人体工程学在船舶内装设计中的应用

章俊

摘要：本文就船舶内装设计过程中遇到的若干问题进行分析，并采用人体工程学原理提出解决方案及设计原则。

关键词：船舶；内装设计；人体工程学；解决方案

1.前言

人体工程学是20世纪40年代后期发展起来的一门技术科学，由于人体工程学适用于不同的领域，故也产生了许多不同的表达方式和名称，我国常用的名称有：人类工效学、人体工程学、人机工程学、人类工程学、工程心理学等。

考虑船舶内装设计的特点，本文采用人体工程学这个名称，它是研究人与工程系统及其环境相关的科学。

在船舶设计和建造满足法规、公约、规格书的基础上，船东往往从安全、便利、舒适等角度提出报验意见，而这些正是人体工程学所涉及的内容。

本文就货船内装设计过程中遇到的若干问题进行分析，在满足规范的前提下，运用人体工程学原理研讨解决方案。

2.室内梯道的踏步净高与顶棚净高

室内梯道的踏步净高，指室内斜梯踏步表面距其上方物件（天花板或结构）的畅通竖直高度，该范围内不应有任何凸出物。

室内梯道的顶棚净高，指室内斜梯底部地面距其上方物件（天花板或结构）的净空高度。

室内梯道的踏步净高与顶棚净高的确定依据：

（1）《人体工程学图解——设计中的人体因素》中建议：梯道上頭顶的连续空间最小为2 235 mm；顶棚起点距地面净高为2438mm。如图1所；

（2）《船舶造型与舱室设计》中建议：梯道踏步净空高度为2 150～2 300 mm；对室内梯道的顶棚净高则未作说明；

（3）《船舶人体工程学应用指南》中建议：所有梯道至少保持2 130 mm的畅通净空高度；对室内梯道的顶棚净高也未作说明；

（4）在船舶生产设计中，甲板层高作为定值，室内梯道区域会跨过1～2个肋位，强肋位往往在甲板面下设T型梁结构。另外，受管路、电缆布置影响，室内梯道的顶棚净高很难设计得很高；而受各种因素局限，室内梯道的顶棚净高一般在2 150 mm左右。

以笔者工作经验，室内梯道的顶棚净高设计为2 100mm、2200mm时，往往会遇到船东不满意的情况，问题在室内梯道顶棚与室内梯道天花板的交界处，即梯道顶棚起点，船东说下楼时感觉在这个地方会碰头，每次要低下头才敢通过。

笔者（身高1.75 m）曾亲自去上述室内梯道现场感受过，刻意不低头、目光平视，感觉前方的天花板距离自己较近，但只要迈下一级踏步就会感觉顺利过去了，所以会碰头其实是个错觉，这涉及人体工程学中的心理裕量问题。

要使人在下楼梯时不产生碰头的心理感受，加大室内梯道的踏步净高是最直接的解决措施。但如果室内梯道的顶棚净高受局限，室内梯道的踏步净高也随之受限，在这样的情况下如何确定梯道顶棚的起点位置就成为一个关键。

按人体工程学的“人体尺寸”概念：由于人的个体和群体差异，人体尺寸有很大的变化，设计时几乎不用平均数，而采用在一定范围内进行数值分段，将身高或肩宽等在尺寸上分为一百等分，设计上要满足所有人的要求不太可能，也没有必要，但必须满足大多数人的要求。《人体工程学与室内设计》中建议选用第95百分位的尺寸，如设计通行间距时选用95%的人能够通过的走道，而只有5%的人通行有困难；

（5）鉴于《GB 10000-88中国成年人人体尺寸》是较早的标准，而人体尺寸数据具有较强的时效性（一般每10年就需修订一次），这些年来中国人的平均身高是增加了，故笔者在室内梯道模拟简图中的人员身高选用第99百分位的尺寸：1 814 mm。由于上述数据是在不穿鞋的情况，而船员工作时都是穿着鞋的，于是还需加上鞋高来修正，即人穿鞋时的身高尺寸为：1814+36=1850mm。

