第三章人体工程学与家具设计

1、第三章 人体和家具3.1 工作面的高度工作面的高度n 作业区设计主要依据人体尺寸的测量数据，而作业性质、生理和心理诸因素也会影响作业区的设计。工作面的高度是决定人工作时身体姿势的重要因素。 不论是坐着工作还是站立工作，都存在着一个最佳工作面高度的问题。工作面高度不等于桌面高度，因为工作物件本身是有高度的。例如，打字机的键盘高度，一般有2550mm。 有人对烫衣板高度与工作人员生理方面的关系作了实验研究。实验中使用了人的能量消耗(kW)、心跳次数、呼吸次数等指标。多数受实验者选择烫衣板距肘下150mm为宜。 还有人对不同高度的搁架作过实验研究。实验中使用了距地面以上100、300、500、700

2、、1100、1300、1500和1700mm的不同搁架。实验结果表明，最佳的搁架高度是距地面1lOOmm，这个高度即为高出人体肘部150mm。受实验者使用这个高度的搁架能量消耗(kW)最小。其他一些人的类似实验都一致指出，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。 手臂的位置作业面的高度影响人的作业技能。一般认为，手在身前作业，肘部自然放下；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。但另一个对食品包装的研究结果与以上观点稍有不同。3-1当手臂在身体两侧，外展角度为823，前臂内收平放在工作台上时，食品包装的作业效能最高，即包装速度快，质量好，而且人

3、体消耗的能量也随之减少。如果座椅太低，上臂外展角度达45时，肩部承受了身体的平衡重量，将导致肌肉疲劳，所以作业效能下降，人体能耗增加。目前设计技能作业主要以速度和精确度为标准。最佳的工作面高度是在人的肘下50mm，这个数值是根据生产效率和工作人员的生理情况两方面因素确定的。 重要的结论是： 1.工作面高度应由人体肘部高度来确定，而不是由地面以上的高度来确定。 2.工作面的最佳高度略低于人的肘部。虽然不同的研究者提出了不同的肘下距离，但是一致的看法是工作面在人的肘下。 曾对4062个人进行统计研究，人的肘部高度是人体高度的63。 工作面的高度是决定人工作时的身体姿势的重要因素。工作面的高度设计按

4、基本作业姿势可分为三类：站立作业、坐姿作业、交替式作业。 3.1.1站立作业站立工作时，工作面的高度决定了人的作业姿势。工作面过高，人不得不抬肩作业，可引起肩胛颈部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。 站立作业的最佳工作面高度为肘高以下5l0cm。男性的平均肘高约为105cm，女性约为98cm。因此，按人体尺寸考虑，男性的最佳作业面高度为950 l00cm，女性的最佳作业面高度为8893cm。 3-2 1.对于精密作业(例如绘图)，作业面应上升到肘高以上5lOcm，以适应眼睛的观察距离。同时，给肘关节部一定的支承，以减轻背部肌肉的静态负荷。 2.对于工作台，如果白面还要

5、放置工具、材料等，台面高度应降到肘高以下1015cm。 2.对于工作台，如果白面还要放置工具、材料等，台面高度应降到肘高以下1015cm。 3-3 3.1.2 坐姿作业 对于一般的坐姿作业，作业面的高度仍在肘高(坐姿)以下5lOcm比较合适。同样，在精密作业时，作业面的高度必须增加，这是由于精密作业要求手眼之间的精密配合。 打字时的作业面高度决定于打字机的键盘高度和工作台高度。 3-4然而，降低工作台的高度受到腿所必需的空间的限制。最低的工作台高度可由以下公式求得： LH=K+R+T式中L最低工作台高度；K膑骨上缘高(坐姿)；R活动空隙，男性为5cm，女性为7cm；T工作台面厚度。 办公室工作

