人体工程学在沙发设计中的应用.docx

人体工程学在沙发设计中的应用沙发设计中的人类工程学是将沙发作为人类工程学中物的要素，着眼于分析人-沙发-环境三者之间的相互关系，根据使用者及室内环境的要求，灵活地运用人类工程学的理论、原则、数据和方法，确定满足人类生理和心理需求的沙发功能、尺度、造型、用材及配色等设计要素。“以人为本”是沙发设计人类工程学的核心。“舒适性”、“功能性”和“安全性”是沙发设计人类工程学的三个基本原则。其中，“舒适性”是沙发设计的首要原则。1沙发设计人类工程学的内容1.1沙发设计与人的行为 沙发是现代客厅家居和办公空间接待区、会谈区的主要家具。因为使用沙发的人群和场合不同，所以人们在生理和心理上对沙发的功能、尺度、体量、形态、色彩等设计要素的要求也各不相同。 以家居沙发为例。坐感松软，靠背支撑到头部，可以在多种坐卧姿态下使用的沙发，适用于热爱休闲和自由生活方式的中青年，尤其是男士；老人身体衰弱，行动迟钝，调整坐姿不方便，因此老年人使用的沙发，其座面和靠背都不宜过软，座面倾斜角度不能过大，座高稍低，并需设置高度适宜的扶手；对于天性好动的儿童，沙发就是他们的一组大玩具，孩子们喜欢在沙发上滚爬、跳跃，因此为有儿童的家庭设计沙发时就需要考虑到安全性，同时要弹性优良，易于清洁等特性。此外，如果是专门为儿童设计沙发，就要在“趣味性”和“娱乐性”方面给予更多的关注。沙发设计中，设计师在分析室内空间和人文环境需求的同时，对人的行为的考虑是非常必要的。这不仅需要设计师细致地观察使用者的行为习惯，而且要从表面的行为进一步探究产生这些行为的原因，深化产品的“舒适性”、“功能性”和“安全性”。1.2沙发设计与人的坐姿理想的沙发应当坐感舒适，起坐方便。当人就坐时，大腿平放，双足着地，身体重心自然略向后倾，脊柱呈正常形态，体压分布合理，全身肌肉放松，血液循环畅通，姿态舒适。（如图1所示：人类正常坐姿下的脊柱形态）沙发设计时，沙发座高、座深、座面倾斜角、靠背倾斜角、座面和靠背的曲度等功能尺寸的确定，需要充分考虑到人类坐姿的合理性和舒适性。如若设计不当，不仅会影响到沙发的使用，甚至会影响到人的健康。图2-5，分别列举了4种典型的不良设计。沙发座深过深图2。当人们坐在座面后部使用靠背时，足跟支撑不到地面，甚至整个足部悬空。该坐姿状态下，全身的重量主要集中在臀部及大腿部位，同时膝窝和小腿内侧受压，阻碍了腿部的血液流通，短时间内腿部就会出现麻木感，长时间后酸痛。另外，如果该沙发座面的倾斜角过小且坐垫偏硬，此时由于该坐姿下人类只受到背部和臀部两点的支撑，人就会不由自主地向座面前端下滑。为阻止下滑，整个身体静态施力，从而加速了人类的疲劳。沙发靠背倾斜过大图3。此时，人类呈下滑趋势，落座感较差。为阻止下滑，人类需要增强足部的蹬力，同时又由于头部和颈部缺少适当的支撑，所以当人坐在沙发上时，尤如长时间保持勒马之势，这种姿态带给人的疲劳感可想而知。沙发座面曲度过大图4。这使得人坐落后的稳定感减弱，同时由于座面不够平坦，会造成人类下肢臀部和大腿与座面接触部分受压异常，一段时间后将给人类带来局部疲劳感。沙发曲线过分内弯图5。这种情况实质上是沙发座面和沙发靠 背间的夹角过小。图示不利的造型设计使得人类坐姿呈蜷缩状。该坐姿下，人类腹部受到挤压，影响消化系统。同时，人类的脊柱形态由正常S形严重变形为内凹 形，从而造成人类椎间盘压力分布不均匀。另外，脊椎骨依靠其附近的肌肉和肌腱连接，椎骨的定位正是借助于肌腱的作用力。一旦脊椎偏离自然状态，连接椎骨的 肌腱组织就会受到相互压力或拉力的作用，使得肌肉的活动度增加，导致疲劳酸痛。 