第四章-家具設(shè)計中的人體因素

1、1,第四章 家具設(shè)計中的人體因素,2,在漫長的家具發(fā)展歷程中，對于家具的造型設(shè)計，特別是對人體機(jī)能的適應(yīng)性方面，大多僅通過直覺的使用效果來判斷，或憑習(xí)慣和經(jīng)驗來考慮，對不同用途、不同功能的家具，沒有一個客觀的科學(xué)的定性是分析的衡量依據(jù)，甚至包括宮廷建筑家具，不管是歐洲國王，還是中國皇帝使用的家具，雖然精雕細(xì)刻，造型復(fù)雜，但在使用上都是不舒適甚至是違反人體機(jī)能的。現(xiàn)代家具最重要的因素就是“以人為本”，用產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)創(chuàng)造新生活。,3,根據(jù)家具與人體的關(guān)系： 家具分為依靠家具、儲藏家具和人體類家具三種 不管是哪類家具都要根據(jù)人體的尺度和人體生理特征進(jìn)行設(shè)計。,4,第一節(jié) 工作面高度的設(shè)計,第二節(jié) 座

2、位的設(shè)計,第三節(jié) 床的設(shè)計,5,圖4-1 VDT辦公作業(yè)椅的尺度,第一節(jié) 工作面高度的設(shè)計,工作面是指作業(yè)時手的活動面。,工作面高度不等于桌面高度，因為工作物件本身是有高度的。,1. 工作面的高度,工作臺高度是指人的手在工作時相對于地面的高度。,6,1.1 肘部高度 對燙衣板高度與工作人員生理方面的關(guān)系作了實驗研究。實驗中使用了人的能量消耗、心跳次數(shù)、呼吸次數(shù)等指標(biāo)。多數(shù)受實驗者選擇燙衣板距肘下15Omm為宜。,1.2 能量消耗 對擱架作實驗研究。實驗結(jié)果表明，最佳的擱架高度是距地面1100mm。這個高度即為高出人體肘部150mm。使用這個高度的擱架能量消耗最小。當(dāng)擱架高度低于肘部時，隨著擱架

3、高度的下降，人的能量消耗增加較快。,實驗測定,7,1.3 手臂的位置,手在身前作業(yè)，肘部自然放下;手臂內(nèi)收呈直角時，作業(yè)速度最快，即這個作業(yè)面高度最有利于技能作業(yè)。,對食品包裝的研究的結(jié)果與以上觀點稍有不同，圖4-3。當(dāng)手臂在身體兩側(cè)，外展角度為823度，前臂內(nèi)收平放在工作臺上時，食品包裝的作業(yè)效能最高，即包裝速度快，質(zhì)量好，而且人體消耗的能量也隨之減少。,若座椅太低，上臂外展角度達(dá)45度時，肩承受了身體的平衡重量，將導(dǎo)致肌肉疲勞，所以作業(yè)效能下降，人體能耗增加。,8,技能作業(yè)主要以速度和精確度為標(biāo)準(zhǔn)。但人體工程學(xué)專家認(rèn)為還應(yīng)考慮疲勞和單調(diào)兩個因素。最佳的工作面高度是在人的肘下50mm。這個數(shù)

4、值是根據(jù)生產(chǎn)效率和工作人員的生理情況兩方面因素確定的。工作面在肘下2576mm是合適的。,結(jié)論：,（2）工作面的最佳高度略低于人的肘部。根據(jù)統(tǒng)計研究，人的肘部高度是人體高度的63%。,（1）工作面高度應(yīng)由人體肘部高度來確定，不同人的肘部高度是不一樣的，使用一個固定的數(shù)字來設(shè)計工作面高度不合理；,9,2. 站立作業(yè),工作面過高，人不得不抬肩作業(yè)。工作面太低，迫使人彎腰彎背，引起腰痛。 工作面高度要按身材高的人設(shè)計。,工作面的高度設(shè)計按基本作業(yè)姿勢可分為三類:站立作業(yè)：坐姿作業(yè)；站立作業(yè)；交替式作業(yè)。,10,最佳作業(yè)面高度為951O0厘米，女性的最佳作業(yè)面高度為8898厘米。作業(yè)性質(zhì)也可影響作業(yè)面