6、，由于受到视觉距离和手的较精密工作(如书写、打字等)的要求，一般办公桌的高度都应在肘高以上。办公桌的高度是否合适，还取决于另外两个因素：椅面与桌面的距离和桌下腿的活动空间。 一般而言，办公桌应按身材较大的人的人体尺寸设计，这是因为身材小的人可以加高椅面和使用垫脚台。而身材较大的人使用低办公桌就会导致腰腿的疲劳和不舒服。 设计办公桌时应保证办公人员有足够的腿的活动空间。抽屉应在办公人员两边，而不应在桌子中间，以免影响腿的活动。这是指工作者在作业区内，既可坐也可站立。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痛疼。 可坐立交替地工作。 3-

7、5这种工作方式很符合生理学和矫形学的观点。坐姿解除了站立时人的下肢肌肉负荷，而站立时可以放松坐姿引起的肌肉紧张，坐与站各导致不同肌肉的疲劳和痛疼，所以坐立之间的交替可以解除部分肌肉的负荷，坐立交替还可使脊椎中的椎间盘获得营养。有关尺寸如下：(1)膝活动空间：30cmX65cm；(2)作业面椅面：3060m；(3)作业面：100120cm；(4)座椅可调范围，80100cm。 另外，坐立交替设计还很适合需频繁坐立的工作。 3.1.4 斜作业面 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，此夹角为3244，站姿时为2334。由于视线倾斜的角度包

8、括头的倾斜和眼球转动两个角度，实际头倾斜角度为站立822，坐姿1729。实际工作中，头的姿势很难保持舒服的范围(即822)，因此出现了桌面或者作业面倾斜的设计。此时人的头和躯体的姿势受作业面高度和倾斜角度两个因素曲影响 。3-6研究者根据人的作业姿势，选出4张设计好的和4张设计差的绘图桌进行比较，通过测量发现如下结果： (1)设计好的，躯体弯曲为79；(2)设计差的，躯体弯曲为1942；(3)设计好的，头的倾角为2933；(4)设计差的，头的倾角为3036。因此，绘图桌的设计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65130cm内可调； (3)桌面倾斜度应在0

9、75内可调。对学生使用课桌时的姿势的研究已经发现，躯体倾斜(第12节胸椎与眼睛的连线同水平面之词的夹角)程度与桌面倾斜有关系： (1)水平桌面：3545； (2)倾斜120桌面：3748； (3)倾斜240桌面：4050。 可见，倾斜桌面有利于保持躯体自然姿势，避免弯曲过度。另外，肌电图和个体主观感受测量都证明了倾斜桌面的优越性，倾斜桌面还有利于视觉活动。 从适应性而言，可调工作台是理想的人体工程学的设计。 调节操作人员肘部的离地高度。如果操作人员是坐着工作的，调节坐椅的高度。如果操作人员是站立工作的，可在脚下设置不同高度的踏脚板或铺设不同张数的地毯，以调节高度。本世纪初，人们开始认识到坐着工

10、作可以提高工作效率，减轻劳动强度。我们从经验可知，椅子和座位必须舒适，并配合不同的工作需要，这不仅与工作有关，而且与人的健康有着密切的关系。今天在工业国家内几乎34的工作是坐姿作业，因此座椅的研究设计受到了广泛的重视。 这里我们从一般的座位设计原理开始进一步介绍有关的人体工学问题。 座椅对人有以下的益处： 1.减轻腿部肌肉的负担； 2.防止不自然的躯体姿势； 3.降低人的耗能量； 4.减轻血液系统的负担。 但不正确的坐姿也会影响健康，长期坐着的人，腹部肌肉松弛，脊柱变形弯曲，进而影响消化器官和呼吸器官。 3.2.1 一般的座位设计原理 与座位有关的舒适程度和功能效用是它们的设计与人体的结构及生

