公務(wù)機客艙空間尺寸工效設(shè)計準則與驗證

郭菲，孫有朝，郭媛媛，劉宇婕

(1.成都飛機工業(yè)公司 技術(shù)中心,成都 610092;2.南京航空航天大學 民航學院，南京 211106)

1 引言

在公務(wù)機客艙設(shè)計方面，空乘人員工作空間的使用工效和乘客的使用工效是人機工效的重要部分?？臻g布局優(yōu)良的公務(wù)機客艙將提升公務(wù)機的整體乘坐體驗。

目前較多學者在人機工效、飛機駕駛艙指標體系、客艙評價模型領(lǐng)域開展了大量工作。楊愛萍等[1]研究立姿上肢可及范圍及其影響因素(手臂姿勢、操作高度、左右手、性別及年齡)的可及范圍差異性。劉啟越等[2]建立了飛行員人體模型與人體姿態(tài)庫，開發(fā)了駕駛艙人機工效評價系統(tǒng)；鈕松等[3]構(gòu)建了民機人機工效設(shè)計準則框架體系；付秀民[4]建立了民機客艙空間尺寸人機工程評估體系；汪洋等[5]評價了飛機客艙內(nèi)的尺寸空間系統(tǒng)設(shè)計；嚴立浩[6]等總結(jié)了適航規(guī)章中運輸類飛機駕駛艙應(yīng)急出口要求的演變；李斯琪[7]等總結(jié)了運輸類飛機艙門標記標牌的適航技術(shù)要求。

本文基于運輸類飛機適航規(guī)章(CCAR/FAR/CS 25部)[8-10]等，分析通用公務(wù)機客艙空間尺寸設(shè)計中需考慮的工效影響因素，建立針對通用公務(wù)機客艙空間尺寸的設(shè)計準則、審查基線與驗證程序，為公務(wù)機客艙空間尺寸設(shè)計提供技術(shù)支持和理論依據(jù)。

2 客艙空間尺寸規(guī)章差異分析

梳理FAA/EASA/CAAC 25部《運輸類飛機適航標準》中A～H條款，明確與公務(wù)機客艙空間尺寸工效相關(guān)的適航規(guī)章，給出差異性分析見表1。

表1 運輸類飛機客艙尺寸相關(guān)適航條款(條款編號(CCAR/FAR/CS 25))

3 客艙空間尺寸工效設(shè)計要求

客艙空間尺寸工效設(shè)計要求：

(1)保證乘客安全、舒適、方便；

(2)按照總體布置、局部設(shè)計順序；

(3)設(shè)計模塊化，使客艙內(nèi)飾易于改裝，滿足客戶個性需求和改裝經(jīng)濟性；

(4)重要設(shè)備、顯示裝置和操縱裝置等布置在最佳作業(yè)范圍內(nèi)；

(5)設(shè)備布置考慮安全、客流、物流因素；

(6)考慮最佳作業(yè)姿勢、操作動作、范圍；

(7)特殊用途及個性化考慮：(i)醫(yī)療急救：提供輔助設(shè)施，便于病患出入客艙及應(yīng)急撤離；盥洗室廚房增加扶手、擴大如廁空間、拓寬過道寬度等；隨行醫(yī)生能及時到達并處理緊急情況。(ii)團隊出行：擴大會議室、討論區(qū)等公共交流空間；注重個人空間的私密性設(shè)計。(iii)貴重物品運送：提供保險儲存空間，空間允許2～4人看管監(jiān)視。

空間質(zhì)量評價與乘客的身心滿意程度相關(guān)。視覺、聽覺、嗅覺會使乘客產(chǎn)生強烈的心理暗示。通過恰當?shù)目臻g處理手段降低乘客心理不適感。

