火车硬座车厢中人机学问题的调研报告

1、攀枝花学院本科课程设计（论文） 1 前言火车从发明到现在经过了一个多世纪的发展，发展到今天，已经成为最大众的交通工具。它具有载客量大、安全性高、价格具有层次性、旅客可选空间大等等的特点。吸引更多的人选择乘坐火车出行，但是在所有的火车票中价格最为便宜的硬座中，从人因工程学的角度可以发现在火车硬座车厢中存在许多的问题与不足，需要重新设计与改良。2 火车硬座车厢人因要素进行调查与总结当今社会，对于长途旅行，中国人选择的交通工具主要还是以火车为主，而这其中更大一部分人群还是选择火车硬座出行，因为它经济实惠。随着社会的进步，旅客对火车硬座的要求会随着科学技术的进步而提高，这就涉及到人因要素的运用是否合理

2、的问题。目前我国火车硬座车厢在人因要素方面的运用还存在一些问题，因此对火车硬座车厢人因要素进行了问卷调查。2.1火车硬座车厢中人因要素调查2.1.1 调查题目火车硬座车厢中座位和茶几、空气温度、空气质量、照明条件与色彩问卷调查。2.1.2 调查目的为了使火车硬座旅客在硬座车厢内有一个舒适的环境，我们对火车硬座车厢中的座位和茶几、空气温度、空气质量、照明条件与色彩等在人因要素方面进行了问卷调查。通过调查改进为火车硬座旅客营造一个舒适的旅途环境。2.1.3 调查内容1、请问您觉得火车硬座车厢内的座位和茶几在使用中方便和舒适吗？（单选题）（ ）a、座位和茶几之间的距离太小，以至于进出不方便b、座位和

3、茶几在高度上搭配得不好，以至于在茶几上作业时感到不舒服c、茶几不够大，与对面的人的距离太近，在心理上感到不舒服d、不确定原因，但是在长途旅行中就是感到不舒服2、请问您觉得硬座车厢内空气温度怎么样？（单选题） （ ）a、偏高 b、适中 c、偏低3、请问您对硬座车厢内空气质量满意吗？（单选题） （ ）a、满意 b、还可以 c、一般 d、不满意4、请问你觉得硬座车厢内照明条件和色彩运用合理吗？（多选题） （ ）a、亮度过高 b、亮度不够 c、色彩运用合理 d、色彩运用不合理对以上调查内容我们发出160张，收回136张对第1题调查结果如下图：图2.1 火车硬座车厢座位茶几调查结果对第2题调查结果如下图

4、：图2.2 车厢内空气温度调查结果对第3题调查结果如下图：图2.3车厢内空气质量调查结果对第4题调查结果如下图：图2.4 车厢内照明条件和色彩调查结果图2.4 火车硬座车厢座位茶几调查结果2.2火车硬座车厢人因要素调查总结2.2.1 车厢内座位和茶几调查总结从图2.1中可以看出硬座车厢内座位和茶几目前存在的主要问题是座位和茶几之间的距离太小，以至于进出不方便；茶几不够大，与对面的人的距离太近，在心理上感到不舒服。2.2.2 车厢内空气温度和空气质量调查总结从图2.2和图2.3反应的情况来看，绝大多数旅客认为硬座车厢内空气问题偏高，且对车厢内空气质量很不满意。2.2.3 车厢内照明条件和色彩调查

5、总结从图2.4中不难看出，硬座旅客对车厢内照明条件的看法各不相同，我们必须寻找到合适的照明条件来满足旅客的需要；另外查过三分之二的旅客觉得车厢内的色彩运用不合理。针对火车硬座车厢如上所述的种种缺陷，我们小组从人因工程学的角度提出以下具体的改进方案和措施。3 具体的改善措施3.1 座位的材料与座位的设计这列火车的硬座座椅的材料是用的铁板焊接的支架，再在外面包的一层人造皮革，铁皮与皮革之间用很少的一点软的东西塞在其中。根据坐垫的压力分布不均匀原则（座椅的坐垫上的压力应按照臀部不同部位承受不同压力的原则来设计，即坐骨处压力最大，向四周逐渐减小，至大腿部位时压力降至最低值。）1得知，坐垫太硬，不符合坐

