基于人因工程學的辦公桌椅研究

摘要：

目的為了使用戶在辦公時舒適健康。方法通過人因工程學結合桌椅設計的特點，將人體在使用過程中的動作和姿勢考慮在其中，把人和桌椅看作一個系統來研究，并從中找出設計依據。結果人體在使用桌椅的過程中，動作姿勢的改變，需要桌椅相應作出變化來配合人體進行使用。結論測量所得數據和計算方法均真實有效，為今后桌椅設計提供依據。

關鍵詞：

人因工程學 辦公 桌椅 系統

中圖分類號：TB472

文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2015）06-0130-02

電腦辦公在現代社會的應用已經越來越廣泛，但電腦的使用也給用戶帶來很多問題，尤其是在使用過程中會使用戶感到疲憊，嚴重者甚至導致用戶身體受損。所以合理的設計桌椅是十分必要的。經過查閱近十年的桌椅設計案例，總結出以下結論，椅子的改良和設計已經研究多年，但用戶在使用時仍然會頻繁感到身體疲累和不適，尤其是在電腦使用過程中，原因在于一味只對桌椅的靜態(tài)尺寸進行研究和設計是不全面的，用戶在使用桌椅的過程中，姿勢和動作是變化的，只有桌椅和人體動作和姿勢進行配合，才能使用戶在使用過程中安全健康和舒適。

1 椅子尺寸

通過（見圖1）得出當人體處于坐姿時，支撐點分別為頭、頸、背、臀、膝、腳踝、腳、肘、手。這些支撐點作用于靠背、座面、扶手、頭靠、腰靠等。

座面由座高、座寬、座深、基準點和座面傾角組成。人體在作用于座面時，坐骨節(jié)點作用于座面上的點稱為基準點，這個基準點是繞著人體的膝胭窩進行旋轉的一個圓弧，所以不是一個定值，隨著座面傾角和膝胴窩的高度變化而變化，通過公式M=Ml-Lxsin A可求得基準點高度M，其中Ml為坐姿下膝胭窩的高度，L為大腿長度，A則為座面的傾角。

1.2 座高

座高既座面前端最高點與地面的垂直距離。經過對《坐姿與坐椅設計的人機工程學探討》調查研究可得知座高要求為：①坐姿時大腿保持水平，小腿自然下垂放于地面；②膝腘窩不受壓力；⑧臀部和膝腘窩后面的大腿肌受座面支撐。由公式可得L=L1+25-6-10 （mm）其中L為座高，Ll的數值為小腿加上足高的數值，25mm為鞋子修正量，6mm為下裝修正量。

1.3座寬

座寬保證對于臀部支撐的同時還要配合用戶舒適性來改變坐姿，通過對GB/T 10000-1988，中國成年人人體尺寸的調查，女性臀寬普遍大于男性，所以座寬=百分位為95的女性臀寬+衣服修正量，在這里值得注意的是，此種情況得出的座寬是在沒有扶手的前提下的，而在有扶手的情況下，為了讓用戶更加自由舒適，研究數據取人體的肩寬，由于男性肩寬大于女性，所以座寬=百分位95的男性肩寬+衣服修正量+60mm，其中60mm是上肢自由活動余量。

1.4座深

座深指的是座面最前端到靠背的距離。座深必須滿足以下幾點：①臀部得到完全支撐；②背部得到完全支撐；③小腿與座面最前端保持一定距離，使小腿可自由活動，避免小腿受壓。

座深=大腿長度一預留長度（一般取60mm）。

1.5座面傾角

通過調查研究坐面傾角，座面需向前上揚，這樣既避免人體向下滑動，同時又保證了人體與靠背的貼合，分擔壓力，增加舒適感。值得注意的是傾角不宜過大，傾角過大增加了對大腿的壓力，使用戶大腿受壓而感到不適，并且增加脊椎彎曲程度，增加脊椎耗損。經調查GB/T 14774-1993《工作座椅一般人類工效學要求》傾角一般設置在0?！?。，理想值為3。—4。。

1.7 扶手

座椅的扶手作用有以下幾點：①減輕雙臂的的疲勞對雙臂起到支撐的作用，同時減輕肩膀的負擔；②在人體由坐姿改變?yōu)榱⒆说倪^程中起到輔助作用，作為支撐并且保持用戶身體平衡的作用。扶手的參數由扶手高度參數、寬度參數、長度參數組成。

經過查閱GB/T14774-1993，工作座椅一般人類工效學要求，扶手高度一般定為略高于人體坐姿的肘高，推薦值為230mm±20mm，扶手寬度一般設置為人手在自然彎曲時可握持即可，推薦值在65mm到70mm之間。扶手長度一般設置為在人體自然坐姿下手可以扶握扶手前端即可，而肘部之后留有預留活動空間。

