學(xué)生座椅設(shè)計(jì)中的人體工程學(xué)理念分析研究 機(jī)械工程專業(yè)

學(xué)生座椅設(shè)計(jì)中的人體工程學(xué)理念摘要：本文運(yùn)用人體工程學(xué)原理與統(tǒng)計(jì)學(xué)、設(shè)計(jì)心理學(xué)等相關(guān)學(xué)科相結(jié)合的方法，綜合了文獻(xiàn)法、比較分析法、觀察法、實(shí)測法、調(diào)查研究法和數(shù)理統(tǒng)計(jì)法，對現(xiàn)在使用的學(xué)生座椅進(jìn)行調(diào)查分析與研究。首先研究了學(xué)生使用群體的生理及心理方面問題，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果建立了人體坐姿尺寸數(shù)據(jù)庫。同時(shí)根據(jù)相關(guān)課題項(xiàng)目，測量了學(xué)生們的人體尺寸，并進(jìn)行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，最終為學(xué)生座椅設(shè)計(jì)提供了一套完整、全面、科學(xué)合理的統(tǒng)計(jì)參數(shù)。關(guān)鍵詞：人體工程學(xué);學(xué)生座椅;設(shè)計(jì);統(tǒng)計(jì)隨著我國社會(huì)市場經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，學(xué)生的學(xué)習(xí)生活節(jié)奏不斷加快，來自于社會(huì)、家庭、學(xué)習(xí)等方面的壓力變得越來越大，因此一個(gè)舒適、健康的學(xué)習(xí)環(huán)境對學(xué)生來說至關(guān)重要。近年來，制造商們生產(chǎn)了各式各樣的適合于學(xué)生使用的學(xué)習(xí)設(shè)施，使學(xué)生在心理及生理等諸多方面都得到了極大的滿足。目前學(xué)校中使用的各種學(xué)習(xí)設(shè)施雖然在不斷改進(jìn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)效率也得到了一定得提高，但仍然有不少學(xué)校忽略了座椅對學(xué)生成長及學(xué)習(xí)的重要性。根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，學(xué)生使用座椅的時(shí)間占在教室時(shí)間的80%。調(diào)查問卷顯示，75%以上的學(xué)生對現(xiàn)在使用的座椅并不滿意，如果座椅的設(shè)計(jì)不夠不合理，會(huì)影響到學(xué)生的身體健康及學(xué)習(xí)效率。因此，在設(shè)計(jì)學(xué)生座椅時(shí)引用人體工程學(xué)原理，會(huì)使設(shè)計(jì)產(chǎn)品更加舒適，更適合學(xué)生使用。一、學(xué)生座椅的設(shè)計(jì)目的應(yīng)該把使用價(jià)值作為學(xué)生座椅設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)，合理的結(jié)構(gòu)作為設(shè)計(jì)的著手點(diǎn)，其功能的完善性和優(yōu)化性應(yīng)得以重點(diǎn)體現(xiàn)，不盲目追求形式感，要在功能特征實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上建立外觀造型，更多的體現(xiàn)出實(shí)用性和美觀性相結(jié)合的特點(diǎn)，使座椅能更好的適合學(xué)生使用[1]。將人體工程學(xué)原理和人體測量尺寸作為學(xué)生座椅設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，重點(diǎn)突出實(shí)用性、科學(xué)性，在學(xué)習(xí)過程中使學(xué)生們不存在生理上的不適感，能夠有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。二、學(xué)校座椅使用人群的生理及心理特征學(xué)生在學(xué)校的學(xué)習(xí)階段正是人生成長的黃金時(shí)期，活潑好動(dòng)、思維活躍，情緒易波動(dòng)、獨(dú)立性差、爭強(qiáng)好勝，對周圍事物充滿著好奇心等是他們這個(gè)時(shí)期的主要特點(diǎn)。因此對于學(xué)生座椅的設(shè)計(jì)更應(yīng)該從學(xué)生的實(shí)際需要出發(fā)，設(shè)計(jì)應(yīng)更加注重人性化。疲勞是指人體機(jī)能下降、感官疲勞和效率變化的現(xiàn)象，是人體內(nèi)分解代謝和合成代謝不平衡的外在表現(xiàn)，主要分為精神疲勞、肌肉疲勞和生物疲勞[2]。