第2章 人体工程学与家具设计

第2章人体工程学与家具设计1、桌台类家具桌台类的基本功能是适应在坐、立状态下，进行各种操作活动时，获得舒适而方便的辅助条件，并兼作放置和贮存物品之用。可以分成两类：坐姿时使用的桌台类家具——以人坐下时的坐骨结节点为尺度的基准；立姿时使用的桌台类家具——以人站立时的脚后跟作为尺度的基准。工作面——作业时手的活动面。工作面的高度是决定人工作时的身体姿态的重要因素，不正确的工作面高度将影响工人的姿态，引起身体的歪曲，导致腰酸背痛。工作面过高，人不得不抬肩作业，引起肩、胛、颈等部位疼痛性肌肉痉挛。工作面太低迫使人弯腰弯背，引起腰痛。因此作业面的高度对于作业效率以及肩、胛、颈、背和臂部的疲劳影响很多。不论坐或站立工作，都存在最佳工作面高度的问题。但是工作面不等于桌面高度，因为工作物体本身是有高度的。工作面高度的设计应该遵从下列原则：①应使臂部自然下垂，处于合适的放松状态，前臂一般接近水平状态或略下斜，任何场合都不应使前臂上举过久，以避免疲劳，提高工作效率；②不应使脊椎过度弯曲；③若同一工作面完成不同性质的作业，则工作面应设计成高度可调节型；④如工作面高度可调节，则必须将高度调节至合适操作者身体尺寸及个人喜好的位置。工作面高度设计应考虑的因素：⑴肘部高度存在差异，应使前臂接近水平状态或略下斜。⑵能量消耗对不同高度搁架的研究，发现：使用距地面以上100、300、500、700、1100、1300、1500和1700mm的不同搁架，试验结果表面：最佳搁架距离是距地面1100mm，这个高度高出人体肘部150mm。受测者使用这个高度的搁架，能量消耗最小。当搁架高度低于肘部时，随着搁架高度的下降，人的能量消耗增加较快。⑶作业技能工作面高度影响人的作业技能。一般认为，手在身前作业，肘部自然方向，手臂内收呈直角时，作业速度最快，即这个作业面高度最有利于技能作业。左图显示，当手臂在身体两侧，外展角度8-23°时，前臂内收平放工作台上时，食品包装的作业效能最高，包装速度快、质量好，能耗最少。在设计技作业主要以速度和精确度为标准。有人认为还应考虑疲劳和单调因素。⑷头的姿势作业时，视觉区域决定头的姿势。头的姿势要舒服，视线与水平线的夹角应在规定的范围里。站姿，夹角23-34°坐姿，夹角32-44°只要头部是垂直或向前稍微有倾斜，颈部就不会感到疲劳。总之，工作面高度主要由人体肘部高度来确定，对于特定的作业，工作面高度取决作业性质、个人喜好。座椅高度、工作面厚度、操作者大腿厚度等。1.1站立作业工作面高度取决于作业时手的活动面高度。站立工作时，工作面的高度决定人的作业姿势。一般情况下，前臂以接近水平状态或略下斜的作业面高度为佳。作业性质影响工作面高度设计。⑴精密作业如绘图、雕刻等需要手、眼协调的作业，其桌台面的高度应在肘高以上5～10cm。同时，给肘关节一定支持，减轻背部肌肉的静态负荷。⑵一般作业指一般轻度工作，如书写、洗涤等，桌面的高度应降到相应姿势的肘高以下5～10cm。⑶用力作业即须手臂用力的作业，如切菜、钳工等。应考虑被加工件的大小以及操作时用力大小。其高度应降到相应姿势肘高以下15-40cm。对于不同作业性质，设计者必须具体分析特点，确定最佳工作面高度。工作面高度应按身体较高人设计，身体较矮的可使用垫脚石。从适应性角度而言，能够调节高度的作业面是最理想的。1.2坐姿作业一般坐姿作业，作业面高度在坐姿肘高以下5-10cm比较合适。⑴桌子功能尺寸设计桌子高度过高过低，都会使得背部、肩部肌肉紧张产生疲劳，可能造成脊椎不正常弯曲和近视。一般桌子高度应该是与椅子座高保持一定的比例关系。通常根据座高确定，也就是将椅座面高度尺寸，加上桌与椅之间的高度差。桌面高度一般写字台高740-780mm，餐桌700-720mm。国标GB/T3326-1997对桌面高、座高和配合高差有规定：桌面高度尺寸H为680-760mm；椅凳类座面高度H1为400-440mm；桌面与椅面配套使用的桌椅高差H2控制在250-320mm。