【《基于人因工程学的室内设计优化探析》16000字】

基于人因工程学的室内设计优化研究摘要：基于人体工程学的理论和方法，充分考虑到人的生理和心理特性。针对所有家庭成员家中所使用的洗漱盆和书桌以及书架，进行研究分析，提出合理的改善建议，使得家庭成员能够舒适地使用这些家具。基于对家具的研究分析，具体分析家庭成员A家庭中不同家庭成员对各自洗漱盆的高度在使用上与身体尺寸上的差异导致的弯腰。得到洗漱盆的高度设计上的不合理之处。总结得出公式，比如：洗漱盆的高度的设计，在针对不同身高的使用人群，可以通过该公式计算出属于不同身高的使用人群的最佳尺寸。分析卧室中书架的设计情况，提出其在尺寸设计上的不合理之处，分析总结之后，对坐姿经常使用的第一层书架提出具体公式，针对不同身高的人对的书架的最佳尺寸。通过分析家庭成员对家具的使用情况，得出改善建议。然后，对不同身高的人提出最佳尺寸的建议。关键词：人因工程学；室内设计；人体尺寸；洗漱盆；书桌；书架中图分类号：R857.14目录TOC\t"正文标题1,1,正文标题2,2,正文标题3,3"\h\u76071.续言 975841.1.研究背景 976451.2.研究意义 959951.3.研究内容 1034241.4.拟解决的主要问题 10203061.5.研究的主要方法 10314771.6.研究思路 11196682.数据收集 1275072.1.目标住宅内成员身体尺寸的调查统计 12195022.1.1.调查对象 12180502.1.2.某一住宅成员身体尺寸调查统计分析 12192112.2.尺寸研究的原则 1426473.设施分析与改进 16121423.1.基于人因工程的洗漱台设施的分析与改善 16312683.1.1.洗漱台使用现状分析 168303.1.2.洗漱过程中的人因工程学 1699013.1.3.洗漱盆问题总结 17206993.1.4.基于人因工程学对洗漱盆高度的相关分析 19252983.1.5.基于人因工程学对洗漱盆宽度的相关分析 22208943.1.6.基于人因工程学分析之后对洗漱盆的改善建议 24216563.2.基于人因工程的书桌设施的分析与改善 25259193.2.1.住宅成员书桌使用现状 2639613.2.2.基于人因工程学书桌桌面分析 27167493.2.3.基于人因工程学对书桌高度的分析 3025883.2.4.基于人因工程学分析之后对书桌的改善建议 327963.3.基于人因工程的书桌设施的分析与改善 3248373.3.1.书架使用问题现状 33223603.3.2.基于人因工程的书桌设施的分析 33169013.3.3.基于人因工程学分析之后对书架的改善建议 37244784.总结与展望 4073974.1.本文的研究总结 40220244.2.本文的不足与展望 4032299参考文献 4122479附录A 42续言研究背景在一次偶然的机会下我一朋友告知我他在杭州买了房，他说房子外观上看起来不错，就是在某些家具设施的使用上会感到不适，一定程度影响到了日常生活。家具不但是人们生活的必需品,也是室内环境中所占比例最大的物品,它的选用与布置,对整个空间的分隔,对人的活动及生理、心理上的影响是不可忽略的。他知道我大学的专业是工业工程，有改善方面的知识与能力，意图寻求我的帮助。了解到他的想法，因为我本身很乐意将所学知识运用到实际生活同时也能帮助到朋友，也想凭此机会为我的大学生活完美地画上句号，所以我答应了他的请求，在基于自己的能力与住宅现状调查上为他的一些家具设施提出改善建议。大学期间学习到人因工程学这门课，人因工程学是近几十年发展起来的边缘学科,该学科从人的生理、心理等特征出发,研究人-机-环境系统优化,以达到提高系统效率,保证人的安全、健康和舒适的目的[1]。虽然人因工程学最初是为工业生产服务的，但是随着社会的进步，在家具设施设计中也有一定的用武之地。因此,家具设计应遵循人因工程学原理,以便达到安全、实用、方便、舒适、美观之目的[2]。如今，随着经济情况越来越好，大部分人对于人性化的居住环境与舒适的家具提出了更高的要求。更符合人体健康、更舒适的家具被设计出来，即是重视“以人为本，为了适应人体生理结构或者需求而进行设计”的家具，成为了日常生活中不可或缺的使用品，正逐步改变以往只注重外观设计而忽略人体和谐的方式[3]。基于以上理念，我期望通过这次机会，基于人因工程学做出有效的分析与改善，让家庭中的所有成员能够更高效、舒适、健康地使用家具设施，体验更美好的家居生活。研究意义本文研究的意义：通过此次的分析研究，能够对家中的家具提出改善建议，使得之前不符合人因学原理的家具得到改善，以家庭成员的人体尺寸为基础进行改善，能够使得家人的家庭生活舒适、健康、快乐。研究内容针对具体的普通室内家具设施的分析与改善，通过调查问卷、实际测量等方式收集数据，找出存在问题的家具设施的人机问题点，使用人因工程学方面知识和标准来分析，并使用符合人因工程学原理的标准和来进行改进和设计。拟解决的主要问题对于家具设施的改进与优化，主要从以下几点着手进行解决：家具设施的尺寸大小：对于不同人体高度，通过基于人因工程学的分析，选择出最佳尺寸方案。