第四章  人體工程學基礎知識

       人們在生活和工作中使用的各種設施(如椅子、桌子、工作場所等)與人們身體的基本特征和尺度有關。人的舒適感的獲得、身體的健康和工作的效能等在很大程度上都與這些設施和人體配合得好不好有關。影響空間大小、形狀的因素相當多,但是最主要的因素還是人體的尺寸、人體的活動范圍以及家具設備的數量和尺寸。因此,在確定空間范圍時,首先要準確測定出不同性別的成年人與兒童在立、坐、臥時的平均尺寸;還要測定出人們在使用各種家具、設備和從事各種活動時所需空間范圍的體積與高度;每個人需要多大的活動面積;空間內有哪些家具設備以及這些家具和設備需要占用多少面積等。還必須搞清使用這個空間的人數,一旦確定了空間內的總人數就能定出空間的面積與高度(圖1-4-3~圖1-4-7)。

 

       從以上內容叮以看出,空內空間環境涉及的人的問題主要有兩個人體尺寸和人體活動空間。而這些問題的研究主要依靠人體測量學。

        人體尺寸是所有涉及與人有關的設計門類共同遇到的首要問題,也是最基礎的問題。人體尺寸可分為兩類,即構造尺寸和功能尺寸。

        人體構造尺寸往往是指靜態的人體尺寸,它是在人體處于固定的標準狀態下測量出來的。可以測量許多不同的標準狀態和不同部位,如手臂長度、腿長度、坐高等(圖1-4-9、圖1-4-10)。構造尺寸較為簡單,它對于與人體關系密切的物體的設計有較大影響,如家具、服裝和手動工具等。主要為人體各種裝具設備提供數據。

圖14-9

圖14-10

        功能尺寸是指動態的人體尺寸,包括人在工作狀態下或運動中的尺寸,是人在進行某種功能活動時肢體所能達到的空間范圍。它是在動態的人體狀態下測得的,是由關節的活動、轉動所產生的角度與肢體的長度協調所產生的范圍尺寸。功能尺寸比較復雜,它對于解決許多帶有空間范圍、位置的問題很有用。

       不同的國家,不同的種族,因地理環境、生活習慣、遺傳特質的不同,人體尺寸的差異是十分明顯的,從越南人的160.5cm到比利時人的1799cm,身高差幅竟達194cm(表1-4-1)。

       (2)年齡差異

       另一方面,針對老年人的尺寸數據資料也相對較少。由于人類社會生活條件的改善,人們壽命的增加,現在世界上進入人∏老齡化的國家越來越多,所以設計中涉及老年人的各種問題不能不引起我們的重視。至少老年人有兩大特征應引起我們的注意：

       2)伸手夠東西的能力不如年輕人。

         (3)性別差異

        3~10歲這一年齡階段,男女的差別極小,同一數值對兩性均適用。兩性身體尺寸的明顯差別從10歲開始。一般婦女的身高比男子低10cm左石,但設計時不能像以前常常做的那樣,把女子按較矮的男子來處理。調査表明,婦女與身高相同的男子相比,身體比例是不同的。婦女臀部較寬,肩窄,軀干較男子為長,四肢較短。在設計中應注意這種差別。根據經驗,在腿的長度起作用的地方,考慮婦女的尺寸非常重要(圖1-4-16、圖1-4-17)。

 

圖1-4-16

 

圖1-4-17

        (4)殘疾人

        另外,關于殘疾人的設計問題,有一個專門的學科在進行研究,被稱為無障礙設計,在國外已經形成相當系統的體系。

        此外,還有許多其他的差異:像地域性的差異,如寒冷地區的人平均身高均高于熱帶地區的人,平原地區的平均身高高于山區。再有職業差異,如籃球運動員與普通人身高有很大差異。社會的發達程度也是一種重要的差別,發達程度高,營養好,平均身高就髙。了解了這些差異,在設計屮就應充分注意它對設計中的各種問題的影響及影響的程度,并且要注意手中數據的特點,在設計中加以修正,不可盲目地采用未經細致分析的數據。

       百分位的定義是這樣的:百分位表示具有某一人體尺寸和小于該尺寸的人占統計對象總人數的百分比。大部分的人體測量數據是按百分位表達的:把研究對象分成一百份,根據一些指定的人體尺寸項目(如身高),從最小到最大順序排列,進行分段,每一段的截止點即為一個百分位。以身高為例:第5百分位的尺寸表示,有5%的人身高不高于這個尺寸。換句話說,就是有95%的人身高高于這個尺寸。第95百分位則表示,有95%的人不高于這個尺寸,5%的人具有更高的身高。第50百分位為中點,表示把一組數平分成兩組,即較大的50%和較小的50%。第50百分位的數值可以說接近平均值(圖4-18)