6、垫的设计原则，屁股受不了，人在上面坐久了就会疲劳。座椅的设计就是简单的“t”字形，“t”字的尺寸为：中间的背靠垂直，高度75cm，背靠厚度为12cm，三人座位的长约140cm，宽约45cm。根据1989年7月1日实施的gb10001988中国成年人人体尺寸得知，人坐在座椅上非常的难受，原因有：1、背靠成直角，不符合人体脊柱s形曲线，容易造成受压分布不均，时间久了就会疲劳，并且对人的脊柱造成损伤，腰部酸疼；2、背靠高度高于普通人的上身，乘客坐下后头无法后仰，时间久了就会造成颈部疲劳和损伤；3、两排座椅之间，仅有50cm左右的距离，很多的乘客只有相互交叉着腿才能坐下，且是两腿几乎平座，影响人的下肢

7、的血液循环，造成腿部麻木，时间久了就造成腿的疲劳和损伤。3.1.1 座椅的设计3.1.1.1 座椅设计原则2(1) 座椅的尺寸应与使用者的人体尺寸相适应。(2) 应尽可能使坐者保持接近自然的姿势。(3) 应符合人体人学生物学原理。(4) 应使坐者舒适。(5) 牢固、稳定，防止坐者倾倒、滑倒。3.1.1.2 座椅主要部分的设计1 2 3 4(1) 椅面高度 椅面高度一般指椅面至地面的高度。正确的座高应使坐在其上的大腿保持水平，小腿垂直，双脚平放在地面上。不良设计的座高，会使腿短的人当坐于比他的小腿还高的座面上时，其双腿常需悬空，脚无法平贴于地面，坐垫前端压迫大腿底部，妨碍血液循环，导致小腿麻木。

8、椅面高度设计以使用者“小腿加足高”的第5百分位数值作参照，椅面高度适当低于这一数值。根据1989年7月1日实施的gb10001988中国成年人人体尺寸的人体尺寸测量数据，成年人使用的座椅离地面高度不宜超过40cm。椅面高度取为400mm。(2) 椅面的深度与宽度座椅的深度要设计成使人的腰背自然地倚靠在靠背上时椅面前缘不会抵到小腿。以“臀膝距”尺寸作为参考，我们取第五百分位数的3/4座位设计依据。按照我国成人的人体尺寸测量数据，椅子的深度取3540mm,因为火车是大众的交通工具，所以极大值设计原则，硬座座椅深度取为400mm。座椅的宽度按大身材的人体宽尺寸设计。取女性成人臀部测量的第95百分位数

9、测量值作为设计坐位宽度的依据。由于是连接排列的座位，要以坐姿“两肘间宽”的第95百分位数测量值进行设计。取用470mm。(3) 椅面的倾角 椅面倾角角度应以坐垫水平夹的角度衡量。座垫向后倾有两种作用，首先由于重心力，躯干会向背靠后移，使背部有所支持；其次在长期的坐姿下，坐垫向后倾足够防止臀部渐次地滑出座面。对坐于各种不同背靠角度座椅的人体，量测其背部肌肉所引发的活动力，其结果显示出具有与正中垂直线成2o的背靠倾斜线，即可获得良好的背部支持。基于只是火车的硬座座椅，取椅面的倾角为3。(4) 背靠背靠的设计是为了人坐着或休息时，把身体的一部分重力压在背靠上，以减轻脊柱以及腰椎部的负荷，同时能使脊柱

10、保持自然地弯曲，保证身体脊柱的曲线正常，产生轻松省力的感觉。这对于乘坐火车硬座者减轻疲劳尤为重要。靠背与座垫之间的角度设定具有两种目的，防止坐姿的人体向前滑动和引导腰弯部位依靠在靠背上。当靠背角度从垂直线算起，超过3o时的座椅应设头靠，头靠可单独设置或和靠背连成一体，头靠宽度取为250mm，头靠本身高度取为30mm，并应由靠背面前倾5，以减轻颈部肌肉的紧张。座面与靠背角度应适当，不能使臀部角度小于9o，而使骨盆内侧将腰部拉直而造成肌肉紧张。靠背与座部一般在90100之间。基于是火车硬座，在长长地旅途中，想适当的休息，因此取背靠角度为100。背靠形状要设计成与脊柱的自然弯曲状相适应，减轻腰椎间盘

