人机工程学在设计实践中的应用

白俊峰 王亚平 张婷婷

摘要：座便器是人们日常生活中必不可少的器具，座便器设计的科学与否将直接影响人们的日常生活，影响使用者的身体健康，同时还会影响卫生间的整体协调性。座便器的设计要让使用者感到舒适方便，应该符合人体的基本尺寸，尤其是人在坐姿状态下的尺寸。文章主要对人机工程学中人体坐姿尺寸和坐便器尺寸的关系进行分析，阐述座便器中的人机工程学理论，为座便器的设计者提供尺寸依据。

关键词：人体基本尺寸;座便器尺寸;舒适方便;人机工程学

中图分类号：TB472文献标识码：A文章编码：1672-7053（2018）05-0024-02

座便器是如厕过程中最重要的工具，座便器的舒适性对使用者的舒适和健康影响很大。根据生理学知识，人在站立时多部分肌肉都会受力，而在坐姿状态下主要是臀部受力，这样就会大大增加臀部的压力，所以人们在进行座便器设计时必须要考虑到“怎么坐更舒适合理”的问题。要让使用者获得良好的使用体验，设计师在座便器设计过程中必须充分考虑到座便器中的人机关系，以人体尺寸、重量、坐姿等因素为设计依据。

座便器和座椅有相似之处，即二者都属于坐具，都需要考虑“怎样让人坐的舒适”这一问题。但二者有所区别：人在坐姿状态时，主要受力位置为坐骨，坐骨承受身体上半部分的重力，座椅的座面可以对坐骨产生支撑。但座使器由于功能需要，造型和座椅不同，人体的坐骨没有支撑，主要由大腿根部及两侧承受身体上半部分的重量，这样就容易影响腿部血液流通，造成下肢麻木疲劳。为了改善这一状况，文章利用人机工程学理论对座便器的座高、座宽、座深等尺寸以及坐垫和盖板设计进行分析，通过分析总结出更加合理的座便器尺寸，提高舒适度，让使用者满意。

1人机工程学的概念

由于人机工程学的研究和应用范围极其广泛，因此不同领域的学者对它下的定义也不尽相同。我国1979年出版的《辞海》中给出了人机工程学的定义，它依据该学科在我国的发展情况而把人机工程学定义为一门新兴的边缘学科。学科内容边界模糊，内容综合性强，涉及面比较广。国际人类工效学学会（IEA）对此学科的定义是人机工程学是研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的各种因素;研究人和机器及环境的相互作用;研究在工作中、家庭生活中和休假时怎样考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题的学科。由此可知人机工程学主要研究的是人体的各种科学数据，其目的就是把这些数据应用在产品设计中，产品以科学数据为支撑，使产品更符合人的使用习惯和使用需求，并且可以提高工作效率，促进人的身体和心理健康发展，提升生活质量。这也被认为是目前最权威、最全面的定义。虽然人机工程学的定义各不相同，但它在各领域的重要地位却与日俱增，经过不断地发展变化，现在已经成为衡量众多设计成败的决定性因素^[1]。

2座便器中的人机工程学分析

使用座便器时人体为坐姿状态，所以和座便器设计相关的主要是人体坐姿尺寸。经调查，在使用座便器时，影响使用者舒适体验的因素主要有座便器的宽度和坐平面至地面的高度以及座便器坐垫的前后长度^[2]。这三个尺寸对应到人机工程学的人体坐姿尺寸分别是坐姿臀宽、小腿加足高和坐深，所以座便器的尺寸应该以这三个坐姿尺寸为主要依据。现在市面上的座便器坐平面至地面的高度一般在410mm至440mm之间，平均数值为425mm;宽度一般为320mm至340mm，平均数值为330mm;坐深一般为440mm至480mm，平均数值为460mm。

在家庭中，家庭成员既有成年人，也有儿童，更有男性、女性之分，正因为成员特征不统一，所以要求设计师在确定各类尺寸时要充分考虑到人群的差异和使用需求的不同，进行综合考虑，而不是同一标准。图1是从事工业生产的法定成年人（男18-60岁，女18-55岁）人体坐姿基本尺寸，表1中列出了与座便器设计相关的小腿加足高、坐姿臀宽、坐深的具体尺寸数值。座便器属于一般工业产品，即III型产品，且属于成年男女通用产品，所以应选用P50作为尺寸设计的数据依据。