4 公務(wù)機客艙空間尺寸工效設(shè)計

4.1 空間尺寸工效設(shè)計準則生成方法

依據(jù)CCAR/FAR/CS適航規(guī)章及其指導(dǎo)性文件，初步篩選公務(wù)機客艙尺寸空間工效相關(guān)適航條款，確定公務(wù)機客艙尺寸空間工效設(shè)計適航要求；依據(jù)SAE標準、美軍標和國標等相關(guān)標準規(guī)范，分析標準適用范圍，判斷是否直接適用于公務(wù)機客艙尺寸空間工效設(shè)計。對于人機工效學研究成果，評估具體條款是否適用，確定公務(wù)機客艙相關(guān)的人機工效學設(shè)計要求。生成公務(wù)機客艙尺寸空間工效設(shè)計準則，如圖1所示。

圖1 空間尺寸工效設(shè)計準則生成方法

4.2 空間尺寸工效設(shè)計準則驗證

人機工程學科融合了人體科學、生物醫(yī)學、安全科學、系統(tǒng)工程、控制理論、計算機科學等多種學科，主要研究方法包括觀察記錄法、實測法、實驗法、模擬器或模型試驗法、計算機數(shù)值仿真法、分析法、調(diào)查研究法。結(jié)合CAAR AP-21-03R4<航空器型號合格審定程序>附錄H的10種符合性驗證方法(MC0-MC9)[11]，建立公務(wù)機客艙尺寸空間工效設(shè)計準則驗證方法：

(1)針對要驗證的空間尺寸設(shè)計準則，按照CCAR-25-R4附錄J(h)規(guī)定， 由正常健康人組成有代表性的客艙試驗對象，進行調(diào)查問卷，驗證不易量化評價的準則，統(tǒng)計分析調(diào)查結(jié)果。

(2)調(diào)整虛擬樣機中乘客身體尺寸參數(shù)，通過DELMIA仿真人體模型的視角，觀察人體模型視角視界，驗證標記標牌的高度能否可見易讀等。

(3)調(diào)整物理樣機，測量物理樣機環(huán)境中的尺寸參數(shù)，對比分析測量參數(shù)和待驗證準則內(nèi)容，驗證過道寬度、緊急出口等相關(guān)準則。

(4)基于典型機型進行驗證，比較兩個相互聯(lián)系的機型或者結(jié)構(gòu)設(shè)備。例如，對比不同競爭機型的扶手安裝高度。

(5)合理性聲明，適航標準是為保證實現(xiàn)民用航空器的適航性而制定的最低安全標準。當待驗證的某客艙人機工效設(shè)計準則是引用FAA/EASA/CAAC適航條款，直接表明該準則合理、可行。

4.3 空間尺寸工效設(shè)計準則

人在處于靜止(坐姿或立姿)時測量的身高、手臂長度、腿長度、座高等將影響座椅尺寸、過道寬度等。坐姿作業(yè)時，顯示距離、眼轉(zhuǎn)角、視覺上限和扶手間間距等參數(shù)為公務(wù)機客艙乘客座椅、座位燈光及乘客個人娛樂系統(tǒng)的設(shè)計準則提供參考；立姿作業(yè)時，手部操作范圍、視線范圍和頭頂控制范圍等參數(shù)為公務(wù)機客艙廚房、盥洗室的設(shè)計準則提供參考；人在進行活動時肢體各部分達到的空間范圍和相對位置將影響工作臺高度、儲物柜/馬桶/洗手臺/鏡子/尺寸、座椅與桌子的相對位置等。

我國成年人(男18～60歲，女18～55歲)人體尺寸取95百分位數(shù)據(jù)相關(guān)設(shè)計需求數(shù)據(jù)如表2所示。為擴大人體尺寸涵蓋范圍，同時參考SAE 站立和坐姿的人體轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)尺寸的較大、中間、較小值以及Humanscale 的身體/坐位、座椅/桌子指南、公共場所站坐、身體活動范圍等數(shù)據(jù)。從機組輔助空間高度、座高/座寬/坐深、桌高、靠背/扶手高度/寬度/長度、廚房倒角五方面制定空間尺寸工效設(shè)計準則。

