第四章  人体工程学基础知识

       人们在生活和工作中使用的各种设施(如椅子、桌子、工作场所等)与人们身体的基本特征和尺度有关。人的舒适感的获得、身体的健康和工作的效能等在很大程度上都与这些设施和人体配合得好不好有关。影响空间大小、形状的因素相当多,但是最主要的因素还是人体的尺寸、人体的活动范围以及家具设备的数量和尺寸。因此,在确定空间范围时,首先要准确测定出不同性别的成年人与儿童在立、坐、卧时的平均尺寸;还要测定出人们在使用各种家具、设备和从事各种活动时所需空间范围的体积与高度;每个人需要多大的活动面积;空间内有哪些家具设备以及这些家具和设备需要占用多少面积等。还必须搞清使用这个空间的人数,一旦确定了空间内的总人数就能定出空间的面积与高度(图1-4-3~图1-4-7)。

 

       从以上内容叮以看出,空内空间环境涉及的人的问题主要有两个人体尺寸和人体活动空间。而这些问题的研究主要依靠人体测量学。

        人体尺寸是所有涉及与人有关的设计门类共同遇到的首要问题,也是最基础的问题。人体尺寸可分为两类,即构造尺寸和功能尺寸。

        人体构造尺寸往往是指静态的人体尺寸,它是在人体处于固定的标准状态下测量出来的。可以测量许多不同的标准状态和不同部位,如手臂长度、腿长度、坐高等(图1-4-9、图1-4-10)。构造尺寸较为简单,它对于与人体关系密切的物体的设计有较大影响,如家具、服装和手动工具等。主要为人体各种装具设备提供数据。

图14-9

图14-10

        功能尺寸是指动态的人体尺寸,包括人在工作状态下或运动中的尺寸,是人在进行某种功能活动时肢体所能达到的空间范围。它是在动态的人体状态下测得的,是由关节的活动、转动所产生的角度与肢体的长度协调所产生的范围尺寸。功能尺寸比较复杂,它对于解决许多带有空间范围、位置的问题很有用。

       不同的国家,不同的种族,因地理环境、生活习惯、遗传特质的不同,人体尺寸的差异是十分明显的,从越南人的160.5cm到比利时人的1799cm,身高差幅竟达194cm(表1-4-1)。

       (2)年龄差异

       另一方面,针对老年人的尺寸数据资料也相对较少。由于人类社会生活条件的改善,人们寿命的增加,现在世界上进入人∏老龄化的国家越来越多,所以设计中涉及老年人的各种问题不能不引起我们的重视。至少老年人有两大特征应引起我们的注意：

       2)伸手够东西的能力不如年轻人。

         (3)性别差异

        3~10岁这一年龄阶段,男女的差别极小,同一数值对两性均适用。两性身体尺寸的明显差别从10岁开始。一般妇女的身高比男子低10cm左石,但设计时不能像以前常常做的那样,把女子按较矮的男子来处理。调査表明,妇女与身高相同的男子相比,身体比例是不同的。妇女臀部较宽,肩窄,躯干较男子为长,四肢较短。在设计中应注意这种差别。根据经验,在腿的长度起作用的地方,考虑妇女的尺寸非常重要(图1-4-16、图1-4-17)。

 

图1-4-16

 

图1-4-17

        (4)残疾人

        另外,关于残疾人的设计问题,有一个专门的学科在进行研究,被称为无障碍设计,在国外已经形成相当系统的体系。

        此外,还有许多其他的差异:像地域性的差异,如寒冷地区的人平均身高均高于热带地区的人,平原地区的平均身高高于山区。再有职业差异,如篮球运动员与普通人身高有很大差异。社会的发达程度也是一种重要的差别,发达程度高,营养好,平均身高就髙。了解了这些差异,在设计屮就应充分注意它对设计中的各种问题的影响及影响的程度,并且要注意手中数据的特点,在设计中加以修正,不可盲目地采用未经细致分析的数据。

       百分位的定义是这样的:百分位表示具有某一人体尺寸和小于该尺寸的人占统计对象总人数的百分比。大部分的人体测量数据是按百分位表达的:把研究对象分成一百份,根据一些指定的人体尺寸项目(如身高),从最小到最大顺序排列,进行分段,每一段的截止点即为一个百分位。以身高为例:第5百分位的尺寸表示,有5%的人身高不高于这个尺寸。换句话说,就是有95%的人身高高于这个尺寸。第95百分位则表示,有95%的人不高于这个尺寸,5%的人具有更高的身高。第50百分位为中点,表示把一组数平分成两组,即较大的50%和较小的50%。第50百分位的数值可以说接近平均值(图4-18)

