游艇中的人机工程学应用探析

田 园

（山东交通学院,山东 济南 250353）

1 人机工程学的概念

人机工程学是一门研究人、机器与系统之间相互作用的学科。国际人机工程学协会给出的官方定义为“是一门研究人与系统中其他因素之间的相互作用以及应用相关理论、原理、数据和方法来设计以达到优化人类和系统效能的学科”[1]。所以现今大多数设计，尤其是工业设计和产品设计，都与人机工程学有着密切的关系，以人机工程学所研究的数据为设计的支撑和依据，因此设计师需要认真研究人机工程学的各项理论和数据。

人机工程学一般是通过生理学、心理学、力学、结构尺寸学等多学科在产品设计中的综合运用，尤其是经过对人体结构和运动特性进行综合研究，人机工程学在交通工具设计领域所占比重已经越来越大[2]。在现代新兴户外交通工具——游艇的外观和内饰设计中，设计师也需要遵循人机工程学的数据，以便将游艇的各个组成部分，包括设备、内饰和环境，都能与使用者相契合，同时也符合使用者提出的要求。

2 游艇中的人机工程学

在游艇设计过程中，需要考虑驾乘人员能否在游艇狭窄的舱室环境下正常活动,能否正确操作游艇中的设备工具，能否较舒适地学习和生活，这就涉及人机工程学在游艇设计中的应用。游艇人机工程学要求游艇的各个部件、设备与工具都能符合人正常使用过程中的需求,不增加操作的困难程度，以及游艇环境不能超越人体的生理耐受程度。所以人机工程学主要为游艇设计的整个过程提供人体的静态和动态尺寸数据，以此作为依据确定或者改进游艇环境，内部设备和生活用具尺寸，保证在游艇内生活或工作的人可以感受到舒适和适应。

2.1 操作和生活工具尺寸设计

这部分主要涉及人机工程学的游艇中的内部装饰及用品用具有桌椅、工作台、操作台、床和游艇使用中驾乘人员操作的各种机械、电子设备。当然游艇的外观设计和结构设计自然也包含着人机工程学相应的数据和原理。

在游艇家具尺寸设计中、书桌、工作桌、衣柜、陈列柜等家具的高度，以及坐具，如工作座椅、休闲椅等都是以人的静态立姿和坐姿尺寸为标准，而床等卧具以人卧倒后的静态尺寸为准。游艇中家具的长宽高、进深等尺度都需要参考人体基本标准提供的身高、坐高、前臂活动和弯曲等数据。而各种坐具的进深、宽度、间距等尺寸也需要充分考虑人体大腿和小腿长度、宽度和厚度的尺寸问题。

以游艇的操作台设计为例，在游艇的操作室中，游艇的驾驶人员需要站在工作台前进行驾驶操作，这个工作台就是人机工程学的第一个应用案例。按照人机工程学中的静态站姿数据显示，男性工作人员如果要站在操作台前工作，假定他的身高是185cm（按照欧洲男性平均身高），他的目测水平线距离地面大约为175cm，所以他的前方如果需要安装显示仪器，则仪器的最低端需要安装在距离地面175cm左右的地方，显示器最佳倾斜角度为30°。

再次假定男性模特身高为185cm，他的肩部到手肘的距离大约为40cm，换言之，他的前小臂水平工作区域距离地面约为110cm。所以操作台按键区域需要设计到距离地面110cm左右的地方。因为工作人员是站姿操作，为了方便操作，操作台上的按钮及其他仪器建议沿水平线进行倾斜，角度大约为30°。图1详细绘制了以上各项尺寸数据。

图1 立姿工作状态下人体与工作台的各项数据（单位：cm）

那么游艇操作台高度大约为110～100 cm。因为男性工作人员的手臂比女性工作人员整体长度略长，所以工作台的宽度可以适当放宽，大约45cm。

根据以上的人机数据参考，游艇操作台的工作区域大约高100cm，操作工作区域中心线距离地面大约110cm，倾斜角度为15～30°。这样就完成了游艇操作台的初步尺寸设计。

因为我国男性平均身高远不到案例中使用的属于欧洲男性平均身高的数值，所以欧美游艇设计中的操作台会略高于亚洲的操作者所需的实际尺寸，造成偏差。表1汇总了中国男性的人体基本尺寸数据，以做参考。

表1 中国成年男性各项身体尺寸数据

按照国家统计局的最新统计，2020年测得我国男性平均身高约168cm，其视距距地面约158cm，所以在驾驶员以立姿姿势操作驾驶台的时候，显示仪器应保持在驾驶员视线前方，距地面约155～175cm的地方，倾斜角度为15～30°。或因实际安装需要，将显示仪器与操作仪器安装在同一平面上，距地面75～90cm的高度，显示仪器的倾斜角度为60～80°。

在坐姿姿态下，需要考虑驾乘人员的基本坐姿尺寸，以及坐姿姿态下人体的活动特点和生理特征。座椅的尺寸设计参数主要包括椅面高度、宽度、深度、倾斜角度和靠背的宽度、高度以及倾斜角度。下面以座椅高度和宽度为例进行人机工程学数据研究[3]。

