地铁扶手产品舒适性设计研究

赵友朝

摘  要：本文以地铁扶手产品为研究对象，从立姿乘客抓握舒适性角度出发，对扶手布局、关键尺寸、材质及表面处理进行了设计研究，并给出了建议方案或取值范围。

关键词：扶手;舒适性;整体布局;关键尺寸;表面处理

1.引言

扶手产品是地铁车辆的重要内装配件，为站立乘客提供有效的平衡支撑作用[1]，与乘客息息相关，因此扶手产品在设计过程中，需要充分考虑乘客抓握舒的舒适性。

2.扶手产品的分类

扶手产品，通常可以按照部件类别、高低位置、材质应用等方面进行分类。按部件类别分类，扶手产品主要包括中部扶手、天花板扶手、屏风扶手、门边扶手等，如图1。按高低位置分类，高位扶手在乘客头部以上，纵向布置;低位扶手主体部分在乘客肩部以下，竖向布置[2]。按材质应用分类，扶手产品主要分为不锈钢扶手、铝合金扶手、碳钢扶手。

3.扶手产品的舒适性设计

扶手产品的舒适性设计，主要从产品整体布局、关键尺寸、材质及表面处理等方面进行设计研究。

3.1扶手整体布局

地铁扶手产品主要布置在车厢内部乘客室区域，乘客室区域主要分为门区和窗区，如图2。扶手整体布局方面，高位扶手宜采用3排纵向布置，且门区仅需保留中间高位扶手[3];高位扶手在车宽方向的间距尺寸，可以根据不同车型的车体基本宽度尺寸[4-5]进行适当的动态调整，仅需要注意减少对坐姿乘客的干扰，A、B型车高位扶手在车宽方向的间距尺寸建议分别为650mm、600mm [3-5]左右;立柱扶手需要优先布置在门区中心位置[3]，目前主流A、B型车门区的间距分别为4560mm、4880mm[6-7]，同时单个窗区布置2件立柱扶手[3]，将相邻门区的间距均分为3段，即A、B型车立柱扶手间距分别为4560/3=1520mm、4880/3=1626.67mm，部分项目会将此间距尺寸进行微调;横扶手布置在相邻立柱扶手之间;屏风扶手布置在纵向座椅的两端;门边扶手布置在车门两边。

3.2扶手关键尺寸

扶手关键尺寸方面，主要从扶手外径尺寸、高位扶手安装高度尺寸、低位扶手安装高度尺寸3个方面进行考虑。

文献[8]中给出手轮截面直径尺寸d的范围為18-50mm[8]，手轮操作示意图如图3，可以引用此数值范围为扶手外径尺寸设计提供理论依据，初步确定扶手外径尺寸为（18+50）/2=34mm。扶手选用不同材质时，外径和壁厚尺寸的选择同时要参考相应原材料的国家标准[9-10]，将接近外径尺寸φ34mm的部分管材规格数据进行整理如表1[9-10]（选择范围：外径φ30-40mm，壁厚2-4mm）。根据上述分析，在原材料国家标准的规格范围内，建议扶手外径尺寸接近34mm，可以在保证原材料可长期供应的基础之上，最大程度保证乘客抓握的舒适性。

根据扶手的功能及布局，高位扶手仅适用于身高较高的立姿乘客，低位扶手适用于全部成年立姿乘客[3]。高位扶手通常会结合吊环配套使用[2]，如图4。高位扶手吊环抓握高度尺寸，要保证立姿乘客抓握的舒适性;高位扶手安装高度尺寸，不仅要保证立姿乘客抓握的舒适性，同时要避免立姿乘客移动过程中头部与横扶手杆发生碰撞。

在扶手产品的设计中，首先要充分考虑人体尺寸，人体尺寸百分位数通常以PK表示[11];其次要考虑人体尺寸百分位数的选择原则，分为Ⅰ型、ⅡA型、ⅡB型和Ⅲ型产品尺寸设计 [11];最后还要考虑修正量的选择，包括功能修正量和心理修正量[11]。中国成人人体尺寸可参考国家标准，整理相关数据如图5 [12]、表2 [12]，文献[8]中提供了常用的功能修正量，整理相关数据如表3[8]。

为了保证立姿乘客抓握吊环拉手的舒适性，吊环拉手抓握高度尺寸建议为1710mm，既能满足99%成年女性能够可靠抓握以及绝大多数乘客舒适的抓握，也能满足50%成年男性可以无障碍通行[13]。

