第二章--人体尺寸及其应用方法

人体工程学HumanEngineering主讲：陈鑫第二章人体尺寸及其应用方法第一节人体尺寸概述一、人体测量简史祖国医学典籍《内经·灵枢》中的《骨度篇》，已有人体测量的记载阐述。意大利文艺复兴的先驱达·芬奇（1452—1519）著名的人体比例图。文艺复兴巨匠米开朗琪罗（1475—1564）创作的著名雕塑《大卫》。古代对人体尺寸、形态的关注，主要着眼于建筑、雕塑、文化。图2-1达·芬奇图2-3《大卫》图2-2人体比例图#比利时人奎特莱特1870年出版《人体测量学》。#20世纪初建立了人体测量统一的国际标准。#德国人类学家马丁的《人类学教科书》1914年出版，为沿用至今的各国人体尺寸测量方法奠定了基础。#1919年，美国进行了10万退伍军人的多项人体测量工作，所得数据用于军服的设计制作。#我国于1988年发布了相应的国家标准#现在世界各先进国家都有本国的人体尺寸国家标准。#二战后，美、英两国又进行了大规模的海空军人体测量，1946年提出研究报告《航空部队人体尺寸和人员装备》,这是人体尺寸用于人机工程设计的重要文献。GB/T10000—1988《中国成年人人体尺寸》。二、人体测量方法简介人体测量的3个方面：①形态测量:人体尺寸、体重体型、体积表面积等；②生理测量:知觉反映、肢力、体能、疲劳及生理节律等；③运动测量：动作范围、各种运动特性等。人体尺寸数据的科学性主要是可比性、适用性两方面。可比性指国际、国内测量方法严格统一。适用性指测量的项目、数据是设计等实用中所需要的。为此,ISO/TC159/SC3(人体测量与生物力学分技术委员会)制定了标准ISO7250：1996。与此国际标准等效的我国的相应国家标准是：GB/T5703—1999《用于技术设计的人体测量基础项目》GB/T5704.1-5704.4—1985《人体测量仪器》。（一）人体测量仪器图2-5人体测量用直脚规图2-4人体测高仪图2-6人体测量用弯脚规图2-7人体测量用角度计图2-8人体测量用软尺（二）人体测量的条件简介图2-9人体测量基准面和基准轴国家标准GB/T5702—1999的规定如下。1．衣着和支撑面被测者不穿鞋袜，只穿单薄内衣（背心裤衩）。立姿测量站立在地面或平台；坐姿测量座椅面为水平面、稳固、不可压缩。2．测量基准和基准面①测量基准面矢状面、冠状面、水平面、眼耳平面②测量基准轴铅垂轴、矢状轴、冠状轴。人体尺寸测量均在测量基准面内、沿基准轴的方向进行。测量基准和基准面1.矢状面通过铅垂轴和纵轴的平面及与其平行的所有平面都称为矢状面。正中矢状面在矢状面中，把通过人体正中线的矢状面称为正中矢状面。正中矢状面将人体分成左、右对称的两部分。2.冠状面通过铅垂轴和横轴的平面及与其平行的所有平面都称为冠状面。冠状面将人体分成前、后两部分。3.水平面与矢状面及冠状面同时垂直的所有平面都称为水平面。水平面将人体分成上、下两部分。4.眼耳平面通过左、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。1.在人体上、下方向上，将上方称为头侧端，将下方称为足侧端。头侧端足侧端3．测量方向2.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。3.在人体的四肢上．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。4．测量姿势基本测量姿势为直立姿势（立姿）和正直坐姿（坐姿）。立姿挺胸直立，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，手指轻贴大腿外侧，腰部自然伸直，左右足后跟并拢，前端分开，约呈45°角，体重均匀分布于两足。被测者足后跟、臀部和后背部与同一铅垂面相接触。坐姿挺胸端坐在腓骨头高度的平面上，眼睛平视前方，左右大腿接近平行，膝弯曲大致成直角，足平放在地面上，手轻放在大腿上。被测者臀部和后背部靠在同一铅垂面上。