第3章人机工程学(第三版)

第3章人体工程学与室内环境3.1人在系统中的功能3.1.1人是系统中的重要“环节”把操作者作为人机系统中的一个“环节”来研究，人与外界发生联系的主要是三个子系统，即感觉系统、神经系统、运动系统。3.2.1感觉的基本特性1.感觉阈限1感觉阈下限：引起感觉的最小刺激量2感觉阈上限：能产生正常感觉的最大刺激量3差别感觉阈限：刚刚能引起差别感觉的刺激最小差别量。感觉分为视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉3.2感觉和知觉的特征感觉：感觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物个别属性的反映。2.适应：在刺激不变的情况下，感觉会逐渐减少以致消失的现象。3.相互作用：在一定的条件下，各种感觉器官对其适宜刺激的感受能力都将受到其他刺激的干扰影响而降低，由此使感受性发生变化的现象。4.对比：同一感受器官接受两种完全不同但属于同一类的刺激物的作用，而使感受性发生变化的现象。5.余觉：刺激取消后，感觉可存在一极短时间的现象。3.2.2知觉的基本特征知觉：知觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物和主观状况整体的反映。在生活和生产活动中，人都是以知觉的形式直接反映事物，在心理学中就把感觉和知觉统称为“感知觉”。1.整体性：在知觉时，把由许多部分或多种属性组成的对象看作具有一定结构的统一整体的特性。影响知觉整体性的因素：接近/相似/封闭/连续/美的形态2.选择性：在知觉时，把某些对象从背景中优先的区分出来，并予以清晰反映的特性。3.理解性：在知觉时，用以往所获得的知识经验来理解当前的知觉对象的特征（语言的指导性）。4.恒常性：知觉的条件在一定范围内发生变化，而知觉的印象却保持相对不变的特性。（大小/形状）5.错觉：对外界事物不正确的知觉。3.3视觉机能及其特征3.3.1视觉系统视觉是由眼睛、视神经和视觉中枢的共同活动完成的。眼睛是视觉的感受器官，人眼是直径为21~25mm的球体，其基本构造与照相机类似。视网膜最外层细胞包括视杆细胞和视锥细胞，它们是接受信息的主要细胞。3.3.2视觉机能1.视角视角：确定被看物尺寸范围的两端点光线射入眼球的相交角度。α=2arctg(D/2L)α—视角；D—被看物体上两端点的直线距离；L—眼睛到被看物体的距离；2、视力：眼睛分辨物体细微结构能力的一个生理尺度，以临界视角的倒数来表示。视力=1/临界视角视力与年龄有关，以20岁人平均视力为100%，则40岁人约为90%，60岁约为74%。通常看静止的视力高于看运动物体的视力，年龄越大，看运动目标的视力下降越大。3.视野视野：指人的头部和眼球固定不动的情况下，眼睛观看正前方物体时所能看得见的空间范围，常以角度来表示。分水平视野（单视野/双视野）和垂直视野。人的视野范围：在垂直面内，最大固定视野为115°、扩大视野为150°。在水平面内，最大固定视野为180°、扩大视野为190°。人眼在垂直方向3°和水平方向3°的范围内看到的物体，其映像落在视网膜的黄斑中央的中央凹上，上下、左右视野均为只有1.5°的范围内，这就是最佳视区。在垂直面内水平视线以下30°和水平面内零线左右15°范围内获得的物像很清楚，为良好视区。在垂直面内水平视线以上25°、以下35°，在水平面内零线左右各35°的视野范围为有效视区。有效视区以外的区域，称为模糊视区。在垂直面内，实际上人的自然视线低于水平直线，观察者直立时低15°，放松站立时低30°，放松坐姿时低40°，故设计时应考虑放松时的情况。4.视距视距是人在操作系统中正常的观察距离，一般应根据观察目标的大小和形状以及工作要求确定视距。通常，观察目标在560毫米处最为适宜，小于380mm时会引起目眩，超过760mm时细节看不清。此外，观察时头部转动角度，左右均不宜超过45°，上下均不宜超过30°。