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1、人机工程学概论,目 录,第一章 概论 第一节人机工程学的形成与发展 第二节人机工程学的基本概念与研究范围 第三节人机工程学的学科特性与相关学科第二章 人体动作与行为因素 第一节人体与物体尺度的行为关联 第二节人体与知觉心理的行为反映 第三节人体与作业环境的行为需求,第三章 人体动作空间与人性化设计第一节人体动作疲劳强度的适度考量 第二节人体动作空间环境的标准考量第四章 人机工程学的设计运用 第一节室内空间设计 第二节家具陈设设计 第三节无障碍设计,第四章 人机工程学的设计运用,第一节 室内空间设计第二节 家具陈设设计第三节 无障碍设计,一座椅设计（一）坐姿生理解剖基础1脊柱与椎间盘人体骨骼共有
2、206块，支撑头颅与全身的骨结构为脊柱、骨盆与下肢。脊柱共24节椎骨分为5个区段（颈椎7节、胸椎12节、腰椎5节、骶尾骨各1节）（图135）。,第二节 家具陈设设计,脊椎骨之间的软组织称为椎间盘。全部椎间盘的厚度约占脊柱总长度的14，其中以腰椎段的椎间盘为最厚，所以腰椎活动度较大。,2坐姿脊柱形态的变化及其生理效应 下图是人直立时脊柱的正常生理弯曲状态，应注意的形态特征是腰椎段向前凸出的弧形，曲度较大 （图136）。,坐姿引起的脊柱形态改变。坐姿时大腿鼓边带髋骨一起转动90。，从而带动整个脊柱曲度发生变化，而其中腰椎变化最大，腰椎由向前凸出变为向后凸出。此时腰椎骨间的压力不能维持正常，这对坐姿
3、的舒适性产生了影响。若座椅有靠背且有一定的后仰角度，使整个身体能较多地由靠背分担，那么脊柱变化对舒适性产生的影响则有所缓解，见图137。,3坐姿下的体压(1)椅面上臀部与大腿的体压 骨盆下两个坐骨粗大健壮，局部皮肤厚实，由此处承受坐姿的大部分体压比均匀分布更加合理。但压力过于集中，会阻碍微血管血液循环，局部神经末梢爱压过重也不好（图138）。,影响椅面上体压的主要因素是椅面软硬、椅面高度、椅面倾角及坐姿等。椅面软硬与椅面体压：人坐在硬椅面上，上身体重约75%集中在两坐骨骨尖下各25平方厘米的面积上，体压过于集中。硬椅面上加一层薄软的垫子，坐骨下的压力峰值将大幅度下降，可改善体压分布情况。但坐垫
4、太软、太厚，使体压分布过于均匀也不合适。座高与椅面体压：图139是3种不同座高下椅面体压分布的等压线图。,座面倾角及坐姿对椅面体压的影响：前倾坐姿（如打字）与后仰坐姿（如休息）的体压分布是不同的（图140）。,(2)腘窝的压力从大腿向小腿的血管和神经都从胭窝经过，且离体表较近，因此胭窝是对压力敏感的部位，此处受压时会造成小腿麻木，应避免。座面过高或过深都会造成胭窝受压（图141）。,4坐姿下的股骨、肩部、小腿与背肌(1)股骨与座面形状 椅面设计成与臀部形状一致时（较大的凹形），会使股骨两侧往上推移，髋部肌肉受压，造成不适，还是 接近平面的椅面要好。(2)肩部与扶手高度扶手明显高于坐姿肘高，会造
5、成肩部耸起，肌肉紧张，引起酸痛。适宜的扶手高度略低于坐姿肘高。下图分别表示扶手高度的适宜与否（图142）。,(3)小腿的支承与背肌正直端坐时，上身重忠在坐骨连线的前方25mm处，若读书写字等前倾操作时，重心会向前移，此时为了保持平衡，背肌受力很大且处于紧张状态，同时大腿受压增大。若小腿在地面获得支承，可降低大腿的体压和背肌紧张，而且轻松实现上身平衡。（二）座椅的功能尺寸座椅的功能尺寸和形态应随就座的目的要求而异，座椅可分为：工作座椅，简称工作椅。休息用椅，简称休息椅。办公室用椅、会议室用椅。,1座面（前缘的）高度(1)工作座椅工作椅座高的设计要点是：大腿基本水平，小腿垂直地获得地面支撑。胭窝不