11、物力学关系所构成的。 1.重量的分布 当一个人坐在椅子内，他身体的重量并非全部在整个臀部上，而是在两块坐骨的小范围。各种研究得出了这样的结论，当人体的重量主要是由坐骨节支撑时，人的感受最舒服。 3-7一把好的座椅可以适应改变姿势。一般座垫高度是25mm 3-83-9 2.座椅的高度决定座椅高度最重要的因素是造成人的肘部与工作面之间有一个合适距离，距离是275土25mm，在这个距离内，大腿的厚度占据了一定高度。95美国男性和女性的大腿厚度是175mm。 舒服的坐姿是大腿近乎水平以及两脚被地面所支持。由于考虑到工作面的需要，可能椅子高度造成人脚达不到地面，这时应该使用脚垫。为了避免大腿下有过高的压

12、力(一般发生在大腿的前部)，座位前沿到地面或脚踏的高度不应大于脚底到大腿弯的距离。 这个尺寸的选择一般应适合第5百分位以上的人，然而这个尺寸的选择对于固定座椅来说可能会使较高的人不舒服，因此应该略增加35cm，根据美国的尺寸男性和女性第5百分位的尺寸分别为39cm和36cm，因此在实践中常常采用43cm的高度，当然，可调节的椅子是最理想的选择。 3-113.座位的深度和宽度 座位的深度和宽度应该取决于座位的类型，然而一般讲这个规定的深度应该适应小个子，规定的宽度应该适应于大个子。 座椅的深度要恰当。通常的深度是375400mm为宜。不应超过430mm。 座椅的宽度是以宽为好。最小的椅子宽度是4

13、00mm再加上50mm的衣服和口袋装物的距离。对于有靠手的座椅，两靠手之间的距离最小是475mm。不会妨碍手臂的运动。单个的椅子是这样，如果是排成一排的椅子，还必须考虑肘与肘的宽度。如果穿着特殊的服装，应增加适当的间隙。 4.身躯的稳定性 身躯的稳定性大部分是由设计决定的，设计应使得主要的重量是由围绕着坐骨结节的面积来承受。 椅子表面的材料应采用纤维材料，既可透气，又可减少身体下滑。不要采用塑料面，塑料面不透气，表面太滑，使人穿着感到不舒服。身体的稳定性也可以靠手来帮助，如果需要手臂支撑，可以把手臂放在桌子上，手臂下面还可以放小的垫子。对于有靠手的座椅，靠手高度自椅面以上200mm为宜，应该是

14、能使手臂自然地垂下的高度。 转椅的转轴可使椅子转动，适应人的姿势改变或转动。转椅也增加了坐者能伸手达到的范围。转椅还能使坐者接近或者离开工作对象，而不需要前后移动椅子。 理想的椅子靠背应该在水平和垂直两个方向均可调节。非常好的设计是，座椅的靠背具有弹簧作用，可以随人体背部的移进移出而相应移动。 对于工作坐椅，人的肘部会经常碰到靠背，所以靠背宽度以不大于325375mm为宜。简单靠背的高度，大约125mm就可以了。对于工矿用椅，靠背相座椅面之间的角度为95110之间，一般以100为宜。 3-143-153-163.2.2 坐的解剖学和生理学 前面介绍的一般原理是建立在舒适的判断上的，常见的工作椅

15、和多功能椅是这类椅子的典范，其特点是有合适的高度和靠背，或者是可调节的；座位的坡度大约向后倾斜5。然而工作中的大部分情况是形成弯曲的姿势， 3-17例如阅读和书写时，眼睛离物体的距离是30cm，向后倾斜的椅子使得向前弯曲很困难。 进行阅读和书写时，往往是弯背而坐，以便能使眼睛与桌面保持一个适当的距离。坐姿有各种各样，就是没有笔直的。有时人们会将椅子的前脚支地向前倾斜。 3-20（a)为了解决坐姿的问题，必须了解人在坐着时发生的解剖学上的变化。当人由站立变为坐时，这个动作是比较复杂的，身体的弯曲只有60是来自髋关节的旋转，另外的30是来自腰椎曲线的变平。 3-20（b)坐在椅子上时，躯干和大腿成

