人体工程学第5章-人体工程学与家具

1、100 million人体工程学01绪 论02人体工程学研究内容03人与环境人体工程学由来与发展人体工程学相关学科人体工程学内容人体测量数据、方法、应用人与环境的交互作用人的行为与环境人体工程学04人体工程学与室内设计室内空间分类人体工程学与室内设计06以人为本的室内环境设计建筑类家具设计人体类家具设计05人体工程学与家具室内环境的生态、智能设计室内环境的人性化设计家具设计的首要因素是符合人的生理机能和满足人的心理情感需求。 人体工程学与家具人体工程学与家具 家具设计除了造型的美观外，更重要的就是功能合理。所谓功能合理就是如何使家具基本尺度适应人体静态的各种姿势变化，诸如人体的站立、移动、座靠

2、、卧躺等一系列的生活动作人体测量的基本知识人体测量中的主要统计函数常用的人体测量数据人体各部分结构参数的计算人体测量数据的应用人 体 测 量 人体工程学与家具 人体测量学是一门新兴的学科，它是通过测量人体各部位尺寸来确定个体之间和群体之间在人体尺寸上的差别，用以研究人的形态特征，从而为各种工业设计和工程设计提供人体测量数据。概 述 人体工程学与家具人体形态测量数据人体构造尺寸测量数据人体功能尺寸测量数据人体生理参数测量（人体静态时各部的尺寸数据）（人体在某种运动状态下的各部尺寸数据） 人体工程学与家具人体测量的基本术语被测者姿势测量基准面测量方向支撑面和衣着基本测点及测量项目 第五章 人体工程

3、学与家具被测者姿势立 姿：坐 姿：被测者挺胸直立，头部以眼耳平面定位，眼睛平视前方，肩部放松，上肢自然下垂，手伸直，手掌朝向体侧，手指轻贴大腿侧面，自然伸直腿部，左、右足后跟并拢，前端分开，使两足大致呈45。夹角，体重均匀分布于两足。被测者挺胸坐在被调节到腓骨头高度的平面上。头部以眼耳平面定位，眼睛平视前方。左、右大腿大致平行，膝弯屈大致成直角，足平放在地面上，手轻放在大腿上 人体工程学与家具测量基准面三 轴矢状面正中矢状面冠状面水平面眼耳平面 人体工程学与家具通过左、右耳屏点及右眼眶下点的水平面称为眼耳平面或法兰克福平面。眼耳平面测量方向A. 上方&下方B. 内侧&外侧C. 近位&远位D.

4、桡侧&尺侧E. 胫侧&腓侧 在人体上、下方向上，将上方称为头侧端，将下方称为足侧端。在人体左、右方向上，将靠近正中矢状面的方向称为内侧，将远离正中矢状面的方向称为外侧。 人体工程学与家具 在四肢上将靠近四肢附着部位的称为近位，将远离四肢附着部位的称为远位。 人体工程学与家具在上肢上，将桡骨侧称为桡侧(rao)，将尺骨侧称为尺侧在下肢上，将胫骨侧称为胫侧，将腓骨侧称为腓侧支撑面和衣着 立姿时站立的地面或平台以及坐姿时的椅平面应是水平的，稳固的不可压缩的。 要求被测量者裸体或穿着尽量少的内衣(例如只穿内裤和汗背心)测量，在后者情况下，在测量胸围时，男性应撩起汗背心，女性应松开胸罩后进行测量。 无论

5、何种姿势，身体都必须保持左右对称，由于呼吸而使测量值有变化的测量项目应在呼吸平静时进行测量。 人体工程学与家具基本测点及测量项目在国标GB 397583中规定了人机工程学使用的有关人体测量参数的测点及测量项目，其中包括：头部测点16个和测量项目12项；躯干和四肢部位的测点共22个，其测量项目共69项，其中分为：立姿40项；坐姿22项，手和足部6项以及体重1项。 人体工程学与家具线性测量项目为1mm，体重为o5kg测量值的读数精度人体测量的主要仪器人体测高仪人体测量用直角规人体测量用弯角规 人体工程学与家具国标GB 5704185是人体测高仪的技术标准，该测高仪适用于读数值为1mm；测量范围为0