6、受压。臀部边缘及胭窝后部的大腿在椅面获得“弹性支承”。符合上述要求的工作椅座高为：比坐姿胭窝高低1015mm。工作椅座高=膝胭高度+（女鞋20或男鞋25）一（裤厚6）- (1015) 5百分位女子坐姿胭窝高342，工作椅座高为342+ 20 -6- 10-346mm。 95百分位男子坐姿胭窝高448，工作椅座高为448+ 25 -6- 10=457mm。所以中国男女通用工作椅座高的调节范围：346mm457mm。一般工作椅座高400mm。同时，座高也与人的习惯有关。(2)其他椅子非工作椅座高与工作椅的要求不同。大部分非工作椅为了坐姿的舒适，座高宜比工作椅低一些，从会议室用椅、影剧院座椅、候车室
7、座椅、公园休闲椅、沙发、安乐椅到躺椅，座高可以依次降低。,2座面倾角(1)工作座椅前缘翘起的椅子用于读写，打字操作时将使胴窝附近的大腿体受压加大，实际上并不合适。后面翘起的椅子反而使椅面上的体压相对集中在坐骨骨尖位置，椅面体压分布更合理。图143是前倾工作时座面倾角与椅面体压的关系：,工作椅的合理座面倾角可简要归结为3条： 一般办公椅可取前缘翘起05度，推荐34度。 前倾工作用座椅可设计成后面翘起。为避免在上面坐不住、往下滑，可加一个软的膝靠，对膝部提供支承，如图144中的“平衡椅”和“云椅”。,新式办公椅应提供前倾工作和后倚放松的两种可能性，所以座面倾角应可自动调节（图145）。,(2)休息
8、椅休息椅多为椅面前缘翘起，越是以休息放松为主的座椅，前缘翘起角度越大。公交车等振动环境中的座椅为了防止在振动中下滑，也应使后倾角加大（见表39）。,3背靠的形式及倾角（图146、表40）,a工作椅：工作椅的靠背主要不是为了撑上身体，而是为了维持脊柱的良好形态，避免腰椎严重后凸。因此工作椅的靠背主要是腰靠，即在第三、四腰椎的位置上，提供尺寸、形状、软硬适当的顶靠物（腰靠高165210mm，无级调节）。,b休息椅：休息椅的靠背是后仰的，靠背功能的要点转向支承躯干的体重、放松背肌，宜在第八胸椎骨的位置提供倚靠。安乐椅、躺椅等长时间休息的用椅，为缓解颈椎的负担，最好能提供头枕。c办公椅：办公椅介于工作
9、椅和休息椅之间，可采用以支承躯干体重为主的靠背。(2)四种座椅靠背形式小原二郎）,4座深指座面前沿到后沿的距离，座深对人体坐姿的舒适度影响也很大，如座面过深，超过大腿长度，人体挨上靠背将有很大的倾斜度，腰部则缺乏支撑点而悬空，加剧了腰部的肌肉活动强度而致使疲劳产生。同时座面过深，会使膝窝处受压而产生麻木，而且也难以起立。座面过浅同样也是不利的，因此，座深设计应适中，通常座位应小于坐姿时大腿的水平长度，使座面前沿离小腿有一定距离(60mm)，以保证小腿有一定的活动自由。我国男子坐姿大腿水平长度为457mm，女子为33mm，所以座深为380420mm。同时，座深也与工作性质有关。工作椅由于工作时腰
10、椎一骨盘之间成垂直状态，所以座深可浅一些；而休息椅因为就座者小腿前伸，膝窝不易受压，同时增大座面面积能降低座面体压，所以座深可大些。但座深过大会让老年人起站起困难（图147）。,5座宽座宽根据人的坐姿及动作而定，往往呈前宽后窄的形状，座宽应使臀部得到全部支撑，并作适当的放宽，便于人体坐势的变换和调整。一般中国男子95%臀宽为334mm，女子为346mm，所以一般座宽应大于380mm。对于有扶手的靠椅，要考虑人体手臀的扶靠，以扶手的内宽作为座宽，其尺度以人体肩宽为依据（人体最大宽度男子95百分位为469mm），一般座宽应不小于460mm，但也不要过宽，以自然垂臂的舒适姿态为准（图148）。,6扶
