（设计艺术学专业论文）基于维持健康坐姿的工作椅设计研究.pdf

浙江大学硕士学位论文 摘要 为满足人的坐姿所需，人们发明使用了各种形式的座椅，其中不乏外形美观 的，功能上实用的，实用及美观的，符合人机工程学的，符合生物力学的等等。 座椅是人的最重要的家具之一，座椅作为日常生活和工作中普遍使用的工具，其 重要性可想而知，针对不同人群，它与人体的结构、功能、尺寸形态等有着密切 的关系。处在生活节奏异常快的城市里，工作的繁忙和紧张，使办公人员不得不 连续的长时间处于座椅上并伏案工作状态，由于习惯性地弯腰坐姿，久而久之， 不正确的坐姿导致臀部及腰部肌肉酸痛，腰椎后突，腰椎间盘突出，以致整个脊 柱生理弯曲的变形。然而，长期以来，最佳坐姿的功能一直没有得到根本的突破 和解决。不同造型、不同尺度的椅子支撑着人的各种坐姿，一张好的座具不但能 让人缓解疲劳，感到舒适，甚至还具有对不良坐姿进行自然矫正体形的功能。由 于座椅在解决工作状态中的人们的正确坐姿问题一直没有得到很好的解决，人们 还在忍受由于错误坐姿带来的腰椎方面的疾病的煎熬，因此，本研究以人体解剖 学，生物力学和人机工程学的理论为依据，对工作座椅的椅面曲面进行改进，通 过脊柱鼠标和压力分布实验分析及验证，最终目的是使人在工作状态时保持腰椎 曲线微前突而不是后突，保持接近人体站立时候脊柱的正常生理弯曲，稳定骨盆， 提供合理的压力分布，从而预防及减少人体脊柱尤其是腰椎方面的疾病，养成健 康坐姿的习惯。 本研究首先对目前人们在长期伏案工作状态的错误姿势进行分析，有针对性 地提出形成这种错误坐姿的原因，是工作桌的原因，还是工作椅的设计存在不足 之处。在研究状况上，通过各方面的调查研究，对国内外的工作座椅的现状进行 综合分析，分析国内外办公座椅的优点以及存在的问题、不足之处以及可进一步 优化发展之处。掌握了国内外研究现状，本研究基于对人体腰椎生物力学的分析 和骨盆的生理结构解剖分析，提出健康坐姿的要素，根据提出的要素对工作椅面 的曲面进行合理设计。从最初的构想到最终的成果，记录每一阶段的设计流程和 进度，制作工作椅模型，应用脊柱鼠标和压力分布仪对所设计的工作座椅进行对 比试验验证。选择3 - 6 款目前办公室里常用的办公椅，与本研究所设计的工作座 椅进行对比试验。记录人在普通办公座椅下伏案工作时的脊柱曲线，与所设计的 浙江大学硕士学位论文摘要 办公座椅下的伏案工作时的脊柱曲线，进行对比分析，从中找出本研究设计的工 作座椅在维持腰椎微前突方面的突出作用；同时与另外8 款工作座椅进行压力分 布对比试验，根据结果来验证所设计的工作座椅的压力分布是否合理。 本研究在通过对比实验验证之后，指出此次设计的工作座椅的合理之处，符 合所提到的设计要素的基本要求，并提出本次设计还存在哪些不足之处，通过一 系列的改进设计来弥补这些不足之处。本研究是对处于繁忙而紧张的工作状态下 的人们的腰椎健康的关注，是对目前国内工作座椅对矫正工作坐姿设计的空白的 弥补，也为未来国内办公座椅生物力学设计、人机工程学提供了依据。 关键词：工作座椅，坐姿，腰椎，脊柱，生理弯曲，椎间盘突出 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t t op l a nt h en e e d e do fh u m a nb e i n g ss i r i n gp o s t u r e , m a l lh a di n v e n t e d v a r i o u ss c a t s t h e r ew e r el o t so fs e a t s h a v i n gs a t i s f a c t o r y c o n d i t i o no r a p p e a r a n c e ，p r a c t i c a b l ef u n c t i o n , m e e t i n gt h eh u m a ne n g i n e e r i n g , a n dm e e t i n g t h em e c h a n i c so f l i v i n gb o d y a so n e o ft h em o s ti m p o r t a n tf u r n i t u r ei no u r d a i l y l i f eo rw o r kp l a c e ，s e a t sh a dv e r yh i 曲u t i l i z a t i o nr a t i oa n di m p o r t a n c e a tt h e f l a m et i m e ，a c c o r d i n gt od i f f e r e n tg r o u p s ，s e a t sh a dc l o s er e l a t i o n s h i p 诵t l l b