基于人体静态尺寸的座椅设计

2010年7月第26卷第4期沈阳建筑大学学报(自然科学版收稿日期:2010－01－06基金项目:辽宁省教育厅基金项目(2008z179;住房和城乡建设部攻关项目(2008－r2－39作者简介:马广韬(1962—,男,教授,主要从事工业设计、人机工程、图学理论方面研究.文章编号:1671－2021(201004－0783－04基于人体静态尺寸的座椅设计马广韬1,田炜1,孙海义2(1.沈阳建筑大学设计艺术学院,辽宁沈阳110168;2.沈阳建筑大学理学院,辽宁沈阳110168摘要:目的为使座椅设计更加科学、规范,研究人体坐姿的生理特点和生理尺度,为座椅设计提供科学合理的尺寸参考依据.方法运用人体测量学、数理统计学及人机工程学,通过对沈阳地区高校大学生群体进行相关尺寸测量及数据统计分析,并结合座椅设计的特点,确定其主要尺寸的人体依据.结果分析总结了人体坐姿生理尺寸与座椅设计中主要尺寸间的关系;通过SPSS统计分析,建立了人体坐姿各项尺寸与身高的比例关系式.结论测量并统计分析了身高和人体坐姿各项尺寸的均值、标准差及P5、P50、P95等7个百分位数值;得出了10项人体坐姿尺寸与身高的比例关系式,为座椅设计提供了科学的人体尺寸依据.关键词:人体测量;坐姿尺寸;座椅设计;人机工学中图分类号:TB47文献标志码:A座椅设计是家具设计中的重要部分,座椅作为与人体接触最为密切的家具之首选,其设计的合理与否直接影响使用者的舒适、健康以及工作效率.因此,设计师应结合人体坐姿生理尺度和生理特征,牢牢把握人体尺度这一核心要素,为座椅设计提供科学的理论依据和设计标准.西方发达国家非常重视人体测量及其数据库的建立.目前,世界上已有90多个大规模的人体测量数据库,其中欧美国家占了大部分,并最终形成了现在的西方通用标准[1－4].然而,我国自1988年颁布GB10000—88《中国成年人人体尺寸》至今,还没有对人体尺寸数据进行更新,人体尺寸包括座椅尺寸标准显然已经不符合时代发展要求[5].笔者基于国家住房和城乡建设部的《基于室内空间设计的大学生人体尺寸的研究》,针对沈阳地区高校大学生群体合理选取了近1500个人体样本,科学选取人体尺寸多标识,进行调查和实测,对测量的数据开展统计分析,推导出以身高为基准的10项人体坐姿尺寸的关系式,最终为座椅设计提供科学的人体尺寸依据.1人体尺寸数据获取1.1人体测量标识人体测量一般包括形态测量、生理测量、运动测量三个方面[6].根据座椅设计研究需要,采用抽样测量法将其中的形态测量和生理测量作为主要测试项目.根据座椅类家具设计所需人体尺寸作为测点和测量项目.身高是最基本的人体尺寸数据,选取这一基本尺寸作为基准,用H表示,建立H与人体坐姿各尺寸之间的比例关系.其中,人体坐姿尺寸包括:①坐高;②坐姿颈椎点高;③坐姿眼高;④坐姿肩高;⑤坐姿肘高;⑥坐姿大腿厚;⑦坐姿膝高;⑧小腿加足高;⑨坐深;⑩坐姿下肢长共10项标识[7]人体测量对象通过对沈阳地区近1500名大学生人体样本多项标识进行调查和实测,选取有效样本并将所采集的数据进行统计分析,按照测量项目列表,男女身高尺寸分布情况及数据分别如图2、图3所示.784沈阳建筑大学学报(自然科学版第26卷图1人体坐姿尺寸示意图Fig.1Humanbodysittingposturesizes图2男性身高分布图Fig.2Maleheightdistribution2人体尺寸数据应用2.1座椅设计主要尺寸依据通过观察法发现,由于使用者在使用座椅的过程中座椅与人的关系是相对固定的,也就是说在使用家具的时候人基本上处于相对静止状态,仅仅是为了某些行为目的或者放松局部肌肉才进行一定幅度的活动,而且活动的幅度不大.故通常情况下个体之间在关节转动角度幅度方面差别较小,况且在座椅类家具的设计中对身体部分关节活动预留了一定的活动余量,所以设计中可以只进行静态数据的采集.而常用到的主要尺寸有座高、座深、座面倾角等,其设计依据便是人体坐姿的坐高、小腿加足高、坐深等尺寸.图3女性身高分布图Fig.3Femaleheightdistribution2.2人体尺寸数据统计分析平均值、方差、标准差、百分位数是数据统计处理的几个主要参数[8],根据这些具体的人体尺度参数来进行统计分析.其中,人体测量的数据常以百分位数来表示人体尺寸等级,用P表示,例如P50表示第50百分位,常用的是P5、P50、P95这3个百分位数.但使用哪个百分位数还要根据人体工学的设计原则来决定,如设计休闲椅时一般情况下坐高以P50、坐宽以P99为基准.通过对获取的人体数据进行合理筛选并利用SPSS软件进行有效数据统计分析,得出以下总共11项标识的均值、标准差及P1、P5、P10、P50、P90、P95、P99统计结果,见表1、表2.表1男性身高及人体坐姿尺寸的统计结果Tab.1Maleheightandbodysittingsizesmm993.168.8874.0880.0900.01000.01080.01100.01160.0第26卷马广韬等:基于人体静态尺寸的座椅设计785表2女性身高及人体坐姿尺寸的统计结果2.3坐姿尺寸与身高的比例关系正常成年人人体各部分尺寸之间存在一定的比例关系[9－10],因而按正常人体结构关系,以站立平均身高为基数来推算各部分的结构尺寸是比较符合实际情况的,而且随着时代的变迁,人们生活水平、健康水平也在不断增长,故以平均身高为基数的推断公式来计算各部分的结构尺寸,是能够适应人体结构尺寸的变化的,而且应用也方便灵活[11－12].根据实测的人体样本数据统计结果,对人体坐姿10项尺寸与平均身高建立了推导公式,作为座椅设计中主要尺寸的人体依据,适用于1825周岁成年人,详见表3.例如,对于男性,坐高尺寸=0.533H;对于女性,坐高尺寸=0.531H,H代表身高.