（三）测量项目及其定义国标GB/T5703—1999共列出56个人体测量项目，分别为*立姿12项（含体重）*坐姿17项、*特定体部14项（含手、足、头等）*功能项目13项（含颈、胸、腰、腕、腿等围度）GB/T5703—1999对56个项目都做了定义、测量方法、测量仪器的说明。选摘两个示例如下。*肩高：从地面到肩峰点的铅垂距离。测量方法：被测者足跟并拢，身体挺直站立，肩部放松，上臂自然下垂。测量仪器：人体测高仪。*手宽：在第Ⅰ到第Ⅴ掌骨头水平处，掌面桡尺两侧间的投影距离。测量方法：前臂水平，手伸直，四指并拢，掌心朝上。测量仪器：人体测量直角规。（四）人体测量图例a）上臂长b）前臂长c）头长的测量d）容貌耳长e）两眼内宽f）两眼外宽g）头围h）髋关节外展活动I）掌侧屈j）尺侧偏k）足背屈图2-10人体尺寸测量方法的示例三、人体尺寸数据的部分特性1．技术标准中的人体尺寸数据人体尺寸有个体的和群体的两种。工业产品或公共设施，是为所有公众或特定人群设计的。例如过街天桥的防护栏杆，间距和高度设计，必须考虑所有公众的情况。所以，人机工程学技术标准所提供的，是群体的人体尺寸数据。为掌握某群体的人体尺寸，采用随机抽样的方法，从该群体中抽取出若干（例如n个）个体，得到一个容量为n的样本，测量样本中每个个体的人体尺寸，得到一组样本观察值。然后依照数理统计理论，从样本观察值推断出该群体的人体尺寸数据。20世纪80年代中后期，为制定国标GB/T10000—1988《中国成年人人体尺寸》，抽取的男性、女性样本量分别为11170人和11151人之多，每一个人又有多个测量项目，是一项繁重、艰巨的工作。2．人体尺寸数据的部分特性（1）群体的人体尺寸数据近似服从正态分布规律①中等尺寸的人数最多；对中等尺寸偏离值越大，人数越来越少；②人体尺寸的中值就是它的平均值，等等。以中国成年男子（18～60周岁）的身高为例（图2-11）图2-11中国成年人身高数据服从正态分布规律中值1678mm是中国男子身高的平均值，接近此身高的人数密集；身高与1678mm差得越多人数越少，且身高高于和低于这一数值的人数大体相等。（3）人体尺寸间的比例关系，随种族、民族而不同。即人体尺寸的线性关系Y=aX+b，所有种族都适用；但式中的系数a和b，随不同种族而不同。新中国成立初期，我国陆军士兵嫌苏式火炮高了一些，往炮膛里装炮弹过于费劲；而我国战斗机飞行员却嫌苏式战斗机座舱盖罩低了一些，头顶几乎要挨着盖罩显得局促。这就是不同人种人体尺寸比例不同引起的问题。（2）人体尺寸间一般具有线性相关性身高、体重、手长等是基本人体尺寸数据。取基本人体尺寸之一作自变量，其他人体尺寸一般是该自变量的线性函数：Y=aX+b式中Y——某一人体尺寸数据X——某一基本人体尺寸a，b——（对特定人体尺寸函数）常数对人体各基本结构尺寸与身高的关系，上式中b=0，上式简化为Y=aX。（参看表2-9和图2-17）第二节中国成年人的人体尺寸一、GB/T10000—1988《中国成年人人体尺寸》简介1．GB/T10000—1988的适用范围此标准提供了我国法定成年人（男18～60岁，女18～55岁）人体尺寸的基础数据，适用于工业产品、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全保护。对于每项人体尺寸，按男、女各4个年龄段给出数据：男18～60岁，18～25岁，26～35岁，36～60岁女18～55岁，18～25岁，26～35岁，36～55岁2．人体尺寸的项目国标列出7组、47项静态人体尺寸数据，分别是：人体主要尺寸6项立姿人体尺寸6项坐姿人体尺寸11项人体水平尺寸10项人体头部尺寸7项人体手部尺寸5项人体足部尺寸2项3．人体尺寸分布状况的描述人们高矮胖瘦很不相同；任何一项人体尺寸，人们都有大、中、小的差异。要全面完整地显示中国成年人人体尺寸情况，应描述清楚对于每一项人体尺寸，具有某一数值的人占多大的比例，这就叫人体尺寸的“分布状况”。GB/T10000—1988用两种方法描述人体尺寸的分布状况。