大學(xué)生身高調(diào)查及合理課桌椅設(shè)計

呂文生 吳姍 韓巧云

北京科技大學(xué) 北京 100083

大學(xué)生身高調(diào)查及合理課桌椅設(shè)計

呂文生 吳姍 韓巧云

北京科技大學(xué) 北京 100083

近年來，學(xué)生身高呈不斷增長的趨勢，而課桌椅設(shè)計的不合理造成學(xué)生學(xué)習(xí)坐姿不正確，從而導(dǎo)致學(xué)生近視眼的發(fā)生、脊椎頸椎彎曲等問題。通過對大學(xué)生身高的調(diào)查，用曲線擬合預(yù)測大學(xué)生身高增長趨勢，從人體工學(xué)角度出發(fā)，設(shè)計滿足大學(xué)生生理、心理健康需求的課桌椅。

大學(xué)生；課桌椅；人機工學(xué)

1 引言

據(jù)各項調(diào)查表明，人類的平均身高在呈不斷增長的趨勢。由于時代的進步，人們對生活、學(xué)習(xí)用品是否舒適、合理，是否能滿足人類生長的需要等問題越來越關(guān)注。據(jù)衛(wèi)生部、教育部聯(lián)合調(diào)查顯示，目前我國學(xué)生近視發(fā)病率達(dá)60%，居世界第二位；患病人數(shù)達(dá)6 000萬，人數(shù)居世界之首。其中，小學(xué)生近視率為32.5%，初中生為59.4%，高中生為77.3%，大學(xué)生為80%[1]。

經(jīng)過長時間的觀察與研究發(fā)現(xiàn)，近視問題更多與看書寫字的課桌椅有關(guān)。通過調(diào)查問卷，了解到多數(shù)學(xué)生感覺現(xiàn)有課桌椅不舒適，連續(xù)坐1小時以上就有腰酸背疼等不舒適的感覺。而且活動空間過小，活動范圍受很大的限制。課桌椅的不合理，造成學(xué)生學(xué)習(xí)坐姿的不正確，也就造成眼睛與桌面的距離不正確，從而導(dǎo)致近視眼的發(fā)生，同時導(dǎo)致學(xué)生脊椎、頸椎出現(xiàn)彎曲等問題，無形中養(yǎng)成坐姿不正確等壞習(xí)慣。另外，座椅不舒服也讓學(xué)生難以集中精神，影響聽課、學(xué)習(xí)的效率。

故本文將通過分析大學(xué)生的身高增長趨勢，從人機工學(xué)的角度分析現(xiàn)有課桌椅，以設(shè)計出滿足大學(xué)生生理、心理需求的課桌椅。

2 大學(xué)生身體基本情況調(diào)查與分析

2.1 大學(xué)生身高增長趨勢分析

通過在北京科技大學(xué)全體本科生范圍內(nèi)發(fā)放調(diào)查問卷，并將回收的數(shù)據(jù)進行整理、統(tǒng)計、分析，得出相關(guān)結(jié)論。

1）學(xué)生身體有著北高南低的趨勢。隨著身高的增長，體重也相應(yīng)增加。以長江為分界線，將本校學(xué)生分為南方學(xué)生和北方學(xué)生。經(jīng)統(tǒng)計，北方學(xué)生的平均身高比南方學(xué)生高出2～2.5 cm。按籍貫分，身高由南向北呈緩慢上升趨勢，且隨身高的增長，體重也有相應(yīng)的增加（見圖1）。

2）通過1985～1990年6個年份出生的學(xué)生的身高的比例發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的身高有著“越長越高”的趨勢，即1985～1990年出生的學(xué)生的平均身高有逐漸增長的趨勢（見圖2）。將所調(diào)查的學(xué)生按出生年份分類，經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)近幾年學(xué)生的身高呈緩慢增長的趨勢。據(jù)教育部發(fā)布的2004年學(xué)生體質(zhì)健康檢測公告，本年學(xué)生的身高比2002年相比繼續(xù)呈增長趨勢，7～12歲男、女學(xué)生身高分別平均增長0.85 cm和0.6 cm；13～18歲男、女學(xué)生身高平均增長0.37 cm和0.43 cm。