5、高度的設(shè)計。,站立作業(yè)的最佳工作面高度為肘高以下51O厘米。男性的平均肘高約為105厘米，女性約為98厘米。,11,12,（1）對于精密作業(yè)，作業(yè)面上升到肘高以上510厘米，以適應(yīng)眼睛的觀察距離。同時，給肘關(guān)節(jié)部一定的支承，以減輕背部肌肉的靜態(tài)負(fù)荷。,（2）對于工作臺，如果臺面還要放置工具、材料等，臺面高度應(yīng)降到肘高以下l0l5厘米。,（3）若作業(yè)體力強(qiáng)度高，例如需要借助身體的重量；作業(yè)面應(yīng)降到肘高以下1540厘米。,結(jié)論：,13,表4-1 站姿和坐姿時的作業(yè)面高（cm）,14,3. 坐姿作業(yè),對于一般的坐姿作業(yè)，作業(yè)面的高度仍在肘高(坐姿)以下5l0厘米比較合適。在精密作業(yè)時，作業(yè)面的高度必

6、須增加。在精密作業(yè)中，視覺距離決定了人的作業(yè)姿勢。,15,16,1）打字時的作業(yè)面高度決定于打字機(jī)的鍵盤高度和工作臺高度。降低工作臺的高度受到腿所必需的空間的限制。最低的工作臺高度可由以下公式求得：,LH=K十R十T式中LH一最低工作臺高度；K一臏骨上緣高(坐姿)；R一活動空隙，男性為5厘米，女性為7厘米；T一工作臺面厚度。,17,2）一般辦公桌的高度都應(yīng)在肘高以上。 辦公桌的高度還取決于另外兩個因素：椅面與桌面的距離和桌下腿的活動空間。前者影響人腰部姿勢;后者決定腿是否舒服。,一般而言，辦公桌應(yīng)按身材較大的人的人體尺寸設(shè)計，這是因為身材小的人可以加高椅面和使用墊腳臺。而身材較大的人使用低辦公

7、桌就會導(dǎo)致腰腿的疲勞和不舒服。,3）重要的和需要經(jīng)常注意的視覺工作必須設(shè)計在舒服的視線范圍內(nèi)。,18,19,4. 坐立交替式作業(yè),指工作者在作業(yè)區(qū)內(nèi)，既可坐也可站立。,可坐立交替地工作，符合生理學(xué)和矯形學(xué)的觀點。,20,一個坐立交替式作業(yè)的機(jī)床設(shè)計。有關(guān)尺寸如下;(1)膝活動空間: 30 x65平方厘米(2)作業(yè)面椅面: 3060厘米(3)作業(yè)面：l0012O厘米(4)座椅可調(diào)范圍，80100厘米,坐立交替設(shè)計還很適合需頻繁坐立的工作。例如美國UPS郵政車司機(jī)的座椅就比一般汽車司機(jī)的座椅高，它可以坐立交替，從而大大減輕了頻繁坐立的勞動強(qiáng)度。,21,5. 斜作業(yè)面,作業(yè)時，人的視覺注意的區(qū)域決定

8、頭的姿勢。頭的姿勢要舒服，視線與水平線的夾角應(yīng)在所規(guī)定的范圍內(nèi)。,坐姿時，夾角為32“44； 站姿時， 2334“。,由于視線傾斜的角度包括頭的傾斜和眼球轉(zhuǎn)動兩個角度，實際頭傾斜角度為站立822,坐姿1729。,22,(1)設(shè)計好的，軀體彎曲為79; (2)設(shè)計差的，軀體彎曲為1942;(3)設(shè)計好的，頭的傾角為2933;(4)設(shè)計差的，頭的傾角為SO36。,研究者根據(jù)人的作業(yè)姿勢，選出4張設(shè)計好的和4張設(shè)計差的繪圖桌進(jìn)行比較a通過測量發(fā)現(xiàn)如下結(jié)果：,當(dāng)水平作業(yè)面過低時，由于頭的傾角不可能過多超過30，人不得不增加軀體的彎曲程度。因此，繪圖桌的設(shè)計應(yīng)注意以下幾條要求，,(1)高度和傾斜度都可調(diào)

9、:(2)桌面前緣的高度應(yīng)在65130厘米內(nèi)可調(diào);(3)桌面傾斜度應(yīng)在075內(nèi)可調(diào)。,23,24,傾斜桌面有利于保持軀體自然姿勢，避免彎曲過度。傾斜桌面還有利于視覺活動。 放東西困難，設(shè)計時亦應(yīng)予以考慮。,可調(diào)工作臺是理想的人體工程學(xué)的設(shè)計。在輕負(fù)荷作業(yè)條件下，不同身高的人應(yīng)采用的調(diào)節(jié)高度如圖4-2所示。,25,第二節(jié) 座位的設(shè)計,原始人只會蹲、跪、伏，并不會坐，那么座椅是怎么產(chǎn)生的？經(jīng)過人類學(xué)家的研究，人類最早使用座椅完全是權(quán)力地位的象征，座的功能是次要的。以后座椅又逐步發(fā)展成一種禮儀工具，不同地位的人座椅大小不同。座椅的地位象征意義至今仍然存在。,26,座椅對人有以下的益處：1、 減輕腿部肌

