人体工程学与家具设计.ppt

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 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 不应使脊椎过度弯曲 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 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 肘部高度存在差异 应使前臂接近水平状态或略下斜 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 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 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 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 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 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 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 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 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 设计好的 躯体弯曲 70 90 设计差的 躯体弯曲 19 42 设计好的 头部倾角为 29 33 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 不同用途的座椅有不同的座椅形式和尺度 座椅尺度参考人体测量学数据 必须提供坐在其上人体足够的支持与稳定 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 应方便变化姿势 但必须防止滑脱 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 臀部得到充分支撑 腰部得到靠背的支撑 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 600MM C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 座宽一般不小于380mm GB T3326规定 靠背椅座位前沿宽 380mm 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 如是排成一排的椅 还应考虑肘与肘之间宽度 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 使得背部有所支撑 减轻坐骨结节处压力使得整个上身重量由下肢承担的局面改善 下肢肌肉受力减少 疲劳度减少 椅凳类座面倾角决定使用者在使用时的身体姿势 从而影响使用者的身体疲劳度 因此不同类型的椅凳类家具座面角度不同 如学习使用的椅 要求前倾 餐椅通常水平 因为就餐时胸腔和腹腔要求保证正常状态 据研究 工作用椅座面倾角应为0 5 休息时 倾角应加大 一般为5 23 E扶手扶手使人坐在椅子上时手臂自然放置 减轻两臂负担 增加舒适感 在起身或变换姿势时 利用扶手支撑 扶手一般根据第50百分位的坐姿肘高来确定 一般扶手与座面的距离以200 250mm为宜 同时扶手前端略高 随着座面倾角与靠背斜度而倾斜 F靠背靠背对于缓解体重对臀部的压力 减轻腰部 背部和颈部肌肉紧张程度 靠背倾角 靠背与座位之间的夹角 一般而言 靠背倾角越大 人体获得休息程度越高 当倾角达到110 时 人体肌电图波动明显减少 一般工作用椅靠背倾角较小 取95 105 