（车辆工程专业论文）铁路客车设施设计研究.pdf

中文摘要 摘要：现代铁路客车由于其安全、高速、准点、节能、环保、运量大的优点 成为人们长途出行的理想交通工具，客车设计重点回归到提供给乘客更快速、安 全、方便、舒适、经济的出行服务，国外先进列车的发展经验显示：各国铁路在 提高行车速度和保证旅客安全的基础上应该进一步改善列车乘坐环境和舒适度， 并在列车升级换代的过程中及时总结、建立和完善出了一整套标准化、系列化的 客车设施工业设计体系。进入2 1 世纪以来，随着绿色环保以及通用消费等观念的 兴起，客车内部设施设计正在向产品造型、人机工程、无障碍和绿色设计四条理 念纵深发展，并由此改变了客车品质与使用状态。本文回顾和介绍了国内外高速 列车的发展历程与现状特点，参照日本新干线、法国t g v 和德国i c e 为代表的世 界一流高速列车内部设施产品升级情况，对比分析了现代客车设施设计特征及要 点，以工业设计为出发点，将人机工程作为设计的主导原则深入到客车“人一机 一环境 这一大系统中来，强化人体生理学体验和心理学效应是设施设计的重要 依据，并通过对设施相关数据分析，提出关于客车设施设计内容、方法和原则构 架的思考。 关键词：铁路客车；设施设计；工业设计；人机工程 j 匕塞交适叁堂童些亟堂僮诠塞垦皿 a b s t r a c t a b s t r a c t ：m o d e mr a i l w a yc a r r i a g ei si d e a lv e h i c l ef o rp e o p l eb e c a u s eo fi t s a d v a n t a g e s i ns a f e t y , h i g hs p e e d ，p u n c t u a l i t y , e n e r g yc o n s e r v a t i o n ，e n v i r o n m e n t p r o t e c t i o na n dc a p a c i t y t h er a i l w a yc a r r i a g ed e s i g nm a i n l yf o c u s e so n t h es e r v i c e s t h a tp r o v i d eh i g h e rs p e e d ，s a f e r ，m o r ec o n v e n i e n t ，c o m f o r t a b l ea n de c o n o m i c a lt r a v e l c o n d i t i o n s t h ed e v e l o p m e n to ff o r e i g nc o u n t r i e sa d v a n c e dc o a c h e ss h o w st h a tt h e r a i l w a ys y s t e ma l lo v e rt h ew o r ds h o u l di m p r o v et h ee n v i r o n m e n ta n dc o m f o r t a b l e n e s s o ft h ec o a c ho nt h eb a s eo fi m p r o v i n gt h es p e e do fc o a c ha n dm a k i n gp a s s e n g e r ss a f e a n de s t a b l i s has e to fs t a n d a r d i z e dc o a c hd e v i c ei n d u s t r i a ld e s i g ns y s t e mi nt i m e t h r o u g ht h ep r o c e s so fu p d a t i n g a s e n v i r o n m e n tp r o t e c t i o na n dg e n e r a l - p u r p o s e c o n s u m p t i o na r eg e t t i n gm o r ea n dm o r ep o p u l a ri n2 1 s tc e n t u r y , t h ed e s i g no fc o a c h f a c i l i t i e si sc e n t e r i n go nt h ef o u rp r o f o u n di d e a s ，s u c ha s ，p r o d u c tm o d e l ，e r g o n o m i c s ， a c c e s s i b i l i t ya n de n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n ，w h i c hi m p r o v et h eq u a l i t ya n ds t a t u so ft h e c o a c h t h ep a p e ri n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n