人體工程學(xué)在船舶內(nèi)裝設(shè)計中的應(yīng)用

章俊

摘要：本文就船舶內(nèi)裝設(shè)計過程中遇到的若干問題進(jìn)行分析，并采用人體工程學(xué)原理提出解決方案及設(shè)計原則。

關(guān)鍵詞：船舶；內(nèi)裝設(shè)計；人體工程學(xué)；解決方案

1.前言

人體工程學(xué)是20世紀(jì)40年代后期發(fā)展起來的一門技術(shù)科學(xué)，由于人體工程學(xué)適用于不同的領(lǐng)域，故也產(chǎn)生了許多不同的表達(dá)方式和名稱，我國常用的名稱有：人類工效學(xué)、人體工程學(xué)、人機(jī)工程學(xué)、人類工程學(xué)、工程心理學(xué)等。

考慮船舶內(nèi)裝設(shè)計的特點，本文采用人體工程學(xué)這個名稱，它是研究人與工程系統(tǒng)及其環(huán)境相關(guān)的科學(xué)。

在船舶設(shè)計和建造滿足法規(guī)、公約、規(guī)格書的基礎(chǔ)上，船東往往從安全、便利、舒適等角度提出報驗意見，而這些正是人體工程學(xué)所涉及的內(nèi)容。

本文就貨船內(nèi)裝設(shè)計過程中遇到的若干問題進(jìn)行分析，在滿足規(guī)范的前提下，運用人體工程學(xué)原理研討解決方案。

2.室內(nèi)梯道的踏步凈高與頂棚凈高

室內(nèi)梯道的踏步凈高，指室內(nèi)斜梯踏步表面距其上方物件（天花板或結(jié)構(gòu)）的暢通豎直高度，該范圍內(nèi)不應(yīng)有任何凸出物。

室內(nèi)梯道的頂棚凈高，指室內(nèi)斜梯底部地面距其上方物件（天花板或結(jié)構(gòu)）的凈空高度。

室內(nèi)梯道的踏步凈高與頂棚凈高的確定依據(jù)：

（1）《人體工程學(xué)圖解——設(shè)計中的人體因素》中建議：梯道上頭頂?shù)倪B續(xù)空間最小為2 235 mm；頂棚起點距地面凈高為2438mm。如圖1所；

（2）《船舶造型與艙室設(shè)計》中建議：梯道踏步凈空高度為2 150～2 300 mm；對室內(nèi)梯道的頂棚凈高則未作說明；

（3）《船舶人體工程學(xué)應(yīng)用指南》中建議：所有梯道至少保持2 130 mm的暢通凈空高度；對室內(nèi)梯道的頂棚凈高也未作說明；

（4）在船舶生產(chǎn)設(shè)計中，甲板層高作為定值，室內(nèi)梯道區(qū)域會跨過1～2個肋位，強(qiáng)肋位往往在甲板面下設(shè)T型梁結(jié)構(gòu)。另外，受管路、電纜布置影響，室內(nèi)梯道的頂棚凈高很難設(shè)計得很高；而受各種因素局限，室內(nèi)梯道的頂棚凈高一般在2 150 mm左右。

以筆者工作經(jīng)驗，室內(nèi)梯道的頂棚凈高設(shè)計為2 100mm、2200mm時，往往會遇到船東不滿意的情況，問題在室內(nèi)梯道頂棚與室內(nèi)梯道天花板的交界處，即梯道頂棚起點，船東說下樓時感覺在這個地方會碰頭，每次要低下頭才敢通過。

筆者（身高1.75 m）曾親自去上述室內(nèi)梯道現(xiàn)場感受過，刻意不低頭、目光平視，感覺前方的天花板距離自己較近，但只要邁下一級踏步就會感覺順利過去了，所以會碰頭其實是個錯覺，這涉及人體工程學(xué)中的心理裕量問題。

要使人在下樓梯時不產(chǎn)生碰頭的心理感受，加大室內(nèi)梯道的踏步凈高是最直接的解決措施。但如果室內(nèi)梯道的頂棚凈高受局限，室內(nèi)梯道的踏步凈高也隨之受限，在這樣的情況下如何確定梯道頂棚的起點位置就成為一個關(guān)鍵。

按人體工程學(xué)的“人體尺寸”概念：由于人的個體和群體差異，人體尺寸有很大的變化，設(shè)計時幾乎不用平均數(shù)，而采用在一定范圍內(nèi)進(jìn)行數(shù)值分段，將身高或肩寬等在尺寸上分為一百等分，設(shè)計上要滿足所有人的要求不太可能，也沒有必要，但必須滿足大多數(shù)人的要求?！度梭w工程學(xué)與室內(nèi)設(shè)計》中建議選用第95百分位的尺寸，如設(shè)計通行間距時選用95%的人能夠通過的走道，而只有5%的人通行有困難；