家具设施的空间布局：人因工程学在室内设施设计中的一大重要作用，就是提供适应人体的一系列参数，确定满足人体要求的家具设施空间布局。研究的主要方法文献阅查过对国内外相关文献进行大量阅读和研究，了解普通住宅的基本现状并且研究相关基础理论;使用互联网，图书馆资料收集相关研究数据，并作为本研究的基础数据。实测法通过对某一普通住宅进行相关数据的测量，收取相关原始测量资料，同时对于人体尺寸中一些像心理修正数据的我们也是通过实地访问感受并结合实地测量粗略估得。调研法包括简单的访问、专项调查和间接意见、建议分析等。首先对普通住宅使用人群进行问卷调查，然后将调研结果与普通住宅设施分析研究进行一定的关联分析，并了解当下人群对现今住宅设施满意度和对设施尺寸等相关方面的需求。数理统计法通过调研，我们得到某一普通住宅一家的人体尺寸测量数据之后，对所得到的数据进行数理统计软件分析。研究思路室内设施的分析与改善：首先收集住宅主人一家的身体数据，包括人体结构（静态）尺寸与人体功能（动态）尺寸。其次收集存在问题的家具设施的尺寸数据，例如长度，宽度，高度等。针对以上数据对目标设施进行基于人因工程学分析，找出不合理的部分并从人因工程学的角度进行改善。数据收集目标住宅内成员身体尺寸的调查统计调查对象目标住宅位于杭州某一小区内，房型两室一厅，两个独立卧室内都配有卫生间和书桌和书架，占地面积为51.1m2。本次调查对象为该住宅用户成员A和B，调查表格可见附录。在这次课题相关的住宅满意度问卷中，我们主要设置了家庭成员人员及年龄，对住宅满意度等相关问题的调查。住宅用户对洗漱台、书桌和书架这些设施的使用情况感到不便并对日常生活产生了一定影响。用户有意想要改变这种现状却无从下手，想要寻求外界帮助。该住宅用户对于现居住住宅现状感到不满并有意向寻求帮助，通过问卷调查内容分析，本次研究就针对洗漱台、书桌和书架这三种家具设施进行改善。某一住宅成员身体尺寸调查统计分析静态尺寸、动态尺寸。从人因工程学的角度出发，与人体尺寸相关的产品设计或空间设计，应根据人体尺度和实际数据分析进行设计，以便于真正满足人体的日常需求。所以我们选择对该住宅用户进行实际身体数据测量。该住宅用户是2口之家，家中2个成人的身体数据如表2-1，表2-2所示：表2-1结构尺寸（静态尺寸）统计结果项目男A女B平均值身高/mm176216511725体重/kg695363.66666667坐高/mm946884925.3333333肩宽/mm452426443.3333333坐姿颈椎点高/mm683655673.6666667坐姿眼高/mm831781814.3333333坐姿肩高/mm623590612坐姿膝高/mm521497513坐姿两肘间宽/mm473460466.5小腿加足高/mm445407432.3333333坐深/mm477463472.3333333坐姿臀宽/mm333359341.6666667臀膝距/mm585561573胸厚/mm212199205.5坐姿大腿厚/mm112113112.5表2-2上肢功能尺寸（动态尺寸）统计结果项目男A女B平均值立姿双手举高/mm210819682038立姿双手功能上举高/mm200318601931.5立姿双肘平展开/mm875811843坐姿前臂手前伸长/mm447413430坐姿前臂手功能前伸长/mm343306324.5坐姿上肢前伸长/mm834764799坐姿上肢功能前伸长/mm730657693.5坐姿双手上举高/mm133912511295跪姿体高/mm126011961228数据修正数据修正包括：功能修正和心理修正方面。功能修正：功能修正随改善目标不同而异，可以通过已有标准统计数据获得。在本次研究中其功能修正主要与服装差异性有关。在这种情况下，当测量户主的人体时，受试者的数据大多是在衣服较少或较薄的情况下测量的，而产品或空间的设计是在正常的衣服和鞋子下使用和设计的。因此，在相关比例尺的设计计算中，应考虑增加衣服和鞋子的厚度数据修正[4]。常见的修正量表2-3。表2-3人体尺寸常见服装修正量项目尺寸修正量修正原因项目尺寸修正量修正原因站姿高25-38鞋高两肘肩宽20/坐姿高3裤厚肩-肘8/站姿眼高36鞋高臂-手5/肩宽13衣大腿厚13/腹厚23衣臀-膝5/立姿臀宽13衣足长30-38/坐姿臀宽13衣足宽13-20/心理修正：心理修正主要是指人们在实际体验过程中为了克服心理上的“空间压抑”、“高度恐惧”或满足人们“求美”、“求新”的心理需求需求，而在产品最小功能尺寸上附加的一项修正量。一般来说，该修正量是指被测对象的主观评价，因此可以通过实地调查和调查过程中的测量相结合的方式大致得出。尺寸研究的原则功能修正量和心理修正量相结合原则此处涉及到两个很重要的公式，对接下来的住宅设施研究起到很大的作用。如下：Xmin=Xa+f[公式1]Xopm=Xa+f+p[公式2]Xmin为最小功能尺寸（mm）；Xopm为最佳功能尺寸（mm）；Xa为第a百分位人体尺寸数据（mm），本次研究是针对具体对象而言，这里以具体对象相应的人体数据作为替代使用；f为功能修正量；p为心理修正量。