Page 45 - 《振动工程学报》2026年第5期

第 5 期 王歆宇，等：热-振双物理场环境对人体舒适性的耦合作用研究 1249

[8]
的关系。在热环境舒适性方面，FANGER 通过大量 境融合的环境模拟平台，如图 1 所示。环境舱设有
气候室试验研究，综合人体热舒适的 4 个物理变量 温湿度控制系统，由外置冷、暖空调经柔性新风管
（空气温度、流速、环境表面平均辐射温度、相对湿 路接入环境舱内，其温度控制范围为 0~40 ℃，控制
度）和 2 个人为变量（衣服热阻、人体活动量），提出 精度为±1 ℃；湿度控制范围为 10%~90%，控制精度
了 能 够 预 测 热 舒 适的 PMV（ predicted mean vote） 指 为±2%，可满足本试验所需热环境要求。
标。ZHOU 等 [9] 采集了 3 种温度、5 种振动加速度条
件下 32 名受试者的不适感数据，发现高振动水平会
让人产生更强烈的温暖热感，并初步探究了心率和
代谢产热在不同热-振环境下的变化。
生理电信号能够客观反映人体的自主神经和中
枢神经系统的活动状态和心理特征，可被应用在舒
适性评估研究中 [10] 。心脏电活动（electrocardiogram，
ECG） 测 量 可 反 映 自 主 神 经 系 统 的 调 节 状 态 [11-13] 。
LOMBARDI 等 [14] 对心率变异性中的频域指标（低频
功率/高频功率，LF/HF）进行了机理研究，发现低频
成分与交感神经活动相关（放松、舒适），高频成分
与副交感神经活动相关，LF/HF 比值的升高可能反
映压力或不适。ZHU 等 [15] 在对建筑热环境舒适性
图 1 多场环境模拟舱试验平台
的试验中发现，LF/HF 比值能够较好反映并拟合受
Fig. 1 Multi-physics environmental simulation cabin test
试者的热不舒适度。
platform
皮肤电活动（electrodermal activity, EDA）是反映
交感神经系统兴奋程度的重要生理指标，可实时监 试验使用 BIOPAC-MP160 多导生理信号采集分
测生理反应，广泛应用于情绪、压力及舒适性研究 [16] 。 析系统采集生理电信号，如图 2 所示。该系统能够
KLIANGKHLAO 等 [17] 让受试者暴露于不同温度，发 提供 16 位 A/D 转换的高分辨率，具有可变采样率的
现高温时皮肤电导率显著升高，且电导率波动程度 模拟和数字通道，可实现 400 kHz 高速采样功能。配
更加剧烈，与受试者的不适感评价显著相关。 合信号采集器（图 2），可实现所需生理电信号的采集。
本文针对热-振双场对人体舒适性的耦合影响机制
不明确的问题，设计了热-振双场条件下的人体舒适性
试验，探究了热-振双场刺激对主观舒适性的耦合影响，
以及典型生理指标与主观舒适性之间的相关性，进而
研究了热-振双场激励对人体舒适性的耦合影响机理，
并为多物理场环境下的列车舒适性评估提供手段。

1 热 -振 双 场 激 励 人 体 舒 适 性 试 验

1.1 试验设备

图 2 BIOPAC 生理信号数采系统
人体试验在浙江大学声学振动与人因工程实验
Fig. 2 BIOPAC physiological signal acquisition system
室六自由度振动台开展。该振动台主要由油源系
统、分油器及蓄能器、高精度作动器、振动台面、高
1.2 受试者
性能控制器和上位机操控软件构成。振动台能够模
拟输出脉冲信号、正弦信号、白噪声等信号，并实现 综合考虑试验限制和过往国内外人体振动试验
六自由度运动，频率范围为 0.5~50 Hz，最大峰值位移 研究人数安排，本文招募 12 位受试者开展人体舒适
为 315 mm，最大负载为 1000 kg，最大峰值加速度为 性试验。考虑到试验需要在胸部、腹部处贴上电极
1.5g，可精确复现运载装备常见的振动环境，在频率 片，因此选择男性受试者进行试验。所选男性受试
和幅值上满足本试验对人因振动激励的要求。试验 者年龄为 21~30 岁，身体健康，无肌肉、骨骼和心理
需要产生热-振双场的激励信号，同时需要控制光 疾 病 。 试 验 之 前， 每 名 参 与 者 都 签 署 了 知 情 同 意
照、湿度等环境因素，因此进一步搭建了振动、热环 书。该研究得到了浙江大学伦理委员会的批准。