計算機輔助人體工程學(xué)在定制家具設(shè)計中的應(yīng)用研究*

劉 琛

（湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長沙 410151）

人體工程學(xué)與現(xiàn)代家具設(shè)計的融合，改變了人們的日常生活方式，這提升了家具的實用性和適用性，這在一定程度上為家具市場的活躍性起到了促進(jìn)作用。本文旨在通過研究人體工程學(xué)在定制家具設(shè)計中的運用為定制家具產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展提供助力。

1 人體工程學(xué)基本內(nèi)容

在工業(yè)革命的影響下，歐美國家在20世紀(jì)30年代就開始了基于人體工程學(xué)方面的有效研究，不過由于受到技術(shù)條件的限制，進(jìn)展較為緩慢[1]。人體工程學(xué)的相關(guān)研究在計算機技術(shù)及大數(shù)據(jù)的支持下，得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，特別是AI分析技術(shù)在實驗室模擬狀態(tài)下完成相關(guān)基礎(chǔ)測試、優(yōu)化與調(diào)整，最大化地降低了資源投入和成本支出，從而直接催生人體工程學(xué)技術(shù)向全方位實現(xiàn)了拓展與延伸。

人體工程學(xué)的相關(guān)研究的重點，在于人體的“舒適度”，而要想實現(xiàn)這一效果，要著重考慮的是全面強化結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性[2]。以家具設(shè)計為例，不能簡單地以迎合人體的體感效應(yīng)為目的進(jìn)行設(shè)計，必須要結(jié)合人體同家具的接觸程度來分析這種接觸是否能夠讓人的“舒適感”得到提升（如圖1所示），經(jīng)過反復(fù)論證，合理利用空間資源是提高人體舒適度的關(guān)鍵設(shè)計要素[3]。

圖1 基于人體工程學(xué)理論基礎(chǔ)下完成的電腦桌椅定制設(shè)計方案Fig.1 The computer desk and chair custom design scheme based on the ergonomics theory

2 人體工程學(xué)與家具設(shè)計

一套較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)幕谌梭w工程學(xué)視角下完成的家具設(shè)計方案，所有的細(xì)節(jié)問題都必須結(jié)合消費者實際情況來完成，這其中因為個體差異所導(dǎo)致的設(shè)計方案不同是常見的事情[4]。從圖1中的相關(guān)設(shè)計理念可知，不僅要將空間環(huán)境內(nèi)的所有技術(shù)參數(shù)都納入到基于人體工程學(xué)理念下的家具設(shè)計方案中，而且需要充分考慮到地緣性因素所導(dǎo)致的人體身高、體重差異對家具重要部位的直接影響，這樣的一整套設(shè)計方案必須是極為精細(xì)化和完整的，各個零配件之間只有做到較好地銜接，其人體工程學(xué)的設(shè)計優(yōu)勢才能夠得到有效保障。

圖2 家庭環(huán)境中整套定制家具設(shè)計方案Fig.2 A complete set of custom furniture designs in the family environment

3 定制家具設(shè)計要素

對于家具設(shè)計而言，很多所謂的高端家具乃至手工打造的家具都并非定制，但基于人體工程學(xué)理念下完成的家具均為定制，除考慮家具選料板材的差異及不同之外，還嚴(yán)格按照人體工程學(xué)原理進(jìn)行設(shè)計，充分考慮差異性因素對于家具價值的影響是關(guān)鍵。

3.1 高度與人體工程學(xué)

高度是直接影響家具規(guī)格的重要參數(shù)，同時也是判定是否符合人體工程學(xué)的指標(biāo)之一，為了能夠最大化地符合客戶的實際需求，在進(jìn)行家具設(shè)計的過程中所談及的高度，同時還需要包括成型的家具與空間環(huán)境的優(yōu)化比例，畢竟這樣才能夠讓相對有限的空間范圍看起來利用率更高。