扶手長=前臂長+手長+預留空間

2 桌子尺寸

2.1桌面工作區(qū)域

美國學者斯夸爾斯通過研究提出上肢水平工作區(qū)域的計算方法（見圖2）淺色區(qū)域為斯夸爾斯的研究示意圖，深色的部分是在斯夸爾斯研究之前粗略的區(qū)域示意圖。首先確定被測者右側身體的幾個基本點，在此注意的是在測量水平工作面時所有的點和視角都以人體俯視圖為基準。分別是肩關節(jié)位置點E，中指手指末端為點P，且其軌跡終點位置為點Q，人體的俯視中軸點A，肘的位置點C，通常研究時把點C的起始點定在肘部靠攏身體一側時的位置，同時肘部達到的軌跡終點定為D，那么肘的運動軌跡在人體俯視圖角度看接近1/4的圓弧CD，經測量圓弧CD的切線與前臂CP的夾角為42。，同時右手的移動軌跡PQ曲線通過如下參數方程確定X=Mlcos e+M2 cos[65。+（ 73。 /90。）θ]， Y=M2 cos e+M2sin[65。+（ 73。 /90。）θ]，其中Ml=EC（俯視距離并非空間距離），M2=CP（俯視距離并非空間距離），θ為前臂CP在工作臺面上的投影與工作臺面前緣的夾角。對于上肢垂直工作面來講，工作區(qū)域沒有上肢水平區(qū)域界定的那么復雜，大致為以肩關節(jié)為軸，手臂EP為半徑的球面。對于下肢的活動范圍主要集中在小腿的垂直屈伸向前35。和向后20。之間。

2.2桌面高度

對于桌面的高度，主要受人體視覺和人體坐高兩方面的影響，經研究調查發(fā)現，人體視平線向下15。是人體最自然最舒適的狀態(tài)，進行書寫和閱讀的主要視角范圍在45。到60。之間，而顯示設備最佳區(qū)域在0。到35。之間。305mm到460mm的視距是成年人理想距離，406mm是最小閱讀距離，而觀看顯示器的理想距離為457mm到610mm。桌面與手臂所成的角度在書寫閱讀時的理想要求是呈10。到15。。桌面高度可由公式H=H1+H2/3-20（mm）得到，其中Hl為座高，H2為坐高。而在使用鍵盤時則要求桌面的高度與人體的肘持平，所以通過研究可以得出鍵盤的桌面高度為H=H1+H2，其中Hl為坐姿肘高（根據椅子高度），H2為修正量（夏季與冬季衣服厚度差異等）。

2.3桌面寬度

在此研究的是在座椅上操作的有效工作區(qū)域寬度，所以研究時先計算桌子有效寬度L=L1+L2×2其中Ll為肩寬，L2為手臂功能長度。對于桌面寬度的高效寬度我們借助美國學者斯夸爾斯的公式得：

H=Hlx2， Hl=Ml cos θ+M2 cos[65。+（ 73。 /90。） θ]，θ =90。，其中H為桌子高效寬度，其中Ml=EC（俯視距離并非空間距離），M2=CP（俯視距離并非空間距離）。

2.4桌面深度

在此研究的是在座椅上操作的有效工作區(qū)域深度，有效深度L=Ll-L2.其中Ll為手臂功能長度，L2為肩部到桌子前沿的距離，高效深度我們繼續(xù)利用美國學者斯夸爾斯的公式T=T1-T2，T1= Y=M2cosθ+M2sin[65。+（73。/90。）θ]，其中T為桌面高效深度，M2=CP（俯視距離并非空間距離），θ為前臂CP在工作臺面上的投影與工作臺面前緣的夾角，T2為肩部到桌子前沿的距離。

2.5桌面傾角

在研究伏案書寫或者閱讀時發(fā)現，與地面水平的桌面往往增加了我們頸椎的彎曲程度，從而使人體感到不適，但一味的增加傾角會導致桌上物品的滑脫，所以經過對GB/T14774-1993，工作座椅一般人類工效學要求的查閱和研究，考慮人體健康和物體與桌面之間的摩擦關系求得桌面傾角的理想值為10。到12。之間。

2.6桌下的下肢空間

研究時拍攝了一所高校的桌下空間（見圖2）所示，設計者為了穩(wěn)固桌子底部和右側的機箱槽而在其下部加了一根橫梁，這個設計嚴重制約了用戶的下肢自由，給用戶帶來不適。通過研究得出公式D=D1+D2其中D為容腿高度，Dl為坐姿大腿厚度，D2為小腿加足高，對于下肢的活動范圍主要集中在小腿的垂直屈伸向前35。和向后20。之間，我們對桌子下的下肢空間進行合理設計。

3 結語

用戶對于椅子和桌子的基本需求主要是舒適高效，如果椅子和桌子手動可調節(jié)項目過多，反而會增加用戶的陌生感和選擇混亂感，所以產品要根據需要有所取舍，世界上本沒有完美的東西，只有最合適的東西。進行設計時手動可調節(jié)項目盡量簡潔易操作，對于其余過多的可調節(jié)選項盡量做到自動化，避免給用戶帶來不必要的麻煩。

產品、人和環(huán)境從來都不是孤立存在的，是要相互配合的，研究時把三者看作一個系統來研究，通過研究我們可以總結以下幾點：

①研究產品時要以人的因素為基礎，研究對象和出發(fā)點是人而不是產品本身。產品需要滿足人的需求和特性。

②人因工程的研究要具有科學公正性。

人的行為是本能的，但要明確一點，本能的不一定是正確的，也不一定是最合理的，所以在研究的同時要有辯證的思想，對人對物進行衡量和取舍。研究者要積極主動地把正確的成果帶給大眾并且引導大眾。

③人、產品和環(huán)境是一個有機系統，相互促進相互配合，沒有絕對的誰依附于誰，誰服從于誰，研究的目的是將這個系統調節(jié)到最優(yōu)化，使這個系統更加健康，更加安全，更加舒適并且使這個系統效率最大化。