1979年ISO标准规定桌椅高差为300mm。正确的桌椅高度应该使得人在坐姿时保持两个基本垂直：一当两脚平放地面时，大腿与小腿基本垂直；二是两臂自然下垂时，上臂与小臂基本垂直，这时桌面高度应刚好与小臂下平面接触，使得人保持正确的坐姿和书写姿势。桌面尺寸会直接影响人的作业效率。一般来讲，桌面尺寸以人的坐姿状态下上肢的水平活动范围为依据，根据Banes研究，人在水平面通常的作业域390mm，但是这个尺寸往往不够。桌面尺寸还要根据功能要求和所放置物品的多少来确定。尤其办公桌，太小不能保证足够的面积放置物品，不能保证有效的工作秩序，从而影响工作效率。太大的桌面尺寸，超过手能达到的范围，造成使用不便。适宜的尺寸是长1200-1800mm，宽600-750mm，餐桌宽度可达800-1000mm。容腿空间桌台类家具台面下到支撑面有一块空间用于人坐姿时腿部和足部的摆放。桌台类家具的容腿空间一般仅指坐姿时使用的桌台类家具。坐姿使用的桌台下部都应该留出容腿空间，以保证人员足够的腿的活动空间。坐姿时容腿空间的高低值取决于桌类家具配套使用的座椅高度与使用者的大腿厚度，因为保证容腿空间能舒适放下双腿，必须保证坐姿时大腿的最高点在此空间内有足够的区域放置，并有一定的活动余量，活动余量一般是20mm，即容腿空间的高度大于等于小腿加足高、大腿厚度以及预留活动余量之和。GB/T3326-1997规定写字台桌面下的容腿空间不小于580mm。坐姿时小腿可以围绕膝关节向前或向后转到，足也可以围绕足腕关节转动或保持舒适姿态。桌台类家具的容腿空间要保证腿部的舒适和活动度，必须保证小腿最大前伸时仍有足够空间放置小腿和足部。坐姿时小腿最大前伸角度为125°，即在垂直基础上前伸35°。桌台类家具的容腿空间深度最小值就是在小腿达到前伸35°情况下，小腿前伸量加上足部的超过小腿部分再加上预留的活动余量。容腿空间宽度设计不同于高度和深度，不仅保证腿部空间在人坐时感到舒适，还要预留人在坐姿和立姿之间转换时需要的空间，一般容腿空间宽度不应小于520mm，保证人在使用时两腿有足够的活动空间。桌面下如有抽屉，底部不应接触膝部，保证椅面距抽屉底面至少178mm，最好设置在两侧。一般桌台的高度，取决于以下因素：视觉距离、椅面与桌面距离和桌下容腿空间。⑵打字作业时工作面高度设计打字时工作面高度取决于打字机的键盘高度和工作台高度。降低工作台的高度受到容腿空间限制。最低的工作台高度⑶电子化办公台设计电子化办公台可调设计现代电子化办公要求工作人员长时间在室内面对显示器工作，因而要求办公台具有合理的形状和尺寸，避免工作人员出现肌肉、颈、背、腕关节疼痛。因为这种作业形式的长时性、劳动性明显，一般在确定尺寸时采用可调设计方法。电子化办公台组合设计现代办公形式发生变化，办公空间隔断、办公单元系列化、办公台易于拆装、灵活。为适应这些变化，电子化办公台大多设计成拆装灵活的组合式。1.3坐立交替式作业工作者在作业区内，既可坐也可站立。符合生理学和矫形学的观点，坐姿时解除站立时的下肢肌肉如何，站立时放松坐姿引起的肌肉紧张，从而解除部分肌肉的负荷。重要的和需要经常注意的视觉工作必须设计在舒服的视线范围内，从而避免由于头的姿势不自然而引起的颈部肌肉疼痛。1.4斜作业面实际工作中，头的姿势保持在舒适范围，常常将桌面或作业面倾斜设计。根据人的作业姿势，测量发现如下结果：①设计好的，躯体弯曲：70°–90°②设计差的，躯体弯曲：19°–42°③设计好的，头部倾角为：29°–33°④设计差的，头部倾角为：30°–36°作业时，人的视觉注意区域决定头的姿势。头的姿势要舒服，视线与水平线的夹角应在一定的范围内。坐姿时夹角为32°–44°；站姿时夹角为23°–34°。由于视线倾斜的角度包括头的倾斜和眼球转动两个角度，实际头的倾斜角度为：站立：8°–22°；坐姿：17°–29°当水平作业面过低时,由于头的倾角不可能过多的超过30°,人不得不增加躯体的弯曲程度。