安全人机工程学课程设计

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1、【摘要】 火车是人们出行必不可少的交通工具之一。2007 年第六次铁路大提速以及大 量高速铁路的通车运营，动车组列车成为铁路客运的重要组成部分，而受限与铁路线路 和我国国情，普速列车在未来十几年内仍旧是我国铁路的客运主力。随着科技和生产力 的发展，人们对生活、休息和出行质量的要求不断提高，对火车的舒适性也提出了更高 的要求。然而我国各型旅客列车硬卧车厢设计都有很多不合理之处，尤其是上铺的狭小， 使人们在旅途中的舒适感大打折扣。在新闻报道中，也常见乘客因车厢设计不合理而受 伤的案例。一些车厢内的灯光、空调的布置及色彩搭配的不合理，不利于缓解乘客长途 旅行的疲劳，甚至还可能影响到旅客的休息。为了让

2、乘客在在旅途中获得更舒适满意的 体验，有必要从人机工程学的角度对列车卧铺车厢内部设施的设计和布置进行一定的讨 论和研究。本次课程设计的首要任务是满足安全性的要求，结合我国普通列车硬卧车厢的实际 情况，根据人体学尺寸、生理心理以及生理力学特性，对硬卧车厢内的设施进行安全人 机设计与优化。主要包括车厢内设施的安全性分析，车厢内部设施的安全性设计，以及 车厢内的色彩环境、光环境、声环境等方面的分析与优化。其中，从安全人机工程学的 角度着重对硬卧车厢内的舒适性和安全性进行研究。在前期调查过程中，发现的主要问题有：上铺空间较小乘客活动不便；车厢内照明 灯光的布置及选择不合理，影响乘客休息；厕所门设计不合

3、理，存在安全隐患等。关键词】 人机工程学、铁路运输、硬卧车厢、设计目录第一章绪论 11.1设计的背景及意义 11.2设计的主要内容 11.3目前我国铁路硬卧车概况 2第二章车厢内部设施的安全性分析 3第三章车厢内部设施的安全性设计 53.1人体尺寸 53.1.1人体静态尺寸 53.1.2人体动态尺寸 53.2铺位的优化设计 63.3过道及行李架的设计 83.4厕所门的安全性设计 10第四章车厢内部环境的分析与优化 114.1车厢内光环境的优化、照明设施的布置 114.2车厢内色彩环境的优化 114.3车厢内噪声的分析与优化 13第五章结束语 14参考文献 16第一章 绪论1.1 设计的背景及意

4、义人机工程学是一门专门研究人与系统其他元素之间的相互作用的技术学科。该学科 在其自身的发展过程中，逐步打破各学科之间的界限，并有机地融合各相关学科的理论， 不断的完善自身的基本概念、基础理论、研究方法、技术标准和操作规范。人机工程学 是应用人体测量学、生理学、人体力学、卫生学、医学、心理学、系统科学、社会学、 管理学等学科的研究方法，对人体结构特征和机能特征进行研究，提供人体各部分的尺 寸、重量、体表面积、比重、重心以及人体各部分在活动时的相互关系和可及范围等人 体结构特征参数。还提供人体各部分的出力范围、以及动作时的习惯等人体机能特征参 数，分析人的视觉、听觉、触觉以及肤觉等感觉器官的机能特

5、性，分析人在各种劳动时 的生理变化、能量消耗、疲劳机理以及人对各种劳动负荷的适应能力，探讨人在工作中 影响心理状态的因素以及心理因素对工作效率的影响等。安全人机工程学则是从安全的 角度出发，运用人机工程学的基本原理和方法去解决系统中可能出现的的安全问题的一 门新兴学科。2015 年春运，全国铁路旅客运输量突破 28 亿人次，可见铁路运输仍是我国最重要 的交通运输方式之一。随着社会的进步，人们对生活、休息和出行质量的要求不断提高， 对火车的舒适性也提出了更高的要求。截至 2014 年底，全国铁路运营总里程已突破 11 万公里，虽然动车组列车的加入增加了人们出行的方式，但普速旅客列车在很长一段时

