人体工程学与家具设计

人体工程学与家具功能设计家具的服务对象是人，设计与生产的每一件家具都是由人使用的。因此，家具设计的首要因素是符合人的生理机能和满足人的心理情感需求。家具的功能设计是家具设计的主要设计要素之一。功能对家具的结构和造型起着主导的和决定性的作用，不同功能有其不同的造型，在满足人类多种多样的要求下，力求家具能够舒适方便、坚固耐用、易于清洁，满足一切使用上的要求。功能决定着家具造型的基础形式，是设计的基础。家具设计的目的是更好地满足人在家具功能使用上的要求，家具设计师必须了解人体与家具的关系，把人体工程学知识应用到现代家具设计中来。（一）概述1．人体工程学的定义人体工程学(humanengineering或ergonomics)又称人机工程学、人类工程学、人类工效学、人体工学、人间工学等，它是研究“人―机(物)―环境”系统中三个要素之间的关系，使其符合于人体的生理、心理及解剖学特性，从而改善工作与休闲环境，提高人的作业效能和舒适性，有利人的身心健康和安全的一门边缘学科。在人、机、环境三个要素中，“人”是指作业者或使用者，人的心理特征、生理特征以及人适应机器和环境的能力都是人体工程学重要的研究课题。“机”是指机器，仅较一般技术术语的意义要广得多，包括人操作和使用的一切产品和工程系统。怎样才能设计出满足人的要求、符合人的特点的产品，是人体工程学探讨的重要问题。“环境”是指人们工作和生活的环境，噪声、照明、温度等环境因素对人的工作和生活的影响是人体工程学研究的主要对象。2．人体工程学在家具功能设计中的作用（1）确定家具的最优尺寸人体工程学的重要内容是人体测量，包括人体各部分的基本尺寸、人体肢体活动尺寸等，为家具设计提供精确的设计依据，科学地确定家具的最优尺寸，更好地满足家具使用时的舒适、方便、健康、安全等要求。同时，也便于家具的批量化生产。（2）为设计整体家具提供依据设计整体家具要根据环境空间的大小、形状以及人的数量和活动性质确定家具的数量和尺寸。家具设计师要通过人体工程学的知识，综合考虑人与家具及室内环境的关系并进行整体系统设计，这样才能充分发挥家具的总体使用效果。（二）人体生理机能与家具1．人体基本知识家具设计首先要研究家具与人体的关系，要了解人体的构造及构成人体活动的主要组织系统，即人体生理机能特征的基础。人体是由骨骼系统、肌肉系统、消化系统、血液循环系统、呼吸系统、泌尿系统、生殖系统、内分泌系统、神经系统、感觉系统等组成。这些系统互相配合、相互制约，共同维持着人的生命和完成人体的活动。在这些组织系统中，与家具设计有密切关联的是骨骼系统、肌肉系统、神经系统和感觉系统等。如：骨骼是人体的支架，是家具设计测定人体比例、人体尺度的基本依据。家具要适应人体活动及承托人体动作的姿态，就必须研究人体各种姿态下的骨关节转动与家具的关系。（1）骨骼系统骨骼是人体的支架，是家具设设计测定人体比例、人体尺度的基本依据。骨骼中骨与骨的连接处为关节，人体通过不同类型和形状的关节进行着屈伸、内收外展、回旋等各种不同的动作和运动，由这些局部的动作组合而形成人体各种姿态。家具要适应人体活动及承托人体动作的姿态，就必须研究人体各种姿态下的骨关节转动与家具的关系。（2）肌肉系统肌肉有横纹肌、心肌和平滑肌。骨、关节的运动都靠横纹肌随人的意志而活动，使人体在使用家具时保持一定的姿势。心肌和平滑肌的活动，虽然也受情绪的影响，但不受人的意志所控制。肌肉的收缩和舒展支配着骨骼和关节的运动。在人体保持一种姿态不变的情况下，肌肉则因长期的紧张状态而极易产生疲劳。因此，人们需要经常变换活动的姿态，使各部分的肌肉收缩得以轮换休息。供人们休息的家具，就是在于能够松弛肌肉，减少或消除肌肉的疲劳。另外肌肉的营养是靠血液循环来维持的，如果血液循环受到压迫而阻断，则肌肉的活动就将产生障碍。因此，在家且设计中，特别是坐卧类家具，要研究家具与人体肌肉承压面的关系。（3）神经系统人体各个器官系统的活动都是在神经系统的支配下，通过神经体液调节而实现的。