公务机客舱空间尺寸工效设计准则与验证

郭菲，孙有朝，郭媛媛，刘宇婕

(1.成都飞机工业公司 技术中心,成都 610092;2.南京航空航天大学 民航学院，南京 211106)

1 引言

在公务机客舱设计方面，空乘人员工作空间的使用工效和乘客的使用工效是人机工效的重要部分。空间布局优良的公务机客舱将提升公务机的整体乘坐体验。

目前较多学者在人机工效、飞机驾驶舱指标体系、客舱评价模型领域开展了大量工作。杨爱萍等[1]研究立姿上肢可及范围及其影响因素(手臂姿势、操作高度、左右手、性别及年龄)的可及范围差异性。刘启越等[2]建立了飞行员人体模型与人体姿态库，开发了驾驶舱人机工效评价系统；钮松等[3]构建了民机人机工效设计准则框架体系；付秀民[4]建立了民机客舱空间尺寸人机工程评估体系；汪洋等[5]评价了飞机客舱内的尺寸空间系统设计；严立浩[6]等总结了适航规章中运输类飞机驾驶舱应急出口要求的演变；李斯琪[7]等总结了运输类飞机舱门标记标牌的适航技术要求。

本文基于运输类飞机适航规章(CCAR/FAR/CS 25部)[8-10]等，分析通用公务机客舱空间尺寸设计中需考虑的工效影响因素，建立针对通用公务机客舱空间尺寸的设计准则、审查基线与验证程序，为公务机客舱空间尺寸设计提供技术支持和理论依据。

2 客舱空间尺寸规章差异分析

梳理FAA/EASA/CAAC 25部《运输类飞机适航标准》中A～H条款，明确与公务机客舱空间尺寸工效相关的适航规章，给出差异性分析见表1。

表1 运输类飞机客舱尺寸相关适航条款(条款编号(CCAR/FAR/CS 25))

3 客舱空间尺寸工效设计要求

客舱空间尺寸工效设计要求：

(1)保证乘客安全、舒适、方便；

(2)按照总体布置、局部设计顺序；

(3)设计模块化，使客舱内饰易于改装，满足客户个性需求和改装经济性；

(4)重要设备、显示装置和操纵装置等布置在最佳作业范围内；

(5)设备布置考虑安全、客流、物流因素；

(6)考虑最佳作业姿势、操作动作、范围；

(7)特殊用途及个性化考虑：(i)医疗急救：提供辅助设施，便于病患出入客舱及应急撤离；盥洗室厨房增加扶手、扩大如厕空间、拓宽过道宽度等；随行医生能及时到达并处理紧急情况。(ii)团队出行：扩大会议室、讨论区等公共交流空间；注重个人空间的私密性设计。(iii)贵重物品运送：提供保险储存空间，空间允许2～4人看管监视。

空间质量评价与乘客的身心满意程度相关。视觉、听觉、嗅觉会使乘客产生强烈的心理暗示。通过恰当的空间处理手段降低乘客心理不适感。

4 公务机客舱空间尺寸工效设计

4.1 空间尺寸工效设计准则生成方法

依据CCAR/FAR/CS适航规章及其指导性文件，初步筛选公务机客舱尺寸空间工效相关适航条款，确定公务机客舱尺寸空间工效设计适航要求；依据SAE标准、美军标和国标等相关标准规范，分析标准适用范围，判断是否直接适用于公务机客舱尺寸空间工效设计。对于人机工效学研究成果，评估具体条款是否适用，确定公务机客舱相关的人机工效学设计要求。生成公务机客舱尺寸空间工效设计准则，如图1所示。

图1 空间尺寸工效设计准则生成方法

4.2 空间尺寸工效设计准则验证

人机工程学科融合了人体科学、生物医学、安全科学、系统工程、控制理论、计算机科学等多种学科，主要研究方法包括观察记录法、实测法、实验法、模拟器或模型试验法、计算机数值仿真法、分析法、调查研究法。结合CAAR AP-21-03R4<航空器型号合格审定程序>附录H的10种符合性验证方法(MC0-MC9)[11]，建立公务机客舱尺寸空间工效设计准则验证方法：

(1)针对要验证的空间尺寸设计准则，按照CCAR-25-R4附录J(h)规定， 由正常健康人组成有代表性的客舱试验对象，进行调查问卷，验证不易量化评价的准则，统计分析调查结果。