5、色觉与色觉视野人眼能够感受到的光波是波长在380nm~780nm的电磁波，通常把此波段的电磁波称为可见光。从380nm~780nm范围，人眼大约能辨别出150多种不同的颜色，但主要有红、橙、黄、绿、蓝、紫等颜色。波长小于380nm的电磁波为紫外线、X射线、射线、射线等；波长大于780nm的电磁波为红外线、无线电波等。上述的电磁波都不能引起人眼的视觉现象。视觉特征：1.疲劳程度：水平优于垂直。2.视线变化习惯：左—右，上—下，顺时针。3.准确性：水平尺寸和比例的估计更准确。4.观察情况的优先性：左上—右上—左下—右下。视区内的仪表布置必须考虑这一点。5.设计依据：以双眼视野为设计依据。6.接受程度：直线轮廓优于曲线轮廓。7.颜色的易辨认顺序：红、绿、黄、白；颜色相配时的易辨认顺序：黄底黑字、黑底白字、蓝底白字、白底黑字。1、残像也称视觉残留。指眼睛在经过强光刺激后，会有影像残留于视网膜的现象。分为积极残像和消极残像。2、明适应和暗适应人得视网膜包含两种感光器，同明视有关的锥体细胞核同暗视有关的棒体细胞。在做室内外设计时注意明暗环境的调节3.3.3视觉现象：3、向光性指的是人在环境中，首先会注意相对光亮强的物体。4、闪烁眼睛会感觉光的周期性时间变动的现象。1s闪熄60次以上的闪光石不会感到光在变化的，而1s闪20次就会感觉闪光，1s闪熄10次会感到闪光非常烦人。1.照明设计的基本要求自然采光人工照明2.光学名词光通量发光强度照度亮度色温显色性3.3.4室内视觉环境自然采光主要取决于采光部位和进光口的面积大小和布置形式，一般分为侧光，高测光和顶光三种形式。侧面采光又有单面侧向和双面侧向，可以通过选择良好的朝向和室外景观来获取，其使用维护也方便。顶光的使用，可以留出较多的墙面来布置家具陈设，顶部采光常用于大厅，展览馆，商场的采光，顶光虽然分布均匀，影响室内照度的因素较少，但管理方面有一定的困难。自然采光优点：节约能源，而且视觉上更令人感到习惯和舒适。3.室内外照明设计的要求提供舒适的光照视觉环境，是展品具有足够的亮度、观赏清晰度和合理的观赏角度。确保供电系统的安全，减少光线对物品的损坏和对公众的损伤使照明方式和光照艺术具有时代特色。4.光照质量光照质量注意事项防止眩光光源位置不与人眼处同一水平线上光源不易太强烈附加不同材质改变光源投射方向考虑年龄效应以健康、环保、节能为目标，尽量考虑使用自然光。合理设置光源颜色防止光幕反射防止镜像反射5.室内色彩设计温度感距离感轻重感醒目感动静感温暖寒冷远近白色的天花与墙面形成轻重的对比天花的重色压低了层高，反而让空间更严肃醒目感动静感动静感6.视错觉在设计中的运用矮中见高虚中见实冷调降温粗中间细曲中见直矮中见高虚中见实虚中见实冷调降温粗中见细曲中见直3.4听觉机能及其特征3.4.1听觉刺激听觉的适宜刺激是声音，声音的声源是振动的物体，人的听感范围：20~20000HZ。3.4.2听觉系统起主要作用的部位：内耳耳蜗起辅助作用的部位：外耳、中耳、内耳的其它部分。3.4.3视觉特性1.混响指声源在室内经过多次反射，连续传入耳中，使人无法辨认2.回声3.方向敏感度（双耳效应）人耳对不同频率、不同方向的声音的感受能力不同。这种差别使人能够分辨声源的位置。4.掩蔽效应掩蔽：一个声音被另一个声音所掩盖的现象。掩蔽效应：一个声音的听阈因另一个声音的掩蔽作用而提高的效应。3.4.4室内听觉环境人体工程学的研究目标是实现对噪声、回声和混响等方面的有效控制。1、噪声室内噪声应控制在45dB以下，最好在40dB以下；室外噪声控制在60dB以下，最好在55dB以下；室内夜间噪声应控制在40dB以下。2、回声将时差控制在1/20s以内，就不会产生回声。所有声音的传播路线差需要控制在17m以下，有效防止回声的效果。3.5其他感觉机能及其特征3.5.1肤觉肤觉是仅仅次于听觉的一种感觉，可感受多种外界刺激，形成多种感觉。1.触觉。2.温度觉3.痛觉3.5.2本体感觉本体感觉系统包括耳前庭系统和运动觉系统，可感受身体和四肢所在位置的信息。3.6运动系统的机能及其特征骨—运动的杠杆关节—运动的枢纽肌肉—运动的动力3.6.1骨的功能和骨杠杆1.