       在很多的数据表中,只给出了第5百分位、第50百分位和第95百分位、因为这三个数据是人们经常见到和用到的尺寸。最常用的是第5和第95百分位,一般不用第50百分位。有人可能产生疑问,为什么不用平均值?下面的例子可以回答这个问题。

       例如,若以第50百分位的身高尺寸来确定门的净高,这样设计的门会使50%的人有碰头的危险。再比如,座位舒适的最重要的标准之一是,使用者的脚要稳妥地踏在地板上,否则两腿会悬空挂着,大腿软组织会过分受压,双腿会因坐骨神经受压而麻木。假设小腿连脚的长度(包括鞋)的平均值是46cm,若以此为依据进行设计,则设计出的椅子会有50%的人脚踩不到地,妇女们的腿较短,使用它时会感觉不舒适。因此座位平面高度的尺寸不能使用平均值,而是要用较小的尺寸才合适——长腿的人坐矮椅子时把腿伸出去就可以了。由此可见,平均值不是普遍适用的。

       这里所举的例子只是表明,应注重各种人体尺度和特殊百分位的适用范围。而实际设计中应该考虑适合越多的人越好,如果一个搁板可以容易地降低2.5~5cm而不影响设计的其他部分和造价的话,那么使之适用于98%或99%的人显然是正确的。

        在某些情况下,我们选择可以调节的做法,能够扩大使用的范围,并可使大部分人的使用更合理和理想。例如,可升降的椅子和可调节的搁板。

        实践中常发生以比例适中的人为基准的错误做法。身高一样的人,例如,有人理所当然地认为身高都是第5百分位的人,他们的坐高、坐深、伸手可及的范用也相应的一样小,但这种情况实际上是很少见的。实际上,身高相等的一组人里,身体坐高的差在10cm内。不同项目的人体尺寸相互之间的独立性很大,因此在设计时要分别考虑每个项目的尺寸。

        图1-4-19表示了“向前可及范围值”的变化与这一尺寸定义的关系。测量时被测人的肩胛骨是否紧贴墙面,对于测量,结果的精确性和测量结果的应用有很大影响。测量方法上的差别,使成年男子“向前可及范围值”的变化幅度可达10cm。这种差别在有些设计中会有重要的影响,如是否戴有安全带。

 

图1-4-19
 

图1-4-20

        图1-4-20为身体坐高测量值的变化与该尺寸定义的关系。这里起关键作用的是坐姿对测量值的影响。身体坐高的差别在成年男子中可达6cm以上。

       (6)尺寸的衡量标准

        (7)使用数据的约束性

       尽管建筑与室内设计人员考证正负公差并不像工业产品设计要求的那样复杂、精确,但衣服对人体尺度和室内空间的影响仍是一个重要的因素。多数的人体测量尺寸是裸体或穿着很薄的衣服测量出来的,因此必须给服装留出余量。这些余量还会随着季节、特定环境、性别及流行式样而变化。还要注意的是,有时特别笨重的服装也会减少人手伸到远处的距离和关节活动的范围。

        经验法则、标准和其他一些省事省时的设计方法是容易被接受的,在某些情况下也是完全可以满足设计要求的。然而当设计到诸如人体与周围环境之间的关系等人为因素时,考虑到各种人体尺度和众多可能存在的相互关联的情况,完全依靠这些资料又是行不通的、不恰当的。经验法则的用途在于使设计人员理解概念、步骤和原理,而不是简单地利用它们的结果。它只能是设计}的范例与参考,使设计人员在做初步设计时对如何使室内环境更适合人体的需要有一个初步的概念。

        人体尺寸无论是结构尺寸还是功能尺寸,皆是相对静止的某一方向的尺寸,而人们在实际的生活中是处于一种运动的状态下的,并且总是处在空间的一定范围内。在布置人的工作作业环境时,需要了解这一活动范围,也就是肢体的活动范围。它是由肢体转动的角度和肢体的长度构成的。在工作和生活活动中,人们的肢体围绕着躯体做各种动作,由肢体的活动所划出的限定范围即是肢体的活动空间,实际上它也就是人在某种姿态下肢体所能触及的空间范围。因为这一概念常常被用来解决人们在工作中的各种作业环境的问题,所以也被称为“作业域”。

       人的肢体围绕关节转动而划出的范围,也就是肢体活动所占用的空间范围。由活动角度和肢体长度构成的肢体活动范围在实际情况下可以千变万化。人在工作中有各种姿态,它们的动作空间不同,但由于我们不可能对所有的情况都进行研究,因此,只能考虑比较常见的情况(图1-4-21、图1-4-22)。

