人體工程學(xué)與高鐵臥鋪設(shè)計(jì)

謝全一　張　巖

（青島四方龐巴迪鐵路運(yùn)輸設(shè)備有限公司，青島 266111）

人體工程學(xué)與高鐵臥鋪設(shè)計(jì)

謝全一張巖

（青島四方龐巴迪鐵路運(yùn)輸設(shè)備有限公司，青島 266111）

針對(duì)高鐵臥鋪具有乘客空間受限、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，結(jié)合人體工程學(xué)的基本知識(shí)，分析了人體工程學(xué)在提高高鐵臥鋪舒適性、安全性方面的具體應(yīng)用。

人體工程學(xué)修正量高鐵臥鋪心理空間人體感知系統(tǒng)

中國(guó)加速邁進(jìn)高鐵時(shí)代，高鐵列車也越來(lái)越走向了普通民眾，成為我國(guó)旅客的重要出行工具。高鐵具有運(yùn)行速度快、載客量大的特點(diǎn)。隨著高速鐵路網(wǎng)不斷拓展，長(zhǎng)距離運(yùn)營(yíng)需求越來(lái)越多。為乘客提供舒適、愉快、安全的乘坐環(huán)境，是高鐵面臨的一項(xiàng)重要課題。

人體工程學(xué)，也稱人類工程學(xué)、人體工學(xué)。這是一門研究人在特定工作環(huán)境中的解剖學(xué)、生理學(xué)和心理學(xué)等方面的各種因素；研究人和機(jī)器及環(huán)境的相互作用；研究人在工作中、家庭生活中和休假時(shí)怎樣統(tǒng)一考慮工作效率、人的健康、安全和舒適等問(wèn)題的科學(xué)。人體工程學(xué)將人體的測(cè)量數(shù)據(jù)、感官反應(yīng)、動(dòng)作行為與室內(nèi)用具、空間環(huán)境相結(jié)合，發(fā)掘具體對(duì)象的不同層次需求。

人體工程學(xué)主要有以下幾個(gè)方面的應(yīng)用：①為確定人在室內(nèi)活動(dòng)所需空間提供設(shè)計(jì)依據(jù)；②為確定設(shè)施的形體、尺度及其使用范圍提供設(shè)計(jì)依據(jù)；③提供符合人體需求的最佳室內(nèi)環(huán)境；④為室內(nèi)視覺(jué)環(huán)境設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。

1人體工程學(xué)在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

人體工程學(xué)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)人—機(jī)—環(huán)境的和諧統(tǒng)一，在設(shè)計(jì)較常用的有人體測(cè)量學(xué)、工程心理學(xué)、環(huán)境生理學(xué)這幾個(gè)分學(xué)科。

1.1人體測(cè)量學(xué)在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1.1.1人體靜態(tài)測(cè)量尺寸

靜態(tài)尺寸，是人體主軀干處于固定的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下測(cè)量所得的數(shù)據(jù)，如身高、臂長(zhǎng)、腿長(zhǎng)等。

為人工作和生活使用的設(shè)施和工具提供參考數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)中，常用的人體尺寸主要包括身高、眼睛高度、肘部高度、挺直坐高、肩寬、臀部高度、大腿厚度、膝蓋高度、臀部到膝腿部長(zhǎng)度等。這些基本的人體測(cè)量數(shù)據(jù)，在設(shè)計(jì)中都有特定的應(yīng)用：

（1）挺直坐高，是指人挺直坐著時(shí)，座椅表面到頭頂?shù)拇怪本嚯x。這個(gè)數(shù)據(jù)主要用于確定座椅上方障礙物如行李架的最低允許高度，以及臥鋪車上下鋪之間的空間距離。

（2）肩寬，是指兩個(gè)三角肌外側(cè)最大水平距離。肩寬數(shù)據(jù)用于確定座椅座位的左右間距，也用于確定床鋪的寬度和走廊寬度等空間。

（3）臀部到膝腿部長(zhǎng)度，指臀部最后面到小腿背面的水平距離。這個(gè)尺寸主要應(yīng)用于座椅的設(shè)計(jì)中，以確定座椅的靠背到座椅座墊面邊緣的距離。