6、一1996mm人体高度尺寸的测量。标准中所规定的人体测高仪由直尺1、固定尺座2、活动尺座3、弯尺4、主尺扦5和底层6组成，如图23所示。 若将两支弯尺分别插入固定尺座和活动尺座，与构成主尺杆的第一、二节金属管配合使用时，即构成圆杆弯脚规，可测量人体各种宽度和厚度。人体测高仪人体测量用直角规 国标GB 5704285是人体测量用直脚规的技术标准，此种直脚规适用于读数值为1mm和0.1mm，测量范围为0200mm和0250 mm人体尺寸的测量。直脚规根据有无游标读数分1型和2型两种类型 人体工程学与家具它是用于不能直接以直尺测量的两点问距离的测量，如测量肩宽、胸厚等部位的尺寸。国标GB 57043

7、85是人体测量用弯脚规的技术标准此种弯脚规适用于读数值为1mm，测量范围为0300mm的人体尺寸的测量。人体测量用弯角规人体测量中的主要统计函数均 值方 差标准差百分位数 人体工程学与家具均 值表示样本的测量数据集中地趋向某一个值，该值称为平均值，简称均值。均值是描述测量数据位置特征的值，可用来衡量一定条件下的测量水平和概括池表现测量数据的集中情况。对于有n个样本的测量值：x1，x2,.xn其均值为： 人体工程学与家具一组学生的身高分别为：160cm，158cm，165cm，166cm，175cm，167cm，170cm；求这组学生身高的平均值： 平均值= 1600+1580+1650+166

8、0+1750+1670+1700 7 1658.6 mm例：描述测量数据在中心位置(均值)上波动程度差异的值叫均方差，通常称为方差。方差表明样本的测量值是变量，既趋向均值而又在一定范围内波动。对于均值为x的n个样本测量值：x1,x2,.xn,其方差s2的定义为：方 差S2=1n-1(x1- x)2+(x2-x)2+(xn-x)2 =1n-1 ni=1（xi x）2 人体工程学与家具例：一组学生的身高分别为：160cm，158cm，165cm，166cm，175cm，167cm，170cm；求这组数据的方差S2S2=171（160166 )2 +（158166 )2 （170166 )2 =33

9、.1标准差1n-1 ni=1（xix）2S= 1/2方差的平方根S就是标准差 人体工程学与家具一组学生的身高分别为：160cm，158cm，165cm，166cm，175cm，167cm，170cm；求这组数据的标准差SS= 33.1 例：百分位数人体测量的数据常以百分位数表示人体尺寸等级，最常用的是第5、第50、第95三种百分位数。其中：第5百分位数表示“小”身材。是指有5%的人群身材尺寸小于此值，而有95的人群身材尺寸大于此值；第50百分位数表示“中”身材，是指大于和小于此值的人群身材尺寸各为50；第95百分位数表示“大”身材，是指有95的人群身材尺寸小于此值，而有5的人群身材尺寸大于此值

10、。 人体工程学与家具如何求百分位数当已知某项人体测量尺寸的均值为x，标准差为s，需要求任一百分位的人体测量尺寸Pv(百分位数)时，可用下式计算：Pv = X +（s k） 当求150之间的数据时，式中取“”号：当求5099之间的数据时，式中取“十”号。 人体工程学与家具式中K为变换系数，设计中常用的百分位与变换系数K的关系见表百分位数K百分位数K百分位数K0.51.02.551015202.5722.3621.9601.6451.2821.0360.842253050707580850.6740.5240.0000.5240.6740.8421.036909597.699.099.51.282

11、1.6451.9602.3262.576 人体工程学与家具例：匈牙利成年男性的平均身高为166.0cm，标准差是5.4，请求出该国成年男性群体中5%、50%、和90%的身高值。5%的身高值=166.0 （5.4 1.645）=157.1cm50%的身高值=166.0 （5.4 0.000）=166.0cm90%的身高值=166.0+（5.4 1.282）=172.9cm常用的人体测量数据GB10000一88是1989年7月开始实施的我国成年人人体尺寸国家标准。该标准根据人机工程学要求提供了我国成年人人体尺寸的基础数据，它适用于工业产品设计、建筑设计、军事工业以及工业的技术改造、设备更新及劳动安