因此倾斜面作业时应注意以下几条要求:(1)高度和倾斜度都可调；(2)桌面前缘的高度应在65-130cm内可调；(3)桌面的倾斜度应在0°-75°。对学生使用课桌与姿态之间的研究中发现：台面倾斜（12°和24°）时，姿势较自然，躯干移动幅度小，与水平作业面相比，疲劳与不适感减小，但工作面倾角过大时，会造成桌面物品的滑落，一般的台面倾角在10-12°。2、坐卧类家具坐卧类家具和人体的关系较紧密，起到支撑人体的作业，如椅凳、软体家具、床垫等。要求其设计符合人的生理和心理特点，使骨骼肌肉结构保持合理状态，血液循环和神经组织不过分受压，尽量设法减少和消除产生疲劳的各种条件，使得人的疲劳降到最低限度。2.1座位设计目前在工业国家中几乎有3/4的工作是坐姿作业，座椅的研究与设计受到广泛的重视。座椅有这样一些好处：减轻腿部肌肉负担；防止不自然的躯体姿势；降低人的能耗量；减轻血液循环系统负担。（1）一般座位设计与座位有关的舒适程度和功能效用是由人体结构及生物力学关系所构成的。关于座椅设计的一些基本原则：①不同用途的座椅有不同的座椅形式和尺度；②座椅尺度参考人体测量学数据；③必须提供坐在其上人体足够的支持与稳定；④腰椎下部应该提供支撑，设置适当的靠背以降低背部紧张度；⑤应方便变化姿势，但必须防止滑脱；⑥身体主要重量由臀部坐骨节承担，坐垫必须有充分的衬垫和适当的硬度，有助与将人体重量压力分布坐骨结节处，休息时腰部也应承担重要。座椅设计的关键包括：座高、座深、座宽、座面倾角、扶手高度、靠背、椅垫垫性、侧面轮廓。A座椅高度——座前沿至地面的垂直距离，即座面前缘高度。座高低于膝盖高度时，体压集中于坐骨结节处；相等时，体压分别在坐骨结节处，稍向臀部分散；高于时，体压有部分分散在大腿部分，大腿内侧受压，影响血液循环，导致疲劳。座椅高度设计考虑因素：小腿加足高、工作面高度。小腿加足高座位高度不应大于脚底到大腿弯处的距离。据研究，合适的座高等于小腿加足高加上25-35mm的鞋再减去10-20mm的活动余量，即小腿加足高取第5个百分位数。国标GB/T3326规定座高：400-440mm。工作用椅高度比休息类座椅高，最好设置成可调节式。休息类座椅，包括沙发类的座高可取低值360-420mm，使用时可以腿向前伸，靠背后倾，过高舒适度不够，过低起立有困难。工作面对座高影响决定座椅高度的重要因素是座面到工作面的距离差，国标GB/T3326规定座面与桌面高度差在250-320mm。在这个距离中，大腿厚度占据一定高度，例如95%美国男性和女性的大腿厚度为175mm。考虑到工作面的需要，可能椅子高度造成脚达不到地面，这时可以采用垫脚。B座位深度——座椅前沿到后沿的距离。座深应满足以下条件：①臀部得到充分支撑；②腰部得到靠背的支撑；③座面前缘与小腿之间有适当距离，保证大腿肌肉不受挤压，小腿可以自由活动。座深取决于座位类型，据研究，座深以略小于坐姿时大腿水平长度为宜，即坐深应该取第5个百分位数国标GB/T3326规定，座深：沙发类休息用椅靠背倾角大，座深还可以设计的大些，一般座深=480-600MMC座位宽度——座面的横向宽度。座宽应使臀部得到全部支撑并有一定活动余地。在空间允许的条件下，以宽为好。座椅宽度允许坐者调整姿势。①座宽一般不小于380mm，GB/T3326规定：靠背椅座位前沿宽≥380mm。②扶手椅要比无扶手座面宽一些。扶手椅，扶手之间距离即座面宽度，因为扶手椅在一定程度上限制了上肢活动，所以要留出更活动空间，否则即是臀部能保持舒适，但双臂活动依然受到扶手阻挡。GB/T3326规定：靠背椅座位前沿宽≥460mm。③如是排成一排的椅，还应考虑肘与肘之间宽度。④单人沙发座前宽不小于480mm，一般为520-560mm。D座位倾角——座面与水平面夹角座面设计应该有助于保持身体稳定性，座面倾角有一定作用。通常椅子座面稍向后倾，座面后倾有2种作用：首先在长期坐姿下，座面后倾以防止臀部逐渐滑出座面造成坐姿稳定性差；其次由于重心力，躯干会向靠背后移，使得背部