学生座椅设计中的人体工程学理念分析研究 机械工程专业

学生座椅设计中的人体工程学理念摘要：本文运用人体工程学原理与统计学、设计心理学等相关学科相结合的方法，综合了文献法、比较分析法、观察法、实测法、调查研究法和数理统计法，对现在使用的学生座椅进行调查分析与研究。首先研究了学生使用群体的生理及心理方面问题，根据统计结果建立了人体坐姿尺寸数据库。同时根据相关课题项目，测量了学生们的人体尺寸，并进行了数据统计，最终为学生座椅设计提供了一套完整、全面、科学合理的统计参数。关键词：人体工程学;学生座椅;设计;统计随着我国社会市场经济的快速发展，学生的学习生活节奏不断加快，来自于社会、家庭、学习等方面的压力变得越来越大，因此一个舒适、健康的学习环境对学生来说至关重要。近年来，制造商们生产了各式各样的适合于学生使用的学习设施，使学生在心理及生理等诸多方面都得到了极大的满足。目前学校中使用的各种学习设施虽然在不断改进，学生的学习效率也得到了一定得提高，但仍然有不少学校忽略了座椅对学生成长及学习的重要性。根据有关统计数据，学生使用座椅的时间占在教室时间的80%。调查问卷显示，75%以上的学生对现在使用的座椅并不满意，如果座椅的设计不够不合理，会影响到学生的身体健康及学习效率。因此，在设计学生座椅时引用人体工程学原理，会使设计产品更加舒适，更适合学生使用。一、学生座椅的设计目的应该把使用价值作为学生座椅设计的出发点，合理的结构作为设计的着手点，其功能的完善性和优化性应得以重点体现，不盲目追求形式感，要在功能特征实现的基础上建立外观造型，更多的体现出实用性和美观性相结合的特点，使座椅能更好的适合学生使用[1]。将人体工程学原理和人体测量尺寸作为学生座椅设计的主要依据，重点突出实用性、科学性，在学习过程中使学生们不存在生理上的不适感，能够有效提高学生的学习效率。二、学校座椅使用人群的生理及心理特征学生在学校的学习阶段正是人生成长的黄金时期，活泼好动、思维活跃，情绪易波动、独立性差、争强好胜，对周围事物充满着好奇心等是他们这个时期的主要特点。因此对于学生座椅的设计更应该从学生的实际需要出发，设计应更加注重人性化。疲劳是指人体机能下降、感官疲劳和效率变化的现象，是人体内分解代谢和合成代谢不平衡的外在表现，主要分为精神疲劳、肌肉疲劳和生物疲劳[2]。日本产业卫生学会的疲劳研究会提供的就曾对自觉症状进行了分类，并给出了引起疲劳的主要原因：疲劳是由身体因子（Ⅰ）、精神因子（Ⅱ）、感觉因子（Ⅲ）构成的。如果座椅的设计不合理会导致学生出现以下症状：腰椎损伤、颈椎损伤、肩部损伤、背部肌肉损伤、视力下降等。除了对学生生理方面的伤害以外，学生的心理也会受到极大的影响，由于座椅不够舒适使学生容易疲劳，上课听课时将不能集中注意力、心情容易烦躁，精神萎靡等，更有甚者会产生抑郁的情绪。由以上分析可见座椅设计的合理性对学生生理及心理方面都起着至关重要的作用。本文将结合人体工程学原理为设计合理的学生座椅提供有力的参考。三、人体工程学在学生座椅设计中的应用在学生座椅设计时应注意两个问题：一、要将尺寸修正量引入到人体测量数据的应用中来，这样才能获得合理的产品功能尺寸；二，在设计过程中要灵活运用和处理这些数据，要合理选择人体尺寸测量标准。1.尺寸修正量的使用本文中的人体尺寸数据在测量时要求被测者不穿鞋袜、衣着单薄，同时要求被测者竖直站立、挺直端坐保持标准姿态。然而在学生的日常学习和生活中，既要穿鞋袜，又会根据不同的天气季节选择穿不同厚度的衣服，这些都与人体测量的标准条件不能保持一致，这些都会使测量结果发生偏差，而尺寸修正量的引入恰好解决了这一问题。尺寸修正量由功能修正量和心理修正量两部分组成。（1）功能修正量功能修正量是为保证产品功能的有效实现，对作为产品设计依据的人体尺寸所标定的尺寸修正量。主要有姿势修正量、穿着修正量、操作修正量三方面内容，以下为一些国家标准GB/Tl2985－1991中的数据参考。1）姿势修正量姿势修正量是指人们日常学习和生活过程中时，在全身处于自然放松状态下，姿势不同所引起的人体尺寸变化。2）穿着修正量a）穿鞋修正量：直立时身高：女生加20mm，男生加25mm；b）穿着衣裤修正量：坐姿时坐高、肩高、肘高、眼高等加6mm；臀宽、肩宽等加13mm。3)操作修正量操作修正量是为实现产品功能所需的修正量。