ta n dc h a r a c t e r i s t i c so fd o m e s t i ca n d o v e r s e a sh i g h s p e e dc o a c h e s ，a n da c c o r dt or e f e rt oa n dc o m p a r ew i t ht h ew o r l df i r s t c l a s sh i g h s p e e dc o a c h e s ( s u c ha sj a p a n ss h i n k a n s e n ，f r a n c e st g v a n dg e r m a n y s i c e ) t oa n a l y s et h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dp o i n t so ft h em o d e r nc o a c hd e v i c ed e s i g n t h e c o a c hf a c i l i t yd e s i g ni ss t a r t e dw i t hi n d u s t r i a ld e s i g n ，i n t e g r a t eh u m a nb o d ys i z ea st h e m a j o rf a c t o ri nt h es y s t e mo f ”m a n m a c h i n e - e n v i r o n m e n t ”， a n df o c u so nh u m a n p h y s i c a le x p e r i e n c ea n dm e n t a l e f f e c t i d e a sa r ep r o v i d e do nm e t h o d o l o g ya n d p r i n c i p l e so f c o a c hf a c i l i t yd e s i g nt h r o u g ha n a l y s i so fr e l e v a n td a t a k e y w o r d s ：r a i l w a yc a r r i a g e ；f a c i l i t yd e s i g n ；i n d u s t r i a ld e s i g n ；m a n - m a c h i n e e n g i n e e r i n g 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期：幻d 7 年古月，pe t 签字日期：年月日 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除 了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的 同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 一躲嘶一瓤础如 4 3 致谢 本论文是在宋永增老师的精心指导下完成的。宋老师以其渊博的学识、敏锐 的学科洞察力和独特有效的思维方式引导我解决学术问题和树立学业信心，同时 他崇高的思想情操、严谨求实的治学态度、谦和的品格和风范影响了我的人生目 标和价值观念。 在这里，我要感谢北京交通大学机电学院的所有老师，是他们给我提供了良 好的学习条件和环境，让我在这几年里学有所成。 同时感谢能在各方面相互探讨和帮助我的同学们，对我工作和学业大力支持 的领导和同事们。正是他们各方面的帮助，使我在紧张的学习和繁忙的工作中找 到了平衡点。 另外也感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够专心完成我的学业。 最后，谨向所有关心、帮助和支持我学习、工作的老师、朋友和亲人致以衷 心的感谢! 第1 章引言 1 1 铁路客车设施设计的研究背景与实际意义 铁路客车种类较多，除主流车型座车和卧车外，还包括餐车、行李车、发电 车、邮政车以及其他特种车辆等，本文只针对座车和卧车进行分析研究。 铁路客车内部设施分有许多部位，而对乘客最直接造成感觉或感官影响的有 座椅、卧铺、行李架、照明、卫生等部位，正是这些部位设计的发展对于改善车 内环境和增强服务质量有着举足轻重的影响。 上世纪中叶，铁路客车遭受到来自航空和高速公路运输行业激烈竞争所带来 的被动局面，尽管在设施设计方面并不落后于其他交通工具，但还是由于速度和 服务等诸多因素一度陷入到市场的低谷，甚至被看成了“夕阳产业”。随着6 0 年 代世界铁路电气化建设进程的开始，各种新技术新材料的发展与应用为铁路客车 的高速运行提供了技术支撑。8 0 年代后期，随着日本、法国、德国等国家铁路客 车安全提速的完成，铁路客车迎来了高速运行的自动化控制和设施体系的人性化 设计的广阔发展前景。发达国家为了达到进一步巩固和开发市场的目的，竞相将 设施设计作为客车研发的重点项目，以提供更合理的车内布局和完善的设施体系 来满足旅客出行需求，并不断研究旅客与车内设施之间的最佳匹配关系，使旅客 在乘车过程中具有更加良好的生理和心理感受。