水杯设计中人因工程学的应用研究

王 璇，李 鹏，2，朱晓冬

(1.东北林业大学材料科学与工程学院，黑龙江哈尔滨 150040；2.齐鲁工业大学生物基材料与绿色造纸国家重点实验室，山东济南 250353）

水是生命之源。水分的及时补充对于身体的健康至关重要[1]。直接装杯饮用是补充水分最便捷的方式之一。因此水杯的重要性也随之凸显出来。一款适宜的水杯可以提高使用者的饮水频率、帮助使用者找到饮用需求与饮用体验之间的平衡点。基于以上，笔者以人因工程学为切入点，围绕“以人为本”的核心设计思想，通过人体尺寸、操作行为和情感需求三方面，对水杯的设计进行分析，探求水杯设计与使用需求、使用体验之间的联系，为水杯设计提供参考。

1 水杯设计与人体尺寸

水杯杯身的高度与弧度，握把的位置与大小，杯口与底座的直径、杯脚高度等尺寸与水杯整体的使用舒适度关系紧密，因此应考虑到使用者的感受，采用适宜人体的尺寸进行水杯设计[2]。

1.1 人体尺寸

与水杯设计联系最为紧密的人体尺寸是人体手部尺寸，包括手长、手宽、手部握持围度等。因为不同人种或同一人种的地域、年龄、性别差异造成的人体尺寸各不相同，在进行水杯设计前要对水杯使用人群进行划分，进而分析适合目标人群的水杯尺寸，设计出更加人性化的水杯。

现行的国际标准ISO 7250-1-2008“技术设计用基本人体测量”和我国国家标准GB/T 5703-2010“用于技术设计的人体测量基础项目”中，人的手长在人体测量中被规定为中指指尖点到桡骨茎突和尺骨茎突之间掌面连线（两个茎突连线的测点大致在腕部皮肤皱纹的中间）的垂直距离（图1）；人的手宽在第2到第5掌骨头水平处，掌面桡尺两侧间的投影距离；人的最大握径是将拇指指尖与中指指尖相触，在内侧大致呈圆形时，中指指点与拇指指关节最外突部位间的直线距离[3]。

笔者以1989年7月实施的GB 10000-88“中国成年人人体尺寸”国家标准中提供的中国成年人的手部尺寸为参照[4]，总结了通用中国成年男女的手部尺寸数据，其中中国成年男性手长、手宽、食指长分别为164-202mm、73-92mm、60-79mm，平均尺寸约为手长182mm、手宽82mm、食指长69mm；中国成年女性的手长、手宽、食指长分别为154-189mm、67-85mm、57-76mm，平均尺寸约为手长171mm、手宽76mm、食指长66mm。以此数据为基础，成年男性手部最大握径约为55mm，成年女性约为40mm。

1.2 水杯的尺度

结合人体每日1500-2000ml的饮水需求，在设计水杯时要明确水杯的容量规格，从而确定杯具尺度。市场中室内用水杯容量以180ml、250ml、360ml三种规格使用最多，外出使用的水杯容量则多用500ml左右规格。以这四种容量为水杯设计规格，采用一次性纸杯造型可得出水杯的上口径、下口径、杯身高度等尺度，其中180ml水杯为70×49×78mm、250ml水杯为75×53×90mm、360ml水杯为95×58×95mm、500ml水杯为100×65×110mm（图2）。

参照相关国家标准中提供的人体数据，无柄杯具的直径应控制在65mm以内，直径超过65mm的应增加方便握持的把手或特殊设计，防止握持不便带来的使用困难。室内用口杯的杯身高度一般为90-120mm，若要增高杯身需合理搭配杯子口径，减少清洗水杯带来的麻烦。

2 水杯设计与操作行为

图1 手长手宽示意图

图2 一次性纸杯

图3 三角摆放杯具

图4 纸型水杯

图5 折叠水杯

图6 宜家代诺拉马克杯

图7 Mighty Mug“神奇不倒杯”