根据前面对人体修正尺寸的分析可知在设计中要给人体尺寸Xa增加适当的服装修正量，而这些修正量总计即为功能修正量f，于是产品的最小功能尺寸Xmin可由上面公式1确定。其中f随研究对象不同而不同，通常为正值，但也有为负值的，可以用实验方法求得，但也可以通过统计数据得到。在产品最小功能尺寸Xmin上再附加一项增量，称为心理修正量p。考虑了心理修正量p的产品功能尺寸成为最佳功能尺寸Xopm，即为上面公式2。心理修正值根据的分析可知是根据被测试者的主观评价所得，所以可结合调研时实地考察测量粗略取得。结合实际使用情况修正在对起居空间人工学尺度研究时，也不能一味埋头参考已有的资料上的统计数据，还要结合实际的使用情况和体验来确定数据。尤其有一些人因学上没有考虑到的需求，例如书架的安装高度不仅要考虑到使用者的身体数据，让书架保持在较低的高度以便使用者拿取，也要考虑到书架实际安装区域不可能在书桌之下。而这些都要结合实地考察和调研统计综合考虑。设施分析与改进基于人因工程的洗漱台设施的分析与改善洗漱台使用现状分析A用户与B用户分别有各自的独立浴室，根据现场实际了解之后发现住宅用户在进行洗漱作业时，洗漱盆的高度都太低，住宅成员A和B在刷牙时总是需要过度弯腰，使其刷牙时腰部经常感到很难受，造成肢体疲劳，对日常生活造成不良影响。A用户洗漱盆的宽度也存在宽度太窄的问题，当在洗脸时时，总是会发生这样的情况——在用水清洁脸部时，由于洗漱盆面积过小使得飞溅的洗脸水洒到了洗漱盆的区域之外造成不必要的地面清洁问题。洗漱过程中的人因工程学浴室是现代家庭的重要场所，是每个人生活中不可缺少的一部分。这是一个非常实用的地方，也是家居设计的重点之一，洗脸盆也是浴室的重要产品[5]。洗漱盆安装高度的原则：我们使用洗漱盆时，属于立式作业。洗漱盆安装高度应尽量保证操作者自然作业即不刻意弯曲身体。站立作业时上身前弯角度在10度到15度之间不会感到不舒服[6]。人们刷牙时，如果洗脸盆的高度过低，那么，为了保证洗脸水不溅出来，就要弯腰。正确确定家具设计的基点是家具功能尺寸设计的基础。对于立式操作中使用的家具，如柜台、洗手盆等，通常以地面为设计基准[7]。洗漱盆长宽度设计原则：就以洗漱盆的面积与使用者的体验而言自然是面积越大越好，但考虑到进行洗脸这项立姿作业时必须要保证与其他物品的交互，例如洁面乳和水龙头等，使得洗漱盆的长宽度必须要保证在立姿作业时的有效作业范围之内。通过对浴室使用情况的统计分析，如下表3.1所示，可以发现洗漱盆使用非常频繁。基本上，只要你进入浴室，你会使用洗漱盆。因此，洗漱盆的大小和高度对于用户来说是非常重要的[8]。时间段卫浴间使用目的用到的主要卫浴产品工作日早晨洗漱、理装、剃须、便溺洗漱盆、水龙头、便盆傍晚以后洗漱、理装、便溺、沐浴洗漱盆、水龙头、便盆、沐浴器休息日早晨洗漱、理装、如厕、沐浴洗漱盆、水龙头、便盆、沐浴器中午洗漱、如厕、洗漱盆、水龙头、便盆夜晚洗漱、理装、如厕、沐浴洗漱盆、水龙头、便盆、沐浴器其他时间段洗漱、如厕洗漱盆、水龙头、便盆表3-1卫浴间使用时间段分析洗漱盆问题总结在使用洗漱盆的过程中，我们发现了洗漱盆在使用中存在的一些问题，特别是洗脸盆的高度带来的问题。在进行实地测量之后，收集了A，B用户浴室中洗脸盆的尺寸：A用户洗漱盆高850mm,盆长580mm,盆宽390mm；B用户洗漱盆盆高700mm,盆长560mm,盆宽270mm。其实物图如图3-1，图3-2所示。问题一：洗漱盆的高度太低。对于身高176cm的A用户和身高165cm的B用户来说，刷牙时总是要弯腰，这样会造成不适和不必要的麻烦。390mm390mm850mm580mm图3-1A用户洗漱盆实物图700mm700mm560mm270mm图3-2B用户洗漱盆实物图问题二：洗漱盆的面积过小。对于用户A和用户B来说，在洗脸时总是会发生这样的情况——在用水清洁脸部时，由于洗漱盆面积过小使得飞溅的洗脸水洒到了洗漱盆的区域之外造成不必要的地面清洁问题。基于人因工程学对洗漱盆高度的相关分析洗漱台高度设计属于一般用途设计，根据人体数据运用准则应选用第5百分位的“立姿肘关节高”人体数据为基本设计数据，但考虑到这次设计数据的确定性与独立性直接采用住宅用户的实测数据更能符合设计要求[9]。确定人体尺寸数据Xa(A),Xa(B)。在人因工程中关于立姿作业时的工作台面高度设计时，一般而言，人站立工作时较舒适的工作台面高度是比立姿肘关节高低10-50mm[10]。但是人们站立工作时的工作台面高度还与工作性质有关，其具体工作台面设计也许根据工作性质适当调整，比如精密工作时要求具有良好的实力条件，这时就需要适当抬高工作台面高度，重体力劳动要求较低工作台面以便于手部使劲，图3-4为工作台面调整高度。图3-3工作台面调整的高度根据GB10000—1988的人体基础数据[11]，推导出我国成年人人体尺寸与身高H的比例关系可知：立姿肘高=0.610H（男），立姿肘高=0.612H（女），再由第二节可知H(A)=1762mm,H(B)=1651mm,又由于刷牙洗脸这项作业为轻作业，其工作台面应该比立姿肘关节高低100mm为最适高度，所以：Xa(A)=0.610*1762-100=974mm,Xa(B)=0.612*1651-100=910mm。