10、肉的負(fù)擔(dān)；2、 防止不自然的軀體姿勢；3、 降低人的耗能量；4、 減低血液系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。,不正確的坐姿會影響健康，長期坐著的人，腹部肌肉松弛，脊柱變形彎曲，進(jìn)而影響消化器官和呼吸器官。,27,二、坐的生理學(xué),不正確坐姿不但不能減輕腰的負(fù)荷，反而加重負(fù)荷。椎間盤60%的大都有過腰痛的體驗，椎間盤退化可能會變得扁平;嚴(yán)重時粘液被擠出，造成一些組織和神經(jīng)受擠壓，引發(fā)各種骨盆部位的病癥以及腰部風(fēng)濕病，甚至腿癱瘓，,不正確的作業(yè)姿勢和坐姿可能加速椎間盤退化，引起上述種種病痛。,28,人體姿勢是決定椎間盤內(nèi)壓力的主要因素，椎間盤內(nèi)壓力過高是損壞椎間盤的直接原因。下圖是4種姿勢下惟間盤內(nèi)壓力。,29,座姿時的

11、脊柱,30,座姿時的脊柱,位置的變化改變了背椎受力狀態(tài)，因而造成了椎間盤內(nèi)應(yīng)力的增大。,31,保持脊柱的自然S形，人應(yīng)直腰坐著。在人直腰坐著時，椎間盤內(nèi)壓力比彎腰坐時小。但是，在坐著時適當(dāng)放松，稍微彎曲身體，可以解除背部肌肉的負(fù)荷，使整個身體感覺舒服。,身體稍微前傾的放松坐姿:有利于整個身體的平衡。,32,肌肉和椎間盤對坐姿的要求是矛盾的。直腰坐有利于降低椎間盤內(nèi)壓力、但肌肉負(fù)荷增大:彎腰坐有利于肌肉放松，卻增加了椎間盤的內(nèi)壓由力。所以背傾角、靠背傾角和靠背的形狀都可影響椎間盤和背部肌肉。,33,(1)人的背后仰和放松時，椎間盤內(nèi)壓力最小;,結(jié)論,(2)靠背傾角越大，肌肉負(fù)荷越??；,(3) 5

12、厘米厚的短靠腰(靠住腰部，也叫低靠腰)。與平面的靠背相比，可降低椎間盤壓力，減輕肌肉負(fù)荷;,(4)靠背最佳傾角為120“，坐面最佳角度為14”，靠背應(yīng)有5厘米厚的低靠腰。當(dāng)靠背傾角超過110后，傾斜的靠背支承著身體上部分的重量，從而減小了椎間盤內(nèi)壓力。,34,與座位有關(guān)的舒適程度和功能效用是它們的設(shè)計與人體的結(jié)構(gòu)及生物力學(xué)關(guān)系所構(gòu)成的。座位的用途不同顯然要求不同的設(shè)計，但仍然有一些一般的準(zhǔn)則。,座高,座深,座寬,斜度,扶手高度,重量分布,側(cè)面輪廓,一、一般座位設(shè)計的原理,35,人坐著時，大腿和上肢的重量必須由座面來支撐，人的骨盆下面有兩塊小面積的圓骨能支持上身的大部分體重。座面上的臀部壓力分布

13、應(yīng)是在坐骨結(jié)節(jié)處最大，并由此向外，壓力逐步減少，直至與座面前緣接觸的大腿下部，此處壓力最少。 坐骨下面的座面應(yīng)近似水平，以使股骨不承受過分的壓迫，斗形的座面或座面過于松軟會使股骨趨于向上轉(zhuǎn)動而受力，從而引起不舒適感。,1. 舒適座椅的探討,36,座椅的硬度及形狀； 背墊的硬度及形狀； 背墊與座墊的關(guān)系； 身體支撐的舒適度和座面的舒適度； 座椅的通氣程度等。,舒適座椅可分下列各部分來探討：,37,38,人的軀干重量應(yīng)有坐骨、臀部及脊椎支撐； 上身應(yīng)保持穩(wěn)定； 座位的高度應(yīng)不使大腿肌肉受壓； 可以變換或調(diào)節(jié)坐姿，座面高度應(yīng)與桌面相配合，盡量減少身體的不舒適感。,2、座椅尺寸設(shè)計應(yīng)遵循以下原則：,3