11、产生过度压力。(5) 扶手扶手用来放置手臂、起坐时的扶持以及分隔作为、防止与相邻者碰触的作用。扶手高度应以坐者上臂下垂的肘部或约低于肘部高度为宜。火车的硬座座椅的扶手高度取为200mm。扶手长度以前臂在桌子上有更多的活动范围，取为250mm。扶手宽度取为50mm。扶手之间的宽度为500mm。扶手高度、扶手长度、扶手宽度和扶手之间距离的数据是根据1989年7月1日实施的gb10001988中国成年人人体尺寸的人体尺寸测量数据与火车的硬座的实际考虑取得。另外扶手边缘应光滑，有良好的触感。(6) 坐垫 坐垫的主要目的是使坐者的体重压力能较均匀的分布在椅面上。人体坐骨粗壮，与其周围的肌肉相比，能够承受

12、更大的压力。因此座椅的坐垫上的压力应按照臀部不同部位承受不同压力的原则来设计，即坐骨处压力最大，向四周逐渐减小，至大腿部位时压力降至最低值。1若做平面是平的硬质材料，身体的大部分重量就压在坐骨上，久坐自然就会使臀部麻木、酸痛。坐垫需要按照臀部骨盘肌肉的形态特点设计。我们选用柔软的海绵外加透气的网状布制成，坐垫形状大体符合臀部骨盘肌肉的形态特点。为了使坐垫不容易在椅面上滑落，就把坐垫、背靠和头靠连在一起，改进的座椅是背靠背设计，呈“”状。可以把2个坐垫连在一起。这样就避免了坐垫的滑落。座椅的颜色选用蓝色，蓝色给人一种稳重的感觉，让人联想到海洋。3.1.2 茶几的改进火车在座位中间安置茶几，茶几上

13、可以放水，临时放置旅客的食品。但是这列车的茶几小，靠窗的一边大，向行道逐渐变小。靠窗的旅客还可以趴在上面休息，对于靠行道的旅客就只有坐在座位上休息了。运用人机工程学的理论，改进茶几，满足大家的使用和休息需要。出于安全的考虑，把茶几设计成折叠式的。由于前面设计的一个椅面的宽度为470mm，两个人联排的座椅，茶几的中间一块板长应小于470mmx2，就取用850mm。宽度取为250mm。为了使茶几不过多的占用旅客的空间和方便折叠，在桌面的两边各加两块125mmx425mm的板，用合叶固定住，这样可以折叠的茶几就应运而生。打开小板加大了茶几的使用面积，加大了旅客的个人使用空间；折叠小板减小了茶几的占地

14、空间，便于坐在靠窗的旅客出入。3.1.3 两排座位之间距离的改善 邻近两排座椅之间的空隙只有500mm，加上椅面的宽度，得到两排对面的椅子的距离为1400mm，根据1989年7月1日实施的gb10001988中国成年人人体尺寸的人体尺寸测量数据，第95百分位的成人 “臀膝距”尺寸数据为595mm，两个成年人对坐，得到两个的臀膝距为1190mm。这样两个人的膝盖与膝盖的距离很小，导致两腿放姿不舒服，增加下肢的疲劳。前面的座椅设计中，椅面深度取为400mm，而原始的椅面数据为450mm。这样就可以节约100mm，对面坐下时脚放姿就可以得到明显的改善，且不移动原来车厢的座椅的位置，为车厢的座椅改进减