o d i e s s t r u c t u r e f u n c t i o na n ds i z e b c c a m el i v i n ga n dw o r kw i mr a p i dp a c eo f m e t r o p o l i t a nl i f e ，m o s to fo f f i c ew o r k e r sh a dt oc o n t i n u o u s l ys i to ns c a t sa n d k e e ps i n g l ep o s i t i o nf o rt h e i rj o b s t h el o n g - t i m ea n du n c o r r e c t e ds i t t i n gp o s t u r e c a u s e dl o t so f p r o b l e m , s u c ha ss o r eo f h i pa n dw a i s t ，s l i p p e dd i s c ，a n dc u r v a t u r e o ft h es p i n e r e c e n tr e s e a r c hc o n d u c t e dt h a tv a r i o a ss e a tw o u l ds u p p o r td i f f e r e n t s i t t i n gp o s t u r e an i c es e a tw o u l dn o to n l yr e l i e v eh u m a nf a t i g u e ，b u ta l s o c o r r e c t e dt h ew r o n gs i t t i n gp o s t u r e f o ral o n gp e r i o d ，p e o p l ec o u l dn o tf i n do r d e v e l o par a d i c a lw a yt os o l v et h ep r o b l e mo fu s i n gas p e c i f i cs e a tt oc o r r e c tt h e w r o n gs i t t i n gp e s t u r eo f l i f eo rw o r k p c o p l ew e r es t i l ls u f f e r i n gt h es p i n ei l l n e s s c a u s e d b yw r o n gs i t t i n gp o s t u r e t h e m 内r e ，t h i ss t u d yw a s b a s e do n a n t h r o p o t o m ya n de r g o n o m i c s , t h ep u r p o s ew a st oc h a n g et h ec u t v c so ft h es e a t w es h o u l da l s od os o m ee x p e r i m e n t st op r o v et h er a t i o n a l i t yo f t h ed e s i g n e ds e a t , s u c ha ss p i n a lm o u s e ，p r e s s u r ed i s t r i b u t i o n t h ef m a lp u r p o s ew a st ok e e pt h e l u m b a rt ol e a nf o r w a r d ，n o tb a c k w a r d ，a tt h es a m et i m et ok e e pt h es p i n el i n e n e a rt h en o r m a ls i t u a t i o nj u s ta sw es t a n d e du p ，t ok e e pt h ep e l v i ss t a b l e ，a n dt o h a v er a t i o n a lp r e s s u r ed i s t r i b u t i o n f i n a l l y , t h ed e s i g n e ds e a tw a sa p p l i e dt o p r e v e mf r o ms p i n ei l l n e s so rt oc u r es p i n ei l l n e s sa n dh e l p e dp e o p l eh a v eg o o d h a b i to f s i t t i n g f i r s to fa l l ，w