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室内人体工程学第三章室内环境中人体活动的因素0102【人体运动系统与人体力学】【人体动作空间】目录CONTENTS人体运动系统与人体力学01一、运动系统（一）骨骼系统人体骨骼共有206块，分为颅骨（29块）、躯干骨（51块）、上肢骨（64块）、下肢骨（62块）四个部分。人体骨骼有着多种功能。颅骨有保护和支持脑、感觉器的作用；躯干骨有支持身体、保护内脏的功能；上肢骨、下肢骨与肌肉、肌腱、韧带等组织协同，共同完成人的运动功能。此外，骨骼还有代谢功能和造血功能。一、运动系统（二）肌肉系统肌肉是人体运动系统的动力。它包括骨骼肌、心肌和平滑肌三种类型。1．肌肉与肌力肌肉主要由肌肉组织构成，肌肉组织又由特殊分化的肌细胞构成。肌细胞的形状细长，呈纤维状，故肌细胞通常称为肌纤维。肌肉的基本机能是将生物化学能转变为机械能或动能。这种转变是靠骨骼肌所具有的生理特性—收缩性而实现的。肌肉收缩是肌肉对刺激所产生的收缩反应现象。2．作业与肌力如何有效地发挥肌力，减少疲劳，进而提高工作效率是室内人体工程学研究的课题之一。作业姿势与肌力有着紧密的联系。一、运动系统（三）关节和韧带关节是人体杠杆的重要联结方式和联结结构。关节的主要结构包括关节面、关节囊和关节腔三部分。此外，在关节的内外还有一些韧带帮助维持关节的稳定性和防止关节异常活动。不同部位的关节，其结构不同，功能也不同。例如，肘关节由肱骨下端和尺骨、桡骨上端构成，可做前屈、后伸运动，也参与前臂的旋前和旋后运动。膝关节由股骨内、外侧髁和胫骨内、外侧髁以及髌骨构成，可做屈伸运动。二、人体力学（一）肌肉施力1．静态肌肉施力静态肌肉施力是指肌肉做较长时间的收缩，以较长时间地维持身体的某种姿势。在静态肌肉施力情况下进行的作业称为静态作业。例如，学生在坐姿书写时，从肩部到手臂都有多块肌肉在长时间地静态肌肉施力。2．动态肌肉施力动态肌肉施力是指对物体交替进行施力与放松，使肌肉有节奏地收缩与舒张。在动态肌肉施力情况下进行的作业称为动态作业。二、人体力学3．静态肌肉施力举例在我们日常生活中，有许多静态肌肉施力的例子。例如，人在站立时，从腿部、臀部、腰部到颈部，都有着许多块肌肉在长时间地静态施力。实际上，无论人的身体姿势如何，都有部分肌肉在静态施力。4．避免静态肌肉施力的方法避免静态肌肉施力的关键在于协调“人—机”关系，使操作者在作业过程中能够采取随意姿势并能自由改变体位，从而保持身体的舒适、自然，而不是迫使操作者只能采取一种姿势或采取不良姿势进行作业。二、人体力学（二）重心问题在设计中，许多尺寸都应考虑重心问题。例如，栏杆高度的设计，其高度应该高于人的重心。重心是人全部重量集中作用的点。当考虑人的重量时，就可以用这个点来代替人体重量之所在，所以如果栏杆低于人的重心，人体一旦失去平衡，就可能越过栏杆而坠落。我国国家标准GB50096—2011《住宅设计规范》中规定：①住宅阳台栏板或栏杆净高，六层及六层以下不应低于1.05m，七层及七层以上不应低于1.10m；②住宅的公共出入口台阶高度超过0.70m，并侧面临空时，应在两边设防护措施，且防护设施净高不应低于1.05m。此外，防护栏杆必须采用防止儿童攀登的构造，栏杆的垂直杆间净距不应大于0.11m。二、人体力学在椅子的设计中，重心尤为重要。一般情况下，四条腿的椅子稳定性较好，而三条腿、两条腿或一条腿的椅子就需要设计好重心，以保证椅子的稳定性。人体动作空间02一、肢体活动空间（一）肢体活动角度身体各部位活动角度及活动范围数据，见下图和下表。一、肢体活动空间一、肢体活动空间一、肢体活动空间（二）肢体活动范围肢体活动范围是指人们在各种环境作业中，在某种姿态下肢体所能触及的空间范围。该范围由肢体的转动角度和肢体长度所组成，也称“作业域”。一、肢体活动空间一、肢体活动空间1．立姿活动空间立姿时，人的活动空间取决于身体尺寸、保持身体平衡的动作及身体状态的放松。当脚站立平面不变时，为保持平衡，上身和手臂能达到的活动空间将受到限制。下图为立姿活动空间，包括上身及手臂的活动范围。