同时，还应注意到人上下楼梯时身体是前倾的，一般取倾角为7.5°，此时人的竖直高度为1 850×cos7.5°=1 834 mm；

（6）人上下楼梯时，眼睛看到前方的梯道顶棚距自己较近，会产生会碰头的感觉，因此需考虑人体工程学中的心理裕量，一般取90 mm。

人头顶距眼睛的竖直高度约100～110 mm，本模拟图中取110mm。

人脚落在斜梯的踏步上，足中心与踏步前缘的距离取100mm。

（7）《国际消防安全系统规则》中规定：客船的梯道倾斜角应不大于45°；货船的梯道倾斜角一般是45°，但不得大于50°。本文仅涉及倾角不大于45°的室内斜梯，故模拟图中室内斜梯倾角定为45°。

船用斜梯，其踏步的高度应不大于250 mm，但不小于200mm，模拟图中取250mm。

根据上述尺寸绘制的室内梯道模拟图，见图2。

由图2可知：室内梯道的斜梯倾角为45°时，为使梯道顶棚在人（身高1 850mm）的心理裕度（90mm）之外，梯道顶棚净高不宜低于2 200 mm，梯道顶棚起点距斜梯第1级踏步水平距离不小于217 mm，取整为220 mm。

为此，笔者这里提出一个简称“梯道顶棚220”的设计原则：对倾角不大于45°的室内斜梯，梯道顶棚起点距地面净高应≥2 200 mm；同时，梯道第1级踏步顶点距顶棚起点的水平距离应≥220 mm。

运用上述原则，笔者设绘了此情况下的室内梯道顶棚布置，并放人身高1 850 mm的人物进行验证模拟，验证结果是可行的，见图3。

如果船东、船员是欧美人，则“梯道顶棚220”的设计原则应加100 mm予以修正。

如果受条件制约，梯道顶棚起点距地面净高<2 200mm，则需加大梯道第1级踏步顶点距顶棚起点的水平距离。例如，梯道顶棚起点距地面净高是2100mm，则梯道第1级踏步顶点距顶棚起点的水平距离应≥320mm。

3.室外斜梯平台通道的通行净宽

船舶上建各甲板层一般在甲板室围壁外设一个平台来布置室外斜梯，本文将其称为室外斜梯平台。

室外斜梯平台在靠近甲板室的—侧开梯口，梯口外侧设栏杆，室外梯平台的外边缘也设栏杆，人自斜梯登上本层甲板后，要去往更上一层甲板，就要经过这个两侧均有栏杆的通道，这个通道称为室外梯平台通道。

倾角50°的上建室外斜梯，室外斜梯平台梯口长度一般≥1 800 mm，围绕梯口在平台上焊一圈拦杆扁铁，于是梯口外侧的栏杆长度一般≥2 000mm。

梯口外侧的这一段栏杆是独立的，该段栏杆一般设3根栏杆柱，首尾两根栏杆柱均带有斜撑，影响实际的通行净宽，如图4所示。

室外斜梯平台通道净宽的确定依据：

（1）室外梯平台通道一般会作为上建区域的脱险通道，根据国际海事组织（IMO）的《国际消防安全系统规则》：货船用作脱险通道的梯道和走廊的净宽度应不小于700 mm，并在其一侧应装有扶手，净宽度为1 800 mm及以上的梯道和走廊应在其两侧装有扶手；

（2）《船舶人体工程学应用指南》中，对一人通行的走道宽度建议≥710 mm，但未说明人抬担架时所需的通道宽度；

（3）《人体工程学图解——设计中的人体因素》中对人在幾种情况下所需求的最小通道宽度（610～915 mm）进行了说明，其中人在腋下拄双拐时所需最小通道宽度为915mm，可作为人抬担架时所需通道宽度的参考值；