确定功能修正量f功能修正量主要考虑鞋跟高的修正量，室内用鞋的高度不同于室外用鞋。因此，这里参照GB/T12985-1991中的相关内容：透空塑料凉鞋9mm；橡胶布鞋10mm；皮鞋14mm；胶鞋14mm[12]。如下表3-2所示，站姿高度穿鞋修正值为25mm，站姿肘部高度穿鞋修正值为25mm。但是，考虑到刷牙是一项室内活动，鞋子高度的修正不应为25毫米，因为刷牙是穿着室内用鞋。在这里，室内用鞋等同于橡胶布鞋，功能校正设置为10mm。名称着装修正量穿鞋修正量身体自然放松状态修正量身高（立姿）+25-19肘高（立姿）+25眼高（立姿）+25-19肩高（立姿）+25表3-2人体测量水平参数的建议修正值确定心理修正量心理修正量是指为了克服“空间压抑感”、“高度恐惧感”或为了追求美观，追求好奇等心理需要而做的尺寸修正量。所以，此处不考虑心理修正量。确定设计尺寸Xmin=Xa+f式中，Xmin为最小功能尺寸（mm）；f为功能修正量；Xa为第a百分位人体尺寸这里取实际尺寸。Xopm=Xa+f+p式中，Xopm为最佳功能尺寸；p为心理修正量；f为功能修正量。综合以上的计算式得出：对于使用洗漱盆的最佳高度为X(A)opm=Xa+f+p=（974+10+0）mm=1074mm;X(B)opm=Xa+f+p=（910+10+0）mm=1014mm。从住宅测得的数据是，A用户浴室的洗漱盆高度为850mm，B用户的洗漱盆高度为700mm。显然，A、B两位家庭成员的个人浴室内安装的洗脸盆高度过低，充分证明洗脸盆的高度设计存在问题。在装修设计方面，了解到之前住宅一家的卫浴设计和产品选择都交给了当地一家电家具厂家。出现上述问题的原因是，在选择产品时没有考虑到家庭成员的身高以及使用洗脸盆时可能遇到的问题。然而，经过以上分析，安装在家庭成员A，B的个人浴室里的洗脸盆，作为一种失败的产品应该被淘汰，但它仍然存在于市场中，走进消费者的生活。因此，这也是我们在毕业论文中选择这个题目的原因。我们每个人都应该主动选择身边的产品吗？通过我们的选择，那些可能会给我们的生活带来不适的产品会逐渐退出市场，让我们在市场上看到更多更好的产品。基于人因工程学对洗漱盆宽度的相关分析前文提到的问题2中：洗漱盆的面积过小。对于用户A和用户B来说，在洗脸时总是会发生这样的情况——在用水清洁脸部时，由于洗漱盆面积过小使得飞溅的洗脸水洒到了洗漱盆的区域之外造成不必要的地面清洁问题。洗脸时，人属于站立操作范畴。站立姿势通常指的是站立者以小于30度的角度站立的姿势。本文将在洗脸时上身前屈角度设置为30度，进而分析家庭成员A在使用个人卫生间洗漱盆时遇到的问题。图3-4我国成年人人体尺寸的比例关系考虑到洗脸时的肢体动作，我们将髋关节到颏关节的距离定为上半身有效长度L，有效长度L与身高H的关系具体表示为：L=0.887H-0.471H=0.416h（男），L=0.862H-0.466H=0.396H（女），所以上半身的水平移动距离为0.416H×tan30°（男），0.396H×tan30°（女）。再考虑到洗脸时人体时处于自然放松的状态，根据表3-2中人体测量水平参数推荐修正值，人体处于自然松弛状态时站立高度修正值为-19mm，因此高度应减去19mm。住宅成员A的身高为1762mm，住宅成员B的身高为1651mm通过计算得到成员A上半身的水平移动距离为379.2mm，成员B上半身的水平移动距离为377.5mm。刷牙时，人体不会靠近洗脸盆，而是要与洗漱盆保持一定距离。通过现场观察，设置使用者A和B身体与洗手盆的距离为100mm。综上所述，A上半身的水平移动距离为379.2mm>(250mm+100mm)，B上半身的水平移动距离为377.5mm>(270mm+100mm)。其中，A住宅成员洗漱盆槽宽度为250mm，B住宅成员洗漱盆槽宽度为270mm如图3-1，3-2所示。通过以上分析，可以得出结论：住宅成员A，B在洗脸时，其冲洗水经常溅到水槽外的原因是洗漱盆本身不够宽。所以我们在设计洗漱台宽度时要注重与用户的联系性，其洗漱台设计面积不能只在于能使用还要考虑到是否实用以及效率高低的问题。因为洗漱台不止是用来洗漱，在它上面还存放着一些洗漱用具，所以我们在设计是即要考虑到如何降低水的飞溅，又要注重用户与洗漱台整体功能的协调，保证用户在一个较合适的状态下自然地与在洗漱台上的物品能进行交互。这时就要考虑到立姿作业的有效范围，其具体参数如图3-6所示。图3-5立姿作业的作业范围(单位mm)其中1为最舒适的作业范围，2为较有利作业范围，3为最大抓取范围，4为最大可及范围，图中最大可即范围是以肩关节为中心，臂的长度为半径(720mm)，所画的圆弧，最舒适作业范围是以300mm为半径所画的圆弧，当身体前倾是半径可增加到400mm。以此可以得到最大可及范围与前倾状态下最舒适作业范围的比例a=400/720(臂长)=0.56。