16、直角，腰椎曲线显著变平了。 3-19坐姿的最严重问题是对腰椎和腰部肌肉的有害影响，不正确坐姿不但不能减轻腰的负荷，反而加重了这一负荷。多人大都有过腰痛的体验，其中最常见的痛因就是椎间盘的问题。椎间盘由纤维环构成的位于椎骨之间的弹性软垫。由于某种原因，椎间盘也可能退化。从而丧失强度，这时椎间盘变得扁平，严重时粘液还可被挤出，整个脊柱的机能因此受到损害，造成一些组织和神经受挤压，引起腰椎骨的各种骨盆部位的病症以及腰部风湿病，甚至腿瘫痪。不正确的作业姿势和坐姿可能加速椎间盘退化，引起上述种种病痛。矫形学家使用现代复杂的科学仪器测量了人在不同姿势和坐姿下椎间盘的内部压力变化，结果发现，人体姿势是决定椎

17、间盘内压力的主要因素，椎间盘内压力过高是损坏椎间盘的直接原因。 3-21 (1)大腿相当于杠杆； (2)骨盆上部向后转动； (3)骶骨向上转动； (4)腰脊椎由朝前弯曲变为朝后弯曲。3-19许多人建议人应直腰坐着，以保持脊柱的自然S形。在人直腰坐着时，椎间盘内压力比弯腰坐时小。但是，在坐着时适当放松，稍微弯曲身体，可以解除背部肌肉的负荷，使整个身体感觉舒服。由肌电图可以很容易地证明这一点。 3-22事实上，多数人的坐姿是放松的。直腰坐有利于降低椎间盘内压力，但肌肉负荷增大，弯腰坐有利于肌肉放松，却增加了椎间盘的内压力。所以，坐姿的问题并不简单，靠背倾角和靠背的形状都可影响椎间盘和背部肌肉。靠背

18、倾角是指靠背与坐面的夹角。 3-23我们可以得出以下几点结论： (1)人的背后仰和放松时，椎间盘内压力最小； (2)靠背倾角越大，肌肉负荷越小； (3)5cm厚的短靠腰(靠住腰部，也叫低靠腰)，与平面的靠背相比，可降低椎间盘压力，减轻肌肉负荷；(4)靠背最佳倾角(与水平面夹角)为120，坐面最佳角度(与水平面夹角)为14，靠背应力5cm厚的低靠腰。当靠背倾角超过110后，倾斜的靠背支撑着身体上部分的重量，从而减小了椎间盘内压力。 我们再来看一下坐姿与工作的关系，当以直角向后倾斜的姿势端坐时，只有两种方法工作，即将腰椎弯曲20，因而增加椎间盘的压力。或者使坐面倾斜20，这样才能在身体向前倾斜时保

19、持腰椎的90角。 3-24改进工作姿势的建议如下： (1)将桌面倾斜 桌面坡度为10时，也相应减少了10的背部弯曲，倾斜30时大多数人可以保持正确的坐姿。 3-25（a) (2)用较高的椅子 如果一个人坐在普通的桌子边上或者一个较高的凳子上(72cm)，可以保持原来的腰椎曲线不变。当坐在普通椅子上时(43cm)，腰椎会变平30坐在低矮的凳子上时，每个人都会弯腰。 3-25（b) 为了使肘部与桌子面接触，会弯下腰来，因而应该使用较高的桌子。 3-25（c)(4)向前倾斜的座椅倾斜的座椅可以使人在上身倾斜的情况下仍然保持腰椎的自然弯曲状态。设计好的座椅只解决了坐的问题的一个方面，如果不了解人们坐的

20、方式，特别是没有教育人们保持正确的坐姿，座椅设计得再好也是徒劳的。3-26疼痛坐姿工作的人有一些经常疼痛的部位，调查还发现： 3-27(1)座椅高度为3854cm，能使躯体上部感觉舒服；(2)造成大腿疼痛的原因主要是工作时体重正在大腿上，其次才是座椅的高度；(3)如果座椅可调并备有脚垫台，桌子高度应力7478cm，以提供最大的调节范围。(4)57的坐姿工作人员有腰痛症状；(5)肩痛和颈痛的占24，手和手臂痛的占15，大多数打字员抱怨桌子太高； (6)在坐着工作人员中有29的大有膝痛和脚痛的症状，其中大多数是身材不高的人，这是因为没有垫脚台，人只好坐在椅子前缘；(7)无论身材大小，绝大多数大都希

