人类工程学在家具设计上的应用

人类工程学在家具设计上的应用（一）
第一讲：家具设计与人类工程学
1951年美国宇航员斯塔乘坐的火箭车时速为960公里，从刹车到停止只有1.4秒，动量相当于190公里/小时的汽车撞到墙上。

由于采取了防护和减少伤害的姿势，使试验取得了成功。

这是由于人类已经用科学的方法，测出了人体的许多具体参数，如肢体的容积、密度、质量、重心位置，转动惯量和动作、角度限制等。

由此作为制定各种环境、条件安全标准的主要依据。

所有这些为宇航员的安全返回提供了设计的依据，因此，这次试验的成功也是人类工程学的研究成果。

人类工程学（Ergonomics）在我国起步较晚，目前该学科除普遍称谓人类工程学外，常见的名称还有：人体工学、人体工效学、工程心理学、宜人学、人的因素等。

随着社会的进步、科技的发展、学科的交叉，其内涵和外延都在变化，因而其定义和名称也将发生变化。

1 人类工程学的定议
我国对人类工程学下的定义是：人类工程学是一门新兴的边缘学科。

它是运用人体测量学、生理学、心理学和生物力学以及工程学等学科的研究方法和手段，综合地进行人体结构、功能、心理以及力学等问题研究的学科。

用以设计使操作者能发挥最大效能的机构、仪器和控制装置，并研究控制台上各个仪表的最适位置。

国际人类工效学学会（International Ergonomics Association,简称IEA）为人类工程学下的定义是最有权威，也最全面的，即：人类工程学是研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的各种因素；研究人和机械及环
境的相互作用；研究在工作中、家庭生活和休闲时怎样统一考虑工作效果、人的健康、安全和舒适等问题的学科。

2 人类工程学发展的三个阶段
英国是世界上开展人类工程学研究最早的国家，但本学科的奠基性工作实际上是在美国完成的。

所以，人类工程学“起源于欧洲，形成于美国”之说。

其发展大致经历了以下三个阶段：
2.1经验人类工程学
这一阶段是20世纪初。

美国学者泰罗（Frederick. W. Taylor）在传统的管理基础上，首创了新的管理方法和理论，并据此制订了一整套以提高工作效率为目的的操作方法，考虑了人使用的机器、工具、材料及作业环境的标准问题。

例如。

他曾经研究过铲子的最佳形态、重量，研究过如何减少疲劳，研究过动作时间，工作流程与工作方法分析，工具设计，准备布置等。

他为人类工程学的发展奠定了基础。

从泰罗的科学管理方法和理论的形成到第二次世界大战之前，称为经验人类工程学的发展阶段。

其主要特别为：在人机关系上是以选择和培训操作者为主，使人适应机器。

2.2科学人类工程学
第二次世界大战期间，由于战争的需要，许多国家大力发展效能高、威力大的新式武器和装置，而忽视了其中“人的因素”，因而由于操作失误而导致失败的考虑屡见不鲜。

通过分析研究，逐步认识到：“人的因素”在设计中是一个重要条件；要设计好一个高效能的装置，仅有工程技术和知识是不够的，还必须有生理学、心理学、人体测量学、生物力学等方面的知识。