在这一指导思想下，铁路客车设 施研发很快进入到了系统设计的阶段，从过去的单纯解决机械性能的可靠性和基 于传统经验的工程设计中走出来，进入到解决“人一机一环境”这一现代设计领 域之中。这使得铁路客车迅速而全面的提升了市场竞争力，并在发展过程中形成 了下列区别于其他交通工具的优势： 1 最安全、准点、舒适的抵达目的地； 2 能耗远低于汽运、海运和空运，对环境影响更小( 见图1 1 ) ； 3 客运成本低，运载旅客量大； 4 最有规律且稳定，几乎不受天气影响。 9 0 时代后期，开行时速2 0 0 公里以上高速列车的国家己有日本、法国、德国、 意大利、西班牙、比利时、荷兰、瑞典、英国、美国、俄罗斯和中国。其中，法 国高速列车t r a i n a g r a n d e v i ：t e s s e ( 法语缩写t g v ) 于2 0 0 6 年创造世界最高 实验速度记录5 7 4 8 k m h ( 见图1 2 ) ，目前法国的第三代t g v 以3 6 0 k r n h 的速度投 图卜1 各运输方式能耗和对环境影响比较 c h a r tl 一1t h ec o m p a r eb e t w e e ne n e r g yc o n s u m eo ft r a n s p o r tm a n n e r sa n d e n v i r o n m e n t a le f f e c t 入运行。短短几十年，t g v 高速列车便以它独有的快速、准时、安全和舒适建立 起法国及国际高速铁路网，客运量以每年7 5 的速度递增，成为当今高速列车的 象征。我国也于2 0 0 7 年4 月1 8 日通过第六次铁路客车大提速，开通了以“和谐 号 为代表的时速2 0 0 公里动车组，将使铁路能耗低、污染小、成本低、运量大、 全天候等比较优势得到进一步发挥，使在综合交通运输体系中处于骨干地位的铁 路作用得以充分发挥，而这对于中国铁路实现现代化、对正处在构建社会主义和 谐社会的中国意义不言而喻。 图1 - 2 创造记录的法国t g v 高速列车 c h a r t1 - 2t h eg a l l ot g v h i g h - s p e e dt r a i nw h i c hc r e a t e dt h et r a c kr e c o r d 2 图卜3 中国“和谐号”动车组 c h a r t1 3c h i n ar a i l w a yh i g h s p e e d 国外高速铁路的发展经验显示了铁路客车的巨大经济与社会效益，究其原因 正是发达国家在使客车安全提速之后深入推进了客车设施设计战略，以优良的配 套设施大大提高了客车乘坐环境和舒适度，以不断完善的客车人性化服务吸引了 大量旅客，并在市场竞争和设施研发过程中及时总结和建立起一整套标准化、系 列化的设计体系，为列车产品升级提供可靠经验和依据，促成设施研发走上品质 国际化和制造国产化的良性循环。由此分析不难看到现代铁路客车成功的各个环 节和因素：客车提速是技术前提，安全运行是首要任务，而设施设计的优良则是市 场保障。 随着国民经济的增长和人民生活水平的日益提高，我国的铁路客车设计需求 已从安全准点过渡到舒适便捷。我国政府明确地表示把高速铁路的发展建设作为 “十一五 规划的重点战略部署，在此期间将完成铁路建设总投资1 2 5 0 0 亿元； 建设新线1 9 8 0 0 公里，其中，以高速铁路为技术支持的客运专线9 8 0 0 公里，既有 线增建复线8 0 0 0 公里，既有线电气化改造1 5 0 0 0 公里，到2 0 1 0 年实现全国发达 铁路网初具规模。未来5 年内中国将建设京沪、京广、京哈、沈大、陇海等铁路 客运专线，客车时速达到2 0 0 至3 0 0 公里；建设京津、沪宁、沪杭、宁杭、广深、 广珠等大城市群的城际轨道交通系统，列车时速达到2 0 0 公里以上：继续推进既 有线提速，在1 3 0 0 0 公里提速干线实现客车时速2 0 0 公里。在此基础上，到2 0 1 5 年，中国铁路就将形成客运专线、城际客运铁路和既有线提速线路相配套的3 2 0 0 0 公里的快速客运网络。以北京、上海、郑州、武汉、广州、西安、成都为中心， 形成这些中心城市与邻近省会城市1 至2 小时的交通圈、与周边城市半小时至1 小时的交通圈。 如此规模庞大的交通枢纽与经济效益需要一大批高质量的铁路客车投入运 3 行，我国从上世纪7 0 年代初开始研制的2 5 型客车到目前投入运营的“和谐号 列车，新一代的国产高速客车及相关设施正在蓬勃发展，而国外客车制造商更是 想用他们相对成熟的客车产品占领中国高速铁路客运的市场份额，不难想象设施 设计必将成为新一轮客车市场竞争中的决定性因素。因此，我国铁路客车设施设 计面临着一个巨大的市场考验，从过去客车设施设计以工程设计为主导原则，从 重点解决设施机械性能的现状过渡到系统完善的工业设计阶段，是优化乘客、设 施和车内环境关系的关键，也是提高铁路客车品质和服务质量的关键。中国铁路 正站在一个新的历史起点上，面对即将到来的铁道车辆多元化、体系化的新格局， 研发并制造一批世界一流水平的客车是工业设计责无旁待的应用领域。 