1.3沙发设计与人类尺度人类尺度是确定家具功能尺寸最基本的依据。沙发功能尺度的设计，需要将现有的人类尺寸数据或对使用人群进行人类测量所得到的人类尺度数据作为设计基准。另外，由于沙发属于软体类座椅，垫性作用造成其外观尺寸与落座后的尺寸有所差异，因此确定沙发功能尺寸的原则和计算公式与普通座椅不同。1.3.1座高座高是指座面中轴线前部最高点至地面的距离。按低身材人群设计，即取下限百分位5%的数值作为设计基准，保证较矮的人的足跟能够接触地面。计算公式：座高小腿踝窝高足高（鞋跟高）坐垫下沉量适当余量沙发座高范围为420mm-500mm。软硬度适中的坐垫，下沉量一般为50-60mm，沙发的座高约为420mm-430mm。1.3.2座深座深是指座面前沿中点至座面水平与背面垂直相交线的距离。对于靠背直接支撑人类的沙发，其座深按低身材人群设计，即取下限百分位5%的数值作为设计基准，保证较矮的人能够有效的使用到靠背。计算公式：座深坐姿大腿长腰靠下沉量膝窝间隙适当余量沙发座深范围为500mm-560mm。普通沙发的座深一般为510mm-520mm。对于使用腰枕辅助支撑人类的沙发，其座深可适当加大，一般为580mm-650mm。另外，沙发靠背倾斜角越大，座深也要随之加大。例如，高度休闲沙发的座面可以加深到能够将腿部托起，使人呈半躺状态。此外，还可以增添一个独立的脚踏，以提供足部支撑。1.3.3座宽座宽是指座面前沿，扶手内侧的座面宽度。按大身材人群设计，即取上限百分位95%的数值作为设计基准，以便至少保证绝大多数人能够有足够的空间来自如地调整坐姿。计算公式：座宽（n座）肩宽（n）活动余量通过公式计算得到的尺寸是最小参考尺寸。根据沙发的造型款式，实际尺寸可以适当加大。一般单位沙发的座宽一般为510mm-650mm；双位沙发的座宽一般为950mm-1150mm；三位沙发的座宽一般为1350mm-1650mm。1.3.4靠背高度靠背高度是指背面上沿中点至背面与座面相交线的垂直距离。按低身材人群设计，即取下限百分位5%的数值作为设计基准。根据沙发的款式和使用功能，沙发的靠背有三种类型：低靠背、中靠背或高靠背。其中，低靠背提供腰部支撑，高度不高于坐姿肩胛骨的下角，以保证上肢手臂可以灵活地活动；中靠背提供腰部和背部的支撑，高度不高于颈椎点，以保证头部可以灵活地转动；高靠提供腰、背和头颈三处支撑。计算公式： .低靠高坐姿肓胛骨下角高-坐垫下沉量-适当余量 .中靠高坐姿颈椎点高坐垫下沉量适当余量 .高靠高坐高坐垫下沉量适当余量通过公式计算出的靠背高度只是一个大概的参考数值，根据沙发的 造型款式，该数值可做适当的调整，但都要以实现靠背有效的支撑功能为前提。低靠高一般为：310mm-350mm，中靠高一般为：400mm- 450mm，高靠的高度一般为：490mm-550mm。另外，靠背上腰部、背部、颈和头部三个支撑区域中心点的高度分别大约为150mm-180mm， 380mm-420mm，450mm-480mm。1.3.5座面和靠背倾斜角对于沙发而言，座面倾斜角是指在座面中轴线上，对臀部后端对应的弧作切线，其与水平线之间的夹角。靠背倾斜是指经过座面中线上臀部后端对应的点，对腰部凸出的弧面作切线，其与水平线之间的夹角。一般沙发的座面倾斜角约为5，高度休闲沙发的座面倾斜角可达到10-15；一般沙发的靠背倾斜角约为105-110，高度休闲沙发的靠背倾斜角可达到125-135。 1.4沙发的垫性沙发主要由三部分结构组成：骨架结构、内填充结构和外包结构。（如图7、8所示：沙发结构图）沙发的垫性是由三个结构部分共同作用决定的。以图六所示的沙发结构为例。