表1 人體參數(shù) （單位：cm）

根據(jù)調(diào)查的數(shù)據(jù)，通過Excel擬合出1985年出生后的男女平均身高在未來的發(fā)展趨勢。其中，男生的身高增長趨勢符合y=1.152ln(x)+171.77曲線（見圖3），女生的身高增長趨勢符合y=1.0554ln(x)+159.96曲線（見圖4）。從圖3、圖4中可以看出，未來男女生的平均身高將會緩慢持續(xù)上升，男生的平均身高到177 cm趨于平穩(wěn)，而女生的平均身高到164.7 cm趨于穩(wěn)定。

3）80%以上的學(xué)生反映學(xué)校現(xiàn)有課桌椅使用起來不舒適，部分教室的課桌椅間距過大，部分過小，進出不方便等相關(guān)問題。

2.2 實際測量人體參數(shù)

根據(jù)人機工程學(xué)原理，設(shè)計合理的課桌椅，還要測量出具體的身體參數(shù)[2]。在各身高段分別找出男女生各5名，測量身高、肩高、肘高、坐姿時小腿加足高（腘高）、坐姿時膝高、臀一腘距等與課桌椅設(shè)計相關(guān)的人體參數(shù)（見表1），用于確定課桌椅的具體尺寸。

將測量的數(shù)據(jù)與查閱的資料進行對比，發(fā)現(xiàn)中國人的身材比例與日本人相似，而與歐美人有一定的差別。與歐美人相比，中國人呈軀干較長、四肢較短的特點。白人赤足狀態(tài)下的小腿高約為身高的25%，日本人約為24%[3]。

3 合理課桌椅設(shè)計

合理的課桌椅無論在視覺、感覺上都能體現(xiàn)它的舒適性。因此，結(jié)合“極限設(shè)計原則”和“平均尺寸原則”，集中在桌椅的造型、材質(zhì)、顏色3個方面展開設(shè)計。

3.1 造型要素

桌椅的造型設(shè)計追隨它的使用功能，無論進行怎樣的造型突破，它都離不開兩個“面”的支撐作用，即椅面和桌面的支撐作用。因此，首先，在設(shè)計桌椅的過程中應(yīng)該圍繞這兩個面展開造型設(shè)計；其次，考慮人坐下去椅面和椅背是否使坐者的脊椎與身體保持平衡及處于自然狀態(tài)，較好地適應(yīng)人體的生理結(jié)構(gòu)和特性。

根據(jù)收集到的人體測量資料，中國人的身體比例基本上為軀干較長、下肢較短。調(diào)查顯示，男生身高在178 cm以上的人數(shù)約占18%，且根據(jù)圖3可以看出，男生的平均身高將逐漸接近177 cm，并趨于平穩(wěn)。綜合標(biāo)準(zhǔn)身高為180.0 cm的1號課桌椅及標(biāo)準(zhǔn)身高為172.5 cm的2號課桌椅[4]，重新給定一組課桌椅的尺寸（見表2），使得課桌椅能夠滿足現(xiàn)有以及未來學(xué)生的使用需求。

下面提出設(shè)計依據(jù)[5]。

1）座面高h(yuǎn)4。合適的座高應(yīng)使大腿保持水平，小腿垂直，雙腳平放在地面上。座面高過高或過低均容易使人產(chǎn)生疲勞感，故座面高一般按低身材的人群設(shè)計。

經(jīng)過測量統(tǒng)計，大學(xué)生腘高平均為431.15 mm，其中男生的腘高平均為443.80 mm，女生的腘高平均為418.50 mm，而學(xué)校男生人數(shù)眾多，且穿鞋后腘高會至少增加1～2 cm，故確定座面高為430 mm。

2）座面寬b3。座面寬應(yīng)滿足臀部就坐所需的尺度，使人能自如地調(diào)整坐姿。女性群體的臀寬普遍大于男性群體，故以女性尺寸為上限作為設(shè)計根據(jù)。而大學(xué)教室內(nèi)的座椅均為排椅，故座面寬應(yīng)以兩肘間距離為設(shè)計基準(zhǔn)，由此確定座面寬為450 mm。