表2 我國成年人人體尺寸95百分位部分數(shù)據(jù)(單位：mm)[12]

(1)機組輔助空間高度確定

CCAR/FAR/CS 25.813[8-10]指出：輔助空間的高度至少能容納95百分位身高男性直立，則輔助空間的高度至少能容納1775 mm身高的人直立。

(2)座高/座寬/坐深

休息用椅應(yīng)適量放低座高，取400～450mm。坐深適量加大，軟體沙發(fā)的坐深一般為460～530 mm；依據(jù)大身材人體尺寸設(shè)計座寬。以女性群體尺寸上限為臀寬設(shè)計依據(jù)；為使乘客能調(diào)整坐姿，座寬應(yīng)適當大于坐姿臀寬。座寬取值參考第95百分位成年女性的坐姿臀(382 mm)，考慮衣著余量、坐姿調(diào)整余量、公務(wù)機休息座椅，適當加大座椅座寬，但不大于坐姿兩肘間寬。座寬過大將導(dǎo)致肘部必須向兩側(cè)伸展以尋取支撐，引起肩部疲勞。取座寬為430～480 mm。

(3)靠背/扶手

靠背高度一般不宜高于肩胛骨(坐姿肩高)，取靠背高度為642 mm，傾斜角控制在100°-110°之間。靠背寬度以適當大于肩寬，設(shè)與座寬范圍相同；扶手距座面高度以小臂自然下垂時為準(坐姿肘高)，取扶手高度為298 mm。扶手寬度接近手寬89 mm。扶手長度范圍參考男性前臂、女性大腿長度，取258～476 mm；頭枕應(yīng)該安裝在與耳朵上沿平行位置。坐墊應(yīng)該軟硬適度，可降低臀部壓力值，建議設(shè)計成前后可調(diào)式；坐墊材料必須透氣且不易打滑，同時要有一定的柔韌性。

(4)桌高

坐式用桌桌高=坐高+桌椅面高差，桌椅面高差一般取坐姿時上身高度的1/3。桌面寬度以人體坐姿時手的水平工作域為基本依據(jù)，并加上桌面放置物的尺寸。餐桌、會議桌的尺寸按人均占周邊長計算。桌面下的凈高應(yīng)大于雙腿交叉時的膝高，并為膝部上下活動留出一定空間。

站式用桌高度由人體站立時自然屈臂的肘高確定。桌面尺寸主要由表面放置物品狀況和室內(nèi)空間及布置形式而定。廚房操作臺、洗手臺等均為站式用桌，站式用桌桌臺的下方空間通?？勺髻A藏柜用，但底部需要留出容足空間便于人體靠緊桌面。

(5)廚房倒角確定

民用飛機廚房系統(tǒng)設(shè)計和安裝標準ARP695E指出：應(yīng)盡量減少機組或乘客的潛在傷害，所有暴露表面應(yīng)是光滑且不鋒利的，邊角最小倒角半徑為0.25英寸(6.35 mm)[13]。

人機工程通用標準MIL-STD-1472G指出：所有暴露在外邊的棱角的倒角半徑不得小于0.75 mm，在使用中可能導(dǎo)致乘員安全傷害或引起設(shè)備損傷的尖銳棱角應(yīng)有適當?shù)谋Ｗo或其倒角半徑不得小于13 mm[14]。

ARP 695E的要求對公務(wù)機客艙廚房設(shè)計的適用性更強，且要求更為嚴格，選用SAE標準“所有暴露表面應(yīng)是光滑且不鋒利的，邊角最小倒角半徑為0.25英寸(6.35 mm)”，保留美軍標關(guān)于倒角保護的規(guī)定：“在使用中可能導(dǎo)致乘員安全傷害或引起設(shè)備損傷的尖銳棱角應(yīng)有適當?shù)谋Ｗo或其倒角半徑不得小于13 mm”。