15、少了成本。3.2微气候环境随着社会的发展，在以人为本的思想的指导下，火车硬座车厢的微气候环境逐渐被人们所重视。为了给每位乘客一个舒适的环境，处处体现对人的关怀，在火车硬座车厢的空气气温和空气湿度的控制方面应该充分考虑人的生理、心理特点和需求的多样性，合理运用人因工程学方面的知识，作相应的改善和改进。3.2.1 空气气温3.2.1.1 现状调查通过问卷调查得知当前火车的空气气温控制方面存在很多不足。很多乘客对车厢的温度状况很不满意，希望作出相映改进。下表是从500份问卷调查表中统计出的人们认为火车硬座车厢的空气气温最不合理的十个方面：表3.1 问卷调查统计表序号主要问题人体感受比例1车厢温度没有

16、在适当的时候得到调节疲劳、乏力、胸闷97.3%2车厢温度时高时低很不稳定，容易着凉或不适96.5%3晚上尤其是深夜车厢气温偏低造成热疲劳95.8%4白天车厢温度偏高容易感冒89.0%5就餐时车厢温度没有相应调低乏力、没有食欲88.5%6人少人多车厢温度一样没有改变身体不适85.9%7车厢温度不正常时没有及时开空调身体不适84.7%8车厢各个位置的温度差异很大个别位置会造成人体不适78.6%9要求列车员调节温度时不会及时调节身体不适65.0%10车厢温度不能适合个别人群需要个别人群难以承受56.2%3.2.1.2 人体危害（1）由上表可以看出，火车车厢空气气温的控制存在很多弊端，温度过高时会对人

17、体造成很大伤害由下表可以看出：表3.2 高温的影响3类别热指标总体影响极热55持续的热暴露级可能引起热中暑很热4155长期的热暴露和/或体力劳动可能引起中暑、热痉挛或热衰竭热3241长期的热暴露和/或体力劳动可能引起中暑、热痉挛或热衰竭很温暖2732长期的热暴露和/或体力劳动可能引起疲劳（2）当车厢夜间温度过低且持续时间过长时，人很容易着凉。3.2.1.3改进措施（1）随时监控车厢总体温度，适时调节车厢。可以运用完全神经网络控制技术（也称直接神经网络控制，它包括神经网络反馈控制、神经网络自适应控制、神经网络非线性控制等。它的特点是其辨识、估计、计算、控制等都由神经网络完成的。5）来实控制车厢的

18、主空调。（2）火车车厢的行李架上可以模仿汽车的空调安装方式，安装辅助冷暖空调，乘客可以根据自己的需要调节局部温度，以适合不同人群的各自需要。（3）改造车窗，运用外界空气气温改善车厢温度，在每个车窗在加固防护网的基础上，增加能够开关的窗子，当列车严重超员后空调效果变差，就打开车窗。为了方便旅客向车外瞭望观光，车窗下半部的真空玻璃应保持固定，只活动上半部分的玻璃。（4）车厢内的温控系统根据人体各个部位对热舒适的不同感受程度来调节温度，车厢温度实行分级分层调节。下表可以作为调节的参考数据。表3.3 舒适条件下人体的皮肤温度6 部位 皮肤温度（） 头、胸、背、腹、臀 34.6大腿、上臂 33.0小腿、

19、前臀 30.8手、足 28.63.2.2空气湿度 火车硬座车厢里的空气湿度也是影响乘客舒适度的一个重要因素。由于车厢是一个人口密度很大的场所，所以其相对湿度也较大。在高温条件下，高湿度使人感到闷热导致热疲劳；低温条件下，高湿度使人感到阴冷。2当车厢里的湿度过高是时，乘客会感到很不舒服。对于车厢的湿度问题，应该在每个车厢安装温湿度计随时监测，当车厢的湿度过高时可以用主空调来降低湿度或在车厢顶部设置一些天窗通过空气对流来降低车厢里的湿度等。3.3 空气质量3.3.1现状调查根据相关调查表明，列车内部空气质量是现行交通工具之中最差的。对全封闭型列车硬座车厢内微小气候的空气离子浓度、可吸入颗粒物浓度和