ea n a l y z e dp e o p l e sl o n g - t i m eu n c o r r e c t e ds i t t i n gp o s t u r ea n d i n d i c a t e ds o m eo ft h er e a s o n so ft h em i s t a k e , s u c ha sw o r k i n gt a b l eo rd e s i g n p r o b l e m so fs c a t i nt h er e s e a r c h , w ei n v e s t i g a t e dd i f f e r e n tw o r k i n gs e a t sa l l i i i 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t a r o u n dt h ew o r l d , f i g u r e do u ts o m ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fd i f f e r e n t s e a t s 9s o m ep r o b l e m so ft h e s es e a t s ，a n d8 0 m ei s s u e sc o u l db ei m p r o v e d a f t e r g r a s p i n gt h o s ei n f o r m a t i o n , w ec o n d u c t e ds o m ee s s e n t i a lf a c t o ro f h e a l t hs i t t i n g p o s t u r eb a s e do na n a l y s i so fh u m a ns p i n eb i o m e c h a n i e sa n dp e l v i ca n a t o m i c a l s t r u c t u r e , a n da l s oc a m eu pw i t hs o m er e a s o n a b l ei d e a so fs e a ts a l f a c 它s h a p e d e s i g n f r o mt h ep r i m a r yi d e at ot h el a s tr e s u l t , w er e c o r d e da l l t h es t e p so f d e s i g na n dm a n u f a c t u r ep r o c e d u r e ，i n c l u d i n gb u i l d i n gw o r k i n gs e a tm o d e la n d t e s t e dt h es e a tb ys p i n a lm o n s ea n dp r e s s u r ed i s t r i b u t i o n i nt h et e s t , w ep i c k e d 3 - 8d i f f e r e n tn o r m a lw o r k i n gs e a t sf r o mo f f i c e a n dc o m p a r e dw i t l lt h es e a t d e s i g n e db yo l rr e s e a r c hg r o u p w er e c o r d e dt h ed i f f e r e n ts p i n ec u r 唧o f p e o p l e s i t t i n go nt h en o r m a ls e a t sa n do u rs e a tt of i n do u to n rs e a th a dt h ea d v a n t a g e s t h a tk e p tf o r w a r dt h r u s to ft h ew a i s ts p i n e o nt h eo t h e rh a n d ，w ea l s ot e s t e dt h e p r e s s u r ed i s t r i b u t i o no ft h e s es e a t sa n dt ov e r i f yo l l rs e a t s p r e s s u r ed i s t r i b u t i o n w a sr e a s o n a b l e a f t e rw ef i n i s h e das e r i e so fc o n t r a s tv e r i f i c a t i o nt