在所有的設(shè)計中，“黃金比例”是設(shè)計師常用的一個重要指標(biāo)性參數(shù)，隨著參照物尺寸的變化，無限接近地按照“黃金比例”尺寸來進(jìn)行設(shè)計[5]，無論是在視覺效果上還是在體感效果上，都會呈現(xiàn)出一種基于流線型狀態(tài)下的自然美感。在家具的設(shè)計中，“黃金比例”的基準(zhǔn)尺寸并不是人體的高度，而是房屋的高度，即便是如同圖1那樣的書桌和座椅設(shè)計方案中，也需要綜合研判其與人體所形成的等比例關(guān)系，與房屋高度之間的有效距離或者是尺寸，在這種情況下，人體與房屋的高度呈現(xiàn)出來的是一種“黃金比例”，如果家具與人體之間的高度同樣也呈現(xiàn)出“黃金比例”，就更能有效體現(xiàn)基于人體工程學(xué)原理所進(jìn)行的家具設(shè)計。

圖2中的相關(guān)設(shè)計方案，如果在這個基礎(chǔ)上再對室內(nèi)的家具種類進(jìn)行拓展，從表象上看整體可利用空間或許有限，不過充分利用“黃金比例”原則，便能較好地化解該矛盾。在一張240 cm×90 cm×75 cm的長沙發(fā)面前擺放一張130 cm×70 cm×45 cm的長方形茶幾較為舒適[6]。兩者之間的理想距離應(yīng)該是能允許一個人通過的同時又便于使用，坐著就可以方便地拿到桌上的物品，對上述尺寸進(jìn)行綜合測算可以發(fā)現(xiàn)，這些尺寸之間，尤其是高度與長度的比例，基本上都符合“黃金比例”。

之所以如此強調(diào)“黃金比例”，是因為“黃金比例”原則設(shè)計的相關(guān)高度符合人體工程學(xué)的設(shè)計理念[7]，考慮到人體大腿在彎曲之后所呈現(xiàn)出來的高度，設(shè)計師在進(jìn)行沙發(fā)、座椅的高度分配上重視落差有可能對人體所產(chǎn)生的懸空感效應(yīng)之后，會重點針對有效彌合這種懸空感來調(diào)整高度尺寸[8]。

一些資深的家具設(shè)計師在進(jìn)行定制式家具設(shè)計的過程中，會仔細(xì)且反復(fù)地測量消費者不同狀態(tài)和姿勢下的身形高度，因為生活習(xí)慣的不同，即便是在相同高度之下所產(chǎn)生的落差感都會略有偏差，而人體工程學(xué)的主旨就是為了強化舒適感，完全按照消費者的基本需求進(jìn)行定制，著重針對細(xì)節(jié)問題進(jìn)行處理，就能夠全面地提升這種舒適感。一般來說設(shè)計師會針對客戶的身高，坐姿，臂展有所測量，以達(dá)到設(shè)計最優(yōu)化[9]。沙發(fā)的座面高度應(yīng)該等于人小腿加上鞋后跟的高度，一般在35～42 cm之間，過高和過低都會使背部和腿部肌肉緊張和酸痛[10]。

3.2 接觸面與人體工程學(xué)

與高度這種顯性的參數(shù)所不同的是，接觸面對于舒適度的影響往往并不是十分明顯，比較常見于成套系的家具中，隨著定制家具在終端消費市場所掀起的流行風(fēng)[11]，已經(jīng)有越來越多的設(shè)計師開始注重接觸面與人體工程學(xué)之間的必然關(guān)聯(lián)。

3.2.1 經(jīng)過計算機大數(shù)據(jù)分析的椅子靠背尺寸

由于人體之間存在著個體上的差異，對于家具接觸面的基本需求也不盡相同，這就給設(shè)計師在進(jìn)行定制家具設(shè)計的過程中增加了不小的難度。不過，在大數(shù)據(jù)，以及AI等人工智能的支持下，相關(guān)技術(shù)參數(shù)的基本測算方式越來越精確[12]，類似于圖2的粗線條式設(shè)計方案，正逐步向精細(xì)化的設(shè)計方案升級（如圖3所示），這增加了設(shè)計師的工作量，在手工方式無法滿足工作需要的情況下，利用計算機輔助程序來完成相關(guān)的分析與測算顯得尤為關(guān)鍵。

