人性化设计在智能家具中的应用

人性化设计在智能家具中的应用

随着人们生活方式的改变和生活质量的提高，许多中国人接受了枕头。然而，在使用垫和垫时，人们经常忽视个人属性的要求。这不仅会影响睡眠质量，还会严重破坏睡眠和疲劳，对健康和工作效率有重大影响。1986年美国的一项调查研究表明,7%的睡眠障碍问题与床垫的使用有关。其中,不理想的床垫支撑,尤其是脊柱支撑不足是导致背部疼痛的重要原因。2001年Park等人的研究表明脊柱曲线和人—床界面压力分布是影响床垫使用舒适性的重要原因,其次是床垫材料本身。由此可见,床垫设计至关重要,笔者旨在为床垫的人性化设计提供科学理论依据。1睡眠生理和行为特征以及睡眠节律1.1睡眠中折算的是睡眠最睡眠是人的中枢神经系统兴奋与抑制调节产生的一种正常的生理现象,人的一生当中有近1/3的时间是在睡眠中度过的。过去人们认为睡眠是一种消极状态,人的各种生理机能,如肌肉活动度、心率、体温等将会降至最低。但事实上,睡眠中人脑并没有“休息”,它与觉醒状态下一样活跃,如研究表明婴儿在睡眠中所学习的东西与觉醒状态一样多。睡眠中,人体也不是一动不动的,平均每人每晚约翻身20次,大小动作约有几百,这些姿势调节和动作行为不仅有利于血液循环、神经传导、营养供给,还有利于防止肌肉变僵。当然,姿势调节和动作也不宜过多,否则会影响睡眠质量,同时人体体能消耗也会较大。1.2不同阶段睡眠质量的变化昼夜节律,也称为生物钟,它控制并平衡着人的睡眠与觉醒。另外,睡眠本身也存在节律,如睡眠可分为觉醒、快速眼动、第1、第2、第3、第4睡眠阶段,这4个阶段循环往复,见图1,其中第1、第2睡眠阶段为浅睡眠,受环境影响较大;第3、第4睡眠阶段为深度睡眠,受环境影响较小。另外,深度睡眠越多,睡眠质量越好。REM阶段时,人体肌肉、体温、呼吸等生理指征与深度睡眠相似,而脑波活动则如浅睡眠一般,并且以眼球的快速运动为特征,因此,称为快速眼动阶段。婴儿的快速眼动睡眠阶段最长,随着年龄的增长而逐渐降低,老年人的深度睡眠最少,对环境的要求条件最高。另外,睡眠各个阶段的循环周期也不是一成不变的,而是随着睡眠时间的推移深度睡眠循环周期越来越短,浅度睡眠越来越长,直至最后自发觉醒。环境因素或不当的设计可能打破人体睡眠的这种节律,如在深度睡眠中被叫醒等,人体会产生强烈的不适感,而在浅睡眠中被叫醒不适感强度会比较低,甚至无不适感,如图1。综上可知,人的睡眠需求因人而异,但提高睡眠质量有章可循。2床的人性化设计不同的人群有不同的体型特征,人的生理、心理需求也不同,因此,床垫设计应以人为中心,根据人的生理、心理、睡眠等需求特征,结合人—床界面的关系进行设计,即床垫的人性化设计。床垫的人性化设计是追求高质量睡眠的保证。2.1垫支撑不足对睡眠质量的影响白天工作状态中,人体重量与脊柱椎管的方向相一致,见图2,突然的运动和长期不正确的姿势会使脊柱椎间盘压力增大,从而加速椎间盘失水,使其失去“缓冲垫”的作用,并发生病变,调查研究表明80%的人都有过背部疼痛的经历。卧姿是最好的休息方式,此时椎间盘压力较小,椎间盘可重新获得水分而恢复其弹性。但如果床垫支撑不足,则脊柱处于非自然弯曲的状态,此时,椎间盘不仅不能获得恢复,甚至还会加速脊柱病变。因此,床垫支撑,尤其是脊柱支撑特别重要。当然,人体不是被动地适应床垫支撑,而是有意识、无意识地通过优化睡姿来保证脊柱处于比较理想的状态,使其免受伤害。因此,不合理的人—床界面关系,不仅影响脊柱支撑,还会增加人体姿势调节和动作行为,从而增大体能消耗,影响睡眠质量。另外,人体体型不同,对床垫的支撑需求也不同。实验研究表明,白种人比较喜欢侧卧睡姿,而亚洲人则比较喜欢仰卧睡姿,这不仅是因为文化方面的不同,更重要的应该是源于体型方面的差异,如亚洲人的腰椎曲线比其他人种平缓,见图3。这就意味着仰卧睡姿时,亚洲人脊柱变形较小,而白种人由于腰椎曲线与床垫之间的缝隙较大,为了使脊柱保持自然形态,则相关肌肉施力,而当肌肉放松时,盆骨向后旋转,牵动腰椎,椎间盘负荷增大。床垫支撑和睡眠习惯不同,人体呈现不同睡姿,见图4。此外,年龄也是影响床垫支撑条件的重要因素,老年人一般喜欢侧卧睡姿,并且其睡姿调节明显减少。2.2偏大型的睡眠质量床垫不宜过软或过硬。床垫过硬时,人—床界面压力分布比较集中,仰卧睡姿压力主要集中于臀部和背部,腰部缺乏有效支撑,从而不利于肌肉放松和脊柱保持自然状态;侧卧睡姿压力主要集中于肩部和臀部,见图5a,腰椎侧卧,椎间盘压力增大。另外,由于压力比较集中,局部压力增大,翻身次数等增多,睡眠质量有较大的影响。