2.1座高

座便器的座高是指地面到座便器座面的垂直高度。合理的座便器座高应该是使用者在使用座便器时，大腿尽量与座面呈水平状态，小腿与地面呈垂直状态，双脚自然着地。椅面过高，使用者双脚不着地导致大腿部压力增大，产生生理上的不适感;椅面过低会使人的腿部弯曲，大小腿不能达到最舒适合理的垂直状态，长时间也会使人产生不适感。因此座面过高或过低都不符合人体正常状态下的人机尺寸，会导致人在使用座便器时腿部感到不适，并且不方便使用，也就无法让使用者获得良好的使用体验。所以合理的座高会大大提高座便器的使用舒适度。由表1可知，男子50百分位数小腿加足高为P（50男）=413mm，女子50百分位数的小腿加足高为P（50女）=382mm。在实际的尺寸设计中还要考虑功能修正量和心理修正量。所以座便器高度的最佳功能尺寸=人体坐姿尺寸的百分位数+功能修正量+心理修正量（5mm）。在计算功能修正量时还要考虑到穿鞋修正量（10mm）和穿裤修正量（20mm）及座便器坐垫的柔软性。一般家用座便器的坐垫是塑料材质，柔软性较大，所以修正量一般取-8mm。由此可得出适合男子50百分位数的坐高值为413+10+20+5-8=440mm，适合女子50百分位数的坐高值为382+10+20+5-8=409mm，平均值为424.5mm，取整数为425mm。这一尺寸对于大部分成年人比较合适，但儿童在使用座便器时，可能会双腿悬空，所以在使用时可以放一个脚踏来改善这一状况。

2.2宽

座便器的宽度应该让人在坐姿状态时，座便器宽度大于等于臀宽，让人体臀部有足够支撑。如果过窄，不利于大腿部位的受力，容易产生不适感。过宽也会妨碍使用，并且占用过多空间。座宽主要涉及的人体尺寸为坐姿臀宽加上功能修正量和心理修正量。功能修正量主要是穿衣修正量取1。mm，心理修正量取5mm。由表1可知，坐姿臀寬P（50女）=344mm，加上功能修正量和心理修正量可得适合女子50百分位数的座宽值为344+10+5=359mm。坐姿臀宽P（50男）=321mm，适合男子50百分位数的座宽值为321+10+5=336mm，平均值取整数为348mm。这一尺寸和儿童的身体尺寸相差较大，儿童在使用座便器时，可能会出现接触不到两边坐垫的情况。但如果缩小尺寸，则会影响成年人的使用舒适度。所以在座便器坐垫设计时，可以设计出不同直径的坐垫。儿童和成人根据自己需要选择不同大小的坐垫。

2.3座深

座便器座面深度主要是指座面由前到后的长度即座便器前缘至抽水桶的距离。座面深度应根据坐姿尺寸中的坐深来确定。由表1可知，男子50百分位数坐深为P（50男）=457mm，女子50百分位数坐深为P（50女）=433mm，再加上穿衣修正量（10mm）和心理修正量（5mm），可得适合男子50百分位数的坐深为457+10+5=472mm，适合女子50百分位数的坐深为433+10+5=448mm，经计算可得坐深平均值为460mm，所以合理的座便器座面深度应该在460mm左右。

2.4坐垫和盖板设计

座便器属于公共用品，即便是在家庭中，也会是几个人共同使用，并且座便器属于易污染用具，坐垫直接与人体接触，所以坐垫需要有很强的易清洁性。为了解决这一问题，坐垫一般设计成可活动部件，方便清洁。坐垫的造型设计采用流线型圆弧外观，曲面完全贴合臀部，符合人体特征。活动轴部分的合页采用耐用材料，坐垫选材为轻摩擦且透气的材料，提高舒适感。盖板外侧采用弧度设计，选材一般为质感好、易清洁、坚固耐用的亚克力或PVC材料。

3结语

座便器设计的科学与否直接影响了使用者的舒适和健康，关注使用者健康首先要做到符合人机工程学理论，尺寸设计合理。通过文章的分析可知，在确定座便器尺寸时应该主要参照人体坐姿尺寸中的小腿加足高，坐深和坐姿臀宽，另外还要考虑人的实际使用情况，增加功能修正量和心理修正量，以确定合理尺寸。其次关注使用者健康还要带给使用者良好的使用感受，座便器的造型要美观，符合人体生理特征，材料要舒适耐用易清洁。随着科技的发展，目前市场上出现的具有自动清洁除臭、尿液检测、静音落座等功能的智能座便器受到了广大消费者的欢迎。智能座便器的设计更好的关注了使用者，满足了使用者的需求，具有更大的市场空间，所以智能座便器也许会成为未来座便器发展的必然趋势。

参考文献

[1]丁玉兰，人机工程学[M].第四版，北京：北京理工大学出版社，2011.

[2]黄海龙，曹新闻，基于人机工程学的浴室分析改進设计[J]，现代装饰（理论），2011（02）：1+4.

[3]张旭，从人机工程学的角度分析座便器的设计[J].文艺生活.文海艺苑，2014（10）.

[4]张涛，从人机工程学的角度分析坐具设计下的人文关怀[J].工业设计，2015（07）.

[5]丁楠，坐具设计中的人文关怀研究[J].湖南工业大学，2014（03）.

[6]刘菲，曹玉敏，从人性化角度看座便器的发展[J].美术教育研究，2015（18）.

[7]刘泽恒，罗锦宏，工业设计中的人机工程学理论、技术与应用研究进展[J].艺术科技，2017，30（01）：316.