具体计算时应该考虑多种设计参数，例如：生产操作频率、性质、复杂程度以及操作过程中所要求的灵活性及活动范围；同时要考虑工作服、障碍物等造成的影响；具体操作过程中，人体所处的位置和行动；在进行操作时可能会有多个同时操作人员相互干扰的现象存在。对于学生使用座椅这一具体活动而言，应根据具体的使用情况，适当加放修正量，以实现座椅的使用功能。（2）心理修正量心理修正量是为消除工具使用时的压抑感和恐惧感，或为保证外形美观等心理因素而加的修正量。心理修正量通常根据实际需要和条件许可两个因素而定。在根据生理尺寸设计学生座椅的同时，利用心理修正量消除压抑感，尽可能满足学生对心里空间感的需求。总之，人体尺寸数据引入的各种尺寸修正量可能是正值也可能为负值，总尺寸修正量是各修正量的代数和，即：尺寸修正量＝功能修正量＋心理修正量＝穿着修正量＋姿态修正量＋操作修正量＋心理修正量。2.学生桌椅的功能尺寸设计学生座椅的功能尺寸参数主要依据国家的标准是GB10000-88《中国成年人人体尺寸》和1993年颁布的国家标准GBT/13547—92《工作空间人体尺寸》[3]，这些设计标准都不够科学合理，大多数学生座椅是不符合学生人体尺寸数据的。本文结合学生的生理、心理特征、学生群体的人体尺寸测量结果以及坐姿舒适性分析，总结出符合学生实际需要的座椅功能尺寸标准。2.1座椅高度座高即座椅前沿至地面的垂直距离，是影响坐姿舒适度的重要因素之一，如果座椅的座高不合理会导致学生的坐姿不正确。座高过高，则两腿悬空不能与地面接触，体压部分集中在大腿部分，压迫大腿血管，影响血液循环，坐的时间长了会产生麻木感。座高过低，会使膝盖拱起，体压部分分散在坐骨上，久而久之会产生疼痛感。适宜的座椅高度应该使就坐者小腿自然垂直，此时大腿接趋于水平，脚掌平放于地面，由于地面带给小腿的支撑，大大降低了大腿的体压及背肌紧张，保证了上身平衡稳定。当座面高度与人体的小腿加足高尺寸接近时，有助于座面体压的合理分布，因此，座面高度设计应严格地遵照人体坐姿尺寸中的小腿加足高数值。2.2座面宽度人体臀部尺寸加适当的活动范围决定了座面宽度。学生座椅的座面宽度设计要考虑那些高大健壮的学生需求，因此不能过窄，应视人体测量尺寸的臀宽而定。通常座宽的设计以女性臀宽尺寸的第95百分位为依据进行设计。座宽一般大于等于380mm。3.座面倾角由于学生在上课、自习时，身体长时间保持前倾读写姿势。若座面前缘是凸起的，大腿接近腘窝处会产生极大的体压，同时腹部也会受到不良挤压。前倾坐姿时，大腿与上身角度大于90°时，座面的体压分布比较合理。所以根据学生前倾坐姿的需要，学校座椅的座面倾角一般为-5o。4.座椅靠背学生在学习过程中，除去前倾读、写的姿势，就是后仰看、听的姿势。后仰时，座椅靠背可以使躯干得到支撑，承受分担一定的体压负荷，减轻对腰椎、臀部及下肢压力；身体的后仰支撑使学生不必仰头来看黑板或屏幕，大大减轻了颈椎的不适感。Luaus在研究了姿势变化与腰椎压力间的关系得出，一个体重70kg的人，第三腰椎承受的压力，直立时为100kg，而坐姿时可达130kg。可见,坐姿时脊柱负担明显加重。通常人们会认为坐着舒服，这只是单纯对脚而言，此时腰部一直处于不舒适状态，所以座椅靠背在腰部有支承很重要[4]。据调查显示，我国成年人腰椎部中心位置通常位于座位上230～260mm处，靠背点高度即距离座面尺寸230～260mm相对适宜，比国家标准略微高些。学生座椅的靠背倾角同国家标准，以95°-100°为宜。由此可见，大部分学校座椅无靠背点设计，显然不合理。普通教室部分型号的座椅为248±5mm，较为合理。而为了更多的分散背部重量，靠背高度需高于靠背点高度，靠背高度以350～400mm为宜，满足国家标准≥340mm。表4为某高校座椅功能尺寸实测结果。表1某高校座椅功能尺寸实测结果单位：mm功能尺寸普通教室座椅多媒体教室座椅图书馆教室座椅座面高450542544326座面深4157410944010座面宽395543064408座面倾角10113四、结论总之，在设计学生座椅时即要满足各项功能，又要充分考虑学生们的心里需要。科学合理的学生座椅应基于人体测量尺寸的测量数据，遵循人体工程学原理进行设计，使学生减少疲劳感，有效提高学生的学习效率，保证学生的生理及心理的健康成长，避免由于不合理的座椅设计导致的各种疾病。给学生们一个舒适、健康的学习环境，缓解学习压力，减少因长期保持坐姿所引起的疾病，最终实现美观、科学、功能为一体的设计宗旨。参考文献[1]程