       在很多的數據表中,只給出了第5百分位、第50百分位和第95百分位、因為這三個數據是人們經常見到和用到的尺寸。最常用的是第5和第95百分位,一般不用第50百分位。有人可能產生疑問,為什么不用平均值?下面的例子可以回答這個問題。

       例如,若以第50百分位的身高尺寸來確定門的凈高,這樣設計的門會使50%的人有碰頭的危險。再比如,座位舒適的最重要的標準之一是,使用者的腳要穩妥地踏在地板上,否則兩腿會懸空掛著,大腿軟組織會過分受壓,雙腿會因坐骨神經受壓而麻木。假設小腿連腳的長度(包括鞋)的平均值是46cm,若以此為依據進行設計,則設計出的椅子會有50%的人腳踩不到地,婦女們的腿較短,使用它時會感覺不舒適。因此座位平面高度的尺寸不能使用平均值,而是要用較小的尺寸才合適——長腿的人坐矮椅子時把腿伸出去就可以了。由此可見,平均值不是普遍適用的。

       這里所舉的例子只是表明,應注重各種人體尺度和特殊百分位的適用范圍。而實際設計中應該考慮適合越多的人越好,如果一個擱板可以容易地降低2.5~5cm而不影響設計的其他部分和造價的話,那么使之適用于98%或99%的人顯然是正確的。

        在某些情況下,我們選擇可以調節的做法,能夠擴大使用的范圍,并可使大部分人的使用更合理和理想。例如,可升降的椅子和可調節的擱板。

        實踐中常發生以比例適中的人為基準的錯誤做法。身高一樣的人,例如,有人理所當然地認為身高都是第5百分位的人,他們的坐高、坐深、伸手可及的范用也相應的一樣小,但這種情況實際上是很少見的。實際上,身高相等的一組人里,身體坐高的差在10cm內。不同項目的人體尺寸相互之間的獨立性很大,因此在設計時要分別考慮每個項目的尺寸。

        圖1-4-19表示了“向前可及范圍值”的變化與這一尺寸定義的關系。測量時被測人的肩胛骨是否緊貼墻面,對于測量,結果的精確性和測量結果的應用有很大影響。測量方法上的差別,使成年男子“向前可及范圍值”的變化幅度可達10cm。這種差別在有些設計中會有重要的影響,如是否戴有安全帶。

 

圖1-4-19
 

圖1-4-20

        圖1-4-20為身體坐高測量值的變化與該尺寸定義的關系。這里起關鍵作用的是坐姿對測量值的影響。身體坐高的差別在成年男子中可達6cm以上。

       (6)尺寸的衡量標準

        (7)使用數據的約束性

       盡管建筑與室內設計人員考證正負公差并不像工業產品設計要求的那樣復雜、精確,但衣服對人體尺度和室內空間的影響仍是一個重要的因素。多數的人體測量尺寸是裸體或穿著很薄的衣服測量出來的,因此必須給服裝留出余量。這些余量還會隨著季節、特定環境、性別及流行式樣而變化。還要注意的是,有時特別笨重的服裝也會減少人手伸到遠處的距離和關節活動的范圍。

        經驗法則、標準和其他一些省事省時的設計方法是容易被接受的,在某些情況下也是完全可以滿足設計要求的。然而當設計到諸如人體與周圍環境之間的關系等人為因素時,考慮到各種人體尺度和眾多可能存在的相互關聯的情況,完全依靠這些資料又是行不通的、不恰當的。經驗法則的用途在于使設計人員理解概念、步驟和原理,而不是簡單地利用它們的結果。它只能是設計}的范例與參考,使設計人員在做初步設計時對如何使室內環境更適合人體的需要有一個初步的概念。

        人體尺寸無論是結構尺寸還是功能尺寸,皆是相對靜止的某一方向的尺寸,而人們在實際的生活中是處于一種運動的狀態下的,并且總是處在空間的一定范圍內。在布置人的工作作業環境時,需要了解這一活動范圍,也就是肢體的活動范圍。它是由肢體轉動的角度和肢體的長度構成的。在工作和生活活動中,人們的肢體圍繞著軀體做各種動作,由肢體的活動所劃出的限定范圍即是肢體的活動空間,實際上它也就是人在某種姿態下肢體所能觸及的空間范圍。因為這一概念常常被用來解決人們在工作中的各種作業環境的問題,所以也被稱為“作業域”。

       人的肢體圍繞關節轉動而劃出的范圍,也就是肢體活動所占用的空間范圍。由活動角度和肢體長度構成的肢體活動范圍在實際情況下可以千變萬化。人在工作中有各種姿態,它們的動作空間不同,但由于我們不可能對所有的情況都進行研究,因此,只能考慮比較常見的情況(圖1-4-21、圖1-4-22)。