因此，在第二次世界大战期间，首先在军事领域中开展了与设计相关学科的综合研究和应用。

并逐步将军事领域中的研究成果来解决工程设计中的问题，如飞机、汽车、机械设备，建筑设施以及生活用品等。

这一阶段的发展特点是：重视工业与工程设计中“人的因素”，力求使机械适应人。

2.3现代人类工程学
上世纪60年代之后，欧美各国进入了大规模的经济发展时期。

在这一时期，由于科学技术的进步，使人类工程学获得了更多的进步，使人类工程学获得了更多的发展机会。

由于控制论、信息论、系统论和人体科学等学科中新理论的建立，在本学科中应用“新三论”来进行人类系统的研究便应运而生。

所有这一切，促使人类工程学进入了系统研究阶段。

从60年代至今，可以称其为现代人类工程学的发展阶段。

3 人类工程学的研究内容
人类工程学是一门实践与应用性很强的交叉学科。

由于各国科学和工业基础不同，研究侧重点也不相同。

例如，美国侧重工程和人际关系，法国侧重劳动生理学，前苏联注重工程心理学，日本则间于欧美之间。

本学科实际上是：“人体科学”、“技术科学”和“环境科学”的融合，并不断向上工程科学渗透和交叉的产物，其学科体系如图1所示。

人类工程学主要的研究内容有如下几个方面：
3.1人体计测
这是人体特性研究的基础，人体计测包括静态和动态的计测。

3.2 作业姿势和人体负担研究
人在日常生活、生产和社会活动中有各种姿势、动作，通过姿势和人体负担的研究，可以为设计提供优化的根据，可以减少疲劳和职业病，提高工作效率。

3.3人机系统的设计研究
系统基础设计问题是人与机器之间的分工以及人与机器之间如何有效地交流信息、有效互补等研究。

3.4作业环境和信息传递装置的界面设计
设计的目的是保证物质环境适合人体的特点，使人以无害于健康的姿势从事劳动，既能高效率地完成工作，又感到舒适并不致过早产生疲劳。

3.5环境与安全设计研究
研究的目的不仅要创造舒适高效的工作环境、提高效率，而且要在长期内不存在对健康有害的影响，并使事帮危险性缩小到最低限度，确保人身安全。

4 人类工程学的研究方法
人类工程学的研究主要运用人体科学及其相关学科的研究方法及手段。

目前常用的研究方法有：
4.1实测法
这是一种借助于仪器设备进行实际测量的方法。

例如，对人体静态与动态参数的测量。

4.2实验法
这种研究方法在实验室、作业现场进行。

例如，为了获得家具的体压分布或人对各种不同显示仪表的认读速度的数据时，一般在实验室进行。

如需了解色彩环境对人的心理、生理和工作效率的影响时，通常在作业现场进行。

4.3观察法
为了研究系统中人和机的工作状态，如工人操作动作的分析、功能分析和工艺流程分析等大都采用观察法。

4.4分析法
分析法是在获得了一定的资料和数据后的一种研究方法。

目前人类工程学研究常采用如下几种分析法：（1）瞬间操作分析法；（2）知觉与运动信息分析法；
（3）动作负荷分析法；（4）相关分析法。

此外，还有频率分析法和危害分析法等。

4.5调查研究法
这种方法包括简单的访问，专门调查，直到非常精细的评分，心理和生理学分析判断以及间接意见与建议分析等。

4.6模拟和模型试验法
通过这类模拟方法可以对某些操作系统进行逼真的试验，可以得到从实验室研究外推所需的更符合实际的数据。

4.7计算机数值仿真法
随着现代人机系统的日益复杂，采用物理模拟和模型方法研究复杂人机系统，不仅成本高、周期长，而且模拟和模型装置一经定型，就很难作修改变动。

为此，计算机数值仿真法已成为人类工程学研究的一种现代方法。

数值仿真法是在计算机上利用系统的数学、图像进行仿真性实验研究。

研究者可对尚处于设计阶段的未来系统进行仿真，并就系统中的人、机、环境三要素的功能特点及其相互间的协调性进行改进设计。

应用数值仿真研究，能大大缩短设计周期，并降低成本。

5 人类工程学在家具设计上的应用
5.1人类工程学研究在设计中的作用；
5.1.1为设计提供人体尺度参数
应用人体测量学、人体力学、劳动生理学、劳动心理学等学科的研究、提供人体各部分的尺寸、体重、体表面积、比重、重心以及人体各部分在活动时的相互关系和可及范围等人体结构特征参数，还提供人体各部的出力范围、活动范围、动作速度、动作频率、重心变化以及动作时的习惯等人体机能特征参数，分析人
的视觉、听觉、触觉以及肤觉等感觉器的机能特性，分析人在各种劳动时的生理变化、能量消耗、疲劳机理以及人对各种劳动负荷的适应能力，探求人在工作中影响心理状态的因素以及心理因素对工作效率的影响等。

