高校桌椅的人機(jī)工程學(xué)研究

高浩政 宋璐璐 屈永良山東科技大學(xué)礦業(yè)與安全工程學(xué)院

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高校桌椅的人機(jī)工程學(xué)研究

高浩政 宋璐璐 屈永良
山東科技大學(xué)礦業(yè)與安全工程學(xué)院

【摘要】為了使高校桌椅的設(shè)計(jì)更加符合當(dāng)代大學(xué)生的身體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)山東科技大學(xué)在校生身高尺寸進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，利用人機(jī)工程學(xué)的方法，得出高校桌椅的理想尺寸，并與目前高校使用的桌椅的關(guān)鍵尺寸對(duì)比分析，提出整改措施，為當(dāng)代高校桌椅設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】高校學(xué)生；人機(jī)工程學(xué)；統(tǒng)計(jì)分析；課桌椅

如今桌椅等日常設(shè)施的設(shè)計(jì)都是依據(jù)《中國(guó)成年人人體尺寸》（GB10000-1988）。這個(gè)數(shù)據(jù)長(zhǎng)久沒(méi)有更新，隨著社會(huì)的發(fā)展，人類的身體結(jié)構(gòu)變化很大，其數(shù)據(jù)已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)代的要求[1-2]；然而對(duì)所有人的尺寸進(jìn)行一次徹底的測(cè)定又是不太現(xiàn)實(shí)的，因此可以以某一典型群體的某一特定人體尺寸進(jìn)行分析[3]。綜上所述，以某一大學(xué)學(xué)生的身體尺寸為代表，從安全人機(jī)的角度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，為高校桌椅的設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)是十分有意義的。

1　人體人機(jī)學(xué)參數(shù)及其測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理方法簡(jiǎn)介

（1）身高。

指從地面到頭最高點(diǎn)的垂直距離，用符號(hào)H表示。

（2）腘高。

腘高即小腿加足高，是指從地面到髕骨上緣的最高點(diǎn)的垂直距離，用S1表示，S1=0.249H。

（3）臀膝距。

指坐姿狀態(tài)自膝蓋的最前點(diǎn)到臀部的最后點(diǎn)的水平距離，用S2表示，S2=0.342H。

（4）肩寬。

指兩肩峰點(diǎn)之間的直線距離，用S4表示，S4=0.229H。

（5）坐高。

指坐姿狀態(tài)，從水平面到頭的最高點(diǎn)之間的垂直距離，用S5表示，S5=0.523H。

（6）大腿厚。

指從坐面到大腿最高點(diǎn)的垂直距離，用S6表示，S6=0.086H。

2　山東科技大學(xué)在校學(xué)生身高數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析

（1）數(shù)據(jù)計(jì)算。

數(shù)據(jù)分組。

已知：N=25989；

身高最高值1995mm；

最低值1445mm；

全距：1995-1445=550（mm）。

對(duì)于身高測(cè)量的計(jì)算，組距b一般取20mm；分組個(gè)數(shù)n=[550÷20]+1=28（組）。

根據(jù)每個(gè)組的頻數(shù)作出頻率分布圖，如下圖。

圖　頻數(shù)分布直方圖

確定假定平均數(shù)。

假定平均數(shù)可選任一組的上限與下限除以2而得，即該組的組中值。這是為了計(jì)算方便而預(yù)先假定的平均數(shù)。從理論上講，確定假定平均數(shù)選哪一組都可以，對(duì)測(cè)量指標(biāo)均無(wú)影響。通常以選取與真實(shí)平均數(shù)相接近的組計(jì)算比較簡(jiǎn)便，因此選擇頻數(shù)較大的那一組的組中值作為假定平均數(shù)：G0= （1765+1745）÷2=1755（mm）。

計(jì)算離均差，假定平均數(shù)所在組的離均差為0，比較各組，較小者為-1，-2…；較大者為1，2…。

通過(guò)下表，計(jì)算出相關(guān)的參數(shù)，為后面的運(yùn)算做準(zhǔn)備。

標(biāo)準(zhǔn)差：

平均值：

式中：

N—總頻數(shù)；

f—各組頻數(shù)。

百分位數(shù)P表示人體尺寸的等級(jí)：

求1％～50％之間的數(shù)據(jù)時(shí)PK=+K·SD。

求50％～99％之間的數(shù)據(jù)時(shí)PK=-K·SD。

P5=1720.0-74.8×1.645=1596.95（mm）。

P95=1720.0+74.8×1.645=1843.05（mm）。

（2）對(duì)數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析。

由GB10000-1988《中國(guó)成年人人體尺寸》可以發(fā)現(xiàn)，18～25歲第5百分位數(shù)的男性身高是1591mm，女性身高是1494mm；第50百分位數(shù)的男性身高是1686mm，女性為1580mm；第95百分位數(shù)的男性身高是1789mm，女性為1667mm[4]。跟計(jì)算得出的對(duì)應(yīng)百分位數(shù)的人體身高（不分男女）做比較可以看出，當(dāng)代高校學(xué)生的身高尺寸與目前的國(guó)標(biāo)有較大偏差，現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不能滿足大學(xué)生的需求。

