基于人机工程学的上下床优化设计

张雅婷 刘佳林

摘 要：为使上下床更好的满足使用者的需求，文章通过问卷调查了解了现有上下铺存在的设计上及安全上的问题。首先，基于《安全人机工程学》知识，对床铺的结构尺寸进行了设计;其次，从功能上考虑，设计了床上书桌，改进了上下床楼梯，增设人工光源，并进行色彩设计。通过此设计在生理、心理上都满足人对安全、舒适的要求。

关键词：创新;美化;合理运用空间

由于课程越加繁重，越来越多的学校会要求学生住校，因此，宿舍床铺成为了广泛的需求。床的发展趋势呈现为多功能化和个性化两个方向，但是宿舍的床都无法完全满足。因为宿舍是公共场合，且占地面积小，无法在容纳多人的同时满足更多功能。作为提供睡眠的场所，宿舍床铺的舒适度将对学生的身心发展有着至关重要的作用，不论从个人审美、还是私人空间都要有舒适的感觉。文章将在有限的空间内，以提高宿舍床铺的舒适度，增长同学的学习热情为目的，利用人机工程学的知识对上下床进行优化设计。

1 学生宿舍床铺的调查研究现状

床与生活、学习都密不可分，作为促进学生身心发展的重要元素，宿舍床铺的设计，越来越受到人们的重视。文章对部分高校通过线上、线下的途径，进行了问卷调查，结果显示大部分调查对象都认为现存宿舍床铺存在许多的不足，如图1

1.1 存在于设计上的问题

由于条件的限制，上下铺基本只能满足学生的休息需要，不能满足学生的学习要求;而且单独的储物空间是极少的，仅依靠床底桌箱等空间既不方便也显得拥挤;因此应从满足学习、储存及上铺护栏的方向考虑。

1.2 存在于安全上的问题

通过问卷调查，对部分高校的宿舍床铺现存的安全问题进行调查与统计。发现了床铺老化、棱角过尖、螺丝松动、护栏过低而导致坠床等问题。

2 上下铺设计相关要素分析

寝室上下铺安全人机工程学分析。秉承“以人为本”的设计理念，对宿舍床铺进行分析与创新设计。现有的床铺，虽满足了休息的要求，但如何睡得舒服是一个问题。目前，陈捷云[1]对床铺进行了人机分析，改进了现存缺点、优化了部分功能，文章结合问卷调查结果对床的结构进行了设计。

（1）床的长宽设计。床的长宽设计以人的活动范围为依据进行确定。图1所示为人平躺时正面、侧面活动范围的最大限制。图2（a）表明，人平躺于床正中间时单手能划过的最大范围在850～900mm之间，由此可知，床的宽度就应该不小于900mm。图2（b）显示人平躺时，手臂在竖直方向的活动空间，此处应考虑人的身高及心理空间等。人平躺于床上时最大长度在1850～1950mm之间，由此可得，床的长度就不应该小于1950mm，且中国男性第99百分位身高为1814mm，床的长度取1950mm符合要求。在考虑心理修正后，床铺长宽设计为，长：1950±50mm;宽：950±50mm[1]。

（2）上铺护栏高度设计。如图2（b）所示，人平躺时最高点在270～300mm之间，由此可知，上铺侧栏不应该低于270mm，但又要考虑床垫的高度，所以上铺侧栏高度范围应该为290～320mm之间。

（3）床的高度设计。根据《人机工程学》中人体主要数据（坐高99%百分位数男生的测量值是979mm，而女生的是920mm）与张义峰[2]等对安全人机工程于生活中的研究。对下铺来说，坐立时高度是足够的，但如果是跪姿，间隔略有不足。跪姿高度大约是坐姿高度与小腿厚度的测量值，对应99%百分位数测量值粗略计算。由于男生平均身高大于女生，故以男生测量数据作为设计依据，考虑跪姿情况时，床铺的高度设计见下表，宋晋鹏[3]对住宅建筑楼层高度的影响因素进行了阐述，并对工程中常见的住宅建筑高度进行了分析，得出了居室净高不宜低于2.5米;普通住宅层高约2.8米，因此，设计床高适用于寝室楼高为2.8米的要求。

3 上下铺的功能性创新与设计

根据生活、学习需要，在床的可利用空间中考虑书桌、书架的设计。根据使用便利性，考虑了楼梯的优化设计。考虑审美及心理特性，对床的色彩与采光也进行了优化。

3.1 床上书桌的设计

宿舍不仅是休息的地方，也是重要的学习场所，书桌是不可或缺的一部分。文中将设计一种可折叠式书桌。从路尧[4]等研究的桌椅相关特征对坐姿舒适影响中得出最适桌子高度应在人胸口处，约为坐高的1/2处偏上，所以只考虑坐姿，桌子的高度为500±10mm为最适，但如果是跪姿，高度略有不足，应适当增加103±10mm，因此高度为603±10mm。考虑桌面手眼协调区域，如图3所示，手眼协调区是最大作业区和视觉舒适区的相交区，即最常用区。人的视觉舒适区半径为535mm，说明宽度不应小于该尺寸，则预留适当活动空间为540mm。书桌长以床铺的宽度为基准。