e s t ，t h es e a td e s i g n e db y o u rr e s e a r c hg r o u pw a sf i t t i n gt h ee s s e n t i a ld e s i g nf a c t o r st h a tw e r ei n d i c a t e d a b o v e ，a n da l s ow ef o u n ds o m ei n s u f f i c i e n tc o u l db ei m p r o v e di nt h ef u t u r e r e s e a r c h a f t e ra l l ，t h i sr e s e a r c hc o n s i d e r e dp e o p l e ss p i n eh e a l t h yu n d e rt e n s e w o r k i n gc o n d i t i o n ；s e c o n d ，i tf i l l e dt h er e s e a r c hg a po fu s i n gs e a t st oc o r r e c tt h e w r o n gs i t t i n gp o s t u r e ；t h et l 】j r db u tn o tt h el a s t , i tp r o v i d e dl o t so f u s e f u lb a s i sf o r d e s i g nb i o m e c h a n i e sa n dh u m a ne n g i n e e r i n gi no u rc o u n t r y sf u r n i t u r ei n d u s t r y k e y w o r d s ：s e a t ，s i t t i n gp o s t u r e , l u m b a r , s p i n en o r m a lb e n d ，d i s cp r o b l e m 浙江大学硕士学位论文图目录 图目录 图1 1 - - 1 2 办公座椅5 图1 3 - - 1 3 办公座椅6 图1 5 自由椅8 图1 - 6 自由椅头枕9 图1 7 自由椅子扶手9 图1 8 自由椅角度调节9 图1 - 9 a b 椅1 0 图1 1 0 a b 椅角度旋转1 0 图1 1 la b 椅使用状态l o 图1 1 2 马鞍1 1 图1 1 3 马鞍椅一l l 图1 1 5 有靠背的马鞍椅1 1 图1 1 2 研究路线图1 3 图2 1 脊柱各段的抗压强度1 6 图2 2 椎问盘的构造1 6 图2 3 腰椎后突和前突1 8 图2 - 4 人在站立、坐、蹲坐、蹲的姿势下腰椎形态的变化。2 0 图2 5 男性骨盆和韧带前顶视图2 l 图2 - 6 女性骨盆和韧带后视图。2 1 图2 - 7 体压分布曲线2 l 图2 8 工作座椅各处参数2 2 图3 10 2 0 分钟姿势变化图2 4 图3 - 22 0 - 4 0 分钟姿势变化图2 5 图3 34 0 6 0 分钟姿势变化图2 5 图3 - 4 伏案工作姿势2 6 图3 5 后倾工作姿势2 6 图3 - 6 直立工作姿势2 6 图3 7o - 2 0 分钟姿势变化图2 8 图3 82 0 - 4 0 分钟姿势变化图2 8 图3 - 94 0 6 0 分钟姿势变化图2 8 图3 1 0 伏案工作姿势3 0 图3 1 l 后倾工作姿势3 0 图3 1 2 童立工作姿势3 0 图3 ，1 3 圆凳前倾状态3 l 图3 1 4 方凳前倾状态3 l 图3 1 5 透视图3 5 图3 1 6 前视图3 6 图3 1 7 右视图3 6 图3 1 8 顶视图3 6 图3 1 9 透视图3 6 图3 2 0 前视图3 7 i l l 浙江大学硕士学位论文图目录 图3 2 1 右视图3 7 图3 2 2 透视图3 7 图3 2 3 右视图3 8 图3 2 4 前视图3 8 图3 2 5 透视图3 9 图3 2 6 前视图3 9 图3 2 7 右视图3 9 图3 2 8 靠背与臀部的切合4 0 图3 2 9 设计后的工作座椅渲染图4 l 图3 3 0 设计后的座椅尺寸图4 2 图3 3 1 酱通工作座椅与设计后的工作座椅使用状态比较4 3 图4 1 第三阶段的工作座椅模型“ 图4 - 2 本次研究设计的工作座椅模型4 4 图4 3 _ 4 石现有工作座椅4 5 图4 7 脊柱鼠标软件界面4 6 图4 8 脊柱鼠标4 6 图4 - 9 实验过程4 7 图4 1 0 与无扶手靠背椅的脊柱曲线对比4 7 图4 1 l 与有扶手靠背椅的脊柱曲线对比4 8 图4 - 1 2 与硬质圆凳的脊柱曲线对比4 8 图4 - 1 3 坐在本研究设计的工作座椅上的压力分布实验5 l 图4 1 4 处于普通座椅上的压力分布实验5 2 图4 1 5 处于普通座椅上的压力分布实验5 2 图4 1 6 带扶手软面工作椅压力分布5 2 图4 1 7 无扶手硬面工作椅压力分布5 2 图4 1 8 无扶手软面工作椅压力分布5 3 图4 1 9 带扶手硬面工作椅压力分布5 3 图4 2 0 靠背木质方凳压力分布5 3 图4 - 2 1 硬面圆凳压力分布5 3 图4 2 2 设计后工作椅压力分布l 5 3 图4 - 2 3 设计后工作椅压力分布2 5 3 图4 - 2 4 设计后工作椅压力分布3 5 4 图4 - 2 5 设计后工作椅压力分布4 5 4 图5 1 改进后的能自主调节前倾角度的工作座椅。