3　對(duì)高校課桌椅尺寸改進(jìn)的建議

（1）座椅高度。

座面高度是指地面至就坐后座面上坐骨支承處的高度。適宜的椅面高度應(yīng)使就坐者大腿近于水平，小腿自然垂直，腳掌平放于地面上。座面過(guò)高或過(guò)低都會(huì)給人產(chǎn)生不適感。所以椅面的高度以小腿加足高第5百分位的數(shù)值做參考。小腿加足高S1=0.249H，由上一節(jié)的計(jì)算可知，高校學(xué)生第5百分位數(shù)的身高為1596.95mm，座椅高度為L(zhǎng)1=0.249×1596.95=398mm，為了避免坐立時(shí)大腿承受過(guò)高的壓力，椅面高度應(yīng)該比小腿加足高略低一點(diǎn)，椅面前緣以略低于小腿加足高10mm為宜。隨機(jī)測(cè)量一個(gè)教室52名同學(xué)（男女各25名）的鞋跟高度，女生鞋跟總高度為78.2cm，男生鞋跟總高度為66.4cm，根據(jù)學(xué)校男女2:1的比例計(jì)算出，本校學(xué)生平均鞋跟高度為2.8cm，取穿鞋修正量為28mm，穿褲修正量為6mm，因此座椅的高度應(yīng)該設(shè)計(jì)為398+29-6-10=410mm。而實(shí)測(cè)教室中椅面的高度為440mm，實(shí)際值與理想值存在較大偏差，應(yīng)該改為410mm。

（2）座椅深度。

椅面深度是指椅面的前后距離，座椅深度要設(shè)計(jì)成人的腰背自然地依靠在靠背上時(shí)椅面前緣不會(huì)抵到小腿，一般以臀膝距為參考，取第5百分位數(shù)的3/4為依據(jù)，這樣短腿者膝蓋不會(huì)抵到前緣上，臀膝距S2=0.342H，由上一節(jié)計(jì)算知，高校第5百分位的身高H為1596.95mm椅面深度L2=0.342×1596.95×3/4=410mm。而實(shí)測(cè)座椅的深度為398mm，實(shí)測(cè)值與理想值存在一定偏差。

（3）靠背的寬度。

靠背的寬應(yīng)采用人體數(shù)據(jù)的第95百分位肩寬為宜。這樣有利于緩解背部肌肉緊張。肩寬S5=0.229H，高校第95百分位數(shù)的身高為1843.05mm，S5=0.229×1843.05=422mm，加上衣服的修正量為13mm，靠背寬度L5=422+13=435mm，實(shí)測(cè)靠背寬度為460mm，而GB/T3976-2014規(guī)定為360mm[5]，都應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。

（4）課桌高度。

考慮到用于工作的桌面稍高一點(diǎn)為宜，合理的桌面高度等于座椅高度加上人體第95百分位坐高的三分之一，坐高S4=0.523H，由上一節(jié)計(jì)算可知，高校第95百分位數(shù)的身高為1843.05mm，第95百分位的坐高S4=0.523×1843.05=963.92mm，L4=410+S4/3=731mm。而GB/T3976-2014《學(xué)校課桌椅功能尺寸》的規(guī)定，桌椅的高度差小于等于320mm[5]，因此對(duì)應(yīng)桌面的高度為小于等于730mm。運(yùn)算結(jié)果跟GB/T3976-2014差距不大，因此桌面高度取730mm。而實(shí)際測(cè)量的教室桌面的高度為750mm，與理論值有較大出入。

（5）桌面深。

規(guī)定桌面深度為350mm[5]，大概比一本書(shū)的長(zhǎng)度多一點(diǎn)，實(shí)測(cè)桌面深度為320mm，應(yīng)予以改進(jìn)。

（6）坐人側(cè)桌緣與靠背之間的水平距離。

此間距設(shè)計(jì)常以座深加上第95百分位的大腿厚的數(shù)值為設(shè)計(jì)依據(jù)，這樣可以使人較方便地進(jìn)出，由計(jì)算可知，合理座深為410mm，大腿厚S4=0.086H，由上一節(jié)可知，高校第95百分位數(shù)的身高為1843.05mm，因此S4=0.086×1843.05=158.50mm，L4=410+158.50=569mm，坐人側(cè)桌緣與靠背之間的水平距離應(yīng)該取570mm，實(shí)測(cè)教室桌椅距離為560mm，而GB/T3976-2002規(guī)定為420mm[5]，都應(yīng)該予以相應(yīng)的改進(jìn)。

4　結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)山東科技大學(xué)在校學(xué)生的身高尺寸進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，利用人機(jī)工程學(xué)的知識(shí)，計(jì)算得出當(dāng)代高校桌椅關(guān)鍵尺寸的理想值：座椅高度的理想值為410mm，座椅深度的理想值為410mm，靠背的寬度的理想值為435mm，課桌高度的理想值為730mm，桌面深的理想值為350mm，坐人側(cè)桌緣與靠背之間的水平距離的理想值為570mm。并將理想值與高校目前使用桌椅尺寸進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)馗倪M(jìn)，為高校桌椅科學(xué)設(shè)計(jì)提供一個(gè)理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]田煒，馬廣韜.高校桌椅設(shè)計(jì)的人機(jī)工程學(xué)研究[D].沈陽(yáng)：沈陽(yáng)建筑大學(xué)，2011

[2]周美玉.工業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)用人類工程學(xué)[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2001

[3]程衛(wèi)民，撒占友.安全人機(jī)工程[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2012

[4]國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局.GB10000-1988，中國(guó)成年人人體尺[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1988

[5]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T3976-2014，學(xué)校課桌椅功能尺及技術(shù)要求[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015