人體工程學(xué)提倡以“夠的著的距離、容的下的空間”作為選擇人體數(shù)據(jù)百分位的原則，分別選用95%和5%的最大最小原則。例如由人體高度和寬度決定的門走廊、床等選用第95百分位；由人體某一部分尺寸決定的座面高、手功能范圍等選用第5百分位。在特殊情況下，為了消除危險(xiǎn)因素，選用第1百分位和第99百分位。例如報(bào)警裝置的高度尺寸要保證身軀小的人能使用；緊急出口的尺寸，應(yīng)該保證身軀大的人能順利逃離；分別選用第1百分位和第99百分位。

1.1.2人體動(dòng)態(tài)測(cè)量尺寸

動(dòng)態(tài)尺寸，是人體進(jìn)行功能活動(dòng)時(shí)肢體所能達(dá)到的空間范圍，是由肢體運(yùn)動(dòng)的角度和長(zhǎng)度相互協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的范圍尺寸。通過(guò)動(dòng)態(tài)尺寸定義，我們知道廁所的空間不能僅僅由人體靜態(tài)尺寸決定，人由蹲姿或坐姿轉(zhuǎn)換到站姿的肢體活動(dòng)尺寸，也是重要的設(shè)計(jì)參考依據(jù)。司機(jī)室操縱臺(tái)按鈕要根據(jù)人手臂水平作業(yè)域布置。為了避免司機(jī)疲勞和保證較好的工作效率，一般應(yīng)當(dāng)要求各種操縱按鈕位于人軀干不活動(dòng)時(shí)手所能及的范圍之內(nèi)即手臂最大作業(yè)域。司機(jī)需要頻繁操作的按鈕或按鈕涉及到重要的安全因素，盡量放置在手臂通常作業(yè)域內(nèi)（圖1）。

圖1手臂水平作業(yè)空間尺度

1.2心理空間和修正量在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，除了人體基本的測(cè)量尺寸外，還要留出合理的心理空間。人們并不僅僅以生理尺度去衡量空間，對(duì)空間的滿意度和使用方式還受人們的心理尺度的影響，這就是心理空間。人在遇到較低的頂板時(shí)，盡管在人體測(cè)量尺寸上可以通過(guò)，但是會(huì)自然的低頭，這就是頂板設(shè)計(jì)留出的心理空間不足造成的。為此，需要引入修正量的概念。修正量包括功能修正量和心理修正量。

（1）功能修正量。由于GB/T10000-1988表中的數(shù)據(jù)均為裸體測(cè)量結(jié)果，在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮鞋、衣服等引起的尺寸變化，這個(gè)尺寸變化就是功能修正量。功能修正量的部分常用參考值：①穿鞋修正量：立姿身高、眼高、肩高、肘高、手功能高、會(huì)陰高等，男子+25mm，女子+20mm；②著衣著褲修正量：坐姿坐高、眼高、肩高、肘高等 +6mm，肩寬、臀寬等+13mm，胸厚+18mm，臀膝距+20mm。

（2）心理修正量，就是為了消除空間壓抑感，恐懼感，為了美觀等心理因素而加的修正量。

比如司機(jī)室空間大小設(shè)計(jì)的剛剛?cè)菁{下完成必要的操作活動(dòng)是不夠的，這會(huì)使列車駕駛員產(chǎn)生局促和壓抑，并會(huì)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而加劇，為了司機(jī)的舒適性和列車的安全性需要留出更大的空間。心理修正量一般通常通過(guò)被測(cè)試者主觀評(píng)價(jià)表的評(píng)分，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析獲得心理修正量。在不同的場(chǎng)景中，同一設(shè)施心理修正量的值不同。同樣是床的寬度設(shè)計(jì)，在賓館和高鐵臥鋪車內(nèi)，由于對(duì)舒適度和經(jīng)濟(jì)性要求不同，其心理修正量也不同。

表1部分臥鋪設(shè)計(jì)心理修正量參考值（mm）

由此可以得出設(shè)計(jì)尺寸=人體測(cè)量尺寸的百分位數(shù)+功能修正量+心理修正量

1.3人體感知系統(tǒng)對(duì)設(shè)計(jì)的影響

外部環(huán)境的因素、特性是通過(guò)人體感知系統(tǒng)傳輸?shù)饺说拇竽X的，即評(píng)判設(shè)計(jì)的好與壞，是由人的感覺(jué)來(lái)定義的。因此人體感知系統(tǒng)是設(shè)計(jì)的另一個(gè)重要參考因素。人體感知系統(tǒng)包括視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)等。