5 7 图5 - 2 改进后的能前倾后倾并增加靠背的工作座椅5 8 浙江大学硕士学位论文表目录 表目录 表2 1 工作座椅设计参数2 3 表3 1 腰椎与腿部变化2 7 表3 2 腰椎与腿部变化2 9 表4 1 五位被试者信息4 6 表4 2 对工作座椅稳定性的主观度评价4 9 表4 3 对工作座椅维持腰椎微前突作用的主观度评价4 9 表4 - 4 对工作座椅主观舒适度评价5 4 v 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 社会经济的发展，人们生活节奏的加快，这些客观因素使现代社会的人们处 于繁忙而紧张的工作中。研究表明，身为上班一族的并且处于办公室里工作人们 越来越多趋向于长期处在办公座椅上伏案工作，根据调查，9 0 以上的人们连续 l 小时以上不离开办公座椅，6 0 左右的工作人员连续2 小时不离开办公座椅， 而有些特定职业，比如银行出纳，外科医生，百货收银员，设计公司职员，油画 家，学生，甚至在一天的工作肘间内只离开i - 3 次，这就意味着他们不得不连续 工作3 小时以上；对于上网的人群，更是长时间不愿意离开座椅。因此，市场对 于符合生理学，解剖学，生物力学，符合人机工程学设计且舒适的座椅的需求也 越来越大。尤其是现代社会的人们，对于他们来说，长期紧张而有压力的工作越 来越让他们觉得健康始终是摆在第一位的，然而，办公族一天内仅有的空暇时间 多数用于休息及私人生活，少量用于参加体育锻炼，虽然他们的目的是为了保持 健康状态，但仅有的时间对身体的健康要求来说是远远不够的。因此，对于一天 8 小时以上处在办公室的工作人群来说，最佳的维持健康的方式是办公室的工作 健康，“办公室健康”【l 】【2 】 3 1 道出了办公人群的共同心声。而一天8 小时以上处 在办公室工作的人群，几乎7 小时的工作时间是在办公座椅上度过的。由此看来， 办公座椅对维持“办公室健康”有着至关重要的意义。办公座椅健康与否直接关 系到办公人员身体的健康，尤其是脊柱、腰椎的健康。办公座椅就自然而然地牵 涉到坐姿问题，从而我们推出坐姿健康 4 1 是保持长期处于伏裂5 1 t 6 - i - 作状态的工 作人员腰椎健康的决定因素。同时，需要长期伏案工作的人们也越来越呼吁有一 款能够帮助他们维持健康坐姿的办公座椅。 本研究针对长期伏案工作的办公人员，为他们设计一款座椅椅面造型独特的 座椅，通过特殊的曲面帮助他们挺直腰部，保持腰椎微前突，防止椎间盘突出， 保持伏案工作时也能接近脊柱的自然生理弯曲，帮助他们预防由于现在长期腰椎 后突导致将来腰椎方面的疾病。通过对比实验来验证办公座椅椅面对维持腰部挺 直腰椎微前突的合理性和科学性，并验证座椅曲面的压力分布是否合理，结果除 了能够提供一款符合人体解剖学，生物力学和人机工程学的座椅外，更重要的是， 能够给正处于正在受腰椎方面的疾病煎熬的人们和将受疾病困扰的人们带来健 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 康。 1 1 研究背景 处于办公室工作的人们几乎都有这样的经历：购买工作座椅、更换工作座椅， 这样一种反复的过程，由于目前办公座椅在维持腰部生理弯曲【刀方面，座椅本身 很少会有这个功能，多数工作人员都是靠在座椅上放置靠垫来维持腰部的酸痛。 办公座椅的不舒适，对于短时间使用座椅的工作人员来说也许感觉并不明显，但 对于长期需要伏案工作，比如打字，阅览文件，书写等，由于坐姿的不正确，腰 部酸痛的明显度是处于第一位的。坐在普通的工作座椅上，靠背的使用反而使工 作人员处于脊柱弯瞳的状态，表现为腰椎后突，长时间的伏案办公，腰部酸痛成 了办公人员的常见病症，严重的则患上椎问盘突出等症。座椅设计满足了使用者 的舒适要求，但却没有满足使用者的健康要求，这是目前办公座椅设计面临的普 遍问题。而健康的工作座椅首先必须保证工作人员的正确坐姿，因为只有正确的 坐姿才会为他们的腰椎带来健康。因此，工作座椅在设计方面应把健康放在首位， 而办公座椅能否维持工作人员的腰椎正常生理曲线很大程度取决于办公座椅的 椅面形态。本研究就是处在目前工作座椅设计对办公人员坐姿健康。