1 2 本课题研究内容 目前，我国铁路客车设施设计处于工程设计向工业设计转向时期，与欧日美 等国日益体系化的设计理论研究相比，我国在设施设计及其理论系统研究上还处 于落后阶段，加之国内不同车辆制造厂及其设计人员的设计观念和目标任务的不 尽相同，因而有关我国铁路客车设施设计的分析探讨部分可以直接引用和借鉴的 资料是比较零散的。造成这一现状的原因在于：其一，由于车内设施不像转向架、 制动、车电、牵引、车体以及线路那样直接影响行车安全，故以前没有引起客车 设计人员的足够重视；其二，设施设计是应用性极强的一门科学，它的目标是市 场，而不是研究或理论，加之现代客车设施设计项目在国内的发展时间尚短，不 少人认为直接借鉴和综合国外相关产品成果即可，还没有研究的必要。因为行业 需要的是设施产品，而不是设计理论，这种思想长期积存下来，形成了客车设施 设计制造与市场需求中的瓶颈。基于此，在本文的写作中，我试图通过国内外高 速铁路客车的设施现状的对比分析，界定铁路客车车内设施的工业设计范围，并 基于设施设计与制造装配制约因素这个技术前提，将研究的注意力主要集中于以 下四个内容： 1 探讨客车车内设施的工业设计范围，将各种设施合理归类； 2 探讨客车设施造型问题，注意技术与艺术的统一以及设施功能的完善； 3 探讨人机工程学研究成果对于合理提高设施舒适度的应用； 4 探讨单体设施与车内环境的整体调控关系，涉及空间与照明感受、无障碍 车内环境建设和设施环保等问题。 以上所作工作，旨在对客车设计人员提供参考依据，借鉴国外客车的先进设 计思路，改进铁路客车设施设计体系，以期在我国铁路客运服务中形成一个更为 4 良好的局面。 1 3 本课题研究方法 本课题研究以工业设计理论为指导原则，围绕客车设施设计而展开，主要通 过以下四个方面来深入课题： 1 书本理论学习，了解铁路客车及设施设计概论： 2 专业书籍、网络认识，获知客车设施研发方法与程序； 3 借鉴国外实例，分析国内外客车设施设计差异； 4 乘车体会总结，研究现有设施不足与改进方法。 5 第2 章铁路客车设施设计相关理论研究 社会的发展和科学技术的进步，使人们对客车设施设计的要求发展到了一 个新的阶段，具体表现为： 1 设施设计对象由单机走向系统； 2 设施设计要求由单目标走向多目标； 3 设施设计所涉及的领域由单一领域走向多个领域； 4 承担设施设计的工作人员从单人走向小组，甚至更大的群体； 5 设施产品更新速率加快； 6 设施设计由自由发展走向有计划地开展； 7 计算机技术的发展对设计研提供了更多便捷，同时也提出了新的要求。 与人们对设施设计的要求相比，现阶段的设计相对而言却是相对落后的，主 要表现为： 1 对设施设计过程研究、了解不够，尚未很好地掌握设计中的客观规律； 2 当前设计的优劣主要取决于设计者的经验； 3 设计生产率较低； 4 设计进度与质量不能很好控制； 5 设计手段与方法有待改进； 6 尚未形成能为大家接受，能有效指导设计实践，较系统的设计理论。 为保证设计质量、加快设计速度、避免和减少设计失误，并适应科学技术发 展的需求，使客车设施设计工作现代化，就有必要对现代客车设施设计方法进行 研究。 2 1 设施工程设计理论研究 2 1 1 设施工程设计由来 随着新材料、新工艺、新技术的不断出现以及旅客需求的提升，客车设施更 新换代的周期日益缩短，开始广泛采用现代技术，对产品的功能、可靠性提出更 为严格的要求。客车设施工程设计的特点就是运用科学的原理去发展对人们乘客 车出行时更为方便有用的产品。当需求确定后，设计者的责任就是运用工程方法， 在社会、经济及时问等约束条件下，设计研制出满足需求的产品。客车设施的工 6 程设计中对设施的概念发展、设计验证性的预测，都是必要的环节。在一般工程 设计过程中设施设计既是一种创新的过程也是一个逐步完善的过程，在客车发展 历程中，不断成熟和完善的设施设计不仅是工程设计经验的积累同时也是设计师 设计思维和能力升华的产物，因而运用工程设计的方法对于设施设计具有不可估 量的价值。 2 1 2 设施工程设计过程 客车设施工程设计过程可分为计划调研阶段、产品设计阶段、试制阶段、批 量生产阶段。在计划调研阶段：通过市场调查，预测市场趋势，确定市场需求； 进行可行性研究，对市场、投资环境、生产条件、成本及效益进行综合分析；为 产品设计提供设计要求。在生产设计阶段：根据设计要求提出总的原理性设计方 案；经评价分析后，确定结构设计方案；再经评价决策后，进行总体设计和其它 细化设计。试制阶段是在设计基本完成后，进行设施制造和试验，并对设施进行 鉴定评价。经过设计修改和规范工艺后，进入批量生产阶段。工程设计的整个过 程如图2 1 所示。 币该而疆升卡丽司研究卜一堂直塞遮迂卜岖塑巫卧 噩萄甄丑研丽获霹一堪侄查重叫戤堕丹 吨醯王塑面团卜啕污蕊强一搓昌剑 避墨这堕卜莲蓟亚巨艺骚司。1 i l ：到期 图2 - 1 工程设计过程 c h a r t2 1t h ep r o c e s so fp r o j e c td e s i g n 2 1 3 设施工程设计特点 客车设施工程设计以方便旅客出行使用为目标，是一种从需求到产品的单向 过程，同时也包括改进和修j 下的反向循环。