床垫较软时,由于人—床界面接触面积增大,翻身和姿势调节所需滚动摩擦力也增大,因此,人体能量消耗较大,姿势调节比较困难,不仅不利于接触面湿气的散发,也不利于血液循环、神经传导和肌肉放松。同时,床垫较软时,臀部极易深深陷入床垫之中,从而不利于脊柱自然姿态的保持。2.3垫的大小对睡眠质量的影响床垫尺寸对睡眠质量有较大的影响,如床垫的宽度与睡眠深度显著相关,当床垫的宽度小于700mm时,翻身次数和深度睡眠显著减少。2.4床材料的渗透率睡眠中,人体不断排出湿气,其中一部分通过呼吸直接散发到了空气中,而剩余的部分由皮肤散发,其中25%被床垫吸收,75%被床单、被褥和枕头吸收。床垫及床上用品的渗透性直接影响湿气向空气中散发的能力,当其渗透性较差时,人体产生闷湿的感觉,同时,床垫底部也比较容易发生霉变。另外,床垫材料的导热性也不宜过大或过小。当床垫材料导热性较大时,人体体温降低,肌肉变僵硬;当床垫材料导热性较小时,界面温度提高,皮肤湿气散发加快,容易产生闷湿感,这2种界面温湿特性均不利于睡眠。2.5弹簧型、生长织物型、硬板床床垫底架经历了一个由软到硬,又到软的发展历程。最初人们并没有意识到床垫底架设计的重要性,仅以获得柔软的支撑为目的,如最初的螺线弹簧型、伸缩织物型、双锥弹簧型,见图6a-c等,这些底架结构弹性好、透气好,但容易臀部下陷。脊柱侧卧见图7a,硬板床可以部分地缓解脊柱侧卧,但不能完全避免,见图7b,同时,硬板床的透气性较差。如今各式的排骨架结构已广泛应用,见图6d,如固定间距式、间距可调式和高度可调式等,这种结构弹性、透气性和支撑效果都比较理想,见图7c,但值得关注地是排骨架类型必须与床垫的类型相匹配。3设计垫层的原则3.1对人体结构和功能的影响上述分析可知,人体自由轻松的姿势调节对于减小脊柱变形,提高睡眠质量和人体健康有着重要的意义。床垫的软硬度、滞后性等对人体姿势调节有较大的影响。另外,人体活动和姿势调节需要足够的空间尺寸。因此,床垫设计要充分考虑人体活动及姿势调节的需要,合理设计床垫的弹性、硬度、滞后性、幅面尺寸等。3.2最佳支撑的选择脊柱是人体最重要而又最脆弱的器官之一,人体姿势调节只能部分地缓解脊柱形变,同时,频繁的姿势调节会影响睡眠质量和卧姿舒适性,因此,根据人体特征的需求,通过床垫结构、材料的优化设计,是达到最佳人—床界面关系,获得脊柱有效支撑的最佳途径。3.3界面压力非均匀人体不同部位对压力的敏感程度不同,为了获得脊柱的有效支撑,各部位所需的支撑力也不同,因此,界面压力应呈现非均匀分布的状态,但压力分布不宜过于集中,另外平均压力和压力梯度不宜过大。3.4弹簧床的透气性和温度界面床垫的结构与材料应有利于湿气的散发,其导热性不宜过大或过小。实验研究表明,弹簧床垫的透气性最好,其温度界面也比较理想。另外,人体不同季节有不同的需求,夏天不宜使用纯海绵床垫。3.5人体的体积不应太大人体体能消耗增大主要源于2个方面,一是床垫的滞后性过大或床垫过软,二是姿势调节过于频繁,两者均不利于睡眠和卧姿舒适性。3.6消除或减弱同床者的动作翻身动作、姿势调节等会对床垫产生力的作用,从而使床垫发生形变或震动,这些或多或少会对同床者产生影响,影响程度因对方所处的睡眠阶段和年龄特征的不同而不同。因此,消除或减小同床者的动作对提高睡眠质量有着重要的意义。可通过多种途径来实现,如在保证姿势调节的前提下,增大床垫的滞后性,再如通过床垫的横向分区设计,以及真正意义上的“独立袋装弹簧”减小相互干扰。3.7关注睡眠质量不同人有不同的需求,即便是同一人,随着年龄的增长,其生理、心理需求也不同。床垫设计和相关新产品开发应充分考虑人体睡眠生理、心理和节律等方面的需求,如电子闹钟床的设计不能打破睡眠、觉醒的节律,又如控温床的设计,应充分考虑睡眠过程中人体生理和体表温度的变化,否则,人体会产生不适感,从而影响睡眠质量。4床料的综合性能床垫性能不仅取决于床垫材料,还取决于材料的组合方式。影响床垫使用舒适性的不是床垫材料的本身,而是床垫材料、结构以及材料组合方式等所呈现的床垫的综合性能,如综合刚度、综合弹性及其分布等。另外,床垫的使用时间不宜过长,实验研究表明10年以后,床垫的弹性将会降低10%~15%。另有实验研究表明软硬适中的新床垫不仅可以提高睡眠质量,还可以减少背部疼痛的发生。因此,笔者认为,当床垫的使用安全性能够得到保证的前提下,应更多地关注床垫的综合性能和人—床界面关系。另外,在床垫质量检测中,将使用寿命作为床垫质量衡定的重要标准值得进一步商榷。5界面关系特性床垫是与人