5.1.2为设计的功能合理性提供科学依据
如何解决“物”与人相关的各种功能的最优化，创造出与人的生理、心理机能相协调的“物”，这是当今工业设计中在功能问题上的新课题。

如信息显示装置、操纵控制装置、工作台和控制室等部件的形状、大小、色彩及其布置方面的设计基准，都是以人类工程学提供的参数和要求为设计依据。

5.1.3为设计中“环境因素”提供设计准则
通过研究人体对环境中各种物理、化学因素的反应及适应能力，分析声、光、热、振动、粉尘和有毒气体等环境因素对人体的生理、心理以及工作效率影响程度，确定了人在生产和生活活动中所处的各种环境的舒适范围和安全限度，从保证人体的健康、安全、舒适和高效出发，为设计中考虑“环境因素”提供了分析评价方法和设计准则。

5.1.4为“人—物—环境”系统设计提供理念依据
人类工程学的显著特点是，在认真研究人、物、环境三个要素本身特性的基础上，将使用“物”的人和所设计的“物”以及人与“物”所共处的环境作为一个系统来研究。

在这个系统中人、物、环境三个要素这间相互作用、相互依存的关系决定着系统总体的性能。

系统设计的一般方法，通常是在明确系统总体要求的前提下，着重分析和研究、人、物、环境三个要素对系统总体性能的影响，应具备的各自功能及其相互关系，经过不断修正和完善三要素的结构方式，最终确保系统最优组合方案的实现。

5.1.5为“以人为本”的设计思想提供工作程序
一项优良设计必然是人、环境、技术、经济、文化等因素巧妙平衡的产物。

“以人为本”的主导思想具体表现在各项设计均应以人为主线，将人类工程学理论贯穿于设计的全过程。

人类工程学研究指出，在产品设计全过程的各个阶段，都必须进行人类工程学设计，以保证产品使用功能得以充分发挥。

5.2人类工程学在家具设计上的应用
人类工程学除了广泛应用于军事、产业等领域外，还广泛应用于建筑、室内和家具等领域。

由于人类工程学在建筑领域的作用日益明显，日本建筑学会从1987年起设置了人类工程学委员会，这是以建筑为研究对象的领域，主要进行：（1）有关人体尺寸、动作空间；（2）有关知觉；（3）有关人类的能力；（4）有关步行圈、行动图形；（5）有关群集活动和群集滚动；（6）有关建筑安全；（7）有关残障人员的环境设备；（8）有关标记、标示等的标准化；（9）有关的设计方面的应用技术等九个方面的研究。