设计任务是根据需求，提出技术设想， 制定具体明确可付诸实施的方案、说明，并为产品的形成和使用提供依据。为了 高效、高质量的完成任务，首先要对设计任务的目的性、社会性和技术条件进行 全面评估，由此设施工程设计具备以下特点： 7 1 程式性。现代客车设施工程设计的全过程要求设计者从产品规划、方案设 计、技术设计、总体设计、施工设计到试验、试制进行全面考虑，按步骤有计划 地进行设计。 2 创造性。现代客车设施工程设计突出人的创造性，充分发挥设计者的创造 性思维能力及集体智慧，运用各种创造性技法，力求探寻更多的突破性方案，开 发创新产品。 3 系统性。现代客车设施工程设计强调用系统工程处理技术系统问题。设计 时分析各部分的有机联系，力求系统整体最优，同时要考虑系统与外界的联系， 即人一机一环境的大系统关系。 4 优化性。通过优化理论及技术、对技术系统进行方案优选，参数优化，结 构优化，争取使技术系统整体最优，以获得功能全、性能好、成本低、价值优的 产品。 5 综合性。现代客车设施工程设计突破了传统、经验、类比的设计。采用逻 辑、理论、系统的设计方法。在系统工程、创造工程的基础上运用信息论、相似 论、模糊论、可靠性、有限元、人机工程学及价值工程、预测学等理论，同时采 用集合、矩阵、图论等书须工具和计算机，总结设计规律，提供多种解决设计问 题的途径。 6 c a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n 计算机辅助设计) 。现代客车设施工程设计 全面引入计算机辅助设计，不仅仅在于计算和绘图，还在信息存储、预测、评价 决策、动态模拟，特别是人工智能方面发挥出重大的作用，提高了设计速度和质 量。 2 2 设施工业设计理论研究 2 2 1 设施工业设计由来 1 9 1 9 年，美国人约瑟夫西奈尔( j o s e p hs i n e l ) 使用了“工业设计”( i n d u s t r i a l d e s i g n ) 一词。现今，工业设计已成为关系到现代社会人类生活的重要活动之一， 被誉为“设计中的设计和现代生活的创造力”。国际工业设计协会( i n t e r n a t i o n a l c o u n c ilo fs o c i e t i e so fi n d u s t r i a ld e s i g n ，简称i c s i d ) 曾给工业设计作过如 下的定义：“就批量生产的产品而言，凭借训练、技术知识、经验及视觉感受而赋 予材料、构造、形态、色彩、表面加工及装饰以新的品质和资格。根据当时的具 体情况，工业设计师应该在上述工业产品的全部侧面或其中几个方面进行工作。 8 而且，当需要工业设计师对包装、宣传、展示、市场开发等问题的解决付出自己 的技术知识和经验以及视觉评价能时，也属于工业设计范畴。 上世纪6 0 年代在工业设计理论与方法学指导下，日本新干线列车以全新的面 貌展现在世人面前，伴随着日本经济实力崛起的正是工业设计立国的战略口号。 可是由于习惯观念的影响，提到工业设计，不少人认为那只是在工程设计的基础 上对产品进行的一些美化工作而己，这种认识显然是片面的，不正确的。著名美 学家艾苏利奥曾指出：把工业设计看作是来自工业产品的装饰艺术，这是一种误 解。工业设计中艺术和技术的结合不是外在的，而是渗透在产品结构之中，目的 在于获得尽善尽美的产品。这种完美不是在产品上再没有什么可以增添的了，而 是再没有什么可以去掉的了。 在铁路客车的发展过程中，几乎每个国家都是先认识到设施设计的重要性， 然后才逐步深入认识到由工程设计发展成工业设计的重要性。现代客车设施设计 已进入几乎用相同的原料、相仿的设备和技术生产同一类产品的阶段。这种生产、 工艺的“趋同化 ，使过去的设施工程设计定位已不再适合市场经济，旅客需求的 不断升高和客车设计、制造以及市场的竞争激烈，使客车设施日渐呈现出三层质 量，即设施内在质量，满足生产与消费双方各自的要求；设施外观质量，指其形 态、色彩、装饰、肌理、商标、品牌、包装等；设施人机质量，包括设施使用方 式及状态，人机界面以及车内环境设计等。 由此可知，客车设施工业设计是在机械化、批量生产前提下，将先进的科学 技术与现代审美观念结合起来，使客车设施达到科学与美学、技术与艺术的高度 统一。它解决的是“人一设施一车内环境”大系统的关系，需满足物质和精神双 重功能，同时改变了原来片面注意设施功能的老观念，建立了设施设计的最终目 标定位不再仅仅是设施本身而是为人服务的新观念，并通过对设施外形、色彩、 结构和包装等审美因素以及乘客出行心理生理的研究，增加产品的宜人性和以更 好的形式对客车设施功能的适应，使现代客车设施体系为乘客营造出更令人满意 的出行环境。 2 2 2 设施工业设计过程 传统的客车设施设计，主要包括初步设计、技术设计和施工设计三个阶段。 由于工业设计的介入，设施设计则包括概念( 原理) 设计、初步设计、人机学设计、 结构设计、施工设计及试制六个阶段，其中以人机工程设计和造型设计，为工作 重点。图2 - 2 概括而形象地表示了设施工业设计的概念。从市场经济和工业设计 的角度看，设计、生产、使用的客车设施产品应在市场上经得起检验，广受消费 9 者欢迎。因此，为“人 是设计的目的，而“技术 、“审美”是设计的手段，这 组成了工业设计概念示意图中的一个三角形。