之间 休息椅倾角较大 休息程度越高角度越大 腰靠和肩靠靠背压力主要分布在肩胛和腰椎部位 肩靠是为肩胛骨提供依靠 支撑位置在第5 6胸椎处 从座面起约36 41cm 腰靠为腰曲部分提供依靠 支撑点在第4腰椎处约10 18cm左右 整个腰靠的高度以低于腰椎骨上沿为宜 休息程度高的座椅 还需要靠枕 支撑点过高和过低 都容易引起支撑点的前凸顶在脊椎的胸曲或骶曲的某一位置上 不仅增加不了舒适性 反而增加脊椎变形的可能性 靠背尺寸 宽度不大于325 375mm 长度不同类型座椅 不同功用座椅 长度不同 最基本活动状态的座椅可以不设肩靠 简单靠背的高度约125mm 需要设置肩靠的 靠背一般低于肩胛骨下沿 高约460mm G座椅椅垫重量分布人体重量分布并非全在臀部上 而是主要在坐骨处的小范围里 所以 需要合适的椅垫 椅垫垫性是起到支撑作用与人体接触的垫层特性 椅垫功用 使得体重在坐骨隆起处部分和臀部产生的压力分布比较均匀 不致产生疲劳感 坐姿时 人体体重的75 左右由约25cm2的坐骨结节周围的部位支撑 时间长了产生压力疲劳 导致臀部痛楚麻木感 使用坐垫 可以使臀部压力值降低 压力分散 使得身体坐姿稳定 坐垫软硬度需要一定缓冲性 但也不能过软 过软 容易使身体的支撑性降弱 坐姿不稳定 甚至由于需要维持一种特定姿势 肌肉内应力的增加会导致疲劳产生 人体臀部和大腿深陷坐垫中 全身受到坐垫接触压力 保持正确坐姿和改变坐姿都很困难 也容易产生疲劳感 过硬的话 容易使压力集中在坐骨隆起处 压力分布不均匀 造成身体不平衡和不稳定 一般坐垫为25mm 沙发类 简易沙发坐垫一般为下沉70mm为宜 大中型沙发下沉80 120mm 背部下沉量为30 45mm 腰部下沉量为35mm H座椅表面材料以易透气 有一定摩擦系数的材料为宜 如纤维材料 皮革等 I侧面轮廓座椅设计中 对于侧面轮廓设计必须进行测验 以确定是否感觉舒服 由于椎间盘内压力和肌肉疲劳是引起不舒服感觉的主要原因 因此座椅的侧面轮廓若能降低椎间盘内压力和肌肉负荷 并使之降到尽可能小的程度 就能产生舒服的感觉 侧面轮廓一般按照人体背部特点设计成一定的曲率 成 s 形曲线 以人的脊椎弯曲基本吻合 并保持在100 105 的靠背倾角 对于有软垫的椅 其侧面轮廓是指人坐下后产生的最终形状 坐垫良好的座椅 增加臀部与座面接触面积 可改善坐骨结节受力集中的情况 此时扶手高度适当 肩部不感酸痛 坐垫过软的 股骨处于受压迫位置而承受载荷 臀部肌肉承受压迫 并使肘部和肩部受力 从而引起不舒适感 此时扶手显得过高 总之 理想的座椅 应使就坐者体重分布合理 大腿近似呈水平状态 两足自然着地 上臂不负担身体重量 肌肉放松 操作时躯干稳定性好 变化坐姿方便 给人以舒适感 2 2常用座椅设计实例座椅按照不同的使用目的分成三类 1 工作椅工作时 身体前倾 凸缘支撑腰部 休息时 人体后靠 靠背有保持住脊椎的自然 S 形曲线 工作椅是否有靠背 根据工作性质和环境特征决定 工作椅设计注意事项 座高可调 工作椅的高度调节范围为38 53cm 座宽要满足臀部的宽度 能自如调整坐姿 一般以女性臀部尺寸第95个百分位数为依据 宽度最小400mm 有扶手之间的最小距离是460mm 座深保证臀部得到全部支撑 不宜过长 一般取350 400mm 座面中部微下凹 前缘呈弧曲面 座面略有弹性 座面后倾 0 5 座椅靠背后倾角度一般为95 105 100 为宜 防止座椅滑动和翻到 椅角设计为5个 平均分布在直接为40 45cm的圆周上 给人留有活动空间 经常站起的座椅应采用小脚轮 保证腿的活动空间 减轻腿的疲劳 座面材料应透气且不打滑 增加座面的舒适感 2 休息椅休息椅的设计重点在使人体得到最大的舒适感 消除身体的紧张和疲劳 合理的设计使人体的压力感减至最小 设计休息椅的原则 为了防止臀部前滑 座面应后倾一个角度 一般为5 23 休息程度越高 倾角越大 靠背 特别是腰部的支撑 可降低脊椎所产生的紧张压力 靠背倾斜角度 相对于水平面为110 130 靠背应有垫腰的凸缘 垫腰要符合人体脊柱自然弯曲的曲线 凸缘的顶点应该在第3和4腰椎骨之间的部位 垫腰的凸缘有保持腰椎自然曲线的作用 