主要是腰椎 健康方面欠缺的背景下，应用人机工程学，人体解剖学，脊柱生物力学等学科理 论，通过改变工作座椅的形态来达到维持健康坐姿的目的。 1 1 1 办公下背痛 办公室工作，是人们向往的一种工作。试想，坐在设施齐全的办公室里，拎 起电话，就可以下达指令，洽谈生意；按下键盘或鼠标，就能在电脑显示屏上捕 捉信息，作出分析与决策。按理说，这是一个理想的办公场所，何烦恼之有? 但 是，恰恰是这批表面上轻松自在，腰部承受的负荷远比体力劳动者小得多的“办 公室阶层”，其腰椎痛的发病率并不比体力劳动者低。腰椎疼痛，腰骨酸痛，腰 椎间盘突出，臀部及腰部肩部肌肉酸痛【s l 是办公一族的常见病。一般来讲，在办 公室里面工作的人几乎都有这些疾病，如果我们老坐在办公室，我们的姿势，长 期处于不良状态的时候，会引起肌肉的不平衡，还会引起腰椎的异常后突，虽然 这个突出很微小，但已经偏离了腰椎的正常生理弯曲，引起酸痛，疼痛，生理上 2 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 处于不健康状况。工作中长时间的、单一的弯腰办公的固定姿势是形成腰椎病的 主要原因。办公一族长期低头伏案，颈部处于相对固定的僵直状态，使颈部肌肉 发生痉挛，加重颈椎损害，这是伏案人员颈椎病f 9 】发病的主要原因。而弯腰伏案， 可导致腰背部姿势性疲劳，加速椎间盘的病变，后突甚至加重疼痛。一位从事通 讯工作十六年的自领说，只要坐半小时，腰椎就疼痛难忍。所以医学会的专家告 诫：办公族应坐直了，工作中一定要经常交换姿势，保持一种姿势最好不要超过 半小时，并且多起立活动一下，这样可以最有效地防止腰椎疾病的发生。因此， 腰椎方面的疾病完全是由于长期的不当坐姿引起的，如弯着身躯，部分或半个臂 部着椅，一只脚踩在椅角上，坐在椅子上粘着椅背晃来晃去；伏案时弯着身体等 等，都会使腰椎改变正常的生理屈度，腰肌负荷不对称，腰骶关节活动不协调， 时间久了，必然导致腰肌劳损或腰骶关节劳损【1 0 】。 在美国，每年计有四十万以上的受害者，便是由于长时间的坐着工作，而患 了d r a l t n o n o s c h n e r 所谓的“椅子病”( t h ec h a i r d i s e a s e ) 1 1 】。这就压力方面来看， 不良的椅具等于是个抑制血液循环的装置，它会压迫血管系统( v a s c u l a rs y s t e m ) , 使得静脉中有血凝块( b l o o dc l o t s ) 生成，造成血栓( t h o m b o p h c b i t i s ) 1 1 2 1 。现代 的办公人员由于长时间的坐着工作、下半身的肌肉缺少运动，再加以不良的椅具 阻碍了血液由上半身流向脚部，使得血栓病成了办公人员的一种职业性危机。 脊椎下半部的病痛，也是长时间坐着工作的人常抱怨的问题，座椅若不能很 适当的支撑骶骨及腰椎的部位( s a c r o l u m b a r r e g i i o no f t h eb a c k ) 会导致“滑脱症” ( s l u m ps y n d r o m e ) 的产生【1 3 】，虽然短时间的滑脱能予人舒适的感觉，但时间一 长，则会严重的不舒服，甚至引起背部的病痛。要彻底摆脱这些脊椎方面的疾病， 根本上应从改变错误坐姿，维持健康的办公坐姿着手。 1 1 2 办公下背痛原因分析 人们都会借助一定工具来完成自身的任务，而这个工具的初始状态是最能让 人们所接受的，也就是说，初始状态的工具最能让人产生依赖性和习惯性。工作 座椅是人们从学生时代就开始正式接触，一直到他们参加工作的几十年，工作座 椅如果在形态上没有大改变，那么，办公人员习惯了这种工作座椅的形态，习惯 了处于目前工作座椅上的办公坐姿，那么几十年，他们都会延续这样的姿势，几 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 十年的不正确坐姿。导致患腰椎后突，椎间盘突出和其他脊柱方面的疾病的几率 呈急剧上升趋势。 座椅形态，这是最根本的问题。目前，办公室的坐具一般是靠背椅，很少用 方凳了。靠背椅容易让人产生惰性，疲劳的时候往后靠，虽然能在短时间内缓解 生理疲劳，然而即使靠在椅背上稍微舒适了一会儿，腰部还是弯曲后突状态。久 而久之形成腰椎疾病。普通的办公靠背椅椅面单一，没有在人机和生理方面对人 的脊柱提供帮助，反而让人养成习惯性地往后靠的错误坐姿。也有的办公室人员 不习惯坐靠背椅，喜欢坐方凳，这就只好向前趴着，腰部前倾，臂部前移，使腰 肌处于过度紧张状态。有的是座椅与办公桌问的距离过大，造成过度弯腰。还有 椅子高、桌子过低，也会使腰部向前屈曲。不良的椅具，除了限制我们的动作， 影响工作的执行，更对我们的健康有莫大的危害。现今，有许多人因选择椅具之 不当，及长时间坐在不良的椅具上因而深切地体会到了椅具的重要性。