12、全保护。该标准共提供了七个类共47项人体尺寸基础数据，标准中所列出的数据，是代表从事工业生产的法定中国成年人(男1860岁，女1855岁)人体尺寸，并按男、女性别分开列表。 人体工程学与家具人体各部分结构参数的计算以身高计算各部分尺寸由体重计算体积和表面积由体重、身高、体积计算生物力学参数对于设计中所需的人体数据，当无条件测量时，或直接测量有困难时，或者是为了简化人体测量的过程时，可根据人体的身高、体重等基础测量数据，利用经验公式计算出所需的其他各部分数据。 人体工程学与家具以身高计算各部分尺寸 人体工程学与家具我国成年男女足底到膝盖的距离：男=0.265 H， 女=0.261H 我国标准人的

13、尺度：男=170cm， 女=160cm我国标准人的体重男=62kg， 女=52kg 人体工程学与家具计算体积和表面积人体体积计算： L=1.015W 4.937 （W为人体体重kg）人体表面积计算： B=0.0061H+0.0128W0.1529 （H为身高cm，W为体重kg） 男性 B=100H 女性 B=77H 人体工程学与家具已知道身高求体重：正常体重： W=H110（kg）理想体重： W=H100（kg） H的单位是cm如果人体的体重经常低于或高于正常体重的10以上，则属于不正常状态。 人体工程学与家具人体各部分体积手掌体积：V1=0.00566L前臂体积：V2=0.01702L上臂体

14、积：V3=0.03495L大腿体积：V4=0.0924L小腿体积：V5=0. 4083L躯干体积：V6=0.6132L 人体工程学与家具常用人体参数建筑类家具人体类家具建筑类家具是指：与人体接触时间短的衣柜、餐柜、电视柜、酒柜等收纳类家具。人体类家具是指：与人体密切相关的直接影响人的健康与舒适性的家具。主要包括座椅与床。家 具 人体工程学与家具所谓建筑家具类，主要指附属于建筑物上贮存性壁柜、搁板、隔断等。建筑类家具设计主要依据人体身高和动态范围一、立恣近身空间（图6-1）二、人体水平面作业空间尺度（图6-2） 人体工程学与家具三、收纳空间尺度划分（图6-3） 人体工程学与家具省力操作位置图6-

15、4表示 立恣操作时的作业位置难易程度 人体工程学与家具 人体工程学与家具作业面的高度对作业效率及肩、颈、背和臀部的疲劳影响很大。 人体工程学与家具一般而言，物品存放的位置以地面标高算起600-1650mm的范围最方便。 因此，常用物品放在这个取用方便的区域。不常用的物品可放在 600 mm以下或1650mm以上的位置。人体类家具设计的人体工程学人体基本动作人体的动作形态是相当复杂而又变化万千，从坐、卧、立、蹲、跳、旋转、行走等都会显示出不同形态所具有的不同尺度和不同的空间需求。从家具设计的角度来看，合理地依据人体一定姿态下的肌肉、骨骼的结构来设计家具，能调整人的体力损耗、减少肌肉的疲劳，从而极

16、大地提高动作效率。因此，在家具设计中，对人体动作形态的研究显得十分必要。与家具设计密切相关的人体动作形态主要是立、坐、卧。 人体工程学与家具（1）立人体站立是一种最基本的自然姿态，由骨骼和无数关节支撑而成。当人直立进行各种活动时，由于人体的骨骼结构和肌肉运动处在变换和调节状态中，所以人们可以做较大幅度的活动和较长时间的工作，如果人体活动长期处于一种单一的行为和动作时，他的一部分关节和肌肉长期地处于紧张状态，就极易感到疲劳。人体在站立活动中，活动变化最少的应属腰椎及其附属的肌肉部分。因此，人的腰部最易感到疲劳，这就需要人们经常活动腰部和改变站姿。 人体工程学与家具（2）坐人体的躯干结构是支撑上部

