办公椅的双靠背形态设计研究

■杨丽帆，申黎明，谈立山，汪 洋

(1.2.南京林业大学家居与工业设计学院，江苏南京 210037；3.4.浙江安吉县质量技术监督检测中心，浙江安吉 31330

办公椅作为室内坐姿工作时最常用的家具之一，随着经济与科技的不断发展，其品类更加多样化，功能性更加完善，逐步地满足人们对于座椅舒适性的更高要求。关于办公椅舒适性的研究在国内外也越发的深入与广泛，办公椅椅背是影响办公椅舒适度的重要部分，舒适合理的靠背形态设计不仅能减少人体不正确的坐姿，缓解人体腰、背、颈部的肌肉疲劳，而且能够有效地提高人们工作、学习的效率。因此，办公椅椅背舒适性的研究与评价在实际应用与研发设计中都显得尤为重要。本文针对市场上出现的双靠背办公椅的椅背进行具体研究，探讨靠背形态设计与人坐姿舒适性的影响关系，为办公椅的靠背形态设计提供参考依据与设计建议。

1 双背椅椅背形态与舒适性

双靠背办公椅简称双背椅，是一款根据人体工程学原理来设计的办公椅，该类型的座椅以中间线为对称轴，左右各设置一个椅背，采取两侧环腰怀抱设计，能够有效地分散体压，减小脊椎所受压迫。双靠背的设计能够更大程度化上地使人体背部与座椅相贴合，增加两者之间的接触面积，同时左右靠背间的空隙可以恰好将脊椎空出，避免了椅背因与脊椎直接接触而对其产生压力，从而影响脊椎的正常弯曲弧度[1-3]。总的来说，双靠背实现了将腰部与脊椎部位的压力转移至左右背阔肌的目的，在为背部提供足够承托作用的同时又不会对脊柱产生压迫，极大地提高了座椅的舒适性。文章通过对双背椅相关资料的收集和查阅，对双靠背办公椅形态设计要素进行了研究与分析，主要包含椅背正面形态、椅背侧面轮廓形态和椅背俯视轮廓形态[4]。

根据双背办公椅的基本信息，可以得到，目前双背办公椅常用的靠背覆面材料主要有布面和皮面，其中布面材料集中于网布和棉布等材料，由于网布具有较好的透气性和可塑性，能够满足靠背形态的多样性以及技术上的较高要求，所以得到更为广泛地使用[5]。其次用得较多的则是皮质材质，虽然皮质材料相较于网布材料更便于清洁，但由于皮质材料易划损，人造皮透气性较差，真皮价格昂贵，因此其使用率相较于网布略低。除覆面材料外，海绵和塑料框架是组成靠背结构的重要材料。双背椅的腰垫和头枕可以根据需求进行不同的搭配，腰垫形态贴合人体腰部曲线，从很大程度上能够提高人体腰部的舒适性，头枕则为人体头部及颈椎提供承托性[6]。

2 双靠背形面分析

形面分析的目的是便于分析形面关键尺寸与压力分布指标和舒适度评价之间的关系[7]。本文将双背办公椅的靠背形态作为主要研究对象，考虑到其形态的复杂性与规律的不明确性，笔者采用观察法与测量法从三个角度上对双靠背形态进行了分解与测量，得到了双靠背的正面形态、侧面轮廓形态、俯视轮廓形态三个视角上的界面曲线形态。通过使用直尺、细线等工具对靠背的部分关键尺寸进行实地测量和记录，同时使用相机拍摄靠背的界面形态图片，利用CAD对三个视角上的形态示意图进行绘制。

2.1 双靠背正面形态

从正面看双靠背办公椅的椅背呈中部略凹，两边略凸的曲面形态，双靠背主视图示意图如图1所示。这种曲面形态使人坐在上面有一种被包裹的感觉，让背部与椅背表面充分接触，增大了腰背与椅背的接触面积。在承受同等重量的情况下，这样的曲面形态有利于减小背部压力。合理的靠背尺寸设计能够提高人体的坐姿舒适性，通过研究对靠背尺寸的测量，结果显示，双背椅靠背宽度大致在420～480mm之间，靠背长度在400～460mm之间，两靠背间距在30mm左右，单个靠背宽度在200～230mm之间[8]。

■图1 双靠背主视图参数示意图

2.2 侧面轮廓形态分析

双背椅的椅背侧面轮廓形状符合人体脊柱弯曲形态，近似为S形，考虑的因素也较多，包括腰部侧视弧线、背部侧视弧线、腰部突出点高度、腰部侧视凸出量等。为了能够较为清晰明确地表示出双靠背办公椅的靠背形态与关键尺寸，笔者将靠背的侧面轮廓形态近似为上下两段圆弧相切形成的曲线，如图2所示。由于腰部曲线相较于背部曲线更为明显，是靠背形态最为主要的特征，因此本文重点研究腰部侧面轮廓形态对人体舒适性的影响，将腰部突出点高度及腰部侧视凸出量作为主要研究内容[9]。

■图2 双靠背侧面轮廓形态参数示意图

2.3 俯视轮廓形态分析

双背椅的椅背俯视轮廓形状较为复杂，包含背部和腰部的轮廓形态，由于腰部轮廓形态在整个椅背设计中是最为明显的设计特征，因此文章主要针对腰部俯视轮廓形态进行了分析研究，主要包括以下两个设计要素：外边缘围合弧度及腰部横向内凹的深度，为了便于确定和描述双背椅靠背的形状及尺寸，将其俯视轮廓形态以如下示意图3来进行表示，将椅背中部近似为平直形态，重点研究外边缘围合弧度和腰部横向内凹深度对人体舒适性的影响[10]。