其中，木架的功能尺度，蛇形弹簧和松紧带的松弛度，海绵的搭配和造型，外包材料的柔韧度以及扪工的松紧度等等，以上各个要素共同作用决定了沙发的垫性。图8沙发座垫结构组成 评定沙发垫性的主观项目包括：触感、落座感和倚靠感等。在设计实务中，可以通过简单的试验测定垫层的下沉量，将该数据作为软垫设计的基本参考依据。软硬度方面，沙发不宜过软，否则人类有陷落感，且不利于调整坐姿图6。沙发座面、靠背、扶手等支撑部位不同，体表感觉与压力分布均存在着差异，因而对垫性的要求也各不相同。一般沙发靠背应比坐垫柔软；靠背头颈支撑区比腰、背区柔软；沙发座前侧与膝窝和小腿接触部位应较为柔软。2沙发舒适性的评价方法2.1主观评价舒适性是一个抽象的概念。我们在日常生活中通常用“舒服”、“不舒服”等词汇来描述沙发的舒适性。在沙发制作实务中，工艺师也习惯凭借个人的经验，用“偏软”、“偏硬”、“坐感还可以”等词汇来描述沙发的舒适性要素。然而，这些抽象的词汇并不能真正的将我们的感受表达清楚，甚至由于个体差异造成理解上的偏差。在科学评价中，我们将沙发的舒适性要素分别列出，诸如座面的软硬度、靠背的软硬度、座面的回弹性、靠背的支撑性、落座感等等，采用7级评价指标（如表1所示：软硬度的7级评价表）对各项要素的主观感受进行量化评价，最后将得到的数据进行统计分析。表1软硬度的七级评价表 2.2客观评价2.2.1体压分布评价方法当座椅上的人类处在安定姿态时，人类重量作用在坐垫和靠背上的压力分布称作体压分布。其分布能否符合人类的生理感觉舒适性要求，特别是臀部的体压分布，是影响座椅舒适性的一个重要因素。因此，我们可以通过体压分布来评价沙发的舒适性。合理的体压分布并不是一种平均分配的分布。对于座面，最大受压处位于坐骨结节点，其周围压力逐渐向外扩展减弱，直至大腿后部和臀部后端。对于靠背，其 高度不同，主要的受力部位也不同。总得来说，位于头部、胸曲部位和腰曲部位的主要受压点分别是头枕骨、肩胛骨和第3、4腰椎。靠背上，位于主要受力点所承 受的压力最大，并向周围递减。在体压实验中，我们通过体压分布仪及配置的软件来获取沙发上的体压分布图及相关数据。最终从直观的图形和客观的数据两方面对体压分布的合理性进行分析，作为评价沙发舒适性的依据。2.2.2表面肌电图评价方法表面肌电（SurfaceElectromyography，SEMG）技术作为一种生理指标测量技术，是通过表面电极将中枢神经系统支配肌肉活动 时伴随的生物电信号记录下来并加以分析，从而对神经肌肉功能状态和活动水平做出评价。表面肌电有很强的客观性，可以克服主观心理评定中存在的问题，定量分 析工作负荷和肌肉功能状态。在肌电实验中，使用的设备是表面肌电仪。将表面电极的导联放置在被监测肌群的肌腹部位，在一定的观测时间中采集肌电信号，将生成的肌电图形（图11）通过专业的软件转换成数据，并利用科学的方法对数据进行处理，分析被检测肌群的肌肉活动度及疲劳度。3.小结人类工程学是沙发设计中最为重要的原则之一。本文仅仅探索性的简要阐述了沙发设计人类工程学内容的少数几个方面，然而其内容的深度和广度远非如此。对于人类方面，沙发设计人类工程学涉及了人的生理和心理等多方面的内容；对于沙发产品，涉及造型、结构、材料、功能尺寸等；此外，室内的功能、尺度和环境等要素带给人们使用和心理上的感受又对沙发的款式、面料、尺度等有所要求。我们在沙发设计过程中需要运用科学的设计理论、设计方法以及评价方法，以此作为指导，设计出优秀的沙发产品，用以美化我们的生活和工作环境，改善人们的行为方式，进而提高人们的休息和工作效率，以实现人沙发室内环境的统一协调。