14、9,座椅的高度,根據(jù)工作面高度決定坐椅高度。決定坐椅高度最重要的因素是造成人的肘部與工作面之間有一個合適距離是275士25mm，在這個距離內(nèi)，大腿的厚度占據(jù)了一定高度。,當(dāng)上半身有了好的位置后，再注意到下肢。舒服的坐姿是大腿接近水平以及兩腳被地面所支持。由于考慮到工作面的需要,可能椅子高度造成人腳達(dá)不到地面，這時應(yīng)該使用腳墊。通常的高度是375至400mm為宜。,座高,40,座深,座位的深度與寬度應(yīng)該取決于座位的類型，一般情況下，深度應(yīng)該適應(yīng)小個子，高度應(yīng)該適應(yīng)大個子。,座椅的深度要恰當(dāng)。如果座椅太深，座者不能靠背。通常的深度是375400mm為宜。不應(yīng)超過430mm。,座深應(yīng)使臀部得到全部的

15、支撐，同時要求座面的前沿不過分伸出，以防止擠壓小腿，而且座面前沿離開小腿一定的距離，以保證小腿的靈活性。,41,座位的深度與寬度,座椅的寬度是以寬為好。寬的座椅允許坐者姿勢可以變化。最小的椅子寬度是400mm再加上50mm的衣服和口袋裝物的距離。對于有靠手的座椅，兩靠手之間的距離最小是475mm。不會妨礙手臂的運(yùn)動。,座寬,因此，座寬應(yīng)比人的肘間寬稍大一些，530mm的座寬能滿足人的需要。,42,靠背,靠背應(yīng)適當(dāng)?shù)闹С盅?，使腰關(guān)節(jié)能自由運(yùn)動，靠背壓于腰部的面積愈寬愈好。,椅子靠背應(yīng)該在水平和垂直兩個方向均可調(diào)節(jié)?？勘尘哂袕椈勺饔?，可以隨人體背部的移進(jìn)移出而相應(yīng)移動。有的座椅靠背能支持人的肩部

16、以及腰部，具有較高的高度合成凹面形狀，給整個背部較大面積的支撐。,工作坐椅，人的肘部會經(jīng)常碰到靠背，所以靠背寬度以不大于325375為宜。簡單靠背的高度，大約125就可以了。對于工礦用椅，靠背與座椅面之間的角度為95110之間，一般以100為宜。,43,當(dāng)一個人坐在椅子內(nèi); 身體的重量集中在兩塊坐骨的小范圍內(nèi)。下圖給出了坐椅所受到的壓力分布。,重量分布,重量的分布,44,軟的坐墊可以增加接觸表面，從而減小壓力分布的不均勻性。一般坐墊高度是25mm。,45,使主要的重量是圍繞使用者座骨結(jié)節(jié)的面積來承受。太軟太高的座椅造成身體不易平衡和穩(wěn)定，反而不好。椅子表面的材料應(yīng)采用纖維材料，既可透氣，又可減

17、少身體下滑。不要采用塑料面，塑料面不透氣，表面太滑，使人穿著感到不舒服。,身軀的穩(wěn)定性,身體的穩(wěn)定性也可以靠手來幫助，如果需要手臂支撐，可以把手臂放在桌子上，手臂下面還可以放小的墊子。對于有靠手的座椅，靠手高度自椅面以上200為宜，應(yīng)該是能使手臂自然的垂下的高度，靠手太高是錯誤的設(shè)計。,46,側(cè)面輪廓,座椅的復(fù)雜程度以及它與人的關(guān)系大不相同。但對人體影響最大的是座椅的側(cè)面輪廓。,在座椅的設(shè)計過程中，必須進(jìn)行實驗來確定座椅的側(cè)面輪廓。用來休息的座椅，稱為休息椅。由于椎間盤內(nèi)壓力和肌肉疲勞是引起不舒服感覺的主要原因，因此，座椅的側(cè)面輪廓若能降低椎間盤內(nèi)壓力和肌肉負(fù)荷，并且降到盡可能小的程度，就能產(chǎn)