■图3 双靠背俯视轮廓形态参数示意图

3 实验研究

由于文章篇幅所限，本文主要针对上述研究内容之一的腰部侧视凸出量进行实验研究及分析，目的是探讨腰部侧视凸出量与靠背舒适度之间的影响关系。

3.1 实验方法

主要采用体压分布测量法和舒适度主观评价法。依据实验测试数据在实验座椅上模拟出不同形态特征的靠背模型，调整座椅基本尺寸。在实验过程中记录被试者在静态坐姿下对人体各部位舒适度的评分，并运用美国的Tactilus4.0人体压力分布测量系统采集各项体压分布指标。最后利用EXCEL将主客观实验数据进行综合分析和处理，讨论静态坐姿下靠背的腰部侧视凸出量与舒适度之间的关系，从而为双靠背形态的舒适性设计提供参考。

3.2 实验设计

将背部侧视弧度近似为平直形态，对双靠背腰部侧视凸出量进行分析和归纳，将腰部侧视弧度半径设置为R=170mm，腰部凸出点高度为160mm的定量，比较腰部侧视凸出量分别为：20mm、40mm、60mm、80mm时对人体坐舒适性的影响，如图4所示。实验座椅模型几何尺寸参数一致，分别为座高430mm、靠背距座面高480mm、靠背长445mm、靠背宽430mm、靠背间距30mm。

■图4 腰部侧视凸出量参数示意图

3.3 实验对象

本实验选择不同性别的正常体型的13位受试者，其中男生7人，女生6人，受试者均无腰椎性疾病，身体健康。体型判断标准依据目前国际上常用于衡量人体胖瘦程度以及是否健康的一项标准，即身体质量BMI(Body Mass Index)指数。其中，BMI<18.5为偏瘦体型，18.5≦BMI≦23.9为正常体型，BMI≧23.9为偏胖体型。

3.4 数据分析

3.4.1 腰部侧视凸出量对压力分布指标的影响

座椅舒适性的影响可以通过压力分布的变化来体现。对体压分布测量的结果进行统计分析，以腰部侧视凸出量为横坐标，各体压分布指标均值为纵坐标绘制折线图，得到腰部侧视凸出量变化与体压分布指标的关系，如图5所示。从图5中可以看出，随着腰部侧视凸出量的增加，靠背的最大压力和平均压力都呈现增大趋势，且在腰部侧视凸出量20mm处，平均压力和最大压力都取得最小值，结合体压分布图像图6可知，腰部侧视凸出量为20mm时，受试者腰部悬空，未能与靠背充分接触，腰部支撑力不足，导致靠背与肩胛骨下端接触的部位出现最大压强，腰背部整体接触面积也最小，此时靠背对腰部的承托力最弱，舒适感较低。当凸出量为40mm时，受试者腰背部较于20mm时明显得到了有效支撑，接触面积取得最大值，结合体压分布图像分析，此时的人体腰背部受力均匀，靠背对人体背部承托作用较强，舒适度有所提高。当侧视凸出量为60～80mm时，最大压力和平均压力均呈现上升趋势，接触面积则随着侧视凸出量的增加而减小，表明当腰部侧视凸出量过大时，会造成人体腰背部局部压力过大，压力分布不合理，舒适感降低。

■图5 腰部侧视凸出量与各体压分布指标关系图

■图6 靠背压力分布

3.4.2 腰部侧视凸出量对主观舒适度

指标的影响统计计算得出腰部及其靠背整体舒适度评分均值，如图7所示。从图中可以看出，随着腰部侧视凸出量的增加，腰部舒适感和腰部贴合感都呈现先增大后减小的趋势，且均在凸出量为20mm时取得最小值，在40mm时取得最大值，同时，两者之间存在明显的变化，说明20mm的侧视凸出量相较于40mm的来说，与人体腰部吻合度较差，不足以给腰部提供足够的支撑，此时的侧视凸出量关系为20mm<80mm<60mm<40mm。就腰部受力感而言，腰部侧视凸出量的关系是20mm<80mm<40mm<60mm，凸出量为40和60mm时，腰部受力感较强，靠背对腰部的承托作用较好。靠背整体舒适度评价从高到低的侧视凸出量关系为20mm<80mm<60mm<40mm，其中侧视凸出量为20mm的整体舒适度评价较差，此时的靠背形态趋近于平直状态，无法和人体腰背部充分接触，而40mm时的侧视凸出量更吻合于人体腰部曲线。

■图7 主观舒适度评价图

4 结语

本文通过对双背椅的实地测量与调研，采用示意图的形式对双背椅的靠背形态进行了较为具体分析研究，归纳提炼出四个影响靠背形态设计的主要因素，分别是侧面轮廓形态中的腰部突出点高度和腰部侧视凸出量以及俯视轮廓形态中的外边缘围合弧度和腰部横向内凹深度。同时文章通过具体实验，研究了腰部侧视凸出量对体压分布和主观舒适度评价的影响，研究表明，体压分布测试结果与主观评价结果相一致，当侧视凸出量为40mm时，椅背的整体舒适度最好。