人类工程学在室内设计中也已成为必不可少的重要条件。

室内空间的规划，室内设施的尺寸设定，人与物的关系处理等都能涉及到人类工程学的知识。

现在不少从事室内设计的人员片面强度效果图的作用，片面追求装修的豪华，而忽视了室内最重要的人类工程学的研究。

我们到处都要看到，新建的高楼大厦、玻璃幕墙、彩色釉面砖、马赛克贴面、光滑得像镜子般的地面和墙面成为时尚。

但是，伴随着人生1/3时光的家具，以及坐椅子的心情的好坏、桌子的使用方便性都方面几乎无人关心。

这不能不说是一个盲区和误区。

对在办公楼工作的人一来说，最重要的是以椅子和桌子为中心的空间，而不是地面和外墙。

从人类工程学的角度考虑，越靠近身体的物品就越必须进行费尺心思的设计，花钱的方法应同人使用的距离成比例增减。

人类最接受的物品首先是衣服，紧接着是家具，再接着是与地面、壁、天顶等室内有关的要素。

可是实际情况并非如此，我们可以在衣服和建筑物外观上花很多钱，但室内却总是马马虎虎。

在
室内陈列着铁根和扫把以及用普通价格买来的椅子和桌子，这与迈进21世纪的现代办公室是何等不协调！这是由不同的生活理念和不同的生活方式而产生的结果。

在欧美国家，居住的发达，首先是从把人作为生物来领会的，以此为出发点来舒适室内。

室内完成后，接着外观，再是城市，就这样从内向外地扩大到环境。

而在日本传统的居室中没有家具，是由于日本人把这世界理解为是一个暂时的住处。

所以处理环境的方法与西方是不同的。

这种重建筑外观、轻室内家具的现象是亚洲国家普遍存在的问题。

随着生活水平的不断提高，人们是益关注生活质量的提高，室内的家具和家具的设计更应起高度的重视。

人类工程学的研究成果为解决人与建筑，室内的矛盾提供了重要的科学依据。

在家具设计中应用人类工程学应把握如下一些要素和原则。

5.2.1人体计测
（1）人体计测值
在家具及室内设计中，人体尺寸与惊讶是最基本和核心的要素。

人体计测的内容包括骨骼测量和活体测理（包括尺体测量）两部分。

活体测量过去主要是静态测量，现在还包括人体的动作和姿势的动态测量。

随着电子计算机技术的广泛应用，人体计测也正在由生理计测扩大到心理计测。

为了得到人体测量的正确数据，必须按照统一的测定方法和测定点进行测量。

目前世界各国人体计测点虽然略有不同，但基本的最少测定点为205项，尽管我们在日常生活工作中不会用上所有的数据，但是作为人体计测学来说必须在205项以上。

表1是我国18-25岁青年体质调查测量数据的平均值。

表1 中国18-25岁青年体制调查测量数据的平均值
（2）人体计测值的表示方法
人体计测值的表示法有：平均值、标准偏差、最大值、最小值、百分位数值、分布曲线、累积度数分布曲线、矩形图表等。