 
圖1-4-21
 
圖1-4-22

       2．手腳的作業域

       人在日常工作和生活中,無論是在廚房還是在辦公室,總是或坐或立,手腳在一定的空間范圍內作各種活動,而形成包括左右水平面和上下垂直面的動作區域,這個域的邊界是站立或坐姿時手腳所能達到的范闈,叫做人的作業域。而由作業域擴展到人一機系統的全體所需的最小空間即為作業空間( Working Space)。一般來說,作業域是包括在作業空間中的。作業域是二維的,作業空間是三維的(圖1-4-23)。

 
圖1-4-23

       這個范圍的尺寸一般用比較小的尺寸,以滿足多數人的需要。

 

 
圖1-4-24

        (1)水平作業域

        指手臂伸直,以肩關節為軸作上下運動所形成的范圍。垂直作業域對決定人在某一姿態時手臂觸及的垂直范圍有用,如擱板、掛件、門拉于等,帶書架的桌子也常用到上述物體的高度(圖1-4-26)。

 

圖14-26

         1)摸高。是指手舉起時達到的高度,身高與摸高的關系,如圖1-4-27所示。垂直作業域與摸高是設計各種框架和扶手的依據,柜架經常使用的部分應該設計在這個范圍內。除此之外,用手拿東西和操作時通常需要眼睛的引|導,因此架子的高度不得超過男150~160cm,女140~150cm。由視線所考慮的還有抽屜的高度。

 

圖1-4-27

        (3)影響

        4)并非任何地方都是能觸及目標的最佳位置

        人的動作空間主要分為兩類:一是人體處于靜態時的肢體的動作空間(作業域),二是人體處于動態時的全身的運動空間(作業空間)( WorkingSpace)。

        雖然肢體的動作空間是立體的,但作業域中的人是保持著某種靜態的姿勢的。我們討論的目標是人的肢體究竟可以伸展到何種程度的范圍,可是在現實生活中人們并非總是保持一種姿勢不變,總在變換著姿態,并且人體本身也隨著活動的需要而移動位置,這種姿勢的變換和人體移動所占用的空間即構成了人體動作空間。人體動作空間大于作業域。人體動作空間的研究對于工業生產、軍事設施中的人的作業活動空間的確定很有用。因此也叫“作業空間”。在室內設計中,它的作用更是顯而易見的。人體的活動大體上可分為靜態的手足活動、姿態的變換和人體的移動。人體的活動還與相關的物體有一定聯系。

       人體在靜態的手足活動時有不同的姿態,歸納的基本姿態有四種:立位、坐位、跪位和臥位。當人采取某種姿態時,即占用一定的空間。通過對基本姿態的研究,我們可以了解人在一定的姿態的手足活動時占用的空間的大小。每個姿態對應一個尺寸群(圖1-4-29、圖1-4-30)。

 

圖1-4-29
 
圖1-4-30

    

        (2)姿態變換

 

圖1-4-31
 
圖1-4-32

        (3)人體移動

        (4)人與物的關系

        人與物體相互作用產生的空問范圍可能大于或小于人與物各自空間之和。所以人與物占用的空間的大小要視其活動方式而定(圖1-4-34~圖1-4-37)。

 
圖1-4-35
 
圖1-4-36

 
圖1-4-37

        肌肉施力有兩種方式:動態肌肉施力和靜態肌肉施力。

        動態施力和靜態施力的基本區別之一在于它們對血液流動的影響。靜態施力時,收縮的肌肉組織壓迫血管,阻止血液進入肌肉，肌肉無法從血液得到糖和氧的補充,不得不依賴于本身的能量儲備;同時,代謝廢物不能被迅速排除,積累的廢物造成肌肉酸痛,手臂受力的簡化杠桿力系引起肌肉疲勞。由于酸痛難忍,靜態作業的持續時間受到限制。與此相反,動態施力時,肌肉有節奏地收縮和舒張,這又對于血液循環而言,相當于一個泵的作用,肌肉收縮時將血液壓出肌肉,舒張時又使新鮮血液進入肌肉,此時血液輸送量比平常提高兒倍,血液大量流動不但使肌肉獲得足夠的糖和氧,而且迅速排除了代謝廢物。因此,動態作業可以延續很長時間而不產生疲勞。心臟的工作就是動態作業,在人的一生中,心臟不停地搏動,心肌從不“疲勞”(圖1-4-39、圖1-4-40)。

 
圖1-4-40

       口常生活中,有許多靜態施力的例子。人站立時,從腿部、臀部、腰部到頸部,有許多塊肌肉處于長時間的靜態施力狀態。實際上,無論人的身體姿勢怎樣,都有部分肌肉靜態受力,只是程度不同而已。還必須說明,并不是每項工作都可明確劃分靜態施力與動奩施力之間的界限的,通常某項作業既有靜態施力又有動態施力。由于靜態施力的作業方式比較“費力”,因此當兩種施力方式同時存在時,首先要處理好靜態施力。靜態施力的劃分可以參照下列標準:

        2)避免長時間地抬手作業。抬手過高不僅引|起疲勞,而且降低操作精度和影響人的技能發揮。

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