同时客车设施设计还受到各项法规， 工业体系水平与发展，消费者不断增长的物质、精神生活的需求这三个条件的制 约，因而组成了工业设计概念示意图中的外三角形。 政府法规 工业体系公众需求 图2 - 2 工业设计概念 c h a r t2 - 2t h ec o n c e p to ft e c h n i c a ld e s i g n 2 2 3 设施工业设计特点 客车设施设计现代化的变革与发展是伴随着工业设计思想引入与成熟而产 生的。其特点主要表现在以下几个方面： 第一，伴随现代科学技术体系和现代科学管理体系在当代客车制造业的生成和 发展，设施工业设计已经突破了原有的工程设计范围，涉及或渗入公共文化事业、 环境保护事业等社会生活的各个领域。 第二，就设计范围来说现代客车设施设计尽管以设施设计为中心，却又不局限 于设施产品设计，同时扩展了设施产品科研、生产、管理、营销及使用的时空环 境设计和信息流程设计。 第三，现代工业设计全面的更新了客车设施设计的观念、思路、方式、方法及 手段，以设施性能和使用状态的设计研究来带动材料技术的更新和开发，不仅注 重产品性质和功能的系列化，而且更加注重设施使用方式的简便与舒适；不仅注 重设施整体形势的美化，而且更加注重设施整体组合适应和满足乘客的生理、心 理、审美的需求。 第四，借助电子、人工智能等各种科技体系，现代客车设施设计致力于精心设 计和批量生产创新设施产品，把设施技术形态的标准化和规范化与审美形态的独 l o 特化和多样化有机的结合起来。 所以，工业设计是现代客车设施真正发展成为人类自觉地认识和改造车内环境 的实践力量，是当代先进的生产力之一。 2 3 本章小结 在铁路客车研发过程中，设施设计占有重要地位。客车服务品质的好坏，很 大程度上取决于车内设施设计质量的高低。传统设施设计是按照工程设计的基础 理论研究成果和方法进行的，主要解决设施零部件间的关系与设施机械性能。而 工业设计立足于解决设施与人之间的关系问题，将现代客车设施设计的必要功能 与不必要功能一一区分，并在改进设施的使用功能与表观功能的同时进一步开发 基本功能与辅助功能，使设施能在最大的限度之内满足人的生理与心理的需求。 两类设计的内涵和侧重点有所不同，在其形成与发展过程中使客车的整体面貌发 生了改变。在现代客车生产中，设施要取得社会的承认并达到预期的市场效果， 就要在设计中实现技术因素和艺术因素的有机结合，从单纯工程技术领域转入到 与人机工程学、美学、心理学、色彩学、符号理论以及价值工程、市场销售等多 学科相关的领域中来。现代客车设施设计正以工业设计为指导思想，使设施功能 与形态向着更加适应市场需求的方向过渡，随着世界各国铁路客车设施的性能差 距的逐渐缩小，不难展望客车设施设计的未来必是工业设计品质的较量。 第3 章铁路客车设施分类与现状分析 3 1 客车基本设施分类 客车车内设施是指为旅客提供必要的舒适条件所需的设备。如车内的座椅、卧 铺、茶桌、行李架、给水、卫生、取暖、照明、空气调节及各种电器设备等。为 适应和满足旅客运输的不同要求，铁路部门生产出了不同类型的客车车辆，从结 构组成来看，设施一般有以下两种方式进行分类。 3 1 1 按客车体系分类 为了满足不同的客运需求，客车种类比较多。客车的分类方法也不尽相同，一 般有两种分类方法，其一是按用途分，其二是按运营的性质或范围分。由此产生 了相应的设施体系分类。 1 按用途分类 根据客车用途的不同，客车分成硬座车、软座车、硬卧车、软卧车、餐车、 行李车、发电车、邮政车以及特种车等。由此可将客车设施归纳地划分为相应设 施体系，各车设施体系所涵盖的设施不尽相同。 2 按营运的性质或范围分类 根据客车营运的性质或范围的不同，客车主要分成轻轨车辆、地铁车辆、高 速客车、快速客车、普通客车等。其中，轻轨车、地铁车由于运行距离短，往往 只有一种客车车种，因此其设施体系相对简明一些：但高速客车、快速客车和普 通客车等客车设施体系则要繁杂的多。 但按照上述两种分类方法，还是不便于设施设计研究的展开。 3 1 2 按服务特质分类 按客车设施的服务性质和成组特点按以下方式分类是一个比较好的办法，有 利于研究和对照分析的展开。 l 、座椅、卧铺、茶桌、行李架等承载设施。 2 、门、窗，包括侧门、风挡门、内端门、隔门、包间门、小问门、通明窗、 磨砂窗等。 3 、洗卫，包括盥洗和卫生类设施，如洗手间的洗手器、水龙头、化妆镜、烘 1 2 干机，卫生间的便器及相关设施，车内垃圾桶等。 4 、照明，包括顶灯、壁灯、阅读灯和装饰灯等。 5 、标识，包括用于设施功能识别、车内行为识别以及客车理念识别的各种指 示，如文字图形指示牌、信息显示屏等。 6 、空调，包括空调供风、风口等。 7 、五金件、内饰，包括衣帽钩、窗帘钩、毛巾杆、书报网、扶手等五金件， 窗帘、地毯等内饰。 根据上述分类，现代客车设施产品均由严格的设计程序和制作工艺把关，从而 开创了现代铁路客车高质量的崭新服务面貌。 3 2 客车设施设计现状分析 3 2 1 国外现状分析 法国高速列车t g v ，德国高速列车i c e ( i n t e r c l t y e x p r e s s ) 和日本新干线列 车被公认为当今世界铁路客车中的佼佼者，这些客车设施设计皆体现出简洁明快 的风格及完善的服务功能。