基于人机工程学的宿舍座椅改良设计

王丽，牛莎莎

（内蒙古工业大学机械工程学院，内蒙古 呼和浩特 010051）

人机工程学是一门综合性学科，该学科主要为各设计领域提供人、机、环境三方面的设计原则，主旨设计思想是“以人为核心”。人机工程学学科提供了一套完整的系统化设计方法，实现了对设计对象全面而综合的思考，能够避免设计工作的片面性。本文利用人机工程学理论，对现有学校宿舍座椅展开分析，进而完成改良设计。

1 人机评析

1.1 靠背评析

靠背设计与人体脊柱结构（见图1）密切相关，脊柱在正常状态下有四个生理弯曲，对应着相应的弯曲弧度，与座椅靠背最基本的相关部位是腰椎。现有座椅的靠背是一个长方形木板（见图2），只有略小的弧线，其造型不能对腰椎起到较好的支承（见图3），从而偏离正常的腰椎弯曲状态，使得腰椎部位的椎间盘和它上面附着的肌肉组织、肌腱和韧带等处于非正常受力中。

图2 现有座椅的靠背

图1 人体脊柱

图3 现有座椅坐姿

1.2 座面评析

座面设计主要遵循压力分布不均匀原则，即坐骨处压力最大，向四周逐渐减小，至大腿部位压力降到最低值，见图4。现有座椅座面（见图5）纵深明显偏大，容易顶住腘窝部位，使其腘窝处受力，同时，使人体坐姿承受压力违背压力分布不均匀原则，压力不会集中在坐骨处，大腿根部也会承受一定的压力（见图3）。

1.3 座椅尺寸评析

基于人机工程学中测量学理论依据和对现有座椅所做的实际测量，得到理论尺寸和实际尺寸的对比情况，见表1。

图4 坐姿压力分布

图5 现有座椅的座面

表1 理论实际尺寸对比（单位：mm）

从表1可以看出，现有座椅尺寸与依据人机理论得到的尺寸相比，差异较大，有待改正相关尺寸。

1.4 材质评析

现有座椅靠背和座面采用胶合板，支架使用涂漆铁管，椅腿足部有塑料防滑套，螺钉连接。所使用的材料偏于冰冷的强硬的工业风格，材料不环保，缺乏亲和力和温馨感，不能够较好地满足宿舍环境氛围，也不能满足学生的心理需求。

1.5 色彩评析

靠背和座面贴面色彩接近木质纹理，木纹虽然属于自然色，但是，该色显得陈旧，缺乏活力。支架表面涂漆为白灰色，椅腿配有黑色的防滑套。整体配色显得过时、平淡而压抑。

2 改良设计

2.1 靠背设计

人处在没有靠背支承的坐姿状态下，背部受腰椎和肩部受力较大。根据表2，一般休息座椅的靠背会对腰部和肩胛部的提供支撑，从而起到了缓解腰部、背部肌肉受力的作用。宿舍用座椅，有休息和学习两种功能，所以靠背增加了合理的腰靠和肩靠。本次设计属于男女共用Ⅲ型产品，肩靠高度根据坐姿人体尺寸数据，取男性、女性坐姿肩高第50百分位数+功能修正量(坐姿肩高)，得出肩靠高度为587mm。腰部支撑点的高度是腰部支撑点到座位基准点的垂直距离，在数值上等于髂嵴点到座位基准点的垂直距离。而髂嵴点的位置在实际的测量工作中比较难以确定，在长期的测量实验中发现髂嵴点的高度大概相当于人体在坐姿状态下的坐姿眼高的1/3，上下的实际误差大概有5mm，由此我们可以得出，腰部支撑点的高度为261mm。

表2 四种座椅靠背形式及适用范围

2.2 座面设计

座面高度尺寸是比人体的小腿加足高的数值低10～15mm。我国成年男女的小腿加足高的50百分位数分别是：H50男=413mm，H50女=382mm；分别加上各自的穿鞋修正量（男子为25mm，女子为20mm）和穿裤修正量（-6mm），就可以得出适合我国成年男女使用的座椅的座高的范围在350～460mm，本次设计采用420mm。座面宽度尺寸取我国成年女子坐姿臀宽的95百分位数值作为设计依据，考虑修正量后，取400mm。座面纵深根据GB/T 14774-1993《工作座椅一般人类工效学要求》推荐值取380mm。

2.3 材料和色彩设计

本次设计靠背和椅面采用透气性和环保性较好的棕灰色麻点布料，支架采用银色亮面不锈钢钢管，布料给人温馨、亲和、舒适的感觉，色彩耐脏沉静，白色不锈钢钢管给人现代感。效果如图6。

3 结语

图6

本次设计对象主要针对高校学生宿舍用座椅，其功能不局限于学习，因为大部分学生会在教室或实验室完成学习任务，宿舍环境中更多用于休息放松，目前，宿舍所使用座椅难以满足学生的需求。本文从人机工程学理论出发，分析了现有座椅存在的不足之处，展开改良设计，从而设计出符合人机特性、舒适、健康的座椅，满足大学生在宿舍使用座椅时的生理和心理需求，使宿舍环境更加人性化。