20、二氧化碳(co2)浓度进行了检测,其结果为：空气负离子浓度120270个/cm3；可吸入颗粒物浓度0.310.46mg/m3；co2浓度0.090.46%；单极系数1.042.07，车厢空气质量的检出总合格率仅为14.3%。监测结果，按照公共交通工具卫生标准(gb9673-1996)和以空气离子为依据的空气质量分级标准评价，都表明火车车厢内空气质量较差，车厢内空气质量亟需提高。3.3.2人体危害研究表明，如果人们长时间处在空气不流通和质量较差的环境中，很容易导致各种疾病发生，尤其是传染性疾病。车厢内氧气长期供应不足，当代偿障碍进一步发展时，不可避免地将出现缺氧不良反应。这些反应包括头痛、头晕、

21、胸闷、烦躁、困倦、嗜睡等主管症状，脑电节律显著变慢，高幅慢波增多渐占优势，工作效率显著降低。严重缺氧时（7000m高度以上），甚至出现意识障碍。7由此可见，火车车厢的空气质量，对乘客的舒适度影响甚大。3.3.3改进措施1、改善车厢的通风换气问题，可以通过改造车窗和增加天窗来实现。在每个车窗加固防护网的基础上，增加一些的开关窗；车厢顶部可以增设一些天窗。在列车行驶过程中通过打开车窗和天窗来实现车厢的通风换气，以增加空气的对流频率和保证空气的质量。为了方便旅客向车外瞭望观光，车窗下半部的真空玻璃可以保持固定，只活动上半部分的玻璃。2、提高车厢空气的含氧量，可以在每节车厢配置一套供氧系统。当车厢氧气

22、含量较低和不足的情况时，可以开启该系统以增加车厢的氧气含量，保证乘客的氧气需求。3、通过在每节车厢安装空气净化系统来改善车厢的空气质量。可以运用较为先进供应负离子空气净化器，来实现空气质量的改善。（供应负离子空气净化器如右图示） 图3.1 空气净化器3.4 车厢内照明设计针对成昆线上隧道多的特点，我们在进行车厢内照明设计时主要考虑人眼适应性的问题。首先，我们要认识适应并了解适应与色彩间的关系。人的感觉器官能根据从外部接受到的刺激而改变其敏感性。视觉本身通过改变其视网膜的敏感性，能适应从月夜晚上的照度到炎热夏日白天的照度，其范围达100万倍。适应与视网膜里的锥状体和杆状体两种视觉细胞有关。图3.

23、4-1表示适应的时间。从亮的地方进入到暗的地方，锥状体的灵敏度开始上升以适应周围的亮度，锥状体的灵敏度经过约5分钟的时间到达极限，以后不再上升，随后，杆状体的灵敏度上升，约30分钟后达到最大灵敏度，完成了暗适应。图3.2 视网膜不同部位的适应时间暗适应和色彩感觉之间存在着一些密不可分的关系。让太阳光通过棱镜可以使人们知道，光是由多种波长的单色光组成的一种电磁波。人眼所能感知的光的波长区域夹在紫外线区域和红外线区域之间，用波长来说明，就是380mm到780mm之间，作为电磁波的光的能量用瓦来表示，即使能量相同，如果波长不同，眼睛所感觉到的亮度也不会相同，这种由于波长不同而导致眼睛的感觉不同的现象

24、称为视觉灵敏度，其大小和灵敏度最高的波长的视觉灵敏度之比称为相对视觉灵敏度。图3.4-2是用图表示的这种相对视觉灵敏度。通过图中的对比可知，在两种视觉细胞之间的这种对光的波长灵敏度的差异会影响到亮处和暗处观看色彩时的色外观，白天感觉鲜艳的红色，在夜晚的暗视觉状态下会相对地感到暗。8图3.3 标准的相对视觉灵敏度根据眼睛的适应来进行空间照明设计，眼睛要根据周围的亮度进行适应的现象与安全性和舒适性有很大的关系，必须加以注意。白天坐在行驶的火车车厢内的乘客，习惯了白天亮度的眼睛在进入隧道后，为了准确地看见物体，就要在入口内一段不太长的区间内大幅度提高亮度，以使眼睛能够很快适应。因此，在进行车厢内照明