(2)调整虚拟样机中乘客身体尺寸参数，通过DELMIA仿真人体模型的视角，观察人体模型视角视界，验证标记标牌的高度能否可见易读等。

(3)调整物理样机，测量物理样机环境中的尺寸参数，对比分析测量参数和待验证准则内容，验证过道宽度、紧急出口等相关准则。

(4)基于典型机型进行验证，比较两个相互联系的机型或者结构设备。例如，对比不同竞争机型的扶手安装高度。

(5)合理性声明，适航标准是为保证实现民用航空器的适航性而制定的最低安全标准。当待验证的某客舱人机工效设计准则是引用FAA/EASA/CAAC适航条款，直接表明该准则合理、可行。

4.3 空间尺寸工效设计准则

人在处于静止(坐姿或立姿)时测量的身高、手臂长度、腿长度、座高等将影响座椅尺寸、过道宽度等。坐姿作业时，显示距离、眼转角、视觉上限和扶手间间距等参数为公务机客舱乘客座椅、座位灯光及乘客个人娱乐系统的设计准则提供参考；立姿作业时，手部操作范围、视线范围和头顶控制范围等参数为公务机客舱厨房、盥洗室的设计准则提供参考；人在进行活动时肢体各部分达到的空间范围和相对位置将影响工作台高度、储物柜/马桶/洗手台/镜子/尺寸、座椅与桌子的相对位置等。

我国成年人(男18～60岁，女18～55岁)人体尺寸取95百分位数据相关设计需求数据如表2所示。为扩大人体尺寸涵盖范围，同时参考SAE 站立和坐姿的人体转动关节尺寸的较大、中间、较小值以及Humanscale 的身体/坐位、座椅/桌子指南、公共场所站坐、身体活动范围等数据。从机组辅助空间高度、座高/座宽/坐深、桌高、靠背/扶手高度/宽度/长度、厨房倒角五方面制定空间尺寸工效设计准则。

表2 我国成年人人体尺寸95百分位部分数据(单位：mm)[12]

(1)机组辅助空间高度确定

CCAR/FAR/CS 25.813[8-10]指出：辅助空间的高度至少能容纳95百分位身高男性直立，则辅助空间的高度至少能容纳1775 mm身高的人直立。

(2)座高/座宽/坐深

休息用椅应适量放低座高，取400～450mm。坐深适量加大，软体沙发的坐深一般为460～530 mm；依据大身材人体尺寸设计座宽。以女性群体尺寸上限为臀宽设计依据；为使乘客能调整坐姿，座宽应适当大于坐姿臀宽。座宽取值参考第95百分位成年女性的坐姿臀(382 mm)，考虑衣着余量、坐姿调整余量、公务机休息座椅，适当加大座椅座宽，但不大于坐姿两肘间宽。座宽过大将导致肘部必须向两侧伸展以寻取支撑，引起肩部疲劳。取座宽为430～480 mm。

(3)靠背/扶手

靠背高度一般不宜高于肩胛骨(坐姿肩高)，取靠背高度为642 mm，倾斜角控制在100°-110°之间。靠背宽度以适当大于肩宽，设与座宽范围相同；扶手距座面高度以小臂自然下垂时为准(坐姿肘高)，取扶手高度为298 mm。扶手宽度接近手宽89 mm。扶手长度范围参考男性前臂、女性大腿长度，取258～476 mm；头枕应该安装在与耳朵上沿平行位置。坐垫应该软硬适度，可降低臀部压力值，建议设计成前后可调式；坐垫材料必须透气且不易打滑，同时要有一定的柔韧性。

(4)桌高

坐式用桌桌高=坐高+桌椅面高差，桌椅面高差一般取坐姿时上身高度的1/3。桌面宽度以人体坐姿时手的水平工作域为基本依据，并加上桌面放置物的尺寸。餐桌、会议桌的尺寸按人均占周边长计算。桌面下的净高应大于双腿交叉时的膝高，并为膝部上下活动留出一定空间。

站式用桌高度由人体站立时自然屈臂的肘高确定。桌面尺寸主要由表面放置物品状况和室内空间及布置形式而定。厨房操作台、洗手台等均为站式用桌，站式用桌桌台的下方空间通常可作贮藏柜用，但底部需要留出容足空间便于人体靠紧桌面。