18、生舒服的感覺。,當(dāng)靠背傾角達(dá)到110時，人體的肌電圖的波動明顯減少。越躺下，越感覺到舒服，完全躺下就是床的設(shè)計。,47,休息椅,圖5-19 頭部支撐位置,(2)靠背傾斜角度,a，相對于坐面為105110b，相對于水平面為11Ol30,(3)靠背應(yīng)有墊腰的凸緣，凸緣的頂點應(yīng)在第3腰椎骨與第4腰椎骨之間的部位，即頂點高干坐面后緣1018厘米。墊腰的凸緣有保持腰椎柱自然曲線的作用。,(1)為防止臀部前滑，座面后傾一個角度，一般為14-24,48,1）輕度休息椅 座面高330360mm 座面傾角510 靠背傾角110 靠背較高 適宜長時間會議和會客用。,圖5-16 輕度休息椅設(shè)計尺寸（mm）,49,2

19、）中度休息椅 座面高280340mm 座面傾角510 靠背傾角110115 靠背更高些 適合于家庭客廳和會議室長時間休息和會客用 。（沙發(fā)）,圖5-17 中度休息椅設(shè)計尺寸（mm）,50,座面高210290mm 座面傾角1523（較大） 靠背傾角115125 靠背更高 一般有頭靠和腳凳，可用于輕度睡覺使用。,3）高度休息椅,圖5-18 高度休息椅設(shè)計尺寸（mm）,51,轉(zhuǎn)軸可使椅子轉(zhuǎn)動，增加了坐者能伸手達(dá)到的范圍，還能使坐著接近或者離開工作對象，而不需要前后移動椅子。 對于要操作腳踢開關(guān)的工作人員，不要使用轉(zhuǎn)椅。,其它要求,52,工作椅,人工作時坐著的座椅叫工作椅。人在工作時，身體前傾，凸緣支

20、承住腰部；而放松休息時，人體后靠，靠背又保持了脊柱的自然“S”形曲線。工作椅并不一定需要靠背，工廠車間和醫(yī)院的工作椅一般就沒有靠背。而辦公室的工作椅一般需要靠背，這取決于工作性質(zhì)。,53,大多數(shù)人喜歡高靠背工作椅。設(shè)計工作椅應(yīng)注意：,(l)高度可調(diào)。辦公椅的高度調(diào)節(jié)范圍為38與53厘米；(2)可防止座椅滑動和翻到。椅腳應(yīng)設(shè)計5個，平分在直徑為4045厘米的圓周上。,(3)給人留有足夠的活動空間。需要經(jīng)常站起的座椅采用小腳輪。(4)保證腿的活動空間，以減輕腿的疲勞!,(5)座面應(yīng)為4045厘米寬， 3842厘米長，座面中部稍微下凹，前緣呈弧曲面，座面后傾4“6”。(6)座面的材料應(yīng)透氣不打滑;以

21、增加坐面的舒服感;,54,人們坐的方式。右圖是261個男性和117個女性辦公人員的習(xí)慣坐姿。,辦公人員的坐姿設(shè)計：,55,(1)座椅高度為3854厘米能使軀體上部感覺舒服;(2)造成大腿疼痛的原因主要是工作時體重在大腿上，其次是座椅的高度;(3)如果座椅可調(diào)并備有腳墊臺，桌子高度應(yīng)為7478厘來，以提供最大的調(diào)節(jié)范圍。(4) 57%的坐姿工作人員有腰痛癥狀;(5)肩痛和頸痛的占24，手和手臂痛的占15，多數(shù)打字員抱怨桌子太高;(6)在坐著工作人員中:有29%的有膝痛和腳痛的癥狀，大多數(shù)是身材不高的人，這是因為沒有墊腳臺，人只好坐在椅子前緣;(7)無論身材大小，絕大多數(shù)大都希望座面要低于桌面27

22、30厘米，人傾向于優(yōu)先保證軀體部分的自然姿勢;(8)倒靠背上的時間占整個工作時間的42%，說明靠背的重要。,56,第三節(jié) 臥具的設(shè)計,57,一、睡眠的生理,與睡眠直接相關(guān)的臥具的設(shè)計-我們一般也主要是指床的設(shè)計，就非常重要了。就像椅子的好壞可以影響到人的工作生活質(zhì)量和健康狀況一樣，床的好壞也同樣會產(chǎn)生這些問題。,58,人在睡眠時的身體活動空間大于身體本身；,是對睡眠的研究發(fā)現(xiàn)人在睡眠時身體也在不斷的運(yùn)動。而睡眠深度與活動的頻率有直接關(guān)系，頻率越高，睡眠深度越淺。,59,人在睡眠時的身體活動空間大于身體本身。,二、床的尺寸,60,47cm的寬度大于人體的最大尺寸，但并不是理想的。70cm只是滿足了最低限度。,1.寬度,科學(xué)家們進(jìn)行了不同寬度的床與睡眠