表3人体坐姿尺寸与平均身高的比例关系3结论(1人体基本尺寸为座椅设计提供科学理论依据,是制定其尺寸设计标准的首要因素,而我国的人体尺寸数据不符合时代发展需要,亟待更新.在表1、表2中实验样本的男女身高比国家标准GB10000—88《中国成年人人体尺寸》相应尺寸都提高了56cm,其余每项尺寸也都有不同程度的增加.(2运用表3,针对1825周岁的成年人,通过人体10项坐姿尺寸和平均身高的比例关系式,可以建立座椅设计中主要尺寸的人体依据,也为786沈阳建筑大学学报(自然科学版第26卷人体静态尺寸在座椅设计中的应用提供了科学依据.参考文献:[1]罗仕鉴,朱上上,孙守迁.人体测量技术的现状与发展趋势[J].人类工效学,2002,8(2:31－34.(LuoShijian,ZhuShangshang,SunShouqian.Bodymeasurementtechnologystatusanddevelopmenttrend[J].Ergonomics,2002,8(2:31－34.[2]RobertBridger.Introductiontoergonomics[M].NewYork:GrawHillEducation,1995:83－93.[3]YangJiping,PuYan.ResearchontechnologyofwoodenfurnitureCADsystem[J].CADDM,2002,12(2:58－76.[4]DavidMeister.Humanfactorstestingandevaluation[M].London:Elsevier,1986:62－74.[5]赵江洪.人机工程学[M].北京:高等教育出版社,2008:24－28.(ZhaoJianghong.Ergonomics[M].Beijing:HigherEducationPress,2008:24－28.[6]阮宝湘,邵祥华.工业设计人机工程[M].北京:机械工业出版社,2005:33－37.(RuanBaoxiang,ShaoXianghua.Industrialdesignhumanengineering[M].Beijing:MachineryIndustryPress,2005:33－37.[7]李文彬.建筑室内与家具设计人体工程学[M].北京:中国林业出版社,2001:32－35.(LiWenbin.Buildinginteriorandfurnituredesignergonomics[M].Beijing:ChinaForestryPress,2001:32－35.[8]盛骤,谢式千,潘承毅.概率论与数理统计[M].北京:高等教育出版社,2003:156－170.(ShengZhou,XieShiqian,PanChengyi.Probabilityandmathematicalstatistics[M].Beijing:HigherEd-ucationPress,2003:156－170.[9]KolichM.Ergonomicsmodelingandevaluationofautomobileseatcomfort[J].Ergonomics,2004,47(8:814－863.[10]Sparke,Penny.Designsourcebook[M].London:Macdonald＆PublishersLtd,1986:48－55.[11]RainLueder,KageyuNoro.Hardfactsaboutsoftma-chines:theergonomicsofseating[M].Cleveland:CRCPress,1994:112－116.[12]DonaldNorman.Emotionaldesign[M].NewYork:BasicBooks,2005:44－46.ResearchonChairDesignBosedonHumanDimensions'ApplicationMAGuangtao1,TIANWei1,SUNHaiyi2(1.SchoolofArtandDesigning,ShenyangJianzhuUniversity,ShenyangChina,110168;2.SchoolofScience,ShenyangJianzhuUniversity,ShenyangChina,110168Abstract:Inthispaper,inordertomakechairdesignmorescientificandstandardized,humancharacteristicsandphysicalscalewerestudiedtoprovidescientificandreasonablesizereferenceforthechairdesign.Wei-dentifiedthemaindimensionsseatbasisthroughthemeasurementofbodysizesonShenyanghighereduca-tionstudentsandstatisticsbasedontheuseofanthropometry,mathematicalstatisticsandergonomics.Ononehand,weconcludedtherelationshipbetweenthephysicalsizeofthehumanbodypostureandthechairmaindimensions.Ontheotherhand,weestablishedaproportionalrelationshipbetweenheightandsittingsizesbySPSSstatisticalanalysis.Welistedtheheightandbodysittingsizesresultsincludingthemeanvalue,s