（5）鑒于《GB 10000-88中國成年人人體尺寸》是較早的標(biāo)準(zhǔn)，而人體尺寸數(shù)據(jù)具有較強(qiáng)的時效性（一般每10年就需修訂一次），這些年來中國人的平均身高是增加了，故筆者在室內(nèi)梯道模擬簡圖中的人員身高選用第99百分位的尺寸：1 814 mm。由于上述數(shù)據(jù)是在不穿鞋的情況，而船員工作時都是穿著鞋的，于是還需加上鞋高來修正，即人穿鞋時的身高尺寸為：1814+36=1850mm。

同時，還應(yīng)注意到人上下樓梯時身體是前傾的，一般取傾角為7.5°，此時人的豎直高度為1 850×cos7.5°=1 834 mm；

（6）人上下樓梯時，眼睛看到前方的梯道頂棚距自己較近，會產(chǎn)生會碰頭的感覺，因此需考慮人體工程學(xué)中的心理裕量，一般取90 mm。

人頭頂距眼睛的豎直高度約100～110 mm，本模擬圖中取110mm。

人腳落在斜梯的踏步上，足中心與踏步前緣的距離取100mm。

（7）《國際消防安全系統(tǒng)規(guī)則》中規(guī)定：客船的梯道傾斜角應(yīng)不大于45°；貨船的梯道傾斜角一般是45°，但不得大于50°。本文僅涉及傾角不大于45°的室內(nèi)斜梯，故模擬圖中室內(nèi)斜梯傾角定為45°。

船用斜梯，其踏步的高度應(yīng)不大于250 mm，但不小于200mm，模擬圖中取250mm。

根據(jù)上述尺寸繪制的室內(nèi)梯道模擬圖，見圖2。

由圖2可知：室內(nèi)梯道的斜梯傾角為45°時，為使梯道頂棚在人（身高1 850mm）的心理裕度（90mm）之外，梯道頂棚凈高不宜低于2 200 mm，梯道頂棚起點距斜梯第1級踏步水平距離不小于217 mm，取整為220 mm。

為此，筆者這里提出一個簡稱“梯道頂棚220”的設(shè)計原則：對傾角不大于45°的室內(nèi)斜梯，梯道頂棚起點距地面凈高應(yīng)≥2 200 mm；同時，梯道第1級踏步頂點距頂棚起點的水平距離應(yīng)≥220 mm。

運用上述原則，筆者設(shè)繪了此情況下的室內(nèi)梯道頂棚布置，并放人身高1 850 mm的人物進(jìn)行驗證模擬，驗證結(jié)果是可行的，見圖3。

如果船東、船員是歐美人，則“梯道頂棚220”的設(shè)計原則應(yīng)加100 mm予以修正。

如果受條件制約，梯道頂棚起點距地面凈高<2 200mm，則需加大梯道第1級踏步頂點距頂棚起點的水平距離。例如，梯道頂棚起點距地面凈高是2100mm，則梯道第1級踏步頂點距頂棚起點的水平距離應(yīng)≥320mm。

3.室外斜梯平臺通道的通行凈寬

船舶上建各甲板層一般在甲板室圍壁外設(shè)一個平臺來布置室外斜梯，本文將其稱為室外斜梯平臺。

室外斜梯平臺在靠近甲板室的—側(cè)開梯口，梯口外側(cè)設(shè)欄桿，室外梯平臺的外邊緣也設(shè)欄桿，人自斜梯登上本層甲板后，要去往更上一層甲板，就要經(jīng)過這個兩側(cè)均有欄桿的通道，這個通道稱為室外梯平臺通道。

傾角50°的上建室外斜梯，室外斜梯平臺梯口長度一般≥1 800 mm，圍繞梯口在平臺上焊一圈攔桿扁鐵，于是梯口外側(cè)的欄桿長度一般≥2 000mm。

梯口外側(cè)的這一段欄桿是獨立的，該段欄桿一般設(shè)3根欄桿柱，首尾兩根欄桿柱均帶有斜撐，影響實際的通行凈寬，如圖4所示。

室外斜梯平臺通道凈寬的確定依據(jù)：

（1）室外梯平臺通道一般會作為上建區(qū)域的脫險通道，根據(jù)國際海事組織（IMO）的《國際消防安全系統(tǒng)規(guī)則》：貨船用作脫險通道的梯道和走廊的凈寬度應(yīng)不小于700 mm，并在其一側(cè)應(yīng)裝有扶手，凈寬度為1 800 mm及以上的梯道和走廊應(yīng)在其兩側(cè)裝有扶手；

（2）《船舶人體工程學(xué)應(yīng)用指南》中，對一人通行的走道寬度建議≥710 mm，但未說明人抬擔(dān)架時所需的通道寬度；

（3）《人體工程學(xué)圖解——設(shè)計中的人體因素》中對人在幾種情況下所需求的最小通道寬度（610～915 mm）進(jìn)行了說明，其中人在腋下拄雙拐時所需最小通道寬度為915mm，可作為人抬擔(dān)架時所需通道寬度的參考值；