11、手扶手功能主要有：用手臂支撑起座、调节体位，尤其是躺椅、安乐椅。支撑手臂重量，减轻肩部负担。对座位相邻者形成身体和心理上的隔离。扶手过高，会使肩部被耸起；扶手过低，起不到支撑大小臂的作用，均会使肩部肌肉受力紧张，应避免（图149）。 扶手高度宜略小于坐姿肘高（坐姿肘高，女5百分位为215mm，男95百分位为298mm）。一般扶手表面至座面高200250mm，同时，扶手前端略可升高。,表41 国标工作座椅一般人类工效学要求,（三）坐垫与靠垫1椅垫的生理学评价要素(1)椅垫的软硬性能（也就是力学性能或机械性能）。(2)椅垫材质对于体肤的生理舒适性。2椅垫的软硬性能硬椅面使局部体压过大，让人难受。椅
12、垫过厚过软，会使体压过于均匀，不利于通过活动作生理调节，既不舒适，还容易使人提不起精神。在硬座面上加一层薄软垫子，形成软硬适中的椅面方好（图150）。,3椅垫材质的生理舒适性（图151）(1)椅垫材质的皮肤触感：触感应柔软、暖和、粗糙而不是硬挺、僵冷、光滑。(2)椅垫的微气候条件：椅垫蒙面材料应该：透气性良好，能保持皮肤的干爽。保温性适当，不过强或过弱。表面不过于光滑，触感好。,二、工作面的高度与办公桌设计（一）工作面的高度工作面的高度是决定工作时的身体姿势的重要因素，不正确的工作面高度将引起身体的歪曲，以致腰酸背痛。不论坐着还是站着工作，都存在一个最佳工作面高度的问题，这里要强调的是：桌面高
13、度不一定等于工作面高度，因为工作物本身可能也有一定高度，如打字键盘。一般设为，手在身前工作时，肘部自然放下，手臂内收呈直角时，作业速度最快。研究表明：最佳工作面高度在人肘下76mm (50100mm)处（图152）。,工作面高度设计按基本作业姿势可分为：1站立作业站立作业的最佳工作面高度在肘以下50100mm处，男女平均肘高为1050mm、980mm，因此作业面高度男900950mm，女850950mm，同时作业面高度还受作业性质的影响。(1) 对于精密工作，作业面应上升到肘以上5 0100mm处，以适应眼睛观察距离。同时，给肘部一定支撑，以减轻背部肌肉静态负荷。（男10001100mm，女9
14、501050mm）(2)若作业体力强度大，作业面应降到肘以下150400mm处。对于不同的作此性质，必须具体分析其特点，以确定最佳工作面高度(男750900mm，女700850mm)（图153）。,站立作业面高度可按身材较高的人设计，此时身材较低的人可用脚垫抬高。也可以矮个为标准，此时身材较高的人要弯腰工作（图154）。,2坐姿作业一般坐姿作业：作业面高度应在坐姿时肘高以下50100mm处，同样在精密作业时，作业面高度必须增加，这是由于此作业要求手眼之间的精密配合。打字机工作面最低高度=膝盖高+尺活动空隙+工作面厚，其中尺为5070mm（图155）。,3坐立交替作业这种作业符合生理学和矫形学，
15、坐姿解除了站立时人的下肢肌肉负荷，而立姿可放松坐姿引起的肌肉紧张，所以坐立交替可解除部分肌肉的负荷，提高效率。 坐立交替设计要求见图1 56。坐、立交替作业可减少坐、立交换所需的热能。,4斜面作业人头的姿势要舒服，视线与水平线之间应有一定夹角，站立时为23。34。，坐姿时为32。44。由于视线倾斜的角度包括头的倾斜和眼球转动两个角度，实际的头倾斜角度为坐姿17。29。，站立8。22。但在实际生活中，由于设备的原因，头的姿势很难保持在这一角度，因此出现了作业面倾斜的设计。特别是作业面过低时，由于人的头不可能超过30。，人不得不增加躯体的弯曲度，所以倾斜桌面有利于保持躯干自然姿势，避免弯曲过度（图157）。,斜面作业设计要点：(1)高度和倾斜度可调。(2)桌面前缘高度应在6501300mm之间。(3)桌面倾斜度应在0。75。间可调。(4)由于桌面斜了，放东西就困难，这一点在设计中应予考虑。,（二）办公桌的功能尺寸1桌面高度（桌椅配合）桌面过高使人难受，它还是引起青少年近视的原因之一。桌面过低，则工作时脊柱曲度如大，腹部受压，妨碍呼吸和有关部位的血液循环，颈椎弯曲尤其厉害。桌高的确定方法：桌高=座高+桌面椅面高度差（桌高700760mm） 桌高=座高+桌椅高度差,
