第六章 人体形态特征和测量

第六章人体形态特征和测量第一节人体测量概述一、人体测量学人体测量学是通过测量人体各部位尺寸来确定个体之间和群体之间在人体尺寸上的差别，用以研究人的形态特征，使设计更适于人的学科。

二、人体测量的目的➢人体尺寸数据是一个国家最基础的工程数据之一，是产品造型设计和空间布局设计的基本技术依据，其应用几乎涉及人类活动的所有领域。

➢各种与人有关的标准的确立都是以人体测量数据为基础，人体测量及其测量技术直接影响一个国家的工业化水平，只有依据高水平的人体测量技术与完善的人体测量数据库建立的人体原型，才能设计出高品质、高标准的宜人化产品。

➢有些工作空间需要考虑多种人体尺寸以及人的机能特征。

三、人体测量学中常用术语（一）测量基准面人体测量基准面的定位是由三个互为垂直的轴：铅垂轴（Z轴）、纵轴（X轴）和横轴（Y轴）来决定的。

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。

2、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，它将人体分成左、右对称的两部分。

3、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、后两个部分。

4、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。

水平面将人体分为上、下两个部分。

5、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。

（二）测量方位1、前：在身体前部或朝向身体前部的方向2、后：在身体后部或朝向身体后部的方向3、前面：朝向腹部的方向4、背面：朝向背部或脊柱的方向5、内侧和外侧在人体左、右方向上，将靠近正中矢状面的方向称为内侧，远离正中矢状面的方向称为外侧。

6、头侧端和足侧端在人体上、下方向上，将上方称为头侧端，下方称为足侧端。

7、近位和远位在四肢上，将靠近四肢附着部位的称为近位，远离四肢附着部位的称为远位。

8、表：位于或接近体表的方向。

9、里：从体表离去或体表之下的方向。

10、桡侧和尺侧对于上肢，将桡骨侧称为桡侧，尺骨侧称为尺侧。

11、胫侧和腓侧对于下肢，将胫骨侧称为胫侧，将腓骨侧称为腓侧。

（三）基本姿势1、立姿指被测者挺胸直立，头部以眼耳平面定位，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，手指轻贴大腿侧面，膝部自然伸直，左右足后跟并拢，前端分开，使两足大致呈45度夹角，体重均匀分布在两足上。

为确保直立姿势正确，被测者应使足后跟、臀部和后背部与同一铅垂面相接触。

2、坐姿指被测者挺胸坐在被调节到腓骨头高度的平面上，头部以眼耳平面定位，眼睛平视前方，左右大腿大致平行，膝大致弯曲成直角，足平放在地面上，手轻放在大腿上。

为确保坐姿正确，被测者的臀部、后背部应同时靠在同一铅垂面上。

注意：无论处于何种测量姿势，身体都必须保持左右对称。

由于呼吸而使测量值有变化的测量项目，应在呼吸平静时进行测量。

四、测量工具与测量方法1、人体测高仪用来测量身高、坐高、立姿和坐姿的眼高以及伸手向上所及的高度等立姿和坐姿的人体各部位高度尺寸。

2、人体测量用直脚规用来测量两点间的直线距离，特别适宜测量距离较短的不规则部分宽度或直径，如测量耳、脸、手、足等部分的尺寸。

3、人体测量用弯脚规用于不能直接以直尺测量的点间距离的测量，如测量肩宽、胸厚等部位的尺寸。

此外，还有人体测量用三脚平行规，坐高椅，量足仪，软卷尺以及医用磅秤等。

人体测高仪测量方法：测量时应在呼气与吸气的中间进行。

其次序为从头向下到脚，从身体的前面，经过侧面，再到后面。

测量时只许轻触测点，不可紧压皮肤，以免影响测量的准确性。

五、人体测量中的主要统计函数1、均值对于有n 个样本的测量值：x 1，x 2，......，x n ，其均值为∑==ni ix n x 11x 2、方差方差是描述测量数据在中心位置（均值）上下波动程度差异的值。

对于均值为的n 个样本测量值：x 1,x 2,x 3,....,x n ，其方差S 2定义为∑=--=ni i x x n S 122)(11)(11)2(11)2(112121211222x n x n x n x n x x n x n x xx n ni i ni i ni i n i i --=+--=+--=∑∑∑∑====∑=--=ni i D x x n S 12)(113、标准差方差的量纲是测量值的平方，为使其量纲和均值相一致，则取其均方根差值（标准差）来说明测量值对均值的波动情况。

nS S D x 4、抽样误差抽样误差又称标准误差，即全部样本均值的标准差。

抽样误差数值大，表明样本均值与总体均值的差别大，反之，说明其差别小，即均值的可靠性高。

当样本数据列的标准差为S D ，样本容量为n 时，则抽样误差的计算式为注意：当测量方法一定时，样本容量越多，测量结果的精度就越高。

5、百分位数表示，它百分位数是一种位置指标，以符号PK将总体域样本的全部测量值分为两部分，有K%的测量值等于或小于此数，有（100-K）%的测量值大于此数。

人体尺寸用百分位数表示时，称为人体尺寸百分位。

人体尺寸百分位表示具有某一人体尺寸和小于该尺寸的人占统计对象总人数的百分位数。

百分位数表示设计的适应域，在人因工程中常用的是第5、第50、第95百分位数。

第5百分位数代表“矮身材”，即只有5%的人群的数值低于此下限数值；第50百分位数代表“适中”身材，即分别有50%的人群的数值高于或低于此值；第95百分位数代表“高”身材，即只有5%的人群的数值高于此上限值。