21、望坐面要低于桌面2730cm，人倾向于优先保证躯体部分的自然姿势；(8)坐姿人员中腰痛的占57。 3-263.2.3 侧面轮廓从人体工程学的观点来看，座椅是坐的机器。从简单的板凳到牙科诊所的医疗椅，座椅的复杂程度以及它与人的关系大不相同。 3-28在座椅的设计过程中，必须进行实验，以确定座椅的侧面轮廓是否感觉舒服。用来休息的座椅，称为懒椅。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，并且使之降到尽可能小的程度，就能产生舒服的感觉。 当靠背倾角达到110时，人体的肌电图的波动明显减少，被试有舒服的感觉。人越躺下，越感觉到舒服，完全躺下

22、就是床的设计问题了。设计懒椅应注意以下几点。 (1)为了防止臀部前滑，坐面应后倾1个角度，一般为1424； (2)靠背倾斜角度： 1)相对于坐面为105110； 2)相对于水平面为110130； 3)靠背应有垫腰的凸缘，凸缘的顶点应在第3腰椎骨与第4腰椎骨之间的部位，即顶点高于坐面后缘1018cm。垫腰的凸缘有保持腰椎柱自然曲线的作用。对于有软垫的椅子，其侧面轮廓是指人坐下后产生的最终形状。 3-293.2.4 工作椅 人工作时坐着的座椅叫工作椅。多功能工作椅具有高靠背私垫腰凸缘。人在工作时，身体前倾，凸缘支撑住腰部，而放松休息时，人体后靠，靠背又保持了脊柱的自然“S”形曲线。 就这两种座椅对

23、66个办公室工作人员的征询调查表明，大多数人更喜欢坐高靠背工柞椅。 就这两种座椅对66个办公室工作人员的征询调查表明，大多数人更喜欢坐高靠背工柞椅。 (1)高度可调。办公椅的高度调节范围为3853cm。 (2)可防止座椅滑动和翻到。椅脚应设计5个，平分在直径为4045cm的圆周上。 (3)给人留有足够的活动空间。需要经常站起的座椅应采用小脚轮。 (4)应保证腿的活动空间，以减轻腿的疲劳。 (5)坐面应为4045cm宽，3842cm长，坐面中部稍微下凹，前缘呈弧曲面，坐面后倾46。 (6)坐面的材料应透气而且不打滑(例如毛料)，以增加坐面的舒服感。 3-32计算机椅 计算机椅的设计参考上面提到的

24、办公椅。 操作人员象司机一样有长时间放松坐和短时间直立坐这两种姿势。所以，椅子应是可调的。桌面高度对女性的可调范围是585735mm。桌面的折衷高度为660mm，适合于所有女性。但如果使用放在肘部高度以上的鼠标，这种高度则不合适。男性:男性也经常在短时间保持直立坐姿，在长时间内一般保持放松姿势，像坐在汽车座椅上一样。 对于男性来说，桌面高度的可调范围是635785mm折衷的桌面的固定高度720mm，这个高度对男性来说同样适用。男性和女性均可选择高度为720mm的固定桌面，但必须带有一个用于放置键盘的上下可调的平板，其高度范围是585720mm。这个平板必须大到足以放置鼠标器。注意以下问题：显示