瑞典的 a c m a a d a l 医生在其著作“ms e a t e d m a n ”( 坐着的人) 一书中，便曾提到“腰 背痛的问题正在世界各地普遍的增加，最合理的解释就是不正确的工作姿势，因 为大部分的现代办公家具，都是在不了解坐着工作的人其生理需要的情况下制造 出来的”【1 4 l 。由此看来，座椅是最主要的让人产生不良坐姿的原因。座椅让人 产生不良坐姿的原因体现在座椅形态的不足。座椅在材质上和外观上已经给予了 很多的关注，然而座椅形态方面的研究依然很空缺。目前的工作座椅无法保证人 在伏案状态时腰部挺直的状态，腰部在坐姿中占有最重要的比重，现有工作座椅 在维持腰椎微前突方面做得不够，正是由于这个原因，导致了人在长期伏案工作 时弯腰，使腰椎后突，带动尾椎后翻。既然不良的座椅设计对腰椎产生这么多负 面影响，因此，座椅设计必须改革，那么就需要在了解坐着工作的人其生理需要 的情况下设计座椅，必须使人维持健康坐姿，以此来预防和解决脊椎疾病问题。 1 2 国内外研究现状 办公座椅在维持脊椎尤其是腰椎方面有很多空白之处，那么我们先从国内外 办公座椅的研究程度着手，分析办公座椅在各方面给办公人员带来的正面影响和 负面影响。 4 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 1 2 1 国内研究现状 随着国家经济的腾飞，高新企业纷纷在各大城市创立。国内的白领办公人员 必须在办公室里长时间工作，甚至一天l o 几个小时的工作时间，因此，国内办 公人员的工作压力和繁忙程度也不断的上升，他们所承受的腰椎方面的疾病也呈 上升趋势。 国内办公座椅的设计体现在诸多方面，这也是考虑到人体各方面的生理舒适 度需要。例如，办公人员长期使用电脑打字，双臂的悬空容易造成肱三头肌紧张 【嘲，疲劳。引起酸痛，抽搐，因此，办公座椅的设计增加了扶手来依托双臂， 缓解肌肉的紧张。办公人员在工作一定时间后需要靠背休息，有时候甚至需要头 部颈部的适当休息，因此，国内的办公座椅在这方面增加了头枕，有些还有颈椎 枕。办公人员在办公时有时候需要移动一定距离来完成工作任务，那么这时候座 椅腿底部设置了滚轮，办公人员只要通过脚步的支撑就可以随心所欲地挪动。在 维持腰椎健康方面，国内的研究不多，在高档的办公座椅里，通过对靠背的设计 来达到维持腰椎微前突的目的。靠背底部与座椅面接触的那块设计成后凹，靠背 腰椎部前凸，这样顶起腰椎，使腰椎弯曲正常，其实这样的设计并不科学，因为 靠背是软质的，一旦顶不起腰椎，同样会使腰椎弯曲，下背部呈不健康姿势状态。 图1 - 1 办公座椅 图l - 2 办公座椅 如图1 1 ，1 2 所示三把办公座椅： 症状分析：手臂酸痛，肱三头肌紧张，抽搐，酸痛；挪动吃力。 原因分析：长时间使用电脑，双臂悬空；座椅不可自由移动。 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 解决方法：增加座椅扶手；增加滚轮。 办公座椅从最原始状态无滚轮，无扶手，逐渐完善，发展为有滚轮，有扶手 的状态。解决了双臂紧张酸痛和办公人员不能自由移动的问题。 如图1 3 ，l - 4 所示两把座椅： 图l 一3 办公座椅图i - 4 办公座椅 症状分析：腰椎弯曲，后突，酸痛；颈椎僵硬，酸痛。 原因分析：长时间伏案办公，姿势固定，姿势不正。 解决方法：靠背腰部前凸；增加头枕，颈枕。 国内在座椅上面的研究主要有以下成果： 刘新丽、余隋怀、陈登凯、刘肖健、刘阳开发的基于人机尺寸驱动座椅系统 1 1 6 1 ，针对各类座椅产品，分析了其设计参数与人体坐姿与尺寸之间的关联关系， 根据人机工程学知识和人体测量标准建立了标准化人体尺寸数据库和参数化人 体模型在u n i g r a p h i c s 平台上利用o p e n g r i p 工具开发了人机尺寸驱动的座椅 设计系统，实现了通过操作人体模型来自动生成符合人机性能要求的座椅产品， 提高了设计师的工作效率并保证了所设计产品的合理人机性能 南京林业大学木材工业学院、江南大学研究生部陆剑雄、张福昌、申利民探 讨了坐姿理论与座椅设计原则及其应用【1 7 1 ，从人机工程学原理讨论了坐姿的优 缺点，良好坐姿的必要条件是将最适当的压力分布于背脊椎骨之间的椎间盘上， 并将最适当、最均匀的静负荷量分布于所附着的肌肉组织上。运用人体解剖学原 6 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 理，分析不良坐姿造成的不舒适感和脊椎疾病，用姿势原状恒定原则分析坐姿行 为。认为坐姿变化是人体在稳定和变动之间寻求平衡以取得折衷的过程；提出了 座椅设计的基本原制度其主要的参考数据，据此对优秀座椅设计范例进行了解 析，并说明其各自特色，从而进一步验证了座椅设计的科学依据。 沈维蕾【l 研利用人因工程学原理。对座椅的设计进行了较为深入的研究。