首先来看椅面高度，在设计椅面高度时，过高和过低都会影响驾乘人员的体验，椅面过高会压迫驾乘人员腿部肌肉使血液流通不畅，同时影响驾乘人员的平衡能力和操作水平，椅面过低则不能有效支撑驾乘人员身体导致背部肌肉负担加剧。根据表1我们可知，中国男性平均小腿高度约30～39cm，较为舒适的座椅高度约30～35cm，再根据实际游艇内驾驶环境和生活环境的局限性要求，增高或降低实际座椅高度即可。

座椅宽度则选取人的坐姿臀部宽度的最高值，以满足人体最宽度的坐姿要求，以便于让人坐得舒适。由表2可以看出，因为中国人体中女性臀宽35cm为最大值（男性仅为33cm），所以游艇座椅宽度取值约45～50cm为最佳。

表2 中国男性和女性的坐姿臀宽

在实际游艇设计中，对不同环境内的陈设和家具也有不同的尺寸要求。比如在驾驶环境中，驾驶人员乘坐的坐具主要支撑他们长时间端坐驾驶的姿势，不仅要舒适，还要可以在放松身体肌肉的同时支撑身体承重，而在休息区，坐具只需要保证人体的舒适度，能放松身心即可。同时因为游艇内环境狭窄，因此家具的尺寸也会受到狭小环境的限制。

2.2 游艇环境中的人机工程学

在游艇这种较为特殊和极端的环境中，环境中的物理因素如光照和温度、震动、噪声等因素对人体的心理、生理有很大影响，研究游艇环境中的这三种因素，可以更好地保证驾乘人员的健康、安全、舒适和有效工作。

游艇中的噪音包括空气动力噪音、机械噪音和电磁噪音三种。空气动力噪音是由气体振动产生的，机械噪音和电磁噪音是由游艇本身自带的机械设备运行产生的。这些噪音都无法直接避免，但机械噪音可以通过在机械上增加阻尼材料而减缓和降低噪音，也可以在游艇的大型机械设备房间周围布置隔振和减噪装置，不过这样成本要高很多。

当因为游艇的特殊结构或安全性能要求而导致减震和避噪的设备无法安装和使用时，从而导致游艇中的工作人员或乘客长时间暴露在90～100 dB，或短时间内暴露在150 dB以上环境中的话，为了保护人体健康，与陆地相似环境下的人员一样，游艇中的驾乘人员可采用护耳设备，常见的有耳塞、耳罩、帽盔等[4]。

游艇常见的振动现象是船体振动和机械振动。人是一个弹性系统，有他自身的振动特性。经科学实验证实，在正常重量下，4～8Hz频率的振动能量传递最大，对人体的生理影响也最大，被称为人体的第一共振峰，10～12Hz被称为人体第二共振峰，20～25Hz被称为人体的第三共振峰。一般当振动强度达到让人体不适的程度时，人的生理反应会出现不舒适、头痛、头晕、疲劳、瞌睡、耳鸣、胸腹痛等症状，造成人员注意力分散，操作效率低下，或持续犯错。由于游艇的振动其实主要是由机械振动带动和引起的，因此在游艇设计中，必须要考虑最大可能避免和减少机械设备的振动频率与人体达到共振的频率效果。

温度是环境的第三个重要影响因素。所有的环境设计都要求设计出符合人体要求能达到让人体舒适的温度效果。但在游艇航行期间，温度会随时变换，其中不乏包括因航行区域气候、洋流、辐射状态、日照和船体本身散热性能的差异等因素造成的温度变化，这导致驾乘人员的身体舒适温度很难得到平衡和稳定。因此，在游艇设计过程中就要考虑到游艇航行过程中温度的不可控性，使温度这个环境因素最大限度地被把控在人手中，比如在小型游艇的机舱设计中，要做好机械设备区域的降温措施，避免其影响生活区域的温度，导致生活区域的温度过高，造成人体不适。而在生活舱内，也需要调节外部环境的变化而导致的不同温差造成的人体不适。

3 总结

本文只是对人机工程学在游艇设计中的作用进行了一个浅显的分析，事实上在游艇设计环节，人机工程学的应用无处不在。比如游艇中的楼梯设计，在人机工程学中，楼梯的高度和宽度都取决于人的正常步距，它们之间的关系是：楼梯高度的两倍加上楼梯的宽度等于人的正常步距。而经过计算，人的正常步距大约在570～630mm之间为最佳，所以可以根据前文提到的公式，计算楼梯的合理高度和宽度。

包括交通工具在内的所有人为性产品都是为人服务的，这些产品的设计都需要做到以人为本，按照人—机—环境相互协调发展的原则进行产品定位、调研、设计等，使产品设计在融合了人性化的同时兼备智能化和信息化，并利用人机工程学使设计产品成果更符合需求、更高效，这也是人机工程学作为一门新兴学科在未来的发展方向。在21 世纪，随着技术的发展和计算机的应用，基于人机工程学的模拟设计和模拟测试将为设计师提供更多的参考数据和技术支持，将节省大量的人力物力，使产品更具有实用性和人性化，使人们的出行变得更便捷有效、更轻松也更安全。