25、器的高度调节范围为180mm。为防止手腕疲劳综合症，应保持前臂与手腕近似在一条直线上，并经常休息。为防止电子射线，应将阴极射线管(显示屏)放置在一臂距离以外。操作人员距离周围其他的显示器至少1220mm。阴极射线管不应高于眼睛水平视线，而且不能低于从水平视线向下40的方向 3.3 卧具的设计3.3.1 睡眠的生理3.3.2 床的尺寸3.3.3 床面材料 睡眠是每个人每天都进行的一种生理过程。每个人的一生大约有13的时间在睡眠，而睡眠又是人为了更好的、有更充沛的精力去进行人生活动的基本休息方式，因而与睡眠直接相关的卧具的设计我们一般也主要是指床的设计，就非常重要了。 3-33 通过测量发现人的睡

26、眠深度不是始终如一的，而是在进行周期性变化。 睡眠质量的客观指征主要有： 一是上面所说的睡眠深度的生理测量；二是对睡眠的研究发现人在睡眠时身体也在不断地运动。 3-35 而睡眠深度与活动的频率有直接关系，频率越高，睡眠深度越浅。3.3.2 床的尺寸 到底多大的尺寸合适，在床的设计中，并不能象其他家具那样以人体的外廓尺寸为准。其一是，人在睡眠时的身体活动空间大于身体本身。 不规则的图形是人体活动区；其二科学家们进行了不同尺度的床与睡眠深度的相关实验。在宽度上表现出了不同宽度与睡眠深度的对应关系。 3-3447cm的宽度虽然大于人体的最大尺寸，并不是理想的。70cm显然要好的多，当然这也只是满足了

27、最低限度，所以实际上日常生活中的床尺寸都大于这个尺寸。 在长度上，考虑到人在躺下时的肢体的伸展，所以实际比站立的尺寸要长一点，再加上头顶和脚下要留出部分空间，所以床的长度比人体的最大高度要多一些。 3-37 3.3.3 床面材料 我们常常在床面上加一层柔软材料，而软硬的舒适程度与体压的分布直接相关，体压分布均匀的较好，反之则不好， 3-383-39 它们是用不同的方法测量出的身体重量压力在床面上的分布情况，床面比较硬时，显示压力分布不均匀，集中在几个小区域，造成局部的血液循环不好，肌肉受力不适等，较软的床面侧能解决这些问题。 那么，是不是越软越好呢，这个问题要从人的脊椎形状说起，正常人在站立时

28、，脊椎的形状是S形。后背及腰部的曲线也随着起伏。当人躺下后，重心位于腰部附近。 3-423-43进而直接影响睡眠质量。 3-44 因此床面材料，应在提供足够柔软性的同时保持整体的刚性。这就需要多层的复杂结构。 3-40厕浴间 为了防止在厕浴间发生意外，应将浴盆和淋浴的地面做成防滑地面，另外考虑浴室所有的门都使用安全玻璃。浴缸和淋浴的开关阀门应安装在距地面762864mm的高处。在距喷头152mm处设置一个毛巾架。在沿浴缸长边的墙的中心安装两根457mm长的水平扶手，一根安在813914mm处，另一根安在它上方305mm处。在低于下面扶手几英寸处设置内置式肥皂淋浴喷头距浴缸底17531829mm

29、。厕浴间应该安装防蒸汽灯，固定在中心，开关应远离灯座1829mm.在扶手上避免尖锐的部分，扶手应采用舒适、防滑的材料制成。厕位的两面墙之间应留出914mm的空间，或者在浴缸与另一侧墙之间留出813mm的空间。厕位的长度至少为914mm。浴盆的长度为 1524mm。在出水口对面应设置一个305mm高的座椅。最小的地面空间为30X 由于隐私和安全的原因，窗台至少应距地面1220mm。厕浴间门的最小宽度为6lmm，而且在开关时应避免碰到墙和浴缸。窗户 在设计中应经常考虑使用安全玻璃，以减少意外的发生。出于安全的考虑，提出了下面的建议：摇窗比上下推拉窗更合适，因为推拉窗的松垮的窗户会滑落并伤害头或手臂。竖铰链窗，可从室内清洗，因此很方便。可采用推窗。门安全玻璃可以减少意外的发生，