又可由表2-2可知A用户立姿双肘平展开即立姿臂长等于875mm，而我们在洗漱台前进行相关作业基本避不开一定程度上的身体前倾，所以A住宅成员在洗漱台前作业时的最舒适作业范围为875×0.56=490mm，结合前面数据490mm>379.2mm>(250+100)mm,说明洗漱盆宽度在490mm时既能有效降低水的溅出，又能使住宅用户A在使用洗漱台功能时处于一个较舒适的状态，同理可得住宅用户B的洗漱盆最佳尺寸为454mm。基于人因工程学分析之后对洗漱盆的改善建议针对上述洗漱盆使用中存在的问题，分析后提出改进建议：家庭成员A使用的个人浴室洗漱盆高度度增加到1078mm，洗漱盆宽度增加到490mm，家庭成员B浴室使用的洗漱盆应增加到1014mm，洗漱盆宽度增加到454mm，此时既确保了住宅成员A，B在清洗时的舒适性，又有效降低了清洗水的飞溅。通过上文的研究分析得出的对于男性、女性的洗手盆的最佳高度。通过上文的研究分析得出的对于男性、女性的洗漱盆的最佳高度：男性：最佳高度=0.610H-100mm+10mm简化为关于X与Y的一元一次函数为：Y=0.610X-90……(3.1)对于公式(3.1),将男性的不同身高代入得到一个XY散点图，如下图3-7所示。图3-6男性身高与洗漱盆的高度的关系（单位：mm）女性：最佳高度=0.610H-100mm+10mm简化为关于X与Y的一元一次函数为：Y=0.612X-90……(3.2)对于公式（3.2),将女性的不同百分位数的身高代入得到以下XY散点图。图3-7女性身高与洗漱盆的高度的关系（单位：mm）基于以上散点图的分析，我们可以得到一个更有意义的建议：在选择洗脸盆时，如果你选择个人浴室的洗脸盆，可以将你的身高代入上述公式，得到适合个人的洗脸盆高度，从而选择洗脸盆的高度。基于人因工程的书桌设施的分析与改善随着科学技术在工作环境中的日益应用，职业健康问题日益突出。人们往往把注意力放在座椅的美观设计上，却很少考虑桌椅对坐姿和工作效率的影响。事实上，不科学的办公桌家具设计也是影响人体健康和工作效率的重要因素[13]。书桌在人们的生活中起着重要的作用。它是人们生活、学习、工作中不可缺少的一种家具。在办公过程中，人们的感知、行动、思维和情感都会与办公桌接触，产生各种各样的关系。这种关系我们称之为界面关系，我们称之为界面关系。思维和情感接触的部分称为人桌界面，包括信息界面、工具界面和环境界面。人表系统建立后，形成人表界面。例如，通过书桌学习时，人的眼睛、书桌和桌面形成一个视觉信息界面，同时，桌面和人的上肢相互接触，这就是人体产生各种感觉和体验，形成一个触觉界面[14]。因此，在设计书桌时，一定要充分考虑使用者的相关体型尺寸，如：书桌高度与肘部高度的关系；腿高与椅子高度、大腿厚度、大腿间隙等的关系。住宅成员书桌使用现状在A用户使用书桌的过程中，我们发现了书桌在使用中存在的一些问题，特别是书桌的高度带来的问题。在进行实地测量之后，收集了A用户卧室中书桌的尺寸：A用户书桌高790mm,桌长1100mm,桌宽490mm，桌下储物空间离地高度630mm；其实物图如图3-8所示。问题一：桌面宽度不够，住宅成员A在进行日常办公时，当放下一台笔记本电脑之后，无法在一个很舒适的距离状态下进行工作的开展。问题二：桌下空间不太够，容易磕到膝盖和挤压到大腿，桌下储存空间高度太低，存取物品不太方便。问题三：桌下空间深度不够，无法在一个舒适的状态下放置腿脚。其书桌具体参数即样式如图3-8所示：490mm490mm630mm790mm1100mm图3-8书桌实物图及其相关尺寸基于人因工程学书桌桌面分析基于水平作业设计分析：平作业范围是指人坐在工作台前，在水平面上方便地移动手臂所形成的轨迹。其设计原则需要考虑人手的活动范围、视野的范围以及台面上需要放置的物品和放置的方式等[15]。水平作业范围包括正常工作范围和最大工作范围如图3-8所示：①最大工作范围是指人的躯干前侧靠近工作面边缘时，以肩峰点为轴，上肢伸直做回旋远动时手指所触及的范围。此范围内静力负荷相对较大，如果长时间在这个范围内操作，很容易让人感到疲劳[16]。参照书桌的设计，此区域内应该放置一些使用频率相对较低的物品，如台灯、插座等；②正常工作范围是指上臂自然下垂，以肘关节为中心，前臂做回旋远动时手指所触及的范围。在此范围内，作业者可以舒适愉快地工作，可以放置经常使用的项目，如笔筒等。工作台面宽度视作业功能要求而定，一般若单供肘之用，最小宽度为100mm，最佳宽度为200mm;仅当写字用时，最佳宽度为400mm[17]。图3-9水平作业范围然而根据用户对书桌的使用说明来看，其功能不单单是供书写，还要满足可以无障碍地进行电脑的使用。由图3-10可以看出，一般人的坐姿的水平活动的范围是1500mm×600mm,实测得到家庭成员A卧室书桌的数据为1100mm×490mm，一般笔记本电脑的大小为230mm×300mm。笔记本的频繁使用区域大致占比为整个笔记本的四分之三，如果是在理想条件下进行办公，那么笔记本电脑的从下至上的四分之三切割线要保证与A住宅用户的正常作业范围线相切，A住宅用户的正常作业范围线由定义与图3-5可得为0.25H（H为A的身高），则在满足理想办公条件下办公桌的最低宽度应为：0.25H+0.25×230=497.5，其结果要大于A用户的书桌宽度即不能在舒适条件下进行办公。