以椅子的靠背尺寸為例，即便是相同的一個人，在辦公環(huán)境下和在生活狀態(tài)下，對于椅子靠背的基本需求也不盡相同，而這些數(shù)據(jù)無法從虛擬效果或者是規(guī)劃設(shè)計草稿方案中摸索出來[13-18]，設(shè)計師必須結(jié)合消費者的身高、坐姿等一系列的參數(shù)來精確判斷出其在不同環(huán)境下對于椅子靠背尺寸的需求[19-22]。利用大數(shù)據(jù)分析完成之后，在AI等人工智能處理系統(tǒng)的幫助下，這種尺寸會很快被計算出來。如果這種尺寸按照家具最初的家具設(shè)計方案根本無法滿足實際需求，AI智能分析系統(tǒng)也會及時給出優(yōu)化方案，設(shè)計師會根據(jù)這種優(yōu)化方案對座椅后背沒有合適的曲線來貼合腰部的情況通過加靠墊的方式來彌補。

3.2.2 經(jīng)過計算與實踐論證的柜子深度尺寸

考慮到男女的身形完全不同，要想按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和人體工程學(xué)理念來完成家具的定制顯然無法體現(xiàn)出其舒適度[23-26]，因此就要在其中尋求一個最大公約數(shù)來增強定制家具的舒適感[27-30]，例如在居家環(huán)境中最常用的沙發(fā)設(shè)計上，如果是兩口之家一般建議沙發(fā)寬度至少為175 cm，大于2人或者家庭經(jīng)常有客人來往建議不小于210 cm，坐位的深度不小于60 cm。

與沙發(fā)這種常用的家具存在明顯的區(qū)別，大件柜類家具在日常生活中其使用頻率不高，設(shè)計師在進(jìn)行家具設(shè)計的過程中，比較注重柜子尺寸設(shè)計[31-35]?？紤]到男女身形比例之間的差異性，在不同的區(qū)塊范圍內(nèi)，柜子的深度也存在著明顯的差別（如圖3所示），在客廳環(huán)境中，柜子深度無論設(shè)置多大，都不應(yīng)當(dāng)大于茶幾的基本寬度，這樣才不會產(chǎn)生突兀的感覺[36-39]；在臥室環(huán)境中，由于女主人使用柜子的概率相對較大，在考慮到女主人身形特征之后，借助計算機輔助程序來精確地計算出一個柜子尺寸的基本參數(shù)，將這個基本參數(shù)分別與男女主人進(jìn)行溝通，如客觀條件具備，可利用AI分析技術(shù)進(jìn)行計算機動態(tài)模擬，這樣就能夠得出柜子深度尺寸在男女主人都能夠接受情況下的一個基本尺寸。如其再有額外要求，還可根據(jù)其要求在不同的位置上對柜子深度尺寸利用填充物或者是其它配飾來進(jìn)行調(diào)整[40-45]，力求在這種綜合分析之后，能夠讓柜子深度尺寸與不同的使用者之間最大化地完成匹配。

圖3 基于大數(shù)據(jù)支持下的定制家具設(shè)計方案Fig.3 Customized furniture design scheme supported by big data

4 結(jié)語

將人體工程學(xué)融入定制家具設(shè)計，是一種基于計算機精算下所展現(xiàn)出來的實用性較強的設(shè)計理念，依照該理念所完成的家具設(shè)計，能夠最大化地釋放舒適感效應(yīng)，讓使用者在最短的時間內(nèi)消除疲勞[46-50]。隨著定制家具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，借助計算機輔助程序的人體工程學(xué)理念，已被廣泛運用于定制家具的設(shè)計中。根據(jù)人體工程學(xué)研究概況及人體工程學(xué)在家具設(shè)計中的運用，可具體分析如何運用計算機輔助程序來確定各類定制家具的設(shè)計參數(shù)，為定制家具設(shè)計提供優(yōu)化建議。