17、身体重量和保护内脏不受压迫，当人体站立过久时，就需要坐下来休息。当人坐下时，由于骨盆与脊椎的关系失去了原有直立姿态时的腿骨支撑关系，人体的躯干结构就不能保持原有的平衡和姿势。因此，就需要辅以依靠适当的坐平面和靠背倾斜面，对人体加以支撑和保持躯干的平衡，使人体骨骼、肌肉在人坐下来时能获得合理的松弛状态。为此，人们设计了各类坐具以满足坐姿状态下的各种使用功能。另外，人们的活动和工作也有相当大的部分是坐着进行的。因此，需要更多地研究人坐着活动时骨骼和肌肉的关系。 人体工程学与家具（3）卧不管站立和坐，人的脊椎骨骼和肌肉总是受到压迫迫和处于一定的收缩状态，卧的姿态才能使脊椎骨骼的受压状态得到真正的松弛

18、，从而得到最好的休息。因此，从人体骨骼与肌肉结构的观点来看，卧不能看作为站立姿态的横倒。当人处于卧与坐的动作姿态，其腰脊椎形态位置是完全不一样的，站立时基本上是自然S 形，而仰卧时接近于直线。因此，只有把卧作为特殊的动作形态来认识，才能真正理解卧的意义和掌握好卧具（床）的功能设计。根据家具与人和物之间的关系，可以将家具划分成三类： 人体工程学与家具人体坐姿与座椅设计 人体工程学与家具 现在在工业社会中，约有2/3的工作是采用坐姿。 坐椅对人有以下益处： 1.减轻腿部肌肉的负担 2.防止不自然的躯体姿势 3.减低人的能耗 4.减轻血液循环的负担 不正确的坐姿和不适和的坐椅都会影响人体健康。 由于

19、椅子用途不同，人与人的尺寸，比例互不相同，坐椅的尺寸设计根据不同的用途采用不同的取值。 座位的设计 坐椅的尺寸设计 人体工程学与家具1、人体坐姿生理特征直立站姿时脊柱基本成S形，坐姿时脊柱由S形向拱形变化设计座椅时，考虑人体姿势是极其重要的。座椅设计要确保椎间盘压力最小2、座椅设计的人体工程学基本原则（1）座椅的形式及尺度和它的用途相关，即不同的用途应有不同的座椅形式和尺度。（2）应根据人体测量数据进行设计。（3）身体的主要重量应由臀部坐骨结节承担，休息时腰背部也应承担重量。（4）减少大腿对椅面的压力。（5）应设计靠背、腰部支撑和扶手。（6）应能自由的变换身体位置。（7）椅垫要有一定厚度、硬度

20、和透气性，确保体重能均匀地分布于坐骨结节区域。 人体工程学与家具3、座椅分类工作用椅 休息用椅 多用椅4、工作用椅的人体工程学设计尺度在设计椅子时要根据人体形态尺度和生理特征来设计合理的尺度，要特别注意的是人体坐下去以后的椅子尺度，因为它才是决定人体坐姿的。 人体工程学与家具工作椅的关键是如何适应人体作业和休息不同姿势，使人体能随意频繁地变换身体姿势。现代办公（计算机办公）室的作业椅需要满足的人体工程学设计尺度。 人体工程学与家具该作业椅的最大特点是靠背随着倾角的变化能够自动上下移动，保证任何姿势状态下腰部支撑处于最佳位置。研究发现，当靠背倾角由90变化为105时，腰部也相应下移约45mm，传

21、统的椅子在这种状态下就不能保证正确的腰部支撑。 人体工程学与家具5、休息用椅的人体工程学设计尺度休息用椅与工作用椅相比，更强调全身肌肉的松弛和脊柱形状的自然。 人体工程学与家具 人体工程学与家具6、座椅设计的其他主要尺度工作用椅和休息用椅因使用目的不同，设计参数也有差异，除上面介绍的主要参数外，还有座面宽，扶手高等参数。坐面宽一般以女性的最大百分位数值设计，其值约为43-45cm，扶手要高过人体重心位置2cm左右，其值约为21-22cm。靠背宽为35-48cm。还要考虑坐面材料的软硬和透气性，软硬程度以坐下后平均下陷1-3cm（休息椅）、0.6-1cm（工作椅）为宜。 人体工程学与家具7、摇椅