(5)厨房倒角确定

民用飞机厨房系统设计和安装标准ARP695E指出：应尽量减少机组或乘客的潜在伤害，所有暴露表面应是光滑且不锋利的，边角最小倒角半径为0.25英寸(6.35 mm)[13]。

人机工程通用标准MIL-STD-1472G指出：所有暴露在外边的棱角的倒角半径不得小于0.75 mm，在使用中可能导致乘员安全伤害或引起设备损伤的尖锐棱角应有适当的保护或其倒角半径不得小于13 mm[14]。

ARP 695E的要求对公务机客舱厨房设计的适用性更强，且要求更为严格，选用SAE标准“所有暴露表面应是光滑且不锋利的，边角最小倒角半径为0.25英寸(6.35 mm)”，保留美军标关于倒角保护的规定：“在使用中可能导致乘员安全伤害或引起设备损伤的尖锐棱角应有适当的保护或其倒角半径不得小于13 mm”。

5 案例分析

评估某型公务机客舱空间尺寸参数，遍历设计准则中的实际可量化测量的要求，包括过道宽度、应急出口、桌椅沙发、厨房、盥洗室。

分别调整数模视图至过道、应急舱门、坐式用桌、沙发、厨房、盥洗室位置，利用虚拟人体模型进行进行仿真分析。测量过道宽度、应急舱门尺寸、盥洗室工作台面高度和倒角半径等。将测量结果与设计准则对比，相关评估结果包括5个方面：

(1)测量客舱过道宽度最少为510 mm；利用95百分位中国男性人体模型进行客舱过道宽度仿真分析。结果满足其要求。

(2)应急舱门高度为1 093 mm，宽度为756 mm，舱门圆角半径为160 mm。符合设计准则中应急舱门高度、宽度、圆角半径的设计要求。

(3)桌子高度、桌下净空、桌下净宽满足设计准则的要求；座高为418 mm，座宽为446 mm，坐深为523 mm，座面倾角经过计算为1.5°，靠背高度为618 mm，靠背宽度为596 mm，座椅靠背倾角为98°，扶手宽度为87 mm，扶手距座面高度为154 mm，扶手长度为487 mm。与设计准则中座椅尺寸具体要求对比，确定座高、座宽满足要求，坐深较准则要求深，座面倾角过小，靠背高度较矮，但差别不大，靠背宽度较宽，座椅靠背倾角较少，扶手高度与设计准则中提供的范围相比较低，扶手宽度满足设计准则中的范围，扶手长度略长。

(4)厨房工作台高度、容足空间均符合设计准则中的要求；不满足倒角的相关要求。

(5)盥洗室台面低于设计准则的高度要求，应该增高盥洗室台面的高度；水龙头、镜子等主件处于5%女性及95%男性的可达性范围内，但不在自然伸展区，处于需活动上肢才可到达的区域。适当增高台面高度，增加使用时的舒适性。

6 讨论

针对案例中的5项评估结果，结合公务机特点，基于本文建立的公务机客舱空间尺寸工效的设计准则，建议进行如下客舱空间尺寸工效优化：

(1)客舱过道宽度在空间尺寸允许情况下应适当增大过道宽度，提升乘客乘坐体验。

(2)应急舱门高度、宽度、圆角半径虽符合设计要求，但由于壁板不可动，乘客无法使用应急舱门；舱门位置不满足要求，乘客无法在正常姿态下通过应急舱门。

(3)应减少座深深度，增大座面倾角，增高靠背高度、降低座面宽度，增加靠背倾角，增高扶手距座面的高度，减小扶手长度。

(4)应避免边角过于锋利，划伤机组成员。

(5)应增高盥洗室台面距地板的距离，增加乘客使用盥洗室时的舒适性。

7 小结

本文建立了公务机客舱空间尺寸人机工效设计准则及生成方法，主要涉及过道宽度、应急出口、桌椅沙发、厨房和盥洗室。给出了典型准则的分析和协调具体过程，使公务机客舱空间尺寸人机工效设计准则全面、完整、可信。提出了准则验证方法和程序，提高了公务机客舱人机工效设计准则的正确性和合理性。通过具体评估某型公务机客舱空间尺寸工效设计参数，给出了更合理、舒适的修正意见，有利于公务机客舱尺寸工效的优化。