其中左图为正视图，零点位于正中矢状面上；右图为侧视图，零点在人体背点的切线上，位于该切线与站立平面的交点。一、肢体活动空间2．坐姿活动空间下图为坐姿活动空间，包括上身、手臂及腿的活动范围。其中左图为正视图，零点位于正中矢状面上；右图为侧视图，零点在经过臀点的垂直线上，位于该垂直线与脚底平面的交点。一、肢体活动空间3．单腿跪姿的活动空间下图为单腿跪姿活动空间，包括上身和手臂的活动范围。其中左图为正视图，零点位于正中矢状面上；右图为侧视图，零点在经过背点的切线上，位于该切线与跪平面的交点。一、肢体活动空间4．仰卧姿的活动空间下图为仰卧姿活动空间，包括手臂和腿的活动范围。其中左图为正视图，零点位于正中矢状面上；右图为侧视图，零点在经过头顶的垂直切线上，位于该垂线与仰卧平面的交点。一、肢体活动空间（三）手和脚的作业域在日常生活中，无论是在哪个功能空间，在站或坐的状态下，手和脚总是在一定的范围内做各种活动。手和脚在左右水平面和上下垂直面所形成的动作域，叫做手、脚的作业域，如图所示。一、肢体活动空间1．水平作业域水平作业域是指人在工作台面上左右运动手臂形成的轨迹范围。水平作业域可分为最大作业域和通常作业域。最大作业域是指以肩峰点为轴，人体上肢完全伸直做回转运动时所包括的范围，如图虚线所示。由图可以看出，水平作业面的最大作业域在590mm范围内。一、肢体活动空间2．垂直作业域垂直作业域是指手臂在伸直的情况下，以肩关节为轴做上下运动所形成的范围。垂直作业域可分为坐姿作业域和站姿作业域。坐姿作业通常是在作业面以上进行，随作业面高度、手偏离身体中线的距离及举手高度的不同，其作业舒适度范围也在发生着变化。图3-13为第5百分位的人体坐姿抓握尺寸范围。由该图可知，以肩关节为圆心的直臂抓握空间半径，男性为65cm，女性为58cm。直臂抓握尺寸范围对决定人在某一姿态时手臂触及的垂直范围有重要作用，如墙壁隔板、带有书架的桌子等都会用到该高度数值。设计直臂抓握的作业区时，应以第5百分位的人体尺寸为标准。一、肢体活动空间站姿作业一般允许作业者自由地移动身体，但其作业范围仍受到一定的限制。图3-14所示为站姿单臂作业的近身作业空间，以第5百分位的男性为基准，当物体高于地面110～165cm，并且在身体中心左右46cm时，是大部分人在站姿状态下手臂可达到的舒适范围。二、人体活动空间（一）静态手足活动空间如图给出了人体在各种静态姿态下手足的活动空间。二、人体活动空间二、人体活动空间（二）姿态变换活动空间姿态的变换通常集中于立姿与其他姿态之间的变换。姿态变换所占用的空间并不一定等于姿态变换前占用的空间和姿态变换后占用的空间的重叠。这是因为人体在进行姿态变换时，由于力的平衡问题，会有其他的肢体伴随运动，因而占用的空间可能大于姿态变换前后所占用的空间的重叠。例如，从跪坐到站立以及从休息椅上站起来时，姿态变换所占用的空间并不等于姿态变换前和姿态变换后占用空间的重叠，如图所示。二、人体活动空间二、人体活动空间二、人体活动空间二、人体活动空间二、人体活动空间二、人体活动空间（三）人体移动活动空间人体移动是一个连续的运动过程。测量人体移动所占用的空间时不仅要考虑人体本身占用的空间，还应考虑连续运动过程中由于运动所必须进行的肢体摆动或身体回旋所需的空间。例如，室内空间走道的设计，不仅要考虑人体自身的宽度和人体走动时身体摆动的空间，还应考虑该走道空间可同时容纳多人通过的空间范围二、人体活动空间二、人体活动空间（四）人移动物体或操作设备时的活动空间人在室内进行各种活动时，很多情况下要与一定的物体发生联系。人与物体间的相互作用所需要的活动空间可能大于或小于人与物各自空间之和。所以，人与物体所占用的空间大小要根据人的活动方式及人与物体相互间的影响方式来决定。例如，家具或设备的使用需要一定的操作空间（见下图），同时，家具与设备部件的移动会产生额外的空间需求（见下图）。另外，有些生活用品的使用方式比较特殊，使用时必须占用一定的额外空间，如家庭影音设备等，见下图。二、人体活动空间二、人体活动空间二、人体活动空间二、人体活动空间二、人体活动空间二、人体活动空间二、人体活动空间谢室内人体工程学谢