6、间内依旧是我国铁路客运市场的主力。在长距离、长时间的旅行中，硬卧车以其价格低 廉、相对舒适的优点成为了大部分旅客的首选。然而，卧铺车厢一些设计不合理之处， 不但给乘客带来不不便，使乘坐舒适度大打折扣，还带来了一些安全隐患，很容易给旅 客带来人身伤害。1.2 设计的主要内容本次课程设计中，作者结合我国普通旅客列车硬卧车厢的实际情况，根据人体学尺 寸、生理心理以及生理力学特性，对硬卧车厢内的设施进行安全人机设计与优化。主要 包括车厢内设施的安全性分析，车厢内部设施的安全性设计，以及车厢内的色彩环境、 光环境、声环境等方面的分析与优化。其中，从安全人机工程学的角度着重对硬卧车厢 内的舒适性和安全性进

7、行研究。1.3目前我国铁路硬卧车概况目前，我国国内广泛使用的硬卧车主要有YW25G型、YW25K型、YW25T型。车 体高度 4433mm,车辆阔度3105mm,车辆长度25500mm（25G、25K 型）/26600mm （25T 型），共有11 或10个开敞式或半包式间隔，每间隔左右两边有上中下三个铺位，定员 66或60人。根据查阅资料知，各型车内部设施的结构尺寸：地板到车顶高度为3 1 50mm ， 下铺到地板的距离为315mm，下铺到中铺的距离为900mm，上铺到中铺的距离为685mm, 上铺到车顶的距离为670mm，床长1600mm，床宽700mm，行李架高度2000mm。数据 整理

8、如下表 1-1。表 1 -1 目前我国普通旅客列车硬卧车厢内部设施结构尺寸项目尺寸（mm）地板到车顶咼度3150下铺到地板的距离315下铺到中铺的距离900上铺到中铺的距离685上铺到车顶的距离670相邻两铺位距离500床长1970 （下铺）/1990 （中、上铺）床宽585包厢宽度1950行李架高度2000第二章 车厢内部设施的安全性分析火车车厢内部空间是一个封闭的空间，我们的研究目标就是在这个特定的空间里， 如何在保证每个乘客安全舒适的到达目的地。在乘客这个群体中，又可分为普通群体、 弱势群体和特殊群体，弱势群体是指老弱病残孕等能自己乘车但需要更加安全和舒适的 乘坐环境的群体，特殊群体是指

9、坐轮椅的残疾人和坐婴儿车的婴儿，普通群体是指身体 健康活动自由的般人。在这些群体中，普通群体是占比例最大的一个群体，弱势群体和 特殊群体所占比例很少。火车作为一种公共交通工具，其承载对象是人，因此其内部设施必须考虑到人的不 同需求。由于车内所有设施均和乘客直接接触，因此在设计上应体现出人性化，安全、 舒适性成为重要的设计原则。由于人员流动性大，因此内部空间和设施设计应该体现出 简洁、坚固、耐用的特点。车厢内空间作为乘客活动的重要空间，它对乘客的心理及生理同样发挥重要的作用 在这里，色彩就显得非常的重要。不同的色彩组合构成了车厢内部设施的整体色调。车 厢内部设施饰的色彩必须与使用的环境相适应。火

10、车车厢的作用主要是用于载人，内饰 色彩设计必须以宜人性为主要目标，总体要求美观、亲和、使人感到舒适、无刺激，减 轻烦闷和疲劳，因此要求内饰的色彩设计要整体协调。根据不同的情况，应采用不同的 色调。对目前主要几个硬卧车型内部设施进行分析，其主要存在一下几个问题：1. 中铺和上铺的安全防护措施不足。在列车紧急制动时由于惯性的作用，或在发生特殊情况时，铺位上休息的人员尤其 是年龄较大的乘客很有可能跌落。曾经也有关于上铺乘客跌落摔伤的新闻报道。而放置 在铺位边的手机等物品也可能掉落砸伤下方的乘客，带来不必要的麻烦。2. 上铺的活动空间较小。上铺的活动空间较小，进入铺位比较困难。一般距离车顶部的高度只有

