觉疲劳的关系。
【2】 照明与工作效率
改善照明条件不仅可以减少视觉疲劳，还可以提高工作效率。因为提高照度值可以提高识别速度和主体感觉，从而提高工作效率和准确度，达到增加产量和减少差错、提高产品质量的效果。由于人眼对日光产生了适应，日光灯照射时的显色性好，最容易发现产品瑕疵，所以选用接近日光的等级照明，有利于提高生产率。而照度的过高和过低，都会使人的视力下降，使眼睛产生不适感，会降低生产率。现代色彩学研究表明，舒适的照明条件，不仅对手工业，而且对紧张记忆、逻辑思维的脑力劳动，都有利于提高作业效率。

【3】 照明与安全
事故发生次数和工作环境的照明条件也有关系。在适当的照度下，可以增加人的变色能力，从而减少识别物体色彩的错误率；可以增强物体轮廓的立体感，有利于便恩物体的高低、深浅、远近、前后及其相应位置，是工作失误率降低；还可以扩大视野，防止错误和工伤事故的发生。调查资料表明，在机械、造船、铸造、建筑、纺织等部门，人工照明的事故比在自然光条件下增加25%。
2、环境照明设计
传统照明设计
(1)选择适当的照明方式
工业企业建筑照明一般采用自然照明、人工照明和二者同时并用的混合照明。人工照明按照灯光照射范围分为一般照明、局部照明、综合照明和特殊照明。选用因工作性质和工作地布置而异。
(2)光源选择
室内光源采用自然光源是最理想的，因为自然光自然明亮柔和，光谱中的各种成分都适合人体生理机能，所以在设计中应大限度的利用。但是自然光也有受到昼夜季节等的限制，因此还应与人工光源结合使用。当不同光源分别照在同一种颜色的物品上时，该物体呈现不同颜色，这种现象称为光源的显色性。（光源的显色性理论--《光源与照明》2008年02期）
(3)光的稳定性和均匀性
光的稳定性是指照度在设计的光强度中应保持恒定的值，不产生波动、不发生频闪。均匀性是指照度和亮度在某一作业范围内相差不大，分布均匀适度。如果工作台的照度不稳，闪烁或忽暗忽明或分布不均，眼睛要适应，则会感觉不舒服，容易引起视觉疲劳，使工作效率降低。亮度分布均匀适当使人感到愉快，动作活跃。（《人因工程学》 张宏林）
(4)避免眩光
眩光（glare）是指视野中由于不适宜亮度分布，或在空间或时间上存在极端的亮度对比，以致引起视觉不舒适和降低物体可见度的视觉条件。视野内产生人眼无法适应之光亮感觉，可能引起厌恶、不舒服甚或丧失明视度。在视野中某—局部地方出现过高的亮度或前后发生过大的亮度变化。眩光是引起视觉疲劳的重要原因之一（百度百科 眩光词条）
全新的照明设计理念--- “绿色照明”设计
灯具以多元化、小型化、轻便节能化为发展方向；光源(灯管)以持久性、限时性、异型性和社会性为发展理念；光线以柔和、细腻、自然为发展目标。三基色荧光灯是一种既能大量节约资金与能源，又能提高照明光线质量的一种新型灯具光源。由于它的功率小、照度高、色温好、发光时基本不生产热能，因而又称为“冷光灯”。从节能与健康的角度，人们给它冠以“绿色照明”的爱称。近年来，它以极快的速度深入到各个领域，并进入千家万户。(互动百科绿色照明)
1、采用合理的照明设计
照明节能首先要从设计做起，要选取合理的照度标准值，正确选用照度标准的高、中、低三档照度值；其次，要选用合适的照明方式，照度要求高的场所采用混和照明方式，少采用一般照明方式，适当采用分区一般照明方式。
2、推广使用高光效光源
发光效率是指一个光源所发出的光通量与该光源所消耗的电功率之比，它反映了光源将电能转换为可见光的能力，为了充分利用电能，应优先选用高光效光源。
目前常见的各种照明光源中，高压钠灯光效最高，其次是金属卤化物灯和荧光灯，白炽灯最低。因此，从节能角度考虑，要尽量减少白炽灯的使用，推广使用各种荧光灯。
灯具效率是指在正常情况下灯具所发射的光通量与灯具内所有光源发出的光通量的比值，它反映了灯具对光的利用效率。为了充分利用光源所发出的光，应优先选用效率高的灯具。我们住宅中常用的灯具根据配光方式的不同可分为直接型、半直接型、漫射型、半间接型、间接型五种，其中直接型灯具效率最高，间接型灯具效率最低，因此在满足眩光限制的前提下，应优先选用直接型灯具。
3、实施照明控制
可调控的照明可以适应多种不同的活动需要，实现照明节能。正常使用中，应该合理选择照明控制方式，根据天然光的照度变化安排电气照明点亮的范围，并且根据照明使用特点，对灯光加以分区控制和适当增加照明开关点。住宅区公共场所照明和室外照明，可采用集中控制遥控管理的方式或采用自动控光装置。
4、充分利用自然光
人工照明是对自然照明的补充，充分利用自然光，本身就可以达到节能的目的。目前，有些建筑利用各种集光装置进行采光，如反射镜、光导纤维、光导管等，这些装置使不具备直接自然采光条件的空间也能享受到自然光照明。当然，上述举措很少应用于住宅，作为节能型健康住宅，我们要做的就是保障足够的开窗面积和充分的直接自然采光。(互动百科照明-照明节能)
五．结语
进行人因工程设计时，秉承以人为本的理念，为达到人、机、环境和谐，提高劳动生产率，因充分考虑色彩学对人的心理和生理的影响，进行科学的色彩调节与照明设计，让人在安全舒适健康的环境下进行高效率的生产。而现代社会，追求绿色，应强化“绿色照明”设计的全新理念。

参考文献：
百度百科色彩学词条：
百度百科人因工程学词条：
百度百科 眩光词条
色彩与心情 凡华 周口晚报
百度空间 乐凡的世界
照明工程师社区：
互动百科照明设计
光源的显色性理论--《光源与照明》2008年02期
《人类的视觉》 纪桂萍等 科学出版社
《视觉与视觉环境》 杨公侠 同济大学出版社
《人因工程学》 张宏林 高等教育出版社
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