即使我们选择较低尺寸的电脑进行作业，其书桌的富裕空间也处于较低水平，使得书桌办公区域显得拥挤。对于该书桌的宽度设计我们采取最大作业范围为人体尺寸设计，因为最大工作范围是指人的躯干前侧靠近工作面边缘时，以肩峰点为轴，上肢伸直做回旋远动时手指所触及的范围，所以结合图3-5可得最大作业范围为0.346H，则Xa=0.346H=610mm。功能修正量f为穿衣厚度选取一般值12mm，心理修正量是为了消除“空间压抑感”，通过对使用者的主观意向访问选取Xa的十分之一即p=0.17Xa=104mm。则最终最佳功能尺寸Xopm=Xa+f+p=683mm,此结果即为书桌建议改善宽度。基于容膝深度设计分析：因为书桌是贴墙定制的，所以书桌的深度的设计还得考虑到容腿孔深度L，保证腿部的活动自由度和舒适度，也要保证小腿在最大前伸的情况下，仍有充分的空间来放置足部和小腿。室内空间中各种尺度的确定，都是依靠各种人体尺度作为依据和标准，体现“够得着的距离，容得下的空间”的运用原则，在设计中充分注意它对设计中各种问题的影响及影响程度，这样才更能在设计中体现“以人为本”。参考表3-10“成年人肢体主要活动范围和舒适姿势的调节范围”，小腿对大腿的前摆角度最大值为135°，考虑到穿衣服时候会使得该角度适当变小，所以在前摆舒适角度范围里取一个最大值120°，但为保证求得的该容腿孔的深度，能够足以保证小腿活动需求，加上余量5°最终确定最大前摆角度为125°[18]。表3-3部分成年人肢体主要活动范围和舒适姿势的调节范围身体部位关节活动状况最大角度最大范围舒适调节范围小腿对大腿膝关节前摆、后摆0～－135135-95～-120上臂对躯干肩关节（锁骨）外摆、内摆+180～-302100上摆、下摆+180～-45225+15～+35前摆、后摆+140～-40180+40～+90为了解题方便设置一下参数：L1：上图3-8小腿加足高的长度。L2：坐姿时大腿进入书桌下的距离。L3：足部超出小腿部分，通过现场测量取值180mm。L4：穿鞋修正量，一般情况下取20mm。根据以上条件分析，坐姿时小腿的最大前伸角度是125度，也就是在小腿与大腿垂直的情况下多出35度。当我们坐在书桌面前时通常会与书桌保持一定距离，在书桌前时胸部与书桌的距离存在间隙，这个时候我们大腿的一部分会进入了书桌底部空间。通过实测，家庭成员A在正常使用书桌时，胸部与书桌之间的距离通常为190mm，由下图可以看出，大腿进入书桌的距离为臀膝距（标号3.10）减去胸厚，再减去与书桌保持的距离190mm，由表2-1可知，L1=445mm；家庭成员A臀膝距为585mm，胸厚为212mm，则坐姿时大腿进入书桌下的距离距离L2=183mm;已知L3=180mm，L4=20mm。图3-10坐姿尺寸部位则容腿孔的深度:L=L1*tan35°+L2+L3+L4=640mm,此结果表示书桌建议改善宽度为640mm，这个结果与之前基于水平作业设计分析所得结果683mm差距不大，这也体现了设计的合理与可靠性。在条件允许范围内，如果注重空度富裕度，住宅用户A选取书桌宽度683mm可能会有更优的用户体验。基于人因工程学对书桌高度的分析桌面高度在设计上应该遵循的原则：坐姿工作面高度主要由人体参数和作业性质等因素决定。从人体力学的角度来看，作业者小臂接近水平或者稍微下倾放在工作台面上而上臂处于自然垂悬状态，是最适宜的操作方式，无论任何情况下，都不能令小臂上举的时间太久。所以一般把桌面高度设计在肘部以下50mm—100mm（轻作业，正常位置）。坐姿工作面的适宜高度往往与座椅高度密切相关，设计工作面高度时要考虑到操作者的腿部关节在工作面下的活动范围。要保证操作者的腿能在工作台面下处于一个较为舒适的状态。坐姿工作面的高度设计要考虑到下桌面和椅面之间的高度差，即差尺。差尺对于桌子的设计来说是一个重要的一个数据，差尺过大时，容易引起耸肩、肘部低于桌面、低头等弊端；差尺过小时，会使人驼背，腹部收到压力，引起肌肉紧张，照成疲劳等症状。桌面高度设计步骤：我们首先以第三原则为基础进行桌面高度设计，再结合一，二原则对数据进行辅助分析。最佳座面高度确认座椅的椅面高度一般来讲，是要稍微低于小腿加足高，这样才能使得全部脚掌着地，支撑起下肢的重量，同时能够方便下肢的移动，也减少了臀部所受到的压力，避免大腿受到椅子前沿的压迫。最佳座面高度尺寸H1的计算公式是：H1=Xopm=Xa+f+p……(3.3)Xopm为座面最佳功能高度尺寸，Xa为家庭成员A的“小腿加足高”尺寸，f为功能修正量，p为心理修正量Xa数据参照表2-1可得为445mm，功能修正量f的修正原因是鞋跟高度，一般鞋跟高度为25-38mm，通过对家庭成员A自身鞋跟高度的测量统计后，并考虑到家庭成员A在卧室穿鞋习惯，将鞋跟高度定为10mm，此处参考前文在洗漱盆的高度上设计的对于穿鞋功能修正量的选择，将功能修正量f定为10mm。这里的心理修正量受容膝空间高度影响，一般取负值以保证操作者在坐姿状态下腿面能与桌面保持适度距离，此处按照通常情况，将p定为-20mm。