5 案例分析

評估某型公務(wù)機客艙空間尺寸參數(shù)，遍歷設(shè)計準則中的實際可量化測量的要求，包括過道寬度、應(yīng)急出口、桌椅沙發(fā)、廚房、盥洗室。

分別調(diào)整數(shù)模視圖至過道、應(yīng)急艙門、坐式用桌、沙發(fā)、廚房、盥洗室位置，利用虛擬人體模型進行進行仿真分析。測量過道寬度、應(yīng)急艙門尺寸、盥洗室工作臺面高度和倒角半徑等。將測量結(jié)果與設(shè)計準則對比，相關(guān)評估結(jié)果包括5個方面：

(1)測量客艙過道寬度最少為510 mm；利用95百分位中國男性人體模型進行客艙過道寬度仿真分析。結(jié)果滿足其要求。

(2)應(yīng)急艙門高度為1 093 mm，寬度為756 mm，艙門圓角半徑為160 mm。符合設(shè)計準則中應(yīng)急艙門高度、寬度、圓角半徑的設(shè)計要求。

(3)桌子高度、桌下凈空、桌下凈寬滿足設(shè)計準則的要求；座高為418 mm，座寬為446 mm，坐深為523 mm，座面傾角經(jīng)過計算為1.5°，靠背高度為618 mm，靠背寬度為596 mm，座椅靠背傾角為98°，扶手寬度為87 mm，扶手距座面高度為154 mm，扶手長度為487 mm。與設(shè)計準則中座椅尺寸具體要求對比，確定座高、座寬滿足要求，坐深較準則要求深，座面傾角過小，靠背高度較矮，但差別不大，靠背寬度較寬，座椅靠背傾角較少，扶手高度與設(shè)計準則中提供的范圍相比較低，扶手寬度滿足設(shè)計準則中的范圍，扶手長度略長。

(4)廚房工作臺高度、容足空間均符合設(shè)計準則中的要求；不滿足倒角的相關(guān)要求。

(5)盥洗室臺面低于設(shè)計準則的高度要求，應(yīng)該增高盥洗室臺面的高度；水龍頭、鏡子等主件處于5%女性及95%男性的可達性范圍內(nèi)，但不在自然伸展區(qū)，處于需活動上肢才可到達的區(qū)域。適當增高臺面高度，增加使用時的舒適性。

6 討論

針對案例中的5項評估結(jié)果，結(jié)合公務(wù)機特點，基于本文建立的公務(wù)機客艙空間尺寸工效的設(shè)計準則，建議進行如下客艙空間尺寸工效優(yōu)化：

(1)客艙過道寬度在空間尺寸允許情況下應(yīng)適當增大過道寬度，提升乘客乘坐體驗。

(2)應(yīng)急艙門高度、寬度、圓角半徑雖符合設(shè)計要求，但由于壁板不可動，乘客無法使用應(yīng)急艙門；艙門位置不滿足要求，乘客無法在正常姿態(tài)下通過應(yīng)急艙門。

(3)應(yīng)減少座深深度，增大座面傾角，增高靠背高度、降低座面寬度，增加靠背傾角，增高扶手距座面的高度，減小扶手長度。

(4)應(yīng)避免邊角過于鋒利，劃傷機組成員。

(5)應(yīng)增高盥洗室臺面距地板的距離，增加乘客使用盥洗室時的舒適性。

7 小結(jié)

本文建立了公務(wù)機客艙空間尺寸人機工效設(shè)計準則及生成方法，主要涉及過道寬度、應(yīng)急出口、桌椅沙發(fā)、廚房和盥洗室。給出了典型準則的分析和協(xié)調(diào)具體過程，使公務(wù)機客艙空間尺寸人機工效設(shè)計準則全面、完整、可信。提出了準則驗證方法和程序，提高了公務(wù)機客艙人機工效設(shè)計準則的正確性和合理性。通過具體評估某型公務(wù)機客艙空間尺寸工效設(shè)計參數(shù)，給出了更合理、舒適的修正意見，有利于公務(wù)機客艙尺寸工效的優(yōu)化。