（4）《室内设计资料集》对人提行李时所需通道宽度是910～1 060 mm。

笔者认为，对室外梯平台通道，阻碍其通行净宽的关键是栏杆柱的斜撑。但《载重线公约》规定了栏杆柱的斜撑不能随意取消，于是笔者考虑将妨碍通行净宽的栏杆柱的斜撑换为肘板。

国际船级社协会对栏杆柱撑条的替代装置有规定，中国船级社《法定检验实施指南》对此规定有明确说明。

笔者采用代换每第3根栏杆柱的斜撑，符合上述规定中“替代至少每第3根支柱处由撑条支持的装置第（a）项”，于是按K·bs≥2.9·bs来设计肘板下端长度。

值得注意的是，通常上建区域的甲板厚度<20mm，栏杆柱的斜撑换为肘板后，如果还需按上述规定在甲板下方对应加焊100×12的扁钢，则会导致大量的现场仰焊工作，劳动强度大，施焊质量也难以保证。为此，笔者采用在栏杆柱下方设15 mm厚的垫板，一般上建区域甲板厚度≥6 mm，这样垫板厚+甲板厚≥21 mm>20mm，所以就不必加焊扁钢了。

基于以上考虑，笔者设绘了每第3根栏杆柱的斜撑代换为肘板的方案，使实际的通行净宽大为改善，获得了CCS验船师的认可，船东也很满意，见图5。

4.分罗经木垫的高度设计

船舶驾驶室两翼的方位分罗经用来观测罗经差，所以必须高出舷墙，而普通人的身高，在观察六分仪时比较困难，可能看不见水线，因此需要加一个垫高的底座，即在分罗经底端设一个环绕分罗经的木垫。

按我司设计分工，分罗经由设计电装确定参数并向专业的设备商订购，因为每型船的罗经设计参数不一致，不同设备商供货也不同，实际装船的分罗经的高度往往并不一样，这导致了分罗经木垫的高度无法设计为一个固定值。如果确立一个高度的设计原则或计算公式，在设计分罗经木垫时作为参考就方便很多。《人体工程学与室内设计》中建议：常用高度一般选用第50百分位的尺寸，如门铃、把手、电灯开关的高度。

笔者在分罗经木垫模拟图中：

（1）普通人的眼高，选用《GB 10000-88中国成年人人体尺寸》中第50百分位的尺寸：1 568 mm；人穿鞋时的眼高尺寸：1 568+36=1 604 mm；

（2）《GB 10000-88中国成年人人体尺寸》中第50百分位选用成年男子的身高尺寸：1 678 mm。

统计数据表明，1997年中国成年男子的平均身高已达1 692 mm，相较《GB 10000-88中国成年人人体尺寸》中的成年男子平均身高增加了14 mm，那么眼高的平均值也相应增加。为此，笔者把分罗经木垫模拟图中普通人的眼高设为1 620 mm；

（3）人头部在端正状态时，视线范围是水平视线上下30°，人若稍稍低头，则视线范围可以扩大到60°。

为避免个子高的人站上木垫要拱肩低头地观看分罗经（即面板在人视线60°范围外）导致不舒服，笔者另设绘了一张高个子人的分罗经木垫模拟图，用来模拟验证。

笔者选取了《GB 10000-88中国成年人人体尺寸》中第99百分位的尺寸：1 705 mm；人穿鞋时的眼高尺寸为：1 705+36=1 741 mm，取整为1 740mm。

由上述分析可知：站上同一高度的木垫，如果普通身高的中国成年男子（水平视线高度1 620 mm）俯视30°可以看见面板，那高个的中国成年男子（水平视线高度1 740 mm）稍稍低头（俯视42°）也可以看见面板，如图6所示。

综上所述，分罗经木垫高度的计算公式如下：

H=（h+220）-1 620=h-1 400（mm）。式中：h——罗经面板距甲板面高（mm）。

5.结语

本文所述案例及其解决方案、设计原则，在我司320 000 DWT VLCC、100 000 DWT半潜船的内装生产设计中均有运用，获得了船东、船检的认可及好评。