（1）室內(nèi)環(huán)境氣氛主要是利用色彩的知覺(jué)效應(yīng)，如色彩的溫度感、距離感、重量感等，來(lái)調(diào)節(jié)和創(chuàng)造室內(nèi)環(huán)境氣氛。如在缺少陽(yáng)光或燈光暗淡的空間，采用暖色調(diào)（紅黃橙），以增加親切感；反之采用冷色調(diào)（青藍(lán)綠紫）以降低室溫感。在空間低矮的房間，易采用輕遠(yuǎn)感的暖色調(diào)或中性色調(diào)（白灰黑）來(lái)減少室內(nèi)的壓抑感。同一房間里，從頂板到墻面到地面，色彩要由明亮到暗重，如圖2。以得到豐富色彩層次，擴(kuò)大視覺(jué)空間，加強(qiáng)空間穩(wěn)定的感覺(jué)。

（2）室內(nèi)空間不大、頂板較低時(shí)，可以利用視覺(jué)特性，使室內(nèi)空間小中見(jiàn)大。在室內(nèi)盡量使用矮小的家具或設(shè)備，造成視覺(jué)對(duì)比，擴(kuò)大室內(nèi)空間感。

（3）視覺(jué)有明適應(yīng)和暗適應(yīng)現(xiàn)象。明適應(yīng)是指從黑暗到光亮，眼睛需要1分鐘的適應(yīng)時(shí)間。

暗適應(yīng)是指從光亮到黑暗，眼睛需要10～30分鐘的適應(yīng)時(shí)間。在進(jìn)行光環(huán)境設(shè)計(jì)時(shí)，需要特別注意光照的均勻性，避免由于過(guò)度的明暗引起的視覺(jué)疲勞。在車輛或客室的入口處，可能會(huì)有照度明暗差，人需要適應(yīng)時(shí)間才能看清物體，盡量不要設(shè)置臺(tái)階或不明顯的障礙物。

圖2高鐵廚房的色彩布置

2高鐵臥鋪人體工程學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)例

對(duì)于高鐵旅客界面來(lái)說(shuō)，人體工程學(xué)研究的基本點(diǎn)是如何組織空間、設(shè)計(jì)界面、配置色彩和光照，如何處理車內(nèi)環(huán)境使之符合人類的生理和心理需求。新一代高鐵臥鋪是在適應(yīng)我國(guó)國(guó)土廣袤鐵路運(yùn)行路線長(zhǎng)和不斷增長(zhǎng)的運(yùn)量需求的背景下產(chǎn)生的。為提高利用率，在夜間作為臥鋪車使用，在日間作為座車使用。通過(guò)臥鋪結(jié)構(gòu)功能創(chuàng)新設(shè)計(jì)，根據(jù)運(yùn)行需要實(shí)現(xiàn)臥鋪和座車的功能轉(zhuǎn)換。臥車模式下，床鋪?zhàn)鳛槌丝退P的平臺(tái)。在座車模式下，下鋪?zhàn)鳛槌丝统俗钠脚_(tái)，上鋪向上翻轉(zhuǎn)收起。列車可以實(shí)現(xiàn)夜間臥車、白天座車兩種運(yùn)營(yíng)模式。

2.1臥鋪下鋪的設(shè)計(jì)

（1）臥鋪下鋪寬度設(shè)計(jì)。①當(dāng)旅客平躺在床鋪上時(shí)，要考慮的是人體的最大的肩寬。因?yàn)樯婕暗匠丝退P安全，選取男子最大肩寬的第99百分?jǐn)?shù)，為486mm；②然后設(shè)計(jì)功能修正量，衣服的尺寸13mm，③為了增加乘客舒適度，增加心理修正量115mm。所以，臥鋪?zhàn)钚≡O(shè)計(jì)寬度為486+13+30+115=614mm。新一代的高鐵臥鋪下鋪的最終設(shè)計(jì)寬度為750mm（圖3），預(yù)留出了251mm的心理修正量，滿足人體工程學(xué)要求，并且充分考慮了乘客睡臥的舒適性和安全性

（2）座車運(yùn)行模式座椅深度的設(shè)計(jì)。如圖4所示，在下鋪為座椅模式的情況下，座椅深度尺寸為676mm，此尺寸超出了GB/T1000-1988《中國(guó)成年人人體尺寸》的要求，會(huì)造成乘坐不舒適。為此，下鋪采用可折疊伸縮結(jié)構(gòu)，在座車模式下，下鋪寬度縮進(jìn)164mm，座椅深度為512mm，提高乘坐舒適性。