对不 同功能的座椅进行了不同的设计，尤其对座椅的椅面、高度、宽度、深度及倾角 和靠背的高度、宽度及倾角作了详细的阐述，利用人因工程学原理，设计出了最安 全、最舒适的座椅，并对座椅进行了分析评价，提高了座椅的工作效率和舒适性。 上海交通大学机械与动力工程学院王光南【1 9 1 ，对坐姿人体振动舒适性评价为 基础，对于特定的座椅振动响应，运用m a t l a b 进行仿真研究，对人体振动舒适性 进行定量评价，为不同环境下的座椅设计提供了实验参考。 河北工业大学武一民、阎世竞【2 0 l 从安全性角度谈汽车座椅系统参数设计，汽 车座椅是汽车中将乘员和本身联系在一起的重要部件，在发生交通事故时，对乘 员起主要的保护作用，从安全性角度分析了座椅参数对安全性的影响，并对汽车 座椅参数设计原则提出了建议。 1 2 2 国外研究现状 国外办公人员同样处于紧张而繁忙的工作状态中，长期伏案办公依然是办公 一族最常见的动作。低背痛【2 1 1 的问题仍然是办公人员常用的疾病，尤其是中年 办公人员，他们的腰椎方面的疾病正是由于错误坐姿和腰椎弯曲十几年的积累的 不良后果，而青年工作人员这方面的疾病并不明显，但已有长期保持错误坐姿引 起的腰部酸痛的症状，这些轻微的症状如不引起坐姿方面的重视，将来将会导致 硬椎方面的疾病。国外的牙医，外科手术医生这方面的疾病和症状和长时间在办 公室里伏案工作的办公人员有着类似的情况。 瑞典的基雨邦职业伤害调查表( a b l b 伽皓t a b u l m i o no f p r o f e s s i o n a ld i s e a s e ) 嘞上显示百分之五十以上的病症是与人体工学有关( e r g o n o m i c a l l yr e l a t e d ) ，诸 如腰部，背部及肩部的毛病。这项由p m a g n u s 对瑞典的管理人员及作业人员所 作的调查，期中更显示了“静态工作姿势”( s t a t i cw o r kp o s t u r e ) 1 2 3 是造成目前 职业伤害的主要原因。 7 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 国外有一些办公座椅人机工程学方面的研究设计师，如n i e l sd i f f r i e n t ，他所 崇尚的座椅设计理念为“自由( f r e e d o m ) ”阱】。他所设计的“自由椅”是一款具 有高度可调节性，让工作人员感觉办公状态下的不受拘束，摆脱束手束脚的工作 状态的符合人机工程学的办公座椅。他认为，座椅越是复杂，用户就越觉得不自 由。他理想中的座椅的机械结构很简单很自然，用户在使用过程中完全不会感觉 到这些机械结构。 图1 - 5 自由椅 基于5 0 以上的腰椎疾病都是由于“静态工作姿势”引起的，n i e l s 通过“自 由椅”的可调节性使工作人员在工作状态时能随心所欲地变换姿势来缓解一定腰 椎、颈椎等方面的酸痛和僵硬。这款椅子仅有三个机械结构用于自定义坐高，坐 深和靠背的高度。图1 - 6 为调整头枕的角度，图1 7 为调整扶手高度，图1 - 8 为 调整座椅整体倾斜度。 8 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 图l _ 6 自由椅头枕 图1 7 自由椅扶手 图1 - 8 自由椅角度调节 a b 工作椅2 5 1 是i 茎l # b 的款座椅形态比较奇特的办公用座椅，是o f f i c e o r g a n i x 团队设计的办公座椅。它是为工业界的技师设计的座椅。这类办公人群 需要往后坐，同时，也需要往前坐，这两种工作坐姿均需要持续一段时间。技师 在伏案工作状态时，腹部也和腰椎一样会感到酸胀，因此，a b 工作椅在解决两 种工作状态时利用了一个3 6 0 度可调节的椅背。 9 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 图i - 9a b 椅 图l 一1 0a b 椅角度旋转 当人后倾呈休闲状态时，这个可旋转的椅背就成了靠背；当人前倾呈伏案工 作状态时，这个可旋转的椅背成了支撑腹部的软垫。这个圆柱形的椅背自身有两 个自由度，第一，是与圆柱形相连接的铬合金和座椅腿连接的地方可以3 6 0 度旋 转，第二，竖直方向的铬合金与水平方向的铬合金可以有个范围为9 0 度的旋转 自由度，从而带动圆柱形靠背旋转，达到工作人员所希望的形状。a b 工作椅就 是以靠背可旋转的方式来达到工作人员在前倾后倾两种坐姿下都能保持舒适的 坐姿。 i o 图1 - 1 1 a b 椅使用状态 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 马鞍椅瑚1 2 7 1 勰1 是一款从马鞍演变而来的座椅，发明者是v e l i - j u s s ij a l k a n e n ， r a u t