所以得到最佳桌面高度如下：H1=445+10-20=435mm差尺确认经研究实测统计，成年人桌椅最佳差尺H2为如下：（1）在桌面上进行书写时的高度差为H2=（坐姿上身高度H3-30）/3（mm）……(3.4)（2）在桌面上进行阅读以及其他的动作较为缓慢的操作时高度差为：H2=坐姿上身高度H3/3（mm）……(3.5)通过已测数据，家庭成员A的坐高为946mm，分别代入以上公式（3.4），（3.5）得到的=1\*GB3①H2=305mm；=2\*GB3②H2=315mm。由于家庭成员A在使用书桌时，大部分时间是进行阅读和打字动作，同时参考国家标准GB/T3326—1997规定桌椅差尺范围为：250mm-320mm,所以综合以上考虑，此处的H2取315mm。桌面高度确认表3-4容膝空间尺寸尺寸部分最小尺寸最大尺寸大腿空隙200mm260mm容腿孔深度660mm1000mm容膝孔宽度520mm1000mm容膝孔深度460mm660mm容膝孔高度640mm680mm桌面高度=座面高度H1+差尺H2+桌下储物空间高度H3这里的桌下储物空间高度H3等同于抽屉下沿至座面的高度，国家标准GB/T3326—1997规定:抽屉下沿至座面的高度应该不小于178mm这里取H3为180mm。。则最终桌面设计高度为：桌面高度=435+315+180=930mm验算：通过实测，家庭成员A的坐姿大腿厚为112mm，这样大腿间隙=930-180-435-112mm=203mm>200mm。显然，是符合上表3-4说的大腿间隙最小尺寸200mm。基于人因工程学分析之后对书桌的改善建议为了保证健康舒适地办公，读书，学习，根据以上分析，住宅成员A的书桌基于人因工程学的理论宽度，理论高度以及桌下储物空间理论高度分别为683mm,930mm,180mm。另外为了保证在使用笔记本电脑时有足够的桌面空间，国家标准GB/T3326-1997规定，普通写字台的长为1200-1400mm，宽为600-1200mm，所以综上所述，对于书桌桌面宽度度的改善建议:将书桌的宽度改为683mm，长度改为1300mm，高度改为930mm,桌下储物空间高度（抽屉高度）改为180mm。基于人因工程的书桌设施的分析与改善书架介绍:家庭成员B卧室里的书架是固定在书桌表面上方的，紧贴着书桌前方的墙。经测定书架离地高度为1297mm,书架宽度1150mm,书架深度200mm,书架层高290mm,其书架效果图如图3-11所示。290mm290mm1150mm200mm图3-11书架正视图书架使用问题现状问题1：书架的深度与书架层太低，有时候放置规格较大的书籍、杂志时会掉下去，甚至存在过于大的书籍放不进去的状况。问题2：书架离地高度太高，在坐姿情况下不能顺利抓取下层书架上的书籍。基于人因工程的书桌设施的分析在设计书架时应该考虑到的原则及标准[19]：（1）关于书架的深度，书架的深度应该要比书籍、杂志的宽度稍微大一些，如果书架的深度太浅不利于书籍、杂志的存放，有可能导致书籍、杂志从书架中掉落；如果书架深度过大，则会造成材料的浪费以及空间利用率变低影响到书桌的使用，也会给书籍、杂志的取放造成麻烦。（2）关于书架的搁板之间的高度差，即书架层高，层高通常要按照书本的高度再留20mm至30mm的空隙，方便取放书籍、杂志等，也有利于通风保存好书籍、杂志等。国家标准规定书架层间高不能小于220mm，当小于这个高度时，就放不下规格为32开本的书籍了，考虑到要存放较大规格的书籍、杂志等书籍或物品。书架层间高一般选择为300mm至350mm.（3）关于书架的宽度。书架宽度取决于受到存书数量、书架造型、书架所用材料等因素的影响。书架单体宽度一般范围是800mm至1200mm。（4）人坐在工作台前，手能够活动的三围空间，随着作业面的高度、手偏离身体中线到的距离和手举高的不同而变化。对它的活动范围起到决定性的因素有两个：作为转动中心的肩关节的高度，和作为空间半径长的手臂长度。图3-12坐姿抓握的尺寸范围里，50百分位数男性坐姿抓握半径为650mm，50百分位数女性抓握半径为580mm。坐在书桌前取放正前方书架上书籍、杂志时参考以上的抓握范围来分析家庭成员B卧室书架的高度是否合理。图3-12坐姿抓握的尺寸范围问题1解决方案:对于书架深度与书架层高的改善建议：国家标准规定书架层间高不能小于220mm，当小于这个高度时，就不能放下规格为32开本的书籍了，考虑到要存放较大规格的书籍、杂志等书籍或物品。书架层间高一般选择为300mm至350mm。为了保证规格较大的书籍或杂志能在书架上妥善存放，应当将书架深度由200mm改为250mm，书架层高改为320mm。问题2产生原因分析：图3-13坐姿状态下取放书籍动作简图将伸手取放书籍、杂志的动作以结构图示意。图3-13中，AD表示的是肩部高度到书架上书籍的水平距离。这里考虑到人坐在书桌前的时候，不会紧贴着书桌边沿，会保留一定的空隙，家庭成员A平时坐在书桌前使用笔记本电脑或者进行阅读时的观察和测量，将此间隙的取值定为200mm，又因为卧室的书架的深度为200mm，书桌宽度为610mm,所以肩部到书架的水平距离AD=桌宽+间隙距离-桌宽=610mm。