图8 Smart grip技术

图9 吸管杯

图10 成人奶嘴杯

图11 鸭嘴杯

图12 NUK拔盖式学饮杯

图13 一键开盖鸭嘴杯

图14 旋盖式吸管杯

图15 手部凹印水杯

人体操作行为是指人体在使用产品或完成动作指令时的行为结构。在水杯设计中的人体操作行为是指水杯设计需要考虑水杯与人在各种环境下的交互关系[5]。在水杯流通阶段，出售方的陈列、堆放，运输中便于流通、搬运；在水杯的消费者使用阶段，方便使用、便于携带等。

2.1 流通阶段的操作行为

为了减少在水杯流通阶段的运输途中的损失和出售方堆放、陈列的困难，尤其是流通、搬运过程中的碰撞、颠簸导致的水杯损坏和在陈列、堆放、清点时给出售商造成的困扰，在水杯设计上也需要加强对流通阶段水杯设计的思考[6]。例如发现并使用更多的特殊抗压材料制作水杯或水杯设计采用容易叠放或交叉放置的造型等。

在展示摆放水杯时，大多商户采用三角摆放，将三个杯具摆放在一起，利用三角稳固的结构，防止误碰跌落（图3）。在设计中采用便于叠放的纸类造型的水杯，不仅解决了出售和运输方的困扰，也因造型独特受到众多消费者的喜爱（图4）。设计师或在设计水杯时，采用特殊材料和造型进行设计，如旅行用便携折叠水杯，采用硅胶材料设计而成，水杯在造型上可压缩至手掌大小，也解决了流通阶段会产生的众多问题（图5）。

2.2 使用阶段的操作行为

在消费者使用阶段，水杯的携带和操作难度也是人性化水杯设计的重点。为了人性化使用的水杯设计思路多种多样，在携带、开启方式、放置等操作上有许多品牌进行了创意性的实用设计。

宜家生产的杯子因价格低廉、造型简洁、设计合理，曾受到中国部分地区消费者的追捧。在宜家生产的几款水杯底部，存在类似缺口，品牌方解释该设计是为了防止放置在有水的桌面，因水压难以拿起的气孔（图6）。除宜家外，还有被称为“永远不会被撞翻的神奇不倒杯”的Mighty Mug，杯子底部的吸盘模仿章鱼等动物的吸盘特性，开发出的一种独特技术名为“Smart grip”。该技术类似气压锁，在受到横向外力时气压锁开启，让杯子保持不动，而当杯子被垂直向上拿起时，会自动打开气口解锁，不需要控制按钮（图7-图8）。

杯子的开启和饮用方式是作为水杯最重要的消费者操作行为，也直接决定了杯子是否符合消费者的生活习惯。因饮用方式不同，常用的水杯类型有敞口杯、吸管杯、奶嘴杯、鸭嘴杯等（图9-图11），而开启方式也根据饮用方式的不同有旋转式拧盖、一键自动式开盖方式、启盖式、拔口式等（图12-图14）。如德国NUK设计的拔盖式学饮杯，采用硅胶软吸管，以训练孩子饮水为设计目的，有防漏防呛的功能，受到许多家长和孩子的喜爱。设计者需要根据消费者的操作行为习惯选择搭配的开启和饮用方式，衍生出了水杯的不同类型满足消费者多样化的需求，从而出现逐渐成型的水杯市场。

水杯的把手和拎带设计对于水杯的握持和携带起到关键作用，合适的把手需要符合舒适的关节活动姿势，以减轻握持和举起水杯的困难，达到人性化设计的要求。对于需要携带外出的水杯，必要时添加合适的拎带和把手，且拎带和把手的尺寸和造型要依据消费者的人体尺寸、握持方式来进行设计，增加消费者使用时的舒适感。还要考虑把手和拎带的承重是否符合杯子容量的设定，防止拎带受力崩坏[7]。当前市场上在保证水杯的使用，在握持和拎带上进行造型设计的水杯也是层出不穷，各具特色（图15）。

图16 陶瓷牛奶杯

图17 可口可乐

图18 不同材质水杯对比

在水杯设计中，设计师们在保证满足水杯饮用功能和饮用需求的前提下，根据对消费者的操作行为与水杯之间的交互关系进行分析，从而在水杯使用和携带中为消费者提供了更多人性化的使用方式，为人性化水杯设计提供更多的理论支持和设计可能。