22、的人体工程学设计 餐椅 餐椅是人们使用时间短，相对简单的品种。 餐椅设计的要点： 从坐椅前端到桌面的垂直高度最好为230-305毫米 椅子前缘距地面420毫米，距桌面290毫米 椅面进深不应超过405毫米，宽度不应超过405毫米 椅面应保持水平，腰部支撑与椅面之间角度应保持90-95度 建议使用坐垫，宜使用19毫米厚的柔软，易清洗的材料制成 腰部支撑的中心高于座面240毫米，要不区域长230毫米， 宽度最小330毫米 人体工程学与家具 椅子的前缘可以调节125毫米，这样可以适合所有成年人 座面从前到后的尺寸为406毫米 椅子的宽度为406560毫米 椅垫厚度为51毫米的柔软材料，无底板 座面的

23、水平调节角度为015度 靠背的水平调节角度为015度 椅背高为635毫米，这样才能支撑肩膀，915毫米，可以支撑头部 支撑中心高于椅面178292毫米，调节幅度最小为51毫米 椅背垫为弧形，用2551毫米厚的柔软材料制成，弧度半径1000毫米为宜 椅垫应该让人舒服，透气，并且有摩擦力 椅面以上76毫米之内不适合有靠背，这个空间留给臀部 座面前缘和靠背下缘的圆边的半径为12。7毫米 扶手间距483毫米，扶手宽5189毫米 椅子应该可以旋转，为稳定起见应有五或六条腿设计要点：“LAML 1000” 系列椅 设 计 师：ROBERTO LUCCI PAOLO ORLANDINI 设计时间：1991

24、制 造 商：SHELBY WILLIAMS INDUSTRIES， MORRISTOWN，TENNESSEE， U .S .A .人体工程学实验实物原大的模型椅背后面的鳍状突起用纸和PVC管制作的模型， 演示椅子的构造三维显示出椅背和 椅座的同步运动实例一四条腿的扶手椅旋转扶手椅弯曲的钢管聚酰胺椅子滑轮实例二“AC1”旋转椅 设 计 师：ANTONIO CITTERIO 制 造 商：VITRA GMBH，WEIL AM RHEIN， GERMANY 设计时间：1988年通过对柔韧的聚甲醛树脂（DELRIN）和座椅下方协调机器装置的应用，使得椅子的座位和椅背可以自动随着使用者的前倾和后仰而加以调

25、节。人体卧姿与床类设计1、影响睡眠的主要因素睡眠是人类生活中不可缺少的，人生约1/3的时间在睡眠中度过。2、人体的构造与寝卧姿势 床的使用功能务必注重考虑与人体的关系，着重于床的尺度与弹性结构的综合设计。床是否能消除疲劳，除了合理的尺度以外，主要取决于床的硬软度能否使人体卧姿处于最佳状态。3、床垫的三层构造寝具的生命在于缓冲性。床垫的硬软度又与体压分布有关，不同弹性的床面，其体压分布情况也有显著差别。寝具的缓冲性构造以三层构造为好。床垫的硬软度又与体压分布有关，不同弹性的床面，其体压分布情况也有显著差别。与人体接触的面层采用柔软材料；中层采用硬一些的材料，有利于身体保持良好的姿态；最下层是承受

26、压力的部分，用稍软的弹性材料起缓冲作用。4、床的尺度（1）床宽：人处于将要入睡的状态时床宽需要约50cm，由于熟睡后需要频繁翻身，日本学者通过摄像机对睡眠时的动作进行调查研究发现，不论是软床还是硬床，翻身所需要的幅宽约为肩宽的2.5-3.0倍。（2）床长和床高床长L=h1.05h=身高=10=5床宽W=2.5=肩宽（男43cm，女41cm）床高H=40-60cm 准人体家具类 介于人体家具类和建筑家具类之间的是准人体家具类。 它虽然不需要 支持人的身体，但人需在其上 进行操作， 如餐桌、写字台、梳妆台、茶几以及柜台、收银台、讲台与各类工作台。 所谓准人体家具也叫凭倚性家具，它是人们工作和生活所