表2 合理課桌椅的設(shè)計尺寸

3）座面有效深t4。根據(jù)體壓分布不均衡原則，身體的主要重量應(yīng)由臀部、坐骨結(jié)節(jié)承擔(dān)。正確的設(shè)計應(yīng)使臀部得到全面的支撐，腰部得到靠背的支持，座面前緣與小腿間留有適當(dāng)?shù)木嚯x，保證小腿可自由活動。通過測量，大學(xué)生的平均臀一腘距約為480 mm，確定座面有效深度為410 mm。

4）座面傾角、形狀。座面與水平面夾角稱為座面傾角。坐板縱向曲線主張采用橫放“～”字形，即上弓在前，下弓在后，目的在于學(xué)生就坐時適應(yīng)臀部曲線，同時前傾寫字時可適應(yīng)大腿曲線。座面傾角定為2°～4°。

5）靠背的高、寬和靠背傾角j。靠背的作用是保持脊柱處于自然形態(tài)的輕松姿勢。設(shè)計靠背的重點在腰部，確定靠背點距座面高為210 mm。這樣既能適當(dāng)?shù)刂С盅?，又能使腰部自由轉(zhuǎn)動?？勘车耐屑绮靠稍O(shè)計成平面或接近于平面的大圓弧面。座面上方與靠椅背下部之間應(yīng)有凹入或留有一開口部分，以使背部下方骶骨和臀部有適當(dāng)?shù)暮笸箍臻g。

靠背與座面之間的角度設(shè)定具有兩種目的，一是防止坐姿的人體向前滑動，二是引導(dǎo)腰彎部位依靠在靠背上?？勘撑c座面的夾角若小于90o，則腹部受壓迫；夾角太大，會降低人的警覺。

6）扶手高度h5。扶手的作用是支持手臂的重量，同時也可以作為起坐支持點。當(dāng)坐在座椅上時，加在座面上的重量大約為人體自重的85%，整個身體的重心是在靠“肚臍”稍下的位置。因此，欄桿等尺寸如果不高于這個尺寸就有危險。經(jīng)過大量測量，發(fā)現(xiàn)人坐姿時肚臍距地面的距離約為550～600 mm，故確定椅子扶手距地面的高度為630 mm。

7）桌椅高差、桌面高h(yuǎn)1、桌面深t1、桌面傾角i。桌面高度的選擇[6]最好是當(dāng)上臂垂直時，肘部與桌面近緣在同一水平面上，即桌椅高差等于坐姿肘高，不再加任何常數(shù)。由此可確定桌面高度為740 mm。這樣可以使眼睛與桌面的距離大于30 cm，既能防止近視，又能防止脊椎變形。

對于階梯教室，為了保持所有課桌椅的使用高度及桌椅的高差一致，可將課桌做成740 mm及740 mm+臺階高度兩種型號的課桌。經(jīng)測量，高校教室臺階高度為一般100 mm，故可將課桌高度定位740 mm與840 mm兩種型號。

大學(xué)生使用的課本最大尺寸以A4居多，大約為297 mm，故桌面深確定為350 mm。桌面板在書寫時的最佳角度為10°左右，故可將桌面傾角確定為8°～10°。

8）桌椅距離w2。課桌椅距離可分為椅座距離和椅靠距離。椅座距離：為桌近緣向下所引之垂線與椅坐前緣之間的水平距離。當(dāng)椅深為大腿長的3/4時，正距離和零距離都不能使就坐學(xué)生保持良好的讀寫姿勢。讀寫時桌椅之間有2～4 cm的負(fù)距離最為適宜。椅靠距離：為桌近緣與椅靠之間的水平距離。為了讀寫時桌近緣不致使壓迫胸部，又能利用靠背，就坐時學(xué)生胸部與桌近緣有3～5 cm的自由距離。

9）桌面寬b1、扶手寬。桌面寬應(yīng)大于兩肘間寬度，以滿足學(xué)生學(xué)習(xí)時要求的空間范圍。

3.2 材料要素

設(shè)計的這套桌椅使用的材料主要為鋼管和PP塑料。其中，桌面、椅面、椅子的靠背等主要采用PP塑料，支撐部分采用鋼管。PP塑料密度小，易于著色，電絕緣性和耐化學(xué)腐蝕性優(yōu)良，力學(xué)性能和耐熱性在通用熱塑性塑料中最高，耐疲勞性好，表面剛度和抗劃痕特性很好，價格低。這些特性可以很好地解決教室桌椅的易磨、易劃等問題。該材料的衛(wèi)生性能較好，無毒無味，是目前國內(nèi)綠色環(huán)保類產(chǎn)品。