3 水杯设计与情感需求

基于人性化设计的水杯，除了满足人体尺寸和操作行为的需要，还得满足人类心理上的情感需求。

3.1 形态

人们根据对杯子的外观感觉，从而形成对特定水杯的认识，在设计采用不同的颜色、造型、材料、肌理都会产生不同的效果。在水杯设计中也常常出现基于人的感知的设计，例如对牛奶杯的设计，人们从杯子的陶瓷材料、乳白色和如同流淌的牛奶的造型等认识，便能理解这是属于牛奶杯的知觉（图16）。水杯造型和结构设计直接影响着杯子给消费者形成的外观感觉。水杯的造型有仿生设计、几何形设计。对于水杯整体及不同部位的造型设计，根据水杯的定位以及其他设计需求来选择合适的水杯造型和结构设计，在符合使用需求的基本要求上，给水杯消费者带来更为舒适的饮水体验[8]。

3.2 色彩

在产品设计中，产品的造型、性格定位以及所要传达的信息，大部分是由色彩来完成的，从而实现产品销售的目的，如可口可乐的红白搭配（图17）[9]。水杯色彩设计并非单纯依赖于色彩的表现形式，而更多的是由色彩传递给人的意象，从而形成的色彩语言。在审美差异中不同的地域、国家、民族，对色彩都有不同的理解，如西方将红色视为血腥、暴力、邪恶的象征，而中国人喜欢把红色当作吉祥、喜庆的代表。不同的色彩和色温可以给消费者带来不同的感受和想象，使人产生温度感、轻重感、硬度感、远近感等物理感觉，从而引起人的情绪变化。例如，色彩形成的冷与暖、热情与冷淡、活泼与刻板、前进与后退等不同的感觉。因此，在设计中应合理地应用色彩的物理和情绪感觉，创造合适产品的色彩环境[10]。

3.3 肌理

产品设计中追求的表面处理效果主要是防滑、耐磨、增加装饰性、增加质感等，常见的水杯表面肌理处理工艺有：金属化工艺、表面涂层、涂布印刷、表面磨砂等。不同的材质选用合适的表面处理，会让设计作品呈现更佳的效果，例如采用高分子材料金属化工艺，通过化学或物理方法，将少量金属镀在高分子材料的表面，从而使其具有镀金属的特性[11]。表面处理工艺，在肌理效果上帮助产品增添触觉感知，在盲人用品设计中尤为多见。水杯产品的肌理作为触觉感官设计的重要着手点，在情感向的水杯设计中地位突出。不同肌理表面处理的产品在触觉感知上会在心理上给消费者形成不同的感知，对水杯情感定位的表达有着出色的效果。

3.4 材质

不同材质的水杯有自身的优缺点，带给消费者的触觉感知最为直接。塑料水杯色彩造型丰富、光泽度高，但不耐高温、易老化；纸杯造价低，但容易破；玻璃杯透明、耐腐蚀，但易碎；金属杯不易碎、耐高温，但不易保温、造价高（图18）[12]。为了迎合市场的需求，综合各材料的优缺点，现代设计中出现了将肌理与材质结合的设计，例如使得非金属材料制品呈现金属的表面质感。这样的设计不仅能降低产品的成本，将材料间的优点最大化，也满足了消费者的心理需求，对于市场和消费者是双赢的设计方式[13]。

4 结语

通过对市场代表性水杯设计进行研究，笔者发现水杯在满足作为饮水器的基本功能外，消费者在选购水杯时往往更倾向于与人体尺寸、操作行为相匹配的水杯产品。此外，功能多样、造型独特、便于携带的水杯也是消费者选购的畅销产品。综上所述，水杯设计多样化、人性化的发展趋势促进着设计者的设计思维和方法的更新，根据当前水杯市场的经典设计案例，采用新型的技术和材料给人性化水杯设计市场带来变化是水杯设计发展的一个重要方向。