（4）《室內(nèi)設(shè)計資料集》對人提行李時所需通道寬度是910～1 060 mm。

筆者認(rèn)為，對室外梯平臺通道，阻礙其通行凈寬的關(guān)鍵是欄桿柱的斜撐。但《載重線公約》規(guī)定了欄桿柱的斜撐不能隨意取消，于是筆者考慮將妨礙通行凈寬的欄桿柱的斜撐換為肘板。

國際船級社協(xié)會對欄桿柱撐條的替代裝置有規(guī)定，中國船級社《法定檢驗實施指南》對此規(guī)定有明確說明。

筆者采用代換每第3根欄桿柱的斜撐，符合上述規(guī)定中“替代至少每第3根支柱處由撐條支持的裝置第（a）項”，于是按K·bs≥2.9·bs來設(shè)計肘板下端長度。

值得注意的是，通常上建區(qū)域的甲板厚度<20mm，欄桿柱的斜撐換為肘板后，如果還需按上述規(guī)定在甲板下方對應(yīng)加焊100×12的扁鋼，則會導(dǎo)致大量的現(xiàn)場仰焊工作，勞動強(qiáng)度大，施焊質(zhì)量也難以保證。為此，筆者采用在欄桿柱下方設(shè)15 mm厚的墊板，一般上建區(qū)域甲板厚度≥6 mm，這樣墊板厚+甲板厚≥21 mm>20mm，所以就不必加焊扁鋼了。

基于以上考慮，筆者設(shè)繪了每第3根欄桿柱的斜撐代換為肘板的方案，使實際的通行凈寬大為改善，獲得了CCS驗船師的認(rèn)可，船東也很滿意，見圖5。

4.分羅經(jīng)木墊的高度設(shè)計

船舶駕駛室兩翼的方位分羅經(jīng)用來觀測羅經(jīng)差，所以必須高出舷墻，而普通人的身高，在觀察六分儀時比較困難，可能看不見水線，因此需要加一個墊高的底座，即在分羅經(jīng)底端設(shè)一個環(huán)繞分羅經(jīng)的木墊。

按我司設(shè)計分工，分羅經(jīng)由設(shè)計電裝確定參數(shù)并向?qū)I(yè)的設(shè)備商訂購，因為每型船的羅經(jīng)設(shè)計參數(shù)不一致，不同設(shè)備商供貨也不同，實際裝船的分羅經(jīng)的高度往往并不一樣，這導(dǎo)致了分羅經(jīng)木墊的高度無法設(shè)計為一個固定值。如果確立一個高度的設(shè)計原則或計算公式，在設(shè)計分羅經(jīng)木墊時作為參考就方便很多?！度梭w工程學(xué)與室內(nèi)設(shè)計》中建議：常用高度一般選用第50百分位的尺寸，如門鈴、把手、電燈開關(guān)的高度。

筆者在分羅經(jīng)木墊模擬圖中：

（1）普通人的眼高，選用《GB 10000-88中國成年人人體尺寸》中第50百分位的尺寸：1 568 mm；人穿鞋時的眼高尺寸：1 568+36=1 604 mm；

（2）《GB 10000-88中國成年人人體尺寸》中第50百分位選用成年男子的身高尺寸：1 678 mm。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，1997年中國成年男子的平均身高已達(dá)1 692 mm，相較《GB 10000-88中國成年人人體尺寸》中的成年男子平均身高增加了14 mm，那么眼高的平均值也相應(yīng)增加。為此，筆者把分羅經(jīng)木墊模擬圖中普通人的眼高設(shè)為1 620 mm；

（3）人頭部在端正狀態(tài)時，視線范圍是水平視線上下30°，人若稍稍低頭，則視線范圍可以擴(kuò)大到60°。

為避免個子高的人站上木墊要拱肩低頭地觀看分羅經(jīng)（即面板在人視線60°范圍外）導(dǎo)致不舒服，筆者另設(shè)繪了一張高個子人的分羅經(jīng)木墊模擬圖，用來模擬驗證。

筆者選取了《GB 10000-88中國成年人人體尺寸》中第99百分位的尺寸：1 705 mm；人穿鞋時的眼高尺寸為：1 705+36=1 741 mm，取整為1 740mm。

由上述分析可知：站上同一高度的木墊，如果普通身高的中國成年男子（水平視線高度1 620 mm）俯視30°可以看見面板，那高個的中國成年男子（水平視線高度1 740 mm）稍稍低頭（俯視42°）也可以看見面板，如圖6所示。

綜上所述，分羅經(jīng)木墊高度的計算公式如下：

H=（h+220）-1 620=h-1 400（mm）。式中：h——羅經(jīng)面板距甲板面高（mm）。

5.結(jié)語

本文所述案例及其解決方案、設(shè)計原則，在我司320 000 DWT VLCC、100 000 DWT半潛船的內(nèi)裝生產(chǎn)設(shè)計中均有運用，獲得了船東、船檢的認(rèn)可及好評。