百分比变换系数—），标准差（—K mm S KS X Xa D D ±=当需要得到任意百分位a 的数值Xa 时，则可按下式进行计算当求1%—50%之间的百分位数时，式中取“-”，当求50%-99%之间的百分位数时，式中取“+”。

x 当X i 大于：当已知某项人体测量尺寸为X i ，其均值为，标准差为S D 时，需要求该尺寸X i 所处的百分位数P 时，可按下列方法求得：x Di S x x z /)(-=根据z 值在标准正态分布概率数值表上查得的概率数值则为百分位数Px 当X i 小于：Di S x x z /)(-=根据z 值在标准正态分布概率数值表上查得的概率数值则为P'，然后根据P=1-P'计算出百分位数P 值。

mm mm K S X X D 2.1595)645.12.551686(5=⨯-=-=例设计适用于90%东南区男性使用的产品，试问应按怎样的身高范围设计该产品的尺寸？（已知东南区男性平均身高为1686mm ，标准差为55.2mm ）解：要求产品适用于90%的人群，故应以第5百分位数为下限，第95百分位数为上限进行设计，5%与95%的变换系数为K=1.645。

由此可求得第5百分位数为第95百分位数为mm mm K S X X D 8.1776)645.12.551686(95=⨯+=+=故按身高1595.2—1776.8mm 设计产品尺寸，将适用于90%的东南区男性。

5044.23.56/)16691810(/)(=-=-=D i S x x z 例假设某地域的成年男性身高均值为1669mm ，标准差为56.3mm 。

某成年男性身高为1810mm 。

可根据公式计算：在标准正态分布概率数值表上查得的概率数值，得百分位数P 为0.9939，即99.39百分位。

使用人体测量数据时应注意以下问题：（1）对供大多数人使用的设计一般应考虑让90%、95%或99%的人适合，只排除10%、5%或1%的人。

应排除多少人，决定设计的后果及经济效果。

（2）选择人体测量数据时，必须注意总人口的人体尺寸分布与各专业部门的人体尺寸分布的不同。

另外，年龄、性别、地区、民族、职业等也是影响人体尺寸的因素。

（3）人体尺寸随着年代变化而发生变化，而且呈代代增高的现象。

使用人体尺寸时必须考虑测量年代，进行必要的修正。

第二节人体结构尺寸一、人体测量分类1、静态人体测量在确定的静止状态下，如被测者在站立不动，坐着不动或静卧等姿势情况下，利用人体测量仪器，对人体进行直线、弧线、角度和面积等一些“静止”测量。

它一般包括体型特征测量、身体各部分的尺寸测量等。

静态测量的人体尺寸用以设计工作区间的大小、与人体无相对运动的物品的尺寸等。

2、动态人体测量被测者处于动作状态下所进行的人体尺寸测量，通常是对手、上肢、下肢、脚所及的范围以及各关节能达到的距离和能转动的角度进行测量。

动态测量的重点是测量人在执行某种动作时的身体动态特征，其特点是，在任何一种身体活动中，身体各部位的动作并不是独立完成的，而使协调一致的，具有连贯性和活动性。

如：手臂可及的极限并非惟一由手臂长度决定，它还受到肩部运动、躯干的扭转、背部的屈曲以及操作本身特性的影响。

二、测量项目1、人体主要尺寸身高、体重、上臂长、前臂长、大腿长、小腿长共六项人体主要尺寸数据。

2、立姿人体尺寸眼高、肩高、肘高、手功能高、会阴高（在会阴部，男性当阴囊根部与肛门连线的中点，女性当大阴唇后联合与肛门连线的中点，这点离地面的高度）、胫骨点高。

3、坐姿人体尺寸坐高、坐姿颈椎点高、坐姿眼高、坐姿肩高、坐姿肘高、坐姿大腿厚、坐姿膝高、小腿加足高、坐深、臀膝距、坐姿下肢长。

4、人体水平尺寸胸宽、胸厚、肩宽、最大肩宽、臀宽、坐姿臀宽、坐姿两肘间宽、胸围、腰围、臂围。

5、各大区域人体尺寸的均值和标准差成年人人体测量工作中，将全国成年人人体尺寸划分为如下六个区域：（1）东北、华北区（2）西北区（3）华中区（4）华南区（5）东南区（6）西南区其中，华北、东北区域人群的身材较为高大，下面依次是西北、东南、华中、华南四个区域，而西南区域人群的身材较为矮小。

7、人体体重、体积与表面积的计算（1）体重男性标准体重（kg）=H-105女性标准体重（kg）=H-100H—身高（cm）105、100—常数注意：人体的体重经常低于或高于标准体重10%以上，则属于不正常状态。

（2）体积当体重在50-100kg时，可根据体重、身高按下列公式求得人体体积V=1.015W-4.937V—人体体积（L）W—人体重量（kg）（3）人体表面积a.已知身高H（cm），人体表面积B（cm2）的计算男性：B=100H女性：B=77Hb.已知身高和体重体表面积（m2）=0.0061×身高（cm）+0.0128×体重（kg）-0.15298、人因学参数计算公式设中国成人站立时（立姿）身高为H（mm），则对于中国成人人体，可由身高计算各部分尺寸。

9、人体尺寸的时代差异1986-1988年：第一次人体尺寸测量采集了两万多份成年人人体尺寸数据，初步建立了国家级人体尺寸基础数据库，并制定了GB10000—88“中国成年人人体尺寸”等系列人体尺寸国家标准。

上述标准目前存在的问题：（1）不含未成年人的人体尺寸（2）随着时间的延续，许多数据已经不能适应生产生活设计的需要；（3）测量项目仅为74项，数据不够细致；（4）采取的纯手工测量的方式，数据不够精准。