神经系统的主要部分是脑和脊髓，它和人体各个部分发生紧密的联系，以反射为基本活动方式，调节人体的各种活动。（4）感觉系统激发神经系统起支配人体活动的机构是人的感觉系统。人们通过眼、耳、皮肤、鼻、口舌等感觉器官产生视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等感觉系统所接受到的各种信息，刺激传达到大脑中枢而产生感觉意识，然后由大脑发出指令，由神经系统传递到肌肉系统，产生反射式的行为活动，如晚间睡眠在床上仰卧时间久后，肌肉受压通过触觉传递信息后作出反射性的行为活动——翻身侧卧。2．人体基本动作人体的动作形态是相当复杂而又变化万千，从坐、卧、立、蹲、跳、旋转、行走等都会显示出不同形态所具有的不同尺度和不同的空间需求。从家具设计的角度来看，合理地依据人体一定姿态下的肌肉、骨骼的结构来设计家具，能调整人的体力损耗、减少肌肉的疲劳，从而极大地提高动作效率。因此，在家具设计中，对人体动作形态的研究显得十分必要。与家具设计密切相关的人体动作形态主要是立、坐、卧。（1）立人体站立是一种最基本的自然姿态，由骨骼和无数关节支撑而成。当人直立进行各种活动时，由于人体的骨骼结构和肌肉运动处在变换和调节状态中，所以人们可以做较大幅度的活动和较长时间的工作，如果人体活动长期处于一种单一的行为和动作时，他的一部分关节和肌肉长期地处于紧张状态，就极易感到疲劳。人体在站立活动中，活动变化最少的应属腰椎及其附属的肌肉部分。因此，人的腰部最易感到疲劳，这就需要人们经常活动腰部和改变站姿。（2）坐人体的躯干结构是支撑上部身体重量和保护内脏不受压迫，当人体站立过久时，就需要坐下来休息。当人坐下时，由于骨盆与脊椎的关系失去了原有直立姿态时的腿骨支撑关系，人体的躯干结构就不能保持原有的平衡和姿势。因此，就需要辅以依靠适当的坐平面和靠背倾斜面，对人体加以支撑和保持躯干的平衡，使人体骨骼、肌肉在人坐下来时能获得合理的松弛状态。为此，人们设计了各类坐具以满足坐姿状态下的各种使用功能。另外，人们的活动和工作也有相当大的部分是坐着进行的。因此，需要更多地研究人坐着活动时骨骼和肌肉的关系。（3）卧不管站立和坐，人的脊椎骨骼和肌肉总是受到压迫迫和处于一定的收缩状态，卧的姿态，才能使脊椎骨骼的受压状态得到真正的松弛，从而得到最好的休息。因此，从人体骨骼与肌肉结构的观点来看，卧不能看作为站立姿态的横倒。当人处于卧与坐的动作姿态，其腰脊椎形态位置是完全不一样的，站立时基本上是自然S形，而仰卧时接近于直线。因此，只有把卧作为特殊的动作形态来认识，才能真正理解卧的意义和掌握好卧具（床）的功能设计。根据家具与人和物之间的关系，可以将家具划分成三类：3．人体尺寸人体尺寸是家具功能设计最基本的依据。人体尺寸可分为构造尺寸和功能尺寸。构造尺寸是指静态的人体尺寸，对与人体有直接关系的物体有较大关系，如家具、服装和设备等，主要为各种家具、设备提供数据。功能尺寸是指动态的人体尺寸，是人在进行某种功能活动时肢体所能达到的空间范围。对于大多数的设计，功能尺寸可能有更广泛的用途。在使用功能尺寸时强调的是在完成人体的活动时，人体各个部分是不可分的，不是独立工作，而是协调动作。要确定一件家具的尺寸是多少才最适宜于人们的方便使用，就要先了解人体各部位固有的构造尺寸，如身高、肩宽、臂长、腿长等，以及人体在使用家具时的功能尺寸，即立、坐、卧时的活动范围。人体尺寸与家具尺寸有着密切的关系。4．家具功能与人体生理机能家具功能合理很主要的一个方面，就是如何使家具的基本尺度适应人体静态或动态的各种姿势变化，诸如休息、座谈、学习、娱乐、进餐、操作等。而这些姿势和活动无非是靠人体的移动、站立、坐靠、躺卧等一系列的动作连续协同而完成的。在家具设计中对人体生理机能的研究可以使家具设计更具科学性。由人体活动及相关的姿态，人们设计生产了相应的家具，根据家具与人和物之间的关系，可以将家具划分成三类：（1）坐卧类（支承类）家具：与人体直接接触，起着支承人体活功的坐卧类家具（又分为坐具类和卧具类），如椅、凳、沙发、床、榻等。