27、需的辅助性家具。 人体工程学与家具工作面的高度 结论：1.工作面高度应由人体肘部高度来确定，而不是由地面以上的 高度来确定；该高度设定根据具体操作人的尺寸而定。 2.工作面的最佳高度略低于人的肘部。 工作面的高度设计按基本作业姿势：站立作业/坐姿作业/交替作业。 工作面的高度取决于人工作时身体姿势的重要因素。不正确的工作面高度将影响人的姿势，引起身体的不适，降低工作效率。 为有效提高工作速度和精确度，考虑疲劳和单调的人性因素，提出最佳的工作面高度是在人的肘下50毫米，这个数据是根据生产效率和工作人员的生理情况两个方面因素确定的。 第五章 人体工程学与家具人体测量尺寸的应用原则人体大小各不相同，

28、设计一般不可能满足所有使用者。为了使设计能适合于较多的使用者，在应用人体测量数据时应考虑以下原则：1. 由人体身高决定的物体，如门、船舱口、通道、床、拉架等，其尺寸应以第95百分位数为依据。2. 由人体某些部分的尺寸决定的物体，如取决于腿长的坐平面高度，其尺寸应以第5百分位数为依据。3. 可调尺寸，应可调节到使第5百分位数和第95百分位数之间的所有人使用方便。 人体工程学与家具4. 以第5百分位数和第95百分位数为界限值的物体，当身体尺寸在界限以外的人使用会危害其健康或增加事故危险时，其尺寸界限应扩大到第1百分位数和第99百分位数。如紧急出口以及至运转着的机器部件的有效半径，应以第99百分位数

29、为依据，而使用者与紧急制动杆的距离则应以第1百分位数为依据。5. 门铃、插座、电灯开关的安装高度以及付账柜台高度，应以第50百分位数为依据。 人体工程学与家具应用人体尺寸参数数据时应注意的问题1. 必须弄清设计的使用者或操作者的状况，列出使用者的待征，包括性别、年龄、种族、体格等。2. 人体尺寸的统计分布一般是呈正态分布的，故按人体尺寸均值设计产品和工作空间，往往只能适合50的人群，而对另外50的人群则不适合。3. 选用人体尺寸数据时，要考虑操作者的着衣穿鞋情况和其他可能配备的东西，如手套、头盔、靴子及其他用具。 人体工程学与家具练习：已知某办公室六位男性职员的身高分别为：160cm、169c

30、m、172cm，165cm、178cm、155cm 求他们身高的平均值2. 求上述每人的正常体重、体积、表面积。3. 艾克斯公司欲制造一批可调节电脑扶手椅分别出口到美国、加拿大和意大利，现委托各小组同学进行设计，假设使用者全都是成年男性，试求出椅面的可调节范围尺寸（单位cm）。已知某办公室六位男性职员的身高分别为：160cm、169cm、172cm，165cm、178cm、155cm 求他们身高的平均值答：平均身高= = 166.5 cm160+169+172+165+178+15562. 求上述每人的正常体重、体积、表面积和躯干重 心位置，并求出每个人办公桌的理想高度（不包括鞋）。答：正常体

31、重= H 110 = 160 110 = 50 Kg（公斤）体 积 = 1.015W 4.937 = 1.015*50 4.937 = 45.813 L（升）表面积 = 0.0061H + 0.0128W 0.1529 = 0.0061*160 + 0.0128*50 0.1529 = 1.4631 M2 （平方米）3. 艾克斯公司欲制造一批可调节电脑扶手椅分别出口到美国、加拿大和意大利，现委托各小组同学进行设计，假设使用者全都是成年男性，试求出椅面和扶手的可调节范围尺寸（单位cm）。（美国男性的平均身高为175.5m，标准差为7.2， “小腿加足高”计算公式S=0.249H或身高的坐平面高=163.7*3/13=37.8cm ）答：以美国为例美国男性的平均身高为175.5m，标准差为7.2，因此第5%的身高=175.5 （7.2*1.645）= 163.656m，第95%的身高=175.5 +（7.2*1.645）= 187.344m根据“小腿加足高”计算公式S=0.249H ，美国男性第5%身高的坐平面高=0.249*