休息椅可分成轻度休息椅 中度休息椅和高度休息椅 轻度休息椅适合长时间会议和会客用 中度休息椅适合家庭客厅和会议室长时休息和会客 高度休息椅 一般有头靠或脚凳 适用于轻度睡眠 2 3坐姿的生理特征 1 坐姿的优缺点首先解决坐姿的问题 先了解人腰椎曲线 脊椎从侧面看 有颈曲 胸曲 腰曲 骶曲四个生理弯曲 坐姿相对于立姿有很多优点 坐姿肌肉施力停止 肌肉承受的体重负荷较立姿明显小 能耗降低 消除疲劳 故坐姿可以减轻劳动强度 提高作业效率 坐姿时腿部血管的静压力降低 对血液回流至心脏的阻力减小 有利于循环 坐姿更有利于保持身体稳定 坐姿将以足支撑全身的状况转变为以臀部为主要支撑部分 有利于发挥足的作业 坐姿也有缺点 坐姿限制人体活动范围 尤其需要上肢出力的场合 长期保持坐姿还会影响人的健康 引起腹肌松弛 下肢浮肿等 2 坐姿生理特征脊椎通常分成4部分 以座椅的设计观点而言 腰椎和骶椎两部分最为重要 因为这些椎骨和介于其间的椎间盘 附着于其上的肌肉 肌腱和韧带等 承受着坐姿时人体的大部分体重负荷 人的最自然的姿势是直立站姿 直立站姿时脊椎基本上是S形 脊椎的腰椎部分前凸 而至骶骨时则后凹 与站姿相比 人在坐姿时 身体的脊椎会由站立时的 s 形向拱形变化 人由直立到坐下时腰椎由朝前变为向后弯曲 椎间盘的内应力增加 Luans研究姿势变化与腰椎压力间关系发现 体重70kg人第三腰椎承受的压力 直立为100kgf 坐时为130kgf 可见坐时脊柱负担反而加重 舒适坐姿保持腰曲弧形正常 各椎骨之间间距正常 椎间盘压力轻微而均匀 腰背肌肉处于松弛状态 从上肢通往下肢血管不受压迫 保证血液循环正常 坐姿时 应当设法保持生理弯曲 2 4床的设计 1 睡眠的生理睡眠是人的中枢神经系统兴奋与抑制的调节产生的现象 到了夜晚 为了使人的机体得到休息 中枢神经通过抑制神经系统的兴奋性使人进入睡眠 休息的好坏取决于神经抑制的深度 也就是睡眠的深度 睡眠质量的客观指征主要有 对睡眠深度的生理量的测量 对睡眠的研究发现人在睡觉时身体也在不断运动 与运动频率有直接关系 频率越高 睡眠越浅 2 床垫软硬度软硬的舒适程度与体压分布直接相关 体压分布均匀 较好 反之则不好 直立时 脊椎是最自然姿势 背部和臀部凸出腰椎有4 6cm 呈S形 仰卧时 差距减至2 3cm 腰椎接近伸直状态 站立时各部分重量在重力方向上相互叠加 垂直向下 躺卧时 人体各部分重量同时垂直向下 由于各部分重量不同 各部分的沉量也不同 如果床垫太软 重的身体部分下陷就深 轻的部分则下陷小 这样使腹部相对上浮造成身体呈w形 使得脊椎的椎间盘内压力增加 结果难以入睡 卧姿状态下 与床垫接触的身体部分受到挤压 其压力分布是影响睡眠舒适度的重要因素 因为有些部位感觉灵敏 有些感觉迟钝 反应尺度部分的压力相应大一些 灵敏部分的压力相对小一些 这样能使睡眠状态良好 床的软硬程度对睡眠姿势也有影响 据调查 使用过软床垫约有8 时间处于仰卧状态 软硬适中时有45 仰卧 偏硬床有30 时间仰卧 符合人体工程学的床是 人在仰卧时 床的结构应使脊椎曲线接近自然状态 能产生适当的压力分布在椎间盘 以及均匀的静力负荷作用于所附着的肌肉 3 床的尺寸宽度床的设计中 不能像其他家具以人体外廓尺寸为准 其一是人的睡眠时身体活动空间大于身体本身 不规则的图形是人体活动区 其二是宽度与人们睡眠效果关系密切 床的宽窄直接影响人睡眠的翻身活动 床的合理宽度应为人体仰卧时肩宽的2 5 3倍 即 长度床的长度考虑人躺下时肢体的伸展 所以比实际站立的尺寸要长一些 再加上头顶和脚下要留出的部分空间 GB3328 1997规定 单屏床床面长度有1900 1950 2000 2100mm四种 从舒适性角度考虑 目前床的长度以2000和2100mm较为多见 双屏床的床面长有1920 1970 2020 2120mm四种 宾馆中的公用床 一般脚部不设床架 便于身高特高的客人使用脚凳加长 高度床的高度以略高于使用者的膝盖为宜 与座椅高度相一致 床高一般在400 440之间 使之具有坐卧功能 同时也考虑到就寝 起床穿鞋等动作的需要 双层床的层高必须保证下铺使用者就寝和起床时有