3.2 上下楼梯改进和创新

调查显示，被调查对象最希望的是嵌入式楼梯，采用下沉式结构。每级台阶中间，都带有抽屉，相连于两床之间公共使用。同时这不仅最省力，还提高了攀爬的安全系数，增加了存储空间。（如图5b）

3.3 采光设计

依据程培新[5]的研究，在光線充足的环境下工作效率比较高，所以最适光线显得非常重要，选择何种照明方式与工作性质和工作场地布置有关。自然光是人工光源所不能比拟的，因为在自然的光线下作业，眼睛最舒适，因此在设计时应最大限度地利用自然光。但是，自然光受昼夜、季节等条件限制，设计中用人工光源做照明补充，陈丹丹[6]以餐饮空间为载体，从灯光的自身特性出发，多角度深入研究灯光以及光环境，设计出更好的室内环境与光源环境。现在许多高校宿舍使用的是日光灯管，这种灯管工作时间长，亮度高，性价比高，一般安置在天花板上，光源可分散到各个角落。但对于上下铺，也有部分缺点，表现为上铺灯光过强，下铺大量光源被阻挡，致使采光不良，损害眼睛，造成了光源的浪费。人工光源水平分析如图4（a）所示，其中填充处便是人工光源最佳区域。人工光源垂直分析如图4（b）所示，光源与视力的最适夹角为45°，在这个方位可以最大限度地获取光源。因此文章将在纵向距离为450±50mm，横向距离为以人为中心左右偏移17.5°处做一个轨道式可移动光源，不仅满足最适位置，还满足了左右撇子的需求。用于在夜间自然光缺失时的光补充，根据中华人民共和国国家标准《建筑照明设计标准》GB50034-2013的规定，居住建筑起居室（书写阅读）照度标准值（lx）为300，且最好使用混合照明。在此前提下设计冷暖两色灯光，以供使用。

4 采光分析

3.4 色彩设计

黄国松[7]从色彩设计的角度，运用色彩心理学原理分析了色彩心理与年龄等的关系，阐述了色彩心理的个人差异和共同感情等一些理论问题分析得出，选择适当的色彩构成良好的色彩环境可以增加明亮程度，提高照明效果;也可以使学生舒适愉快，减少疲劳同时也可以使环境整洁，层次分明，明朗美观。根据李安安[8]利用色彩对视觉传达的研究分析得出，床铺这一环境配色与色彩选择以白、乳白、浅黄、天蓝为主色调，不仅达到明亮、和谐、美观又舒适的条件，还考虑到了光线的反衬，提高照明效果，这样就能大大减少人工光源的输出与消耗，节约能源。但配色一定不要色彩单一和饱和度过高，否则会加速视觉疲劳或引起单调感。因此床铺的主体色将选为乳白色或浅黄两种，上下楼梯选择原木色或者棕色。[9]

4 结语

文章通过问卷调查，了解了上下床现存的问题，从结构性及功能性两方面进行基于安全人机工程学的床铺设计。

（1）考虑人体活动范围及最舒适区，确定了床铺的各尺寸，长为1950±50mm，宽为950±50mm，上下铺层高为1100±20mm，床底高为400mm;故床的总体高度为2600±50mm，符合楼层高度范围。

（2）考虑上铺人员的安全性，设计上床护栏高度为290～320mm。

（3）考虑多数寝室面积小，人员多，学习空间少的情况，在床上设计了可收缩的书桌，基于手眼协调区范围确定书桌长为900±50mm，宽为540mm，高为603±10mm。

（4）结合储物与上下床的需求，床铺楼梯设计为嵌入式预埋楼梯，各楼梯为抽屉设计。

（5）床上人工光源位置设于书桌上方处，以人为中心左右偏移17.5°。

（6）考虑增加明亮程度和满足环境整洁，层次分明，明朗美观等条件，选取乳白色或浅黄作为床铺主体的色彩;选取原木色或者棕色作为上下楼梯的色彩。

参考文献：

[1]陈捷云.高校宿舍组合式床铺的人机学分析[J].科学与财富，2017（8）：283-284.

[2]张义峰，唐铭，张新超.安全人机工程学在日常生产中的应用[J].黑龙江科技信息，（26）：47.

[3]宋晋鹏.住宅建筑常见楼层高度之分析[J].建材技术与应用，2017（6）：10-12.

[4]路尧，刘卉，张雨晴.等.桌椅相关特征对坐姿舒适影响的生物力学研究进展[C].第十六届全国运动生物力学学术交流大会（CABS2013），2013.

[5]程培新.《建筑照明设计标准》（GB50034-2013）学习体会[J].智能建筑电气技术，2015，9（2）：29-32.

[6]陈丹丹.室内光源设计与餐饮空间性格塑造之探析[D].苏州大学，2014.

[7]黄国松.色彩设计心理分析[J].苏州大学学报（工科版），（4）：57-65.

[8]李安安.基于色彩应用的视觉传达设计研究[J].商业故事，2016（19）.

[9]歐阳文昭，廖可兵.安全人机工程学[M].北京：煤炭工业出版社，2002.