設(shè)計的椅子采用中空吹塑制成，與傳統(tǒng)的木質(zhì)椅面相比，坐起來更為舒服，在很大的程度上緩解了學(xué)習(xí)帶來的壓力，有利于學(xué)生的身心健康。同時冬暖夏涼的人性化設(shè)計可以提高學(xué)習(xí)興趣。一次性注塑形成，生產(chǎn)的程序更為簡單化，產(chǎn)品耐沖擊、抗老化、抗氧化，方便清潔，可自動無聲恢復(fù)，方便起座、出入。

3.3 顏色要素

課桌椅的設(shè)計要求色彩明朗、精神飽滿、豐富多彩。通過分析，發(fā)現(xiàn)綠色是希望的象征，可以安定情緒，同時又可以降低眼內(nèi)壓力，減輕視覺疲勞。所以確定桌椅的板材采用淺綠色，與之相搭配，鋼管采用淺灰色。

4 課桌椅匹配率分析

最終確定的課桌椅的桌面高為74 cm，介于1號、2號課桌椅的桌面高之間，且相差不大。而對1號、2號課桌椅所適用的學(xué)生身高范圍為165 cm以上，由此可知，身高在165～185 cm范圍內(nèi)的學(xué)生基本適用于本文所設(shè)計的課桌椅，此課桌椅的標(biāo)準(zhǔn)適用身高為175 cm。

課桌椅的分配符合率計算公式：

根據(jù)對不同身高分段人數(shù)的統(tǒng)計（圖5），計算得到課桌椅分配符合率約為63.88%，滿足大部分人群的需求，故此方案可行。

據(jù)大學(xué)生身高分析預(yù)測可知，未來男生平均身高將逐漸接近177 cm，并趨于平穩(wěn)；女生平均身高將逐漸接近于165 cm，并趨于平穩(wěn)。故此方案給出的課桌椅尺寸將同樣能滿足于未來的大學(xué)生的需求。

5 結(jié)論

根據(jù)人機工程學(xué)設(shè)計出的課桌椅從人體工學(xué)的原理出發(fā)，通過保持人體脊椎的自然挺直及視覺角度，自覺地保持了學(xué)習(xí)的視距，從而有效地防止近視眼的發(fā)生，也有效地防止了脊椎勞損?？梢詽M足學(xué)生的生理需求和心理需求，即舒適需求和審美需求，為學(xué)生減輕學(xué)習(xí)任務(wù)繁重給身體上帶來的壓力，實現(xiàn)產(chǎn)品的人性化。

[1]鄭榮領(lǐng),翟黎東,樊舒非.我國青少年近視的現(xiàn)狀與防治[J].健康教育,2006,8(3):3-4.

[2]陸劍雄,黃河,張福昌,等.人類工程學(xué)在家具設(shè)計上的應(yīng)用[J].家具,2005(2):22-27.

[3]小原二郎.學(xué)校用家具に人間こ學(xué)[J].學(xué)校保健研究,1990,32(11):510-515.

[4]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB/T 3976－2002 學(xué)校課桌椅功能尺寸[S].2002

[5]陳峰,徐琴.座椅的人因工程分析[J].科技信息,2007,10(29):29-31.

[6]國際標(biāo)準(zhǔn)化組織.家具：教育機構(gòu)用桌椅:功能尺寸（ISO 5970-1979）[S].1979.

In recent years, the height of students has been increasing, in the mean while,unreasonable furniture design cause incorrect sitting posture in students’ learning, these cause physiological problems such as myopia, spinal cervical and vertebra bending among students. Through intensive body survey among college student, this article fitted the height growth curve, and designed satisfy college desks and chairs that satisfy students’ physical and mental health needs from the human body engineering principle.

college students; desks and chairs; man-machine engineering

G647

A

1671-489X(2012)15-0003-04

10.3969 /j.issn.1671-489X.2012.15.003

College Students’ Height Survey and Reasonable Furniture Design//Lv Wensheng, Wu Shan, Han Qiaoyun

Author’s address University of Science and Technology Beijing, Beijing, China 100083

作者：呂文生，副教授，北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院。