为了保证立姿乘客可以舒适的抓握高位扶手，高位扶手的高度尺寸则必须小于可随意取放东西的高度尺寸，如图6，该尺寸与身高之比为7/6 [8]，同时此处以ⅡA型产品尺寸设计为基础，参考表2选取成年女性身高尺寸P50=1570mm作为设计原始依据，参考表3选择功能修正量（25+38）/2=31.5mm，确定高位扶手高度尺寸的上限为1570×7÷6+31.5≈1863mm，能满足50%成年女性、95%以上成年男性能够舒适的抓握。为了避免立姿乘客头部与高位扶手发生碰撞，高位扶手的高度尺寸则必须大于身高尺寸，此处以ⅡB型产品尺寸设计为基础，参考表2选取成年男性身高尺寸P99=1814mm作为设计原始依据，参考表3选择功能修正量25mm，确定高位扶手高度尺寸的下限为1814+25=1839mm，能满足99%以上成年人无障碍通行。根据上述分析，在下限尺寸基础上，再叠加考虑扶手管径和心理修正量的因素，高位扶手的安装高度尺寸建议为1860mm。

为了保证立姿乘客可以舒适的抓握低位扶手，低位扶手的抓握高度尺寸要在肩高和肘高之间，此处以Ⅰ型产品尺寸设计为基础，参考表2选取成年男性肩高尺寸P90=1435mm、成年女性肘高尺寸P1=873mm作为设计原始依据，参考表3选择功能修正量25mm，确定低位扶手的抓握高度尺寸要覆盖873+25=898mm至1435+25=1460mm，能满足90%成年男性、99%成年女性能够舒适的抓握。

3.3扶手材质及表面处理

扶手的材质与表面处理息息相关，根据目前地铁扶手产品的实际状态，当采用不锈钢材料时，扶手表面处理主要为径向拉丝，少量采用镜面抛光、喷涂;当采用碳钢材料时，扶手表面处理全部为喷涂;当采用铝合金材料时，扶手表面处理主要为氧化，少量采用喷涂。扶手产品不同表面处理的效果如图7。为了综合地对不同材质不同表面处理进行客观评估，通过对扶手成本、工艺性、可维护性、视觉舒适性等4个维度进行优缺点对比，整理数据如表4。通过对表4信息进行对比，优先对乘客视觉舒适性进行评估，研究表明，光泽度高给人以稍重的感觉，而光泽度低给人以稍轻的感觉[14]，再综合考虑产品工艺性、可维护性，扶手材质建议选用不锈钢，表面处理建议选用径向拉丝。

4.结论

本文针对地铁扶手产品，从产品使用过程中乘客舒适性角度出发进行设计，以扶手产品的整体布局、关键尺寸、材质及表面处理为抓手，最终得出以下结论：

1、高位扶手建议采用3排纵向布置，门区仅保留中间高位扶手，在车宽方向的间距尺寸A、B型车建议分别为650mm、600mm左右，安装高度尺寸建议为1860mm;配套吊环抓握高度尺寸建议为1710mm。

2、立柱扶手优先保证布置在门区中心位置，立柱扶手间距尺寸A、B型车建议分别为1520mm、1626.67mm;低位扶手抓握高度尺寸建议覆盖898mm至1460mm。

3、扶手外径尺寸建议接近34mm。

4、扶手材质建议选用不锈钢，表面处理建议选用径向拉丝。

参考文献

[1]卢艳玲，刘厚林，孟令峰.武汉轨道交通一号线二期工程车辆内饰扶手的规范化设计[J].电力机车和城规车辆，2010，33（03）：25-26+41.

[2]姚望，李芳宇，支錦亦.基于无意识设计理念的地铁车内扶手改良设计[J].包装工程，2020，41（04）：200-206.

[3]姜良奎，向泽锐，刘峰.无辅助抓握件地铁车内扶手布置设计研究[J].包装工程，2017，38（02）：15-20.

[4]GB 50157-2013.地铁设计规范[S].

[5]GB/T 7928-2003.地铁车辆通用技术条件[S].

[6]马喜成，李梁，刘家栋，刘军良，宋湘辉.地铁车辆客室门门间距取值分析与建议[J].机车电传动，2014（04）：65-69.

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[8]丁玉兰.人机工程学[M].第4版.北京：北京理工大学出版社.2011.

[9]GB/T 21835-2008.焊接钢管尺寸及单位长度重量 [S].

[10]GB/T 4436-2012.铝及铝合金管材外形尺寸及允许偏差 [S].

[11]GB/T 12985-1991.在产品设计中应用人体尺寸百分位数的通则[S].

[12]GB 10000-1988.中国成年人人体尺寸[S].

[13]魏峰，徐伯初，支锦亦，董石羽.地铁客室乘坐设备人机功能尺寸设计[J].西南交通大学学报，2018，53（04）：865-872.

[14]王立国.地铁车辆内装设计关键技术研究[D]，大连：大连交通大学，2010.