日本產(chǎn)業(yè)衛(wèi)生學(xué)會(huì)的疲勞研究會(huì)提供的就曾對自覺癥狀進(jìn)行了分類，并給出了引起疲勞的主要原因：疲勞是由身體因子（Ⅰ）、精神因子（Ⅱ）、感覺因子（Ⅲ）構(gòu)成的。如果座椅的設(shè)計(jì)不合理會(huì)導(dǎo)致學(xué)生出現(xiàn)以下癥狀：腰椎損傷、頸椎損傷、肩部損傷、背部肌肉損傷、視力下降等。除了對學(xué)生生理方面的傷害以外，學(xué)生的心理也會(huì)受到極大的影響，由于座椅不夠舒適使學(xué)生容易疲勞，上課聽課時(shí)將不能集中注意力、心情容易煩躁，精神萎靡等，更有甚者會(huì)產(chǎn)生抑郁的情緒。由以上分析可見座椅設(shè)計(jì)的合理性對學(xué)生生理及心理方面都起著至關(guān)重要的作用。本文將結(jié)合人體工程學(xué)原理為設(shè)計(jì)合理的學(xué)生座椅提供有力的參考。三、人體工程學(xué)在學(xué)生座椅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用在學(xué)生座椅設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意兩個(gè)問題：一、要將尺寸修正量引入到人體測量數(shù)據(jù)的應(yīng)用中來，這樣才能獲得合理的產(chǎn)品功能尺寸；二，在設(shè)計(jì)過程中要靈活運(yùn)用和處理這些數(shù)據(jù)，要合理選擇人體尺寸測量標(biāo)準(zhǔn)。1.尺寸修正量的使用本文中的人體尺寸數(shù)據(jù)在測量時(shí)要求被測者不穿鞋襪、衣著單薄，同時(shí)要求被測者豎直站立、挺直端坐保持標(biāo)準(zhǔn)姿態(tài)。然而在學(xué)生的日常學(xué)習(xí)和生活中，既要穿鞋襪，又會(huì)根據(jù)不同的天氣季節(jié)選擇穿不同厚度的衣服，這些都與人體測量的標(biāo)準(zhǔn)條件不能保持一致，這些都會(huì)使測量結(jié)果發(fā)生偏差，而尺寸修正量的引入恰好解決了這一問題。尺寸修正量由功能修正量和心理修正量兩部分組成。（1）功能修正量功能修正量是為保證產(chǎn)品功能的有效實(shí)現(xiàn)，對作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)依據(jù)的人體尺寸所標(biāo)定的尺寸修正量。主要有姿勢修正量、穿著修正量、操作修正量三方面內(nèi)容，以下為一些國家標(biāo)準(zhǔn)GB/Tl2985－1991中的數(shù)據(jù)參考。1）姿勢修正量姿勢修正量是指人們?nèi)粘W(xué)習(xí)和生活過程中時(shí)，在全身處于自然放松狀態(tài)下，姿勢不同所引起的人體尺寸變化。2）穿著修正量a）穿鞋修正量：直立時(shí)身高：女生加20mm，男生加25mm；b）穿著衣褲修正量：坐姿時(shí)坐高、肩高、肘高、眼高等加6mm；臀寬、肩寬等加13mm。3)操作修正量操作修正量是為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能所需的修正量。具體計(jì)算時(shí)應(yīng)該考慮多種設(shè)計(jì)參數(shù)，例如：生產(chǎn)操作頻率、性質(zhì)、復(fù)雜程度以及操作過程中所要求的靈活性及活動(dòng)范圍；同時(shí)要考慮工作服、障礙物等造成的影響；具體操作過程中，人體所處的位置和行動(dòng)；在進(jìn)行操作時(shí)可能會(huì)有多個(gè)同時(shí)操作人員相互干擾的現(xiàn)象存在。對于學(xué)生使用座椅這一具體活動(dòng)而言，應(yīng)根據(jù)具體的使用情況，適當(dāng)加放修正量，以實(shí)現(xiàn)座椅的使用功能。（2）心理修正量心理修正量是為消除工具使用時(shí)的壓抑感和恐懼感，或?yàn)楸ＷC外形美觀等心理因素而加的修正量。心理修正量通常根據(jù)實(shí)際需要和條件許可兩個(gè)因素而定。在根據(jù)生理尺寸設(shè)計(jì)學(xué)生座椅的同時(shí)，利用心理修正量消除壓抑感，盡可能滿足學(xué)生對心里空間感的需求?？傊?，人體尺寸數(shù)據(jù)引入的各種尺寸修正量可能是正值也可能為負(fù)值，總尺寸修正量是各修正量的代數(shù)和，即：尺寸修正量＝功能修正量＋心理修正量＝穿著修正量＋姿態(tài)修正量＋操作修正量＋心理修正量。2.學(xué)生桌椅的功能尺寸設(shè)計(jì)學(xué)生座椅的功能尺寸參數(shù)主要依據(jù)國家的標(biāo)準(zhǔn)是GB10000-88《中國成年人人體尺寸》和1993年頒布的國家標(biāo)準(zhǔn)GBT/13547—92《工作空間人體尺寸》[3]，這些設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)都不夠科學(xué)合理，大多數(shù)學(xué)生座椅是不符合學(xué)生人體尺寸數(shù)據(jù)的。