 
图1-4-21
 
图1-4-22

       2．手脚的作业域

       人在日常工作和生活中,无论是在厨房还是在办公室,总是或坐或立,手脚在一定的空间范围内作各种活动,而形成包括左右水平面和上下垂直面的动作区域,这个域的边界是站立或坐姿时手脚所能达到的范闱,叫做人的作业域。而由作业域扩展到人一机系统的全体所需的最小空间即为作业空间( Working Space)。一般来说,作业域是包括在作业空间中的。作业域是二维的,作业空间是三维的(图1-4-23)。

 
图1-4-23

       这个范围的尺寸一般用比较小的尺寸,以满足多数人的需要。

 

 
图1-4-24

        (1)水平作业域

        指手臂伸直,以肩关节为轴作上下运动所形成的范围。垂直作业域对决定人在某一姿态时手臂触及的垂直范围有用,如搁板、挂件、门拉于等,带书架的桌子也常用到上述物体的高度(图1-4-26)。

 

图14-26

         1)摸高。是指手举起时达到的高度,身高与摸高的关系,如图1-4-27所示。垂直作业域与摸高是设计各种框架和扶手的依据,柜架经常使用的部分应该设计在这个范围内。除此之外,用手拿东西和操作时通常需要眼睛的引|导,因此架子的高度不得超过男150~160cm,女140~150cm。由视线所考虑的还有抽屉的高度。

 

图1-4-27

        (3)影响

        4)并非任何地方都是能触及目标的最佳位置

        人的动作空间主要分为两类:一是人体处于静态时的肢体的动作空间(作业域),二是人体处于动态时的全身的运动空间(作业空间)( WorkingSpace)。

        虽然肢体的动作空间是立体的,但作业域中的人是保持着某种静态的姿势的。我们讨论的目标是人的肢体究竟可以伸展到何种程度的范围,可是在现实生活中人们并非总是保持一种姿势不变,总在变换着姿态,并且人体本身也随着活动的需要而移动位置,这种姿势的变换和人体移动所占用的空间即构成了人体动作空间。人体动作空间大于作业域。人体动作空间的研究对于工业生产、军事设施中的人的作业活动空间的确定很有用。因此也叫“作业空间”。在室内设计中,它的作用更是显而易见的。人体的活动大体上可分为静态的手足活动、姿态的变换和人体的移动。人体的活动还与相关的物体有一定联系。

       人体在静态的手足活动时有不同的姿态,归纳的基本姿态有四种:立位、坐位、跪位和卧位。当人采取某种姿态时,即占用一定的空间。通过对基本姿态的研究,我们可以了解人在一定的姿态的手足活动时占用的空间的大小。每个姿态对应一个尺寸群(图1-4-29、图1-4-30)。

 

图1-4-29
 
图1-4-30

    

        (2)姿态变换

 

图1-4-31
 
图1-4-32

        (3)人体移动

        (4)人与物的关系

        人与物体相互作用产生的空问范围可能大于或小于人与物各自空间之和。所以人与物占用的空间的大小要视其活动方式而定(图1-4-34~图1-4-37)。

 
图1-4-35
 
图1-4-36

 
图1-4-37

        肌肉施力有两种方式:动态肌肉施力和静态肌肉施力。

        动态施力和静态施力的基本区别之一在于它们对血液流动的影响。静态施力时,收缩的肌肉组织压迫血管,阻止血液进入肌肉，肌肉无法从血液得到糖和氧的补充,不得不依赖于本身的能量储备;同时,代谢废物不能被迅速排除,积累的废物造成肌肉酸痛,手臂受力的简化杠杆力系引起肌肉疲劳。由于酸痛难忍,静态作业的持续时间受到限制。与此相反,动态施力时,肌肉有节奏地收缩和舒张,这又对于血液循环而言,相当于一个泵的作用,肌肉收缩时将血液压出肌肉,舒张时又使新鲜血液进入肌肉,此时血液输送量比平常提高儿倍,血液大量流动不但使肌肉获得足够的糖和氧,而且迅速排除了代谢废物。因此,动态作业可以延续很长时间而不产生疲劳。心脏的工作就是动态作业,在人的一生中,心脏不停地搏动,心肌从不“疲劳”(图1-4-39、图1-4-40)。

 
图1-4-40

       口常生活中,有许多静态施力的例子。人站立时,从腿部、臀部、腰部到颈部,有许多块肌肉处于长时间的静态施力状态。实际上,无论人的身体姿势怎样,都有部分肌肉静态受力,只是程度不同而已。还必须说明,并不是每项工作都可明确划分静态施力与动奁施力之间的界限的,通常某项作业既有静态施力又有动态施力。由于静态施力的作业方式比较“费力”,因此当两种施力方式同时存在时,首先要处理好静态施力。静态施力的划分可以参照下列标准:

        2)避免长时间地抬手作业。抬手过高不仅引|起疲劳,而且降低操作精度和影响人的技能发挥。

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