2.2下鋪到上鋪間距的設(shè)計(jì)

（1）下鋪到上鋪間距要考慮乘客坐姿的最大尺寸。由于涉及到空間問(wèn)題，所以選取男子坐高的第95百分位，為958mm。

（2）設(shè)計(jì)功能修正量，坐姿衣服的尺寸+6mm。

（3）為了使旅客獲得更大的自由空間，旅行更舒適，增加心理修正量22mm。所以，下鋪到上鋪間距最小設(shè)計(jì)尺寸為958+6+22=986mm。新一代的臥鋪動(dòng)車組下鋪到上鋪間距為1060mm，滿足要求，使坐在下鋪的乘客有寬敞的頭頂空間。

圖3臥車模式

圖4座車模式

2.3臥鋪上鋪的設(shè)計(jì)

在座車模式下，距離乘客頭上方不遠(yuǎn)處就是上鋪，壓縮乘客的頭部心理空間；通過(guò)研究人體從坐姿到站姿的動(dòng)態(tài)尺寸，上鋪與人體頭部運(yùn)動(dòng)曲線有干涉，造成乘客不舒適或碰撞乘客頭部；同時(shí)上鋪還阻擋包間頂燈燈光的投射，使包間內(nèi)光照度對(duì)比過(guò)大，造成乘客的壓抑感。

上鋪的存在從空間環(huán)境、人體動(dòng)態(tài)空間尺寸、光環(huán)境方面降低了乘坐舒適度。為了解決這個(gè)問(wèn)題，將上鋪設(shè)計(jì)成可折疊式。在座車模式下，上鋪向上收起，如圖4，客室頂燈燈光可以投射向乘客，頭頂也沒(méi)有上鋪產(chǎn)生的壓迫感，便于高鐵到站后包間內(nèi)密集的人員運(yùn)動(dòng)，提高乘坐舒適性。

2.4臥鋪行李柜的設(shè)計(jì)

常規(guī)的臥鋪車，下鋪下方的空間是存放行李的區(qū)域。上鋪乘客身邊沒(méi)有存放隨身貴重物品或體積不大的行李的空間。隨著乘客休閑習(xí)慣的改變，上鋪乘客需要頻繁上下來(lái)取用、存放充電寶、電腦等，或者將這些物品放置在床鋪上，存在跌落的風(fēng)險(xiǎn)，有安全隱患。新一代高鐵臥鋪在包間門上側(cè)設(shè)計(jì)行李柜，通過(guò)優(yōu)化包間頂部區(qū)域的設(shè)計(jì)，在滿足頂板高度要求和不影響包間供風(fēng)的前提下，盡量擴(kuò)大行李柜的容量（寬高深：580x320x490毫米），基本滿足上鋪乘客行李存放的要求。即避免了一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，也滿足了乘客喜歡將行李存放在自己身邊視線內(nèi)的位置的心理習(xí)慣。

3　結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)人體工程學(xué)研究起步較晚，目前還處在發(fā)展階段。但是隨著我國(guó)軌道交通的快速發(fā)展以及隨著人們對(duì)自身健康和環(huán)境質(zhì)量的關(guān)注，人體工程學(xué)作為一門解決人與環(huán)境和諧共存、相互協(xié)調(diào)的學(xué)科，越來(lái)越受到重視，其應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。

［1］劉盛璜.《人體工程學(xué)與室內(nèi)設(shè)計(jì)》中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

［2］章曲，谷林3.《人體工程學(xué)》北京理工大學(xué)出版社.

［3］GB/T1000-1988《中國(guó)成年人人體尺寸》.

［4］GB/T12985-1991《在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中應(yīng)用人體百分位數(shù)的通則》.

［5］GB/T13547-1992《工作空間人體尺寸》.

［6］GB/T3324-2008《木家具通用技術(shù)條件》.

Ergonomics and Design of High Speed Railway Sleeper

XIE Quanyi ZHANG Yan
（Qingdao Bombardier Sifang transportation equipment Co.Ltd，Qingdao 266111）

Inviewthatthehighspeedrailsleeperhas characteristicsoflimitedpassengerspace，thelongrunningtime，combined with the basic knowledge of human engineering and analysis of human body engineering in improving the high iron comfortable sleeper，safety aspects of the specific application.

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