其中，最大值、最小值、百分位数值是无论如何必备的。

为了设计让所有人都能操作的机器，那么，必须使用百分位数值95以上的数值。

由于205项数据虽然比较充分，但使用不大方便，特别在一般情况下只需主要的大尺寸时，可以采用略算值，图2是人体尺寸图算值。

其实我国传统人物画中“立七座五蹲三”之说也是人体的略算值，以此掌握人体比例较为方便、易记。

此外，对人体不同姿势的各部分的重量比应有所了解，这在设计坐椅和卧具时是很重要的。

图3是椅座位各部分重量比，图4为卧位时各部分重要比。

可见，人体在不同姿势时各部分重量也不同。

因此，在设计时决不能以一种姿势的数据来套用共它姿势。

5.2.2人体尺寸和设计尺寸
人体尺寸是最基本的资料，然而，找出适当的数据，不是像一般想象得那样容易。

其理由是：第一，不同的民族数据有很大的差别，即使是同一民族也随着性别、地区和职业的不同。

第二，资料是从人类学立场出发，大多数是以骨骼为中心来测定的。

而在设计中，既需要包括柔软的肌肉部分的尺寸，也需要考虑动作和空间。

从世界范围看，身体有着越往南越矮，越往北越高的倾向。

人体的各部分尺寸，可以看作长度方向与身高成比例，横方向与体重成比例。

人体各部分的重量比，头部和胴体与四脚之比为54比46，当坐在座席上时，加在座面上的重量，大约为人体自重的85%。

整个身体的重心，是在靠“肚脐”稍下的位置。

因此，栏杆等尺寸如果不高于这个尺寸就有危险。

应该引起注意的是：即使人体尺寸明确了，也不能以此照搬成设计尺寸。

最终在设计图中表示的尺寸，要增减一定程度的“余地”。

这“余地”的尺寸是极为重要的。

根据设计的对象，“余地”甚至比人体尺寸本身更有价值。

在家具设计中，“余地”和人体尺寸几乎具有同等的价值。

若没有很好理解这种附加价值，仅依靠人体尺寸设计的话，那么最后会成为很难使用的东西。

我们在规划室内空间的时候，应综合考虑各种要素空间的总和可列表示意如下：
室内空间＝要素空间的总和
要素空间＝家具空间＋使用空间
家具空间＝家具＋余地
5.2.3动作、姿势与作业空间
5.2.3.1动作姿势
实际生活中人们的生活行为是多姿多态的，为了设计时便于参考，现将人们的生活的基本姿势归纳成立位6种、椅坐位6种，平坐位9种、卧位3种，合计24种。

因为生活中所取的姿势又是连续的姿势，因此，若不预先这样分类决定标准和各自的名称，那么无论在今后进行研究或向人说明，都会引起混乱和不便。

下面将各自名称及内容作简要说明。

立位：以头的高度为标准，分为6种：“伸腰”、“普通站立”、“稍向前弯腰”、“向前深弯腰”、“浅下蹲”、“深下蹲”；
椅坐位：就有无靠背的椅子和根据座面高度的不同分为：“凭靠”、“坐在凳子（60cm）上”、“坐在凳子（20cm）上”、“坐在工作椅子上”、“坐在简便休息椅了”、“坐在休息椅上”，共6种；
平坐位：分“下蹲”、“单膝下跪”、“双膝下跪”、“双膝跪坐”、“趴下”、“正坐”、“盘腿坐”、“屈膝坐”、“伸腿坐”，共9种；
卧位：根据身体的面向分“俯卧”、“侧卧”和“仰卧”3种。

5.2.3.2作业空间
作业空间主要有三种：
（1）平面作业空间
一般把在椅坐位姿势手腕放在桌子和作业台上，手腕活动的范围叫平面作业空间。

这种作业空间通常分为通常作业空间和最大作业空间。

通常作业空间是指上臂轻轻靠在体侧曲肘状态下手所到达的地方。

最大作业空间是指伸展上肢所达到的最大范围。

（图6）它是办公桌面、工作台面的设计依据。

（2）垂直作业空间
手臂上下活动的作业空间叫垂直作业空间。

垂直作业空间在决定面板和操作位置时十分重要（图7）。

（3）立体作业空间
立体作业空间是平面作业空间和垂直作业空间互相组合而形成的贝壳状空间。

立体作业空间也有通常立体作业空间和最大立体空间二种（图8）。

5.2.4“好”家具应具备的条件
家具在室内设计中占有极其重要的地位，也伴随着人类社会的发展而不断发展。

一件好的家具在设计上除了使用方便、牢固、有美的造型、色彩和个性之外，还必须肯舒适、姿势好、有助于消除疲劳的效果。

人类工程学的研究在这一方面作出了一定的贡献。

家具的历史，据考证约有六千年，其中椅子也有四千年的历史。

然而在古代，椅子是权威的象征和宗教装饰具，即身份与椅子的座面高度成比例。

而从人类工程学这一科学的立场进行家具研究的历史只有50年，这就是说，在欧洲供权妻和宗教使用的椅子历史为4000年，一般平民用的椅子的历史为200年，椅子科学的历史仅为30年。