本文結(jié)合學(xué)生的生理、心理特征、學(xué)生群體的人體尺寸測量結(jié)果以及坐姿舒適性分析，總結(jié)出符合學(xué)生實(shí)際需要的座椅功能尺寸標(biāo)準(zhǔn)。2.1座椅高度座高即座椅前沿至地面的垂直距離，是影響坐姿舒適度的重要因素之一，如果座椅的座高不合理會(huì)導(dǎo)致學(xué)生的坐姿不正確。座高過高，則兩腿懸空不能與地面接觸，體壓部分集中在大腿部分，壓迫大腿血管，影響血液循環(huán)，坐的時(shí)間長了會(huì)產(chǎn)生麻木感。座高過低，會(huì)使膝蓋拱起，體壓部分分散在坐骨上，久而久之會(huì)產(chǎn)生疼痛感。適宜的座椅高度應(yīng)該使就坐者小腿自然垂直，此時(shí)大腿接趨于水平，腳掌平放于地面，由于地面帶給小腿的支撐，大大降低了大腿的體壓及背肌緊張，保證了上身平衡穩(wěn)定。當(dāng)座面高度與人體的小腿加足高尺寸接近時(shí)，有助于座面體壓的合理分布，因此，座面高度設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格地遵照人體坐姿尺寸中的小腿加足高數(shù)值。2.2座面寬度人體臀部尺寸加適當(dāng)?shù)幕顒?dòng)范圍決定了座面寬度。學(xué)生座椅的座面寬度設(shè)計(jì)要考慮那些高大健壯的學(xué)生需求，因此不能過窄，應(yīng)視人體測量尺寸的臀寬而定。通常座寬的設(shè)計(jì)以女性臀寬尺寸的第95百分位為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。座寬一般大于等于380mm。3.座面傾角由于學(xué)生在上課、自習(xí)時(shí)，身體長時(shí)間保持前傾讀寫姿勢。若座面前緣是凸起的，大腿接近腘窩處會(huì)產(chǎn)生極大的體壓，同時(shí)腹部也會(huì)受到不良擠壓。前傾坐姿時(shí)，大腿與上身角度大于90°時(shí)，座面的體壓分布比較合理。所以根據(jù)學(xué)生前傾坐姿的需要，學(xué)校座椅的座面傾角一般為-5o。4.座椅靠背學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，除去前傾讀、寫的姿勢，就是后仰看、聽的姿勢。后仰時(shí)，座椅靠背可以使軀干得到支撐，承受分擔(dān)一定的體壓負(fù)荷，減輕對腰椎、臀部及下肢壓力；身體的后仰支撐使學(xué)生不必仰頭來看黑板或屏幕，大大減輕了頸椎的不適感。Luaus在研究了姿勢變化與腰椎壓力間的關(guān)系得出，一個(gè)體重70kg的人，第三腰椎承受的壓力，直立時(shí)為100kg，而坐姿時(shí)可達(dá)130kg?？梢?坐姿時(shí)脊柱負(fù)擔(dān)明顯加重。通常人們會(huì)認(rèn)為坐著舒服，這只是單純對腳而言，此時(shí)腰部一直處于不舒適狀態(tài)，所以座椅靠背在腰部有支承很重要[4]。據(jù)調(diào)查顯示，我國成年人腰椎部中心位置通常位于座位上230～260mm處，靠背點(diǎn)高度即距離座面尺寸230～260mm相對適宜，比國家標(biāo)準(zhǔn)略微高些。學(xué)生座椅的靠背傾角同國家標(biāo)準(zhǔn)，以95°-100°為宜。由此可見，大部分學(xué)校座椅無靠背點(diǎn)設(shè)計(jì)，顯然不合理。普通教室部分型號的座椅為248±5mm，較為合理。而為了更多的分散背部重量，靠背高度需高于靠背點(diǎn)高度，靠背高度以350～400mm為宜，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)≥340mm。表4為某高校座椅功能尺寸實(shí)測結(jié)果。表1某高校座椅功能尺寸實(shí)測結(jié)果單位：mm功能尺寸普通教室座椅多媒體教室座椅圖書館教室座椅座面高450542544326座面深4157410944010座面寬395543064408座面傾角10113四、結(jié)論總之，在設(shè)計(jì)學(xué)生座椅時(shí)即要滿足各項(xiàng)功能，又要充分考慮學(xué)生們的心里需要。科學(xué)合理的學(xué)生座椅應(yīng)基于人體測量尺寸的測量數(shù)據(jù)，遵循人體工程學(xué)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，使學(xué)生減少疲勞感，有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，保證學(xué)生的生理及心理的健康成長，避免由于不合理的座椅設(shè)計(jì)導(dǎo)致的各種疾病。給學(xué)生們一個(gè)舒適、健康的學(xué)習(xí)環(huán)境，緩解學(xué)習(xí)壓力，減少因長期保持坐姿所引起的疾病，最終實(shí)現(xiàn)美觀、科學(xué)、功能為一體的設(shè)計(jì)宗旨。參考文獻(xiàn)[1]程