例如在顾及车内空间及光线折射的条件下，尽量增大 车窗倾角，使乘客获得更广的视野和采光，同时兼顾车体强度、重量及安全因素， 将窗户的长宽比例精心设计，四角采用圆弧过渡，缓解客车运行中气流对车窗的 压力。各种设施根据人体测量的数据和制造材料力学求解，经过外形草图探讨和 计算机方案建模后最后确定，从而使功能形态和美的形态达到统一。由于高速行 车需要，国外客车车体基本采用封闭式设计并由铝合金制成。车内温度、湿度及 空气清换均由空调装置完成。座椅广泛采取同向排座方式并向软席化发展，座椅 下端有转向手柄可供调节仰角。这种设计比传统的对座式座椅更有利于发挥人机 工程学效用，乘客入座后可以后躺，使颈椎、脊背、腰部、臀部和大腿所受身体 压力合理分布，维持生理舒适姿势和全身血液循环畅通，充分发挥了现代人机工 程学研究成果，使乘客即使长时间乘车也不会产生疲劳。同时还在客车的车体结 构和走行部分采取吸音设计，如喷涂含有云母的防共振物质，内外墙板之间以及 车顶填充泡沫塑料和玻璃纤维，或以多孔板减弱声波反弹，以保证行车时车内噪 音值低于7 0 分贝。客车走道木地板采用多层胶合板及聚乙烯塑料罩面。客车上下 车门处阶梯及相关设施设计也充分考虑到了老人、儿童及残疾人等旅客群体使用 的安全和方便，设置车门照明灯与警示线的提醒。从功能完善与服务体系来看， 国外铁路客车设施设计合理，布局合适，贯穿于列车首尾各个车内，最终使旅客 1 3 需求和设施服务在列车内部完美结合。 3 2 2 国内现状分析 我国幅员辽阔，人口众多，经济发展不平衡，铁路承担着交通运输的主力工 作，铁路客运列车以2 5 型客车为主，从车型上分为、2 5 a 型( 空调) 、2 5 b 型( 燃 煤) 、2 5 g 型( 2 5 a 改型) 、2 5 型双层、2 5 z 型( 准高速) 、2 5 k 型( 快速) 、2 5 t 型( 特 快) 、2 5 d 型( 动车组) 等，但技术装备和设施体系还是落后于一些国际知名铁路， 在市场竞争中显示出不利状态。近年来，为了扭转这一严峻的局面，铁道部门一 直致力于加快高速铁路客车的发展，国家对路网建设与客车研发也给予了极大的 扶持，使我国的铁路客车设施有了较大改观，如车内舒适的空调及通风装置满足 了较高速度条件下客车对制冷量和新风量的要求，采取各种措施有效地提高了客 图3 - 1 嵌入式电热开水炉 c h a r t3 1i n b u i l te l e c t r ot h e r m a lf u r n a c ef o rb o i l e dw a t e r 图3 - 2 单元密封车窗 c h a r t3 - 2c e l la i r p r o o fv e h i c l ew i n d o w 1 4 图3 - 3 铝型材行李架 c h a r t3 3r a c k o fa l u m i n u mm a t e r i a l 车的隔声、减振、密封性能，同时引进了嵌入式电热开水炉( 见图3 1 ) 、单元密封 车窗( 见图3 - 2 ) 、折棚风挡及风挡门、表面喷塑的挤压式铝型材行李架( 见图3 - 3 ) 、 图3 - 4 电动感应对开拉门图3 5 航空座椅 c h a r t3 - 4e 1 e c t r o n i c i n d u c eb i s e c ts l i d i n gd o o r c h a r t3 5a e r i a ls e a t s 电动感应对开拉门( 见图3 - 4 ) 、航空座椅( 见图3 - 5 ) 、整体玻璃钢厕所( 见图3 6 ) 、 洗脸间等大量新型设施。目前，我国的和谐号动车组已显示出与国际接轨的品质， 大部分基础设施也已在造型和人机工程等方面进行了大胆尝试与大力改进，但就 1 5 图3 - 6 整体玻璃钢厕所 c h a r t3 - 6t h ew a s h r o o mo fh o lis ticg l a s s 。s t e e l 目前情况来看，客车设施在细节设计和体系建设方面仍不够深入，仍然还不满足 国民经济迅速发展与人民生活水平日益提高的需求。 为此，我国铁路车辆生产厂逐渐有意识的在客车设施研发过程中导入工业设 计，其原因在于： 1 技术因素，目前国内铁道客车运行速度大大提升，无论是在走行部分、车体 结构、控制性能等方面，具备了设施更新换代的技术前提。 2 社会需求，随着人们生活水平发展，不仅对客运量、客运速度提出了更高 的要求，而且从生理、心理、精神方面对机车车辆的安全、舒适、美观等提出了 更高的要求。 3 市场经济，市场竞争机制己经进入铁道系统。各工厂要在竞争中求生存，求 发展，就必须借助工业设计。在开发具有竞争力的新客车时，必须研发具有重大 竞争优势的客车设施。 4 环境因素，作为客车最直观的形象窗口，客车设施的高品质面貌对于提升行 业形象，展示综合国力以及吸引国际投资等方面都有特殊的象征价值。 当然，将工业设计的理念方法导入客车设施体系时，要有比较长远的目标并制 定逐步实施的步骤。国际上客车设施体系的工业设计己有相当长的历史和丰富的 经验，对此进行研究可以得到很好的借鉴。 