从椅子的历史发展可见，长期以来，人们把重点放在家具的象征等形式美上，而缺乏人类工程学的科学研究。

因而在家具的设计和选择上存在一定的误区。

例如，过去在考虑桌子和椅子时，是认为桌子为主，椅子为从。

面对椅子，认为座面重要，靠背充其量只起在打扫时有抓手的作用。

然而，人类工程学告诉我们，若考虑以人为中心，重要的是椅子，桌子是从属的。

另外，在椅子中，靠背是功
能的要求，座面是从属的东西。

这是因为，防止姿势不自然的是靠背，座面仅起到支持体重的单纯的作用。

从人类工程学来看，重要度顺序应是：靠背——座面——桌子。

好的椅子应具备如下的条件：首先是尺寸要适当。

过高、坐深过大的椅子不好；椅面高度一般不能高于人体高度的1/4，以稍低为好。

第二，是体压分布和坐的感觉。

我们的身体不同的部件，感觉的灵敏度也不同。

因此，设计时可以在感觉迟钝的地方加上很大压力，在敏感的地方加上小的压力。

第三，是姿势和疲劳的问题。

这主要与靠背的形状和座面的倾斜角度有关。

过于柔软的椅子比起硬的椅子来，使人大脑活动迟钝，因此，不宜供作业使用，就像穿了硬的草鞋，就马上疲乏一样。

由此看来，十分漂亮柔软的安乐椅，只有一坐就容易疲劳，并非真正“安乐”。

有关椅子的科学我们将专门讨论，这里要说明的是，尽管经过科学研究制订了有关“好”的家具的标准，但真正要为广大消费者所接受并实施还需很长的时间。

日本曾以全国18000人为对象，调查了桌子和椅子的尺寸是适合身体的问题。

根据这个调查，严格地说，适合率仅仅为1.3%，就是说100例中仅仅一例是合格的。

衣服不符合身体的情况，谁都会马上发觉，但是家具的不合适却难以了解。

然而，不合适的桌子和椅子与学生的近视和脊柱侧弯有关系，这是应该忧虑的事情。

家具和人类工程学的关系，作如下考虑就更易理解；在买电视机时，首要条件是画面要清晰；买立体声时首要条件是音色听起来要美，外观是否漂亮则是第二位、第三位的问题。

同样，桌子和椅子的首要条件必须是好用、好坐。

上面介绍的是人类工程学与家具关系密切的部分及设计中的要素，原则和方法。

希望根据实际情况加以研究和应用，不能死搬硬套。

同时必须指出，人类工程学是一门发展迅速、不断变化的交叉学科，应结合实际工作，不断学习人类工程学的知识，充分运用人类工程学的研究成果，把设计工作搞得更好。

人类工程
学是家具设计的必要条件，但不是充分条件，设计时必须把人类工程学的要素与其它要素综合真情为才能使设计更加完美。

第二讲：校用课桌椅设计
陆剑雄黄河张福昌龙海曌
如何创造一个宜人的教室环境是关系到教学和学习效果的一个重要因素。

学生每天在学校课桌椅上都要度过大量的时间，如课桌椅的错误设计或不合适的配置，会对学生的身心健康带来巨大的威胁；其次，从人类工程学角度看，老师要求学生笔直就坐，否则就被认为影响课堂纪律，这样的观点也是错误的。

因此，普及人类工程学知识与设计科学合理的校用家具同样非常重要。

1课桌椅体系和普通教室用课桌椅系列的概念
课桌椅作为相对于普通家具而言的特殊家具，其定义和特点必然会有所不同，其设计不能按照普通家具的设计方法进行。

课桌椅的设计必须在一个更大的范围中考虑，从整体的使用者去考虑课桌椅的设计。

这种整体的使用观念必须将课桌椅体系和普通教室用课桌椅系列所涵盖的内容统一起来，只有这样才能够更全面地了解普通教室用学生课桌椅系列的特点和理想状态。

1.1课桌椅体系的概念
对不同课程来说，课桌椅的功能和用途存在着区别，从而形成了多品种的课桌椅系列，课桌椅体系正是源于这种品种的差异。

根据学校课程的用途课桌椅大致可分为以下系列:课本教学、劳作教学、手工教学、美术教学、多媒体教学、音乐教学、实验室教学、计算机教学等。

根据我国教育现状，课桌椅体系根据学。