25、装置时要求运用亮度高的照明工具，虽然现在火车车厢内的照明装置长时间开启，但是亮度很难符合人眼适应的要求，必须改换亮度高的照明装置。出于节能考虑，我们可以设计一种能够感应并且能计时自动调节亮度的智能照明装置。当人眼适应之后，大概10min的时间由这种专业照明工具自动调节降低其亮度，而在火车行驶出隧道后它又根据人眼适应的特点自动调节亮度，使人眼能够在明暗环境中自然过度适应，以便减少眼睛的疲劳。在照明设计中需要注意的重点之一，就是灯光的颜色。灯光颜色是用色温来表示，食用单位为开（k）。在要决定某一场所的灯光颜色时，应主要考虑下述原因。即是照明的场所，在一天之中的不同时间带里使用的照明，色温的选择是不

26、一样的。8根据这一点要求，我们在进行火车车厢内照明的设计时要考虑乘客平时的生活工作习惯。据调查，除节假日以外，乘坐火车出行的人绝大部分属于上班族，他们因为工作出差，或工作地和住地不同而需要两地奔波。针对这部分乘客，在设计照明时我们要考虑他们的生活工作习惯，应该使用可以调节灯光颜色的照明工具，在白天尽量使用适合工作活动的光，即使用最多的白昼光色灯，色温为40005000k的白色；在夜间，就应使用安静稳重的灯光，用色温低的灯光照明，显得明亮温暖，使这部分为工作家庭而奔走的人感受家的温馨，从而在一定意义上消除旅途的疲倦感。3.5 车厢内的色彩设计色彩对人是有影响的。色彩能引起人的情绪变化，如颜色能引

27、起人的兴奋和沉静感、明快和忧郁感、华丽和朴素感。通过实验证明，令人赏心悦目的色彩，通过人的视觉器官传入色素细胞以后，对神经系统会产生良好的刺激，有利于人的心血管系统、消化系统，在此过程中使人体分泌出某种有益于健康的生理活性物质，可以调节血液的流量和神经的传导，使人保持朝气蓬勃的精神状态，反之，杂乱刺目的色彩，会损坏人的健康和正常的心理情绪。9不仅如此，人们对色彩也是有偏好的。如果调查一下色的偏好，就会发现人们普遍喜欢蓝色和白色，不喜欢不鲜明的色和暗色，色的偏好与所谓“透明-浑浊”（clear-greyish）有着深刻的联系。但是，喜欢和讨厌的评价并不是一成不变的。如果比较一下“暖-冷”、“硬-

28、软”、 “透明-浑浊”的话，就会知道其评价的个人差别绝对是很大的。总之，如果某种色有人喜欢，就一定会有人不喜欢。因此，如果要想有效地利用色的偏好的话，就不仅要用平均色彩偏好的调查结果来进行色彩设计，而且要在使用该空间的人的色彩偏好调查的基础上，慎重地进行色彩设计。我们通过评价实验得到的三维颜色的印象如图3.5-1所示。8图3.4 根据评价实验得到的三维颜色的印象通过上述分析可知，喜欢蓝色和白色的人群居多，而从色彩对人情绪感的影响可知，蓝色有使高烧病人退烧和使人情绪稳定的作用。而就当前5622次列车的车厢内部颜色看来，墙体使用纯白色，但是由于车厢内保洁工作的疏忽，长期以来墙体已经变色，给乘客不舒

29、服的感觉，建议有关部门制定有效的管理措施督促乘务员维护车厢内墙壁的清洁。而该次车的座椅用的是深绿色，明度低，会使人联想到坚硬的东西，使人一看到就产生一种对硬的恐惧，与内心想要的舒适相冲突，从而产生心理疲劳，间接导致身体的疲劳，需要改进。若是换成明度较高的蓝色，再配合3.1.1节中座位的设计，给人一种大海的深邃，和海绵的柔软感，是乘客一眼看过去就有一种心理的释放，想要去享受那种在深海中的宁静悠远，稳定的情绪，有效消地除旅途疲劳。最后是地板的着色，选用的是红褐色，虽然明度较低，但是该色彩容易使人升高血压，不益出现在人流量巨大且空间狭小的火车车厢内，容易造成非受迫行的冲突，建议使用明度较低的蓝色地毯，给人一种放松的舒适感，稳定乘客的情绪，减少乘客之间的摩擦，使整个旅途