1 6 3 3 本章小结 现代客车设施设计方法是基于积极开拓市场的目标理念而产生的，它更加全 面地注意了客车设施功能的分类、分析、综合与评价。随着社会物质的丰富和消 费能力的提高，人们的消费需求日趋个性化，情绪化和感性化。客车设施发展到 现在，不能够单纯地看作是一种物质形态，而应当看作是车内环境中人与人交流 的媒介。因此，客车设施设计中所包含的“主观的 、“情感的 和“心理的 因 素，越来越成为客车设计是否成功的重要参数，客车设施设计实质上就是研究设 施设计带给乘客的身心状态，以及由此展开的详细而填密的设计分析与方案思考。 1 7 第4 章现代客车设施设计的需求背景与发展趋势 随着人民生活质量同益提高，社会日益丰裕，工业设计的应用范围不断加大 与深入，消费者对客车设施的美观性、舒适性、通用性与环保性的意识不断增强， 这也是对客车设计提出的具体要求，使得客车车内设施设计正在向产品造型、人 机工程、无障碍和绿色设计四条理念纵深发展。 4 1 客车设施造型设计 现代设施造型设计是一门综合考虑多种构成要素而取得最佳状态的活动过 程，一般地说设施造型要素包含形式美的规律，即造型元素依照整齐、对称、均 衡、比例、和谐、多样和统一等形式构成组合。 4 1 1 客车设施造型中的形态问题 客车设施造型设计通常是指三维形态设计，但同时也涵盖设施表面的图案、商 标、铭牌等二维形态。由于设计者和观看者对于形态的感观和理解不尽一致，造 型设计往往也会带有一定的个体阅读性。对这种有趣的现象或者专业上被称为产 品语义学、符号学范畴的理解是客车设施造型设计中值得分析和研究的问题；形 态的空间结构形是指形态的外部结构( 即轮廓、形状) 表现了形态最基本的空间特 征。其中边界线的个性( 曲直弧度、长宽比例等) 据对形态的性质具有决定性的作 用。除此之外，形态整体中各部分间接线的不同处理。也会形成不同的、丰富的 形式感。客车设施设计中不同的物质状态、肌理差异都会使造型呈现出不同的质 感和量感， 客车设施的形态是具有一定目的性的人为形态，由于它和人之间存在着一种 重要的协调关系，因此不能把客车设施造型单纯的看作是一个工程原型，因此它 同时受到产品的使用功能、内部结构、成型材料、加工工艺、审美观念、社会经 济等方面因素的制约。任何一件设施的形态设计都是以其自身的使用功能作为设 计的出发点，而且不同的使用功能决定了设施不同的基本结构。例如客车座椅， 其使用功能决定了它的基本结构必须有椅背、座面和椅腿。那么每一部分各自的 形态如何，它们之间的组合方式如何，怎样才能体现座椅的最佳实用功能等，设 计师都要在设施基本结构己经确立的基础上，考虑这些因素，进行构思及方案的 1 8 比较，从而设计出功能合理、使用方便、造型美观的座椅。因此，客车设施造型 设计的基本点是设施内部结构形态的优化，只有在形态结构优化的基础上，才进 行设施总体造型设计。在形态设计的过程中，要在掌握形态结构变化规律与方法 的基础上根据消费者的不同层次和心理需求，创造出既新又美的设施形态。除了 一般意义上的造型审美因素外，设施形态还应该能传递某些信息，如可靠、复杂、 危险、松弛、时尚或者高效。只有充分考虑了这些因素，创造出来的设施形态才 会有现实的使用价值。 4 1 2 客车设施造型中的色彩问题 色彩作为造型设计的一个重要构成要素，也是被用来直接传达设施功能的视 觉信息。色彩能表达出各种感觉或各种复杂的感情，原因就是在于色彩本身的三 个要素的变化( 明度、纯度、色相) 及色彩的冷暖感觉、扩张与收缩感觉等。不同 设施具有不同的使用功能，在人们心目中也具有不同的形状与色彩的概念象征。 如客车中的卧铺是供旅客休息使用的，应具有稳固、舒适的造型设计，而不应使 设计出来的床铺在形体与色彩方面体现出与功能不一致，甚至相反感觉的形态。 又如客车的电子视频设施，其造型应该具有高度的现代科技感和可靠感，同时应 具有理智、朴素的线性与色彩。而桌椅等设施则可体现出较为活跃的现代生活感。 各种色彩给予人的直接感受不尽相同，列举如下： 1 、色调不同具有不同的心理感受。 明调一亲切、明快；灰调一含蓄、柔和；黄调一柔和、明快； 暗调一朴素、庄重；彩调一鲜艳、热烈；蓝调一凉爽、清静； 冷调一清凉、沉静； 红调一热烈、兴奋： 橙调一温暖、兴奋； 暖调一热情、温暖；绿调一舒适、安全；紫调一娇艳、华丽。 2 、与色相有关的不同配色，具有不同的心理感受。 色相数少一素雅、冷清；色相对比强一活泼、鲜明； 色相数多一热烈、繁杂；色相对比弱一稳健、单调。 3 、与名都有关的不同配色，具有不同的心理感受。 长调( 明度差距大的强对比) 一坚定、清晰； 短调( 明度差距小的弱对比) 一朴素、稳定； 高调( 以高明度为主的配色) 一明亮、轻快； 低调( 以低明度为主的配色) 一安定、庄重。 4 、与纯度有关的不同配色，具有不同的配色效果。 高纯度一鲜艳夺目；高纯度的暖色相配一有运动感； 1 9 低纯度一朴素大方；中等纯度的配色一有柔美感。 5 、与色域有关的不同配色，具有不同的配色效果。 面积相差小的配色一调和效果差； 面积相差大的配色一调和效果好； 不同明度色彩配置一明度高的在上有稳定感，明度高的在下有运动感。 6 、不同色相相配，具有各种不同的配色效果。 黑、红、白相配一具有永恒的美感； 黑、红、黄相配一具有积极、明朗、爽快的感觉； 黑、白相配一具