11、 670mm， 弯腰、起身都有撞到车顶甚至扭伤脖子的危险。车顶过低，会使旅客心理产生压抑感， 不利于长途旅行缓解疲劳，而旅客想要坐在床上更是不可能实现。3. 车厢过道设计的改进。过道是列车车厢中乘客通行的走廊，旅客上下车必经的地方。在运行的列车中，过 道设计的不合理，也很容易造成伤害。尤其是在列车加速、制动时的突然抖动或过弯道 超高时车体倾斜，很容易使行走中的乘客摔倒。4. 厕所门设计不合理，存在安全隐患。对火车厕所门伤人的事想必很多人都知道，新闻媒体也经常曝光这类事件。火车厕 所门使用铰链连接，开门时，连接一侧会出现较宽的缝隙，由于空间相对狭小，在外等 候的人很容易将手指伸入缝内，关门时导致

12、手指被夹伤。厕所内部空间也较小，人在内 开关门时也很不方便。5. 车厢内灯光照明设计不合理。大多数车厢内部采用荧光灯照明，照明设施布置在相邻两上铺之间的车顶上，灯光 直射上铺休息的乘客，不利于休息。同时，统一的灯光开闭，对不同乘客的作息造成影 响。夜间关灯，对晚上 10 点之后上车的旅客存放行李、上床休息均造成不便。6. 车厢内的色彩搭配及声环境做相应优化。 设计中将从安全的角度出发，运用人机工程学的原理和方法对火车硬座车厢进行设 计，并着重解决以上几个问题。第三章 车厢内部设施的安全性设计3.1 人体尺寸各种设备和工具等设计对象在适合于人的使用方面，首先涉及的问题是适合人的形 态和功能范围的

13、限度。研究人体尺寸模型，用人体模型描述人体尺度是非常有必要的。 人机工程学范围内的人体形态测量数据主要有两类，即人体结构尺寸（静态尺寸）和人 体功能尺寸（动态尺寸）。3.1.1 人体静态尺寸人体静态尺寸，着眼于人体天然结构，比如身高、体重、腿臂长度等，是建立人体 尺寸模型的基础。国家标准 GB 10000-1988中国成年人人体尺寸按照人机工程学的 要求提供了我国成年人人体尺寸的基础数据。标准中共给出了 7 类 47 项人体尺寸基本 数据。人体的主要尺寸包括身高、体重、上臂长、前臂长、大腿长、小腿长等6 项。根 据有关统计数据，我国人体基本尺寸见表 3-1。表 3 -1 我国人体基本尺寸尺寸名

14、称尺寸数值（mm）尺寸名称尺寸数值（mm）男女男女身长16881586肩窄宽426392眼咼15851480臀宽334395肩咼14211320下肢前伸长1016977坐姿身高897849大腿长422409坐姿眼高794743小腿长401369肘到坐平面距离245239足咼7166上肢前伸长731689膝臀间距551525大臂长269261大腿平长433432小臂长247226膝上到足底距离515480手长193179膝弯到足底距离406383前伸长7316893.1.2 人体动态尺寸与安全有关的各种操作、空间、环境设计以及各种着装设计，不仅要考虑人体的静态结构和形体参数，而且还要保证使人的工

15、作、活动时，有足够的活动度、活动空间和合理的活动方向。人体活动动态尺寸是相对于人体静态尺寸而言的。人体静态尺寸，着 眼于人体天然结构，而不考虑人的姿态与活动。人体活动空间尺寸，指人体肢体末端能 够达到的三维空间范围，着眼于人的日常姿态与活动需要。人体静态尺寸参数虽然可以 解决不少工业产品造型设计中有关人体尺寸的问题，但是人在操纵设备或从事某种作业 时并不是静止不动的。因此，人们更关心的是以不同姿态工作时人体的手、脚能活动的 范围。人体动态尺寸是操作、空间、环境设计以及各种着装设计及各种着装设计的必要人体测量参数。GB/T13547-1992工作空间人体尺寸提供了我国成年人立、坐、跪、卧、 爬等常取姿势功能尺寸数据。3.2 铺位的优化设计铺位是硬卧车厢的主体，也是乘客的主要休息区域。长途旅行中，乘客的大部分时 间都在铺位上渡过，因此，铺位的舒适与安全尤为重要。有限的空间内，在保证空间利 用率的同时，铺位要尽可能宽敞，方便乘客活动，而相应的安全保护措施也非常重要。 在之前的研究中发现目前使