DC则为家庭成员B坐姿时肩部离地的距离，该距离为家庭成员B座高（“小腿加足高”）与“坐姿肩高”之和，其数据由表2-1可直接得出：家庭成员B的“坐姿肩高”的值为590mm，“小腿加足高”数值为407mm,即为DC=997mm。BE为第一层书架与地板的垂直距离，其值为1297mm,则第一层书架至肩高的垂直距离AE=BE-AB=300mm。这样，在直角三角形ADE中，可以求出坐姿状态下成员B肩部到第一层书架的直线距离DE=√(AD2+AE2)=√(6102+3002)=679mm，家庭成员B的手臂长度实测为701mm，在取放书架时，这个动作因为书籍、杂志重量一般不大，平时取放大多通过食指和拇指的配合，即可以完成这个动作，根据赫兹伯格提出的修正值为用指尖按键时减去13mm，推键时减去25mm；用食指和拇指操作时减去76mm；用手抓握时减去127mm。所以此处的手臂长度应该减去76mm，这时候手臂长度修正为625mm<DE=679mm。由此可见住宅用户B在坐姿状态下手长小于肩到第一排书架的直线距离，即无法顺利地拿取到第一排书架上地物品。问题2解决方案由问题一解决方案可知，改善后的书架深度为250mm,则此时住宅用户B在坐姿状态下与书架深度有关联的一系列数据会发生相应变化，AD=610+200-250=560mm，DE=√(AD2+AE2)=√(5602+3002)=635mm。修正后的手臂长度为625mm,其值任然小于AD的值，即在书架深度改变之后，住宅用户B在坐姿状态下手长还是小于肩到第一排书架的直线距离，无法顺利地拿取到第一排书架上地物品。此情况下，要想在不改变书桌宽度的条件下拿取到第一排书架上的书籍，就只能降低书架高度。这里我们采取极限法，将书架第一层降到与书桌等高的高度上。此时E点与A点重合，坐姿状态下用户B肩部到书架的直线距离DE等于肩部到书架的垂直距离AD,使得DE小于修正手长，即能顺利拿取到正面第一排书架上的物品。考虑到坐在书桌前取放书籍、杂志时不是总是取放处于正前方的书架上的书籍、杂志，有时候得拿取书架上处于手左右边的书籍、杂志，所以此时要分析计算手臂左右摆动幅度上能够取拿的范围。图3-14右手臂向右摆动时的结构简图结合图3-14进行分析，现在以右手为例分析其活动范围，DF表示住宅用户B坐姿手长，当右手以D点为支点从F点向右摆动时直到F1处时，DA等于560mm，右手刚好能取放F1处的书籍、杂志等，此范围为右手最大有效活动范围。图中AF1=√（6252-5602）=278mm，实测得到家庭成员B肩宽为426mm（参照表2-1），住宅成员B坐在书桌前能够拿到第一层书架上的书籍、杂志的范围为278+278+426=982mm。此结果说明用户B在坐姿状态下，以自身为中心最大能拿取到左右两边491mm处的物品。当使用改良后的方案，伸手取放书籍、杂志的时候，手臂伸展的角度为0°，参照表3-5，该角度在舒适调节的范围内，说明改善后方案的动作合理性。表3-5上臂对躯干的主要活动范围和舒适姿势的调节范围单位：（°）身体部位关节活动状况最大角度最大范围舒适调节范围上臂对躯干肩关节（锁骨）外摆、内摆+180～-302100上摆、下摆+180～-45225+15～+35前摆、后摆+140～-40180+40～+90基于人因工程学分析之后对书架的改善建议建议如下：将书架第一层下表面移至与书桌等高的位置。将书架深度扩大至250mm,书架层高改为320mm。在书架第一层以使用者为中心点的982mm区域内，存放一些常用书籍或使用频率较高的物品，以便于处在坐姿情况下能够方便从第一层书架上取放物件。以上建议结果是基于具体用户的实际测量结果所得，为使改善方案普遍化，结合人体尺寸与身高H的关系给出以下结论。男性各部分尺寸与身高的比例关系女性各部分尺寸与身高的比例关系肘部高度0.610H0.612H手腕高度0.469H0.476H手指尖高度0.360H0.367H手臂长度0.455H0.443H坐姿肩部离地高度0.550H0.549H肩宽0.224H0.224H表4.4部分人体尺寸与身高H的比例关系随着室内设计的发展，家具、设施的种类也在不断的增加，家具、设施的形体、尺寸及组合布置是否符合人体工程学的要求，直接影响着我们的生活质量[20]。所以此处，为了能让使用书架的人使用时能够符合其身体尺寸。对于书架离地最大高度的建议：男性：Y=√((0.455*H-76)2-5602)+0.550H……(3.6)下图是针对男性而言，书架最大离地高度的建议值与身高之间的关系图。其中身高H是代入不同百分位男性的身高。图3-15男性身高与书架最大离地高度的关系图女性：Y=√((0.443*H-76)2-5602)+0.549H……(3.7)下图是针对女性而言，书架最大离地高度的建议值与身高之间的关系图。其中身高H是代入不同百分位女性的身高。图3-16女性身高与书架最大离地高度的关系图总结与展望本文的研究总结本文是基于人体工程学，对自己家庭的部分家具与家庭成员的身体主要尺寸进行对比分析，得出部分家具的设计导致家庭成员无法舒适、高效地使用，长期使用会给身体造成不同程度的损伤。在此基础上提出对设计上存在不足的洗漱盆、书桌、书架，提出相对应的改善建议。在分析过