其主要功能是适应人的工作或休息。（2）凭倚类家具：与人体活动有着密切关系，起着辅助人体活动、供人凭倚或伏案工作、并可贮存或陈放物品的凭倚家具（虽不直接支承人体，但与人体构造尺寸和功能尺寸相关），如桌、台、几、案、柜台等。其主要功能是满足和适应人在站、坐时所必须的辅助平面高度或兼作存放空间之用。（3）贮存类（贮藏类）家具：与人体产生间接关系，起着贮存或陈放各类物品以及兼作分隔空间作用的贮存类家具，如橱、柜、架、箱等。其主要功能是有利于各种物品的存放和存取时的方便。这三大类家具基本上囊括了人们生活及从事各项活动所需的家具。家具设计是一种创造性活动，它必须依据人体尺度及使用要求，将技术与艺术诸要素加以完美的结合。（三）坐具类家具的功能设计坐与卧是人们日常生活中最多动的姿态，如工作、学习、用餐、休息等都是在坐卧状态下进行的。因此，椅、凳、沙发、床等坐卧类家具的作用就显得特别重要。按照人们日常生活的行为，人体动作姿态可以归纳为从立姿到卧姿的八种不同姿势，如（图3—1）所示。其中有三个基本形是适用于工作形态的家具、另有三个基本形是适用于休息形态的家具。通常是按照这种使用功能作为坐卧类家具的细分类。坐卧类家具的基本功能是满足人们坐得舒服、睡得安宁、减少疲劳和提高工作效率。其中，最关键的是减少疲劳。如果在家具设计中，通过对人体的尺度、骨骼和肌肉关系的研究，使设计的家具在支承人体动作时，将人体的疲劳度降到最低状态，也就能得到最舒服、最安宁的感觉，同时也可保持最高的工作效率。然而形成疲劳的原因是一个很复杂的问题，但主要来白肌肉和韧带的收缩运动，并产生巨大的拉力。肌肉和韧带处于长时间的收缩状态时，人体就需要给这部分肌肉供给养料，如供养不足，人体的部分机体就会感到疲劳。因此在设计坐卧类家具时，必须考虑人体生理特点，使骨筋、肌肉结构保持合理状态，血液循环与神经组织不过分受压，尽量设法减少和消除产生疲劳的各种因素。（图3—2）所示为人体不同姿态与腰椎变化的关系。当人坐下来时，腰椎就很难保持原来的自然状态、而是随着不同的坐姿经常改变其曲度。图中姿势b（人体侧卧、L下肢稍加弯曲时）是腰椎处于最接近站立时呈自然状态的腰椎曲线a。而曲线L是人体坐姿和下肢稍曲时，腰椎处于最自然的状态，也即休息最有效的状态。因此，在设计椅子或沙发时，应当使靠背的形状和角度接近于适应人坐姿时的腰椎曲线，接近于曲线b。图3—1人体各种姿势与坐卧家具类型1．立姿2．立姿并倚靠某一物体3．坐凳状态，可作制图、读书等使用的小型椅子4．坐面、靠背支撑着人体，可作一般性工作、用餐、5．较舒适的姿势，椅子有扶手，用于用餐、读书等6．很舒适的姿势，属沙发类的休息用椅7．躺状休息用椅8．完全休息状态用床机器操作等图3-2姿势与腰的关系1．坐具的基本尺度与要求1．1工作用坐具一般工作用坐具的主要品种有凳、靠背椅、扶手椅、圈椅等，它的主要用途是既可用于工作，又利于休息。工作用椅可分为作业用椅、轻型作业椅、办公椅和会议椅等。（1）坐高（没有靠背）的坐高是指坐面与地面的垂直距离；椅坐面常向后倾斜或做成凹形曲面，通常以坐面前缘至地面的垂直距离作为椅坐高。坐高是影响坐姿舒适程度的重要因素之一、坐面高度不合理会导致不正确的坐姿，并且坐的时间稍久，就会使人体腰部产生疲劳感。通过对人体坐在不同高度的凳子上其腰椎活动度的测定（图3—3）可以看出凳高为400mm时，腰椎的活动度最高，即疲劳感最强。稍高或稍低于此数值者，其人体腰椎的活动度下降，舒适度也随之增大，这意味着凳子比400mm稍高或稍低都不会使腰部感到疲劳，在实际生活中人们喜欢坐矮板凳从事活动的道理就在于此，人们在酒吧间坐高凳活动的道理也相同。对于有靠背的坐椅，其坐高既不宜过高，也不宜过低，它与人体在坐面上的体压分布有关。不同高度的椅面，其体压分布情况有显著差异，坐感也不尽相同，它是影响坐姿舒服与否的重要因素。坐椅面是人体坐时承受臀部和大腿的主要承受面，通过测试，不同高度的坐椅面的体压分布（如图3—3）