地铁车辆扶手系统人机工程学分析

地铁车辆扶手系统人机工程学分析

摘要：为了满足人们对地铁车辆内装设计人性化和舒适性的要求，需要在设计过程中以人机工程学原理和方法为指导，依据不同人群的生理、心理等特征进行适应性设计，真正做到“以人为本”。文章以B型地铁车辆扶手系统为对象，从人机工程学角度出发，探讨不同群体形态特征参数对扶手系统高度及布置设计的影响。结果表明：扶手的吊环高度设置在1680mm，中心横扶手高度设置在1850～1900mm时能够分别保障不同地区、不同身材的乘客的使用需求，同时设计出B型地铁车辆客室内扶手合理布置方案。

关键词：地铁车辆人机工程内装设计扶手

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1 前言

随着社会的发展，生活水平的提高，人们对出行工具的需求也随之发生改变，从早期的满足安全、功能需求到现在的追求便捷、舒适、美观，这就对地铁车辆内装设计提出了更高的要求。为保证地铁车辆扶手系统的设计满足人性化和舒适性的要求，需对其进行人机工程学分析。本文以扶手系统为对象，以人机工程学原理和方法为指导，结合不同群体形态特征参数与扶手系统相互影响，设计出符合绝大多数乘客使用舒适的扶手，为后续内装系统其他设备的设计提供了借鉴。

2 人机工程学理论

人机工程学是一门研究和应用范围都及其广泛的综合性边缘科学，它涉及了从人体科学、工程技术、环境科学到社会科学、管理科学等学科的各个方面。由于该学科跨越不同领域，研究和应用的范围极其广泛，不同学科、领域的专家学者都试图从自身的角度对本学科下定义，并且随着学科的发展，其定义也不断发生变化。人机工程专家W.E.Woodson认为人机工程学研究的是人与机器相互关系的合理方案，亦即对人的知觉显示、操纵控制、人机系统的设计及其布置和作业系统的组合等进行有效的研究，其目的在于获得最高的效率和作业时感到安全和舒适[1]。著名科学家钱学森在《系统科学、思维科学与人体科学》中概括并揭示

了人机工程学宗旨：“人机工程是一门非常重要的应用人体科学技术，它专门研

究人和机器的配合，考虑到人的功能能力，如何设计机器，求得人在使用机器时

整个人和机器的效果达到最佳状态”[2]。国际人机工程学会的定义为人机工程学

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因素，研究人、

机器及环境的相互作用，研究在工作，生活时如何统一考虑工作效率、健康、安

全和舒适，以及应用相关理论、原理、数据和方法来设计以达到优化人类和系统

效能的学科[2][3]。

尽管不同专家学者对人机工程学的定义有所不同，但其根本的研究方向却是

高度一致的，即人机工程学是研究人、机、环境之间的相互关系，以达到安全、

健康、舒适和工作效率的最优化。

针对地铁车辆内装设计,需着重考虑不同人体形态特征参数、人的作业能力与疲劳特性，以人机工程学原理为指导，有针对性的解决如何使车辆内装满足人性化和舒适性的要求。

3 研究对象选取原则

城市地铁建设的主要目的是满足不同人群出行需求，针对地铁车辆内装设计，其研究对

象为中国成年男、女性乘客。人体尺寸数据的采集以国家标准《GB10000中国成年人人体尺寸》和《GB/T13547工作空间人体尺寸》为依据[4][5]。考虑到目前中国城市发展进程和人口

的流动性大的特点，城市轨道交通工具要尽可能满足面向更加广泛的使用者群体。因此本文

以全国18～60岁的人体尺寸数据为主要参考依据。人体尺寸百分位数的选取原则遵循国家

标准《GB/T12985在产品设计中应用人体尺寸百分位数的通则》,以百分位数

作为一种位置指标，一个界值[6]。通常以第5百分位数代表“小身材”；以第50百分位数表示“中等身材”；以第95百分位数代表“大身材”。对于一般的工

业产品，选用和作为尺寸上、下限值的依据，满足度可以达到90％，即适合使用的人群

占总群体的90％。

4扶手高度分析

地铁车辆扶手高度设计主要考虑不同群体人体身高和手臂功能上举高的差异，如图1所示，并以“抓得到”和“不碰头”为基本设计原则。

不同百分位人体身高和手臂功能上举高的数据分别在上述国家标准GB10000和

GB/T13547中直接获得[4][5]。根据扶手实际使用情况并遵循国家标准GB/T12985中对产品功能尺寸的修正原则，

对身高及手臂功能上举高增加符合实际情况的穿鞋修正量，并加以圆整[6]。

对于一般工业产品地铁车辆，以女性的身高和手臂功能上举高作为下限值，以男性的身高和手臂功能上举高作为上限值，得到扶手系统的高度选取范围及取值说明，如表1所示。

图1 人体站姿身高和手臂功能上举高示意

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表1扶手系统高度选取范围及取值说明

女性身高修正值

女性与男性身高修正值

女性身高修正值

男性身高修正值和女性手功能高修正

值

女性手功能高修正值

男性身高修正值

男性身高与男性和女性手功能高修

正值

女性手功能高修正值

男性手功能高修正值

男性手功能高修正值1

从表1看出吊环高度在1510～1760mm均满足女性的手臂功能上举高作为下限值要求，

结合文献中吊环高度测试及疲劳舒适度评价，表明吊环高度在1680mm整体疲劳指数最低；

亦可得出高度大于1810mm即满足男性的身高作为上限值要求，考虑到中心横扶手半径普

遍为16mm或17.5mm，即横扶手圆筒体中心高度不应低于1826mm或1827.5mm，结合文献中

横扶手高度测试及疲劳舒适度评价，表明中心横扶手高度在1860mm时评价指数最高[7]。结

合国内南北方人群身高差异以及各地铁业主对中心横扶手高度的实际需求，中心横扶手高度

取值设置在1850～1900mm能够分别满足不同地区、不同身材乘客的人性化和舒适性需求。

5 扶手布置分析