骨的功能2.骨杠杆根据支点，力点（动力点）、重点（阻力点）三者不同的位置分布，分为：1）平衡杠杆2）省力杠杆3）速度杠杆：用力大，但运动速度快由等功原理，得之于力则失之于速度，反之亦然。因此，最大的力量与最大的运动范围两者是相矛盾的。3.6.2肢体的动作速度与频率动作速度取决于肢体肌肉收缩的速度，而操作动作速度还取决于动作方向和动作轨迹等特征。动作频率取决于动作部位和动作方法。具体表现：1、水平动作比垂直动作要快2、一直向前的动作比旋转时要快1.5-2倍3、圆形轨迹的动作比直线轨迹动作更加灵活4、顺时针动作比逆时针动作更灵活5、手向着身体的动作比离开身体的动作更灵活6、前后往复比左右往复的动作更快3.7人的行为与环境人的行为特征因人类社会的复杂多样,受其各种因素的影响,诸如文化、社会制度、民族、地区等,因而呈现出复杂多样的行为特征。人在室内外环境中，其心理和行为上的共性：抄袭近路习性识途性左侧通行习性左转弯习性从众习性聚集习性幽闭恐惧症恐高症抄袭近路习性为了达到预定的目的地，人总是趋向于选择最短的路径。观众在典型的矩形穿过式展厅中的行为模式与其步行街中的行为十分相仿。观众一旦走进展览室，就会停在头几件作品前，然后逐渐减少停顿的次数直到完成观赏活动。由于运动的经济原则（少走路），故只有少数人完成全部的观赏活动。人在进入某一场所后，如遇危险时，会寻找原路返回。室内安全出口的设计，尽量设在入口附近，要有明显的位置和方向指示标志。识途性在人群密度较大（0.3人/㎡以上）的室内或广场上行走的人，一般会无意识的趋向于选择左侧通行。商场及展览空间陈列顺序的设计左侧通行习性逆时针方向向左转弯需要的时间向右转弯的时间运动场室内通道、楼梯位置、避难通道及室内展线的设计左转弯习性室内避难疏散口的设计、诱导从众习性聚集效应性当人群密度1.2人/㎡时，步行速度会出现明显下降，当空间人群密度分布不均时，则出现人群滞留现象，滞留时间长就会结集人群。设计室内通道时，预测人群密度，防止滞留。3.8人际行为与室内交往空间环境社会心理学家欧文·奥尔特曼根据私密性、个人空间、领地和拥挤四个行为概念分析了人们怎样利用环境来影响同他人的社会交往。在选择餐馆的座位时，人们愿意坐在靠边桌旁而不是中间的桌子。1、私密性在餐馆人民选择位置的频度斯梯里思观察了伦敦地铁各个车站候车的人以及剧场、门厅的人们，发现人们总愿意站在柱子附近并远离人们行走路线的地方。在日本，卡米诺在铁路车站进行了类似的研究。从这些研究中可以看出人们总是设法站在视野开阔而本身又不引人注意的地方，并且不至于受到行人的干扰。在火车站人们等车时选择的位置2.领域性“领域性”是从动物的行为研究中借用过来的，它是指动物的个体或群体常常生活在自然界的固定位置或区域，各自保持自己一定的生活领域，以减少对于生活环境的相互竞争，这是动物在生存进化中演化出来的行为特征。领域性在日常生活中是常见的，如办公室中你自己的位子，住宅门前的一块区域等。人也具有“领域性”，来自于人的动物本能，但与动物不同。因为“领域性”对人已不再具有生存竞争的意义，而更多的是心理上的影响。与“个人空间”所不同的是，“领域性”并不表现为随着人的活动可移动的特点，它倾向于表现为一块个人可以提出某种要求承认的“不动产”，“闯入者”将遇到不快。3.个人空间每个人都有自己的个人空间，这是直接在每个人的周围的空间，通常是具有看不见的边界，在边界以内不允许“闯入者”进来。它可以随着人移动，它还具有灵活的收缩性。个人空间的存在可以有很多的证明。如你在一群交谈的人中、在图书馆中、在公共汽车上或在公园中、在人行道上等。人与人之间的密切程度就反映在个人空间的交叉和排斥上。人与人之间距离的大小取决于人们所在的社会集团（文化背景）和所处情况的不同而相异。熟人还是生人，不同身份的人，人际距离都不一样（熟人和平级人员较近，生人和上下级较远）爱德华·T·霍尔把人际距离分为四种：亲密、个人、社会和公众四种人际距离。1、亲密距离：父母与子女、夫妻之间近程：1-15cm远程：1