（1）第一种方法：每项人体尺寸都给出7个百分位数的数据这7个百分位数分别是：1、5、10、50、90、95和99百分位数。用符号P1、P5、P10、P50、P90、P95、P99来分别表示它们。前3个叫小百分位数，后3个叫大百分位数，50百分位数称为中百分位数。百分位数是一种位置指标，K百分位数PK将群体或样本的全部观测值分为两部分，有K﹪的观测值等于和小于它，有（100-K）﹪的观测值大于它。例1从表2-1可查得，中国成年男子（18～60岁）身高的95百分位数是P95=1775mm，这就表示：中国成年男子（18～60岁）中有95﹪的人身高等于和小于1775mm，有（100-95）﹪=5﹪的人身高大于1775mm。表2-1人体主要尺寸（单位mm）例2从表2-1可查得，中国成年女子（18～55岁）体重的5百分位数是P5=42kg，这就表示：中国成年女子（18～55岁）中有5﹪的人体重等于和小于42kg，有（100-5）﹪=95﹪的人体重大于42kg。（2）第二种方法：给出人体尺寸均值和标准差这是GB/T10000—1988描述人体尺寸分布状况的补充方法，只对6个地区（华北和东北，西北，东南，华中，华南，西南）中国人的身高、体重、胸围3个人体尺寸，男18～60岁、女18～55岁各一个年龄段的人体尺寸给出了均值和标准差。人体尺寸的均值和标准差常用于人体尺寸的理论分析。二、常用人体尺寸数据摘录及简要分析在7组人体尺寸中选摘5组，男、女各一个年龄段（男18～60岁、女18～55岁）的数据作简介如下。1．人体主要尺寸图2-12人体主要尺寸表2-1人体主要尺寸（单位mm）图2-14坐姿人体尺寸表2-3坐姿人体尺寸（单位mm）国标表列的这些人体尺寸项目，对工作、劳动、器物设计都比较重要。表2-4中举例简要说明其应用场合。人体尺寸项目应用场合举例2.1立姿眼高立姿下需要视线通过、或需要隔断视线的场合，例如病房、监护室、值班岗亭门上玻璃窗的高度、一般屏风及开敞式大办公室隔板的高度等，商品陈列橱窗、展台展板及广告布置等2.3立姿肘高立姿下，上臂下垂、前臂大体举平时，手的高度略低于肘高，这是立姿下手操作工作的最适宜高度，因此设计中非常重要。轮船驾驶，机床操作，厨房里洗菜、切菜、炒菜，教室讲台高度等都要考虑它2.4立姿手功能高这是立姿下不需要弯腰的最低操作件高度；手提包、手提箱不拖到地面上等要求，均与这一人体尺寸有关2.5立姿会阴高草坪的防护栏杆是否容易跨越、男性公厕中小便接斗的高度、自行车车座与脚踏的距离等都与它有关表2-4国标中部分人体尺寸项目的应用场合举例3.1坐高双层床、客轮双层铺、火车卧铺的设计，复式跃层住宅的空间利用等与它有关3.3坐姿眼高坐姿下需要视线通过、或需要隔断视线的场合，影剧院、阶梯教室的坡度设计，汽车驾驶的视野分析，需要避免视觉干扰的窗户高度，计算机、电视机屏幕的放置高度，其他坐着观察的对象的合理排布等3.5坐姿肘高座椅扶手高度设计，与坐姿工作、坐姿操作有关的各种机器与器物，例如坐姿操作生产线工作台的高度，书桌、餐桌的高度设计等3.6坐姿大腿厚椅面之上、桌面抽屉下面的空间，是否容得下大腿、或允许大腿有一些活动余地3.8小腿加足高很重要，座椅椅面高度设计的依据3.9坐深座椅、沙发座深设计的依据3．人体水平尺寸图2-15人体水平尺寸表2-5人体水平尺寸（单位mm）4．人体头部尺寸图2-16人体头部尺寸表2-6人体头部尺寸（单位mm）三、人体尺寸的地区差异和时代差异人体尺寸因种族、气候、饮食结构等方面的长期影响而存在差异。GB/T10000—1988给出了全国6个地区人群体重、身高和胸围3种人体尺寸的数据。表2-7中国6地区成年人的体重、身高、胸围我国华北、东北地区人群的身材较为高大，下面依次是西北、东南、中南、华南4个地区，而西南地区人群的身材较为矮小。以身高均值的差距为例：华北、东北地区与西南地区男子相差（1693－1647）mm＝46mm。女子相差（1586－1549）mm＝37mm。人体尺寸的百分位数与均值和标准差的换算公式为PK=x±Kσ式中PK——人体尺寸的K百分位数x——相应人体尺寸的均值σ——相