辦公椅的雙靠背形態(tài)設(shè)計(jì)研究

■楊麗帆，申黎明，談立山，汪 洋

(1.2.南京林業(yè)大學(xué)家居與工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇南京 210037；3.4.浙江安吉縣質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)中心，浙江安吉 31330

辦公椅作為室內(nèi)坐姿工作時(shí)最常用的家具之一，隨著經(jīng)濟(jì)與科技的不斷發(fā)展，其品類(lèi)更加多樣化，功能性更加完善，逐步地滿(mǎn)足人們對(duì)于座椅舒適性的更高要求。關(guān)于辦公椅舒適性的研究在國(guó)內(nèi)外也越發(fā)的深入與廣泛，辦公椅椅背是影響辦公椅舒適度的重要部分，舒適合理的靠背形態(tài)設(shè)計(jì)不僅能減少人體不正確的坐姿，緩解人體腰、背、頸部的肌肉疲勞，而且能夠有效地提高人們工作、學(xué)習(xí)的效率。因此，辦公椅椅背舒適性的研究與評(píng)價(jià)在實(shí)際應(yīng)用與研發(fā)設(shè)計(jì)中都顯得尤為重要。本文針對(duì)市場(chǎng)上出現(xiàn)的雙靠背辦公椅的椅背進(jìn)行具體研究，探討靠背形態(tài)設(shè)計(jì)與人坐姿舒適性的影響關(guān)系，為辦公椅的靠背形態(tài)設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)與設(shè)計(jì)建議。

1 雙背椅椅背形態(tài)與舒適性

雙靠背辦公椅簡(jiǎn)稱(chēng)雙背椅，是一款根據(jù)人體工程學(xué)原理來(lái)設(shè)計(jì)的辦公椅，該類(lèi)型的座椅以中間線(xiàn)為對(duì)稱(chēng)軸，左右各設(shè)置一個(gè)椅背，采取兩側(cè)環(huán)腰懷抱設(shè)計(jì)，能夠有效地分散體壓，減小脊椎所受壓迫。雙靠背的設(shè)計(jì)能夠更大程度化上地使人體背部與座椅相貼合，增加兩者之間的接觸面積，同時(shí)左右靠背間的空隙可以恰好將脊椎空出，避免了椅背因與脊椎直接接觸而對(duì)其產(chǎn)生壓力，從而影響脊椎的正常彎曲弧度[1-3]?？偟膩?lái)說(shuō)，雙靠背實(shí)現(xiàn)了將腰部與脊椎部位的壓力轉(zhuǎn)移至左右背闊肌的目的，在為背部提供足夠承托作用的同時(shí)又不會(huì)對(duì)脊柱產(chǎn)生壓迫，極大地提高了座椅的舒適性。文章通過(guò)對(duì)雙背椅相關(guān)資料的收集和查閱，對(duì)雙靠背辦公椅形態(tài)設(shè)計(jì)要素進(jìn)行了研究與分析，主要包含椅背正面形態(tài)、椅背側(cè)面輪廓形態(tài)和椅背俯視輪廓形態(tài)[4]。

根據(jù)雙背辦公椅的基本信息，可以得到，目前雙背辦公椅常用的靠背覆面材料主要有布面和皮面，其中布面材料集中于網(wǎng)布和棉布等材料，由于網(wǎng)布具有較好的透氣性和可塑性，能夠滿(mǎn)足靠背形態(tài)的多樣性以及技術(shù)上的較高要求，所以得到更為廣泛地使用[5]。其次用得較多的則是皮質(zhì)材質(zhì)，雖然皮質(zhì)材料相較于網(wǎng)布材料更便于清潔，但由于皮質(zhì)材料易劃損，人造皮透氣性較差，真皮價(jià)格昂貴，因此其使用率相較于網(wǎng)布略低。除覆面材料外，海綿和塑料框架是組成靠背結(jié)構(gòu)的重要材料。雙背椅的腰墊和頭枕可以根據(jù)需求進(jìn)行不同的搭配，腰墊形態(tài)貼合人體腰部曲線(xiàn)，從很大程度上能夠提高人體腰部的舒適性，頭枕則為人體頭部及頸椎提供承托性[6]。

2 雙靠背形面分析

形面分析的目的是便于分析形面關(guān)鍵尺寸與壓力分布指標(biāo)和舒適度評(píng)價(jià)之間的關(guān)系[7]。本文將雙背辦公椅的靠背形態(tài)作為主要研究對(duì)象，考慮到其形態(tài)的復(fù)雜性與規(guī)律的不明確性，筆者采用觀察法與測(cè)量法從三個(gè)角度上對(duì)雙靠背形態(tài)進(jìn)行了分解與測(cè)量，得到了雙靠背的正面形態(tài)、側(cè)面輪廓形態(tài)、俯視輪廓形態(tài)三個(gè)視角上的界面曲線(xiàn)形態(tài)。通過(guò)使用直尺、細(xì)線(xiàn)等工具對(duì)靠背的部分關(guān)鍵尺寸進(jìn)行實(shí)地測(cè)量和記錄，同時(shí)使用相機(jī)拍攝靠背的界面形態(tài)圖片，利用CAD對(duì)三個(gè)視角上的形態(tài)示意圖進(jìn)行繪制。

2.1 雙靠背正面形態(tài)

從正面看雙靠背辦公椅的椅背呈中部略凹，兩邊略凸的曲面形態(tài)，雙靠背主視圖示意圖如圖1所示。這種曲面形態(tài)使人坐在上面有一種被包裹的感覺(jué)，讓背部與椅背表面充分接觸，增大了腰背與椅背的接觸面積。在承受同等重量的情況下，這樣的曲面形態(tài)有利于減小背部壓力。合理的靠背尺寸設(shè)計(jì)能夠提高人體的坐姿舒適性，通過(guò)研究對(duì)靠背尺寸的測(cè)量，結(jié)果顯示，雙背椅靠背寬度大致在420～480mm之間，靠背長(zhǎng)度在400～460mm之間，兩靠背間距在30mm左右，單個(gè)靠背寬度在200～230mm之間[8]。

■圖1 雙靠背主視圖參數(shù)示意圖

2.2 側(cè)面輪廓形態(tài)分析

雙背椅的椅背側(cè)面輪廓形狀符合人體脊柱彎曲形態(tài)，近似為S形，考慮的因素也較多，包括腰部側(cè)視弧線(xiàn)、背部側(cè)視弧線(xiàn)、腰部突出點(diǎn)高度、腰部側(cè)視凸出量等。為了能夠較為清晰明確地表示出雙靠背辦公椅的靠背形態(tài)與關(guān)鍵尺寸，筆者將靠背的側(cè)面輪廓形態(tài)近似為上下兩段圓弧相切形成的曲線(xiàn)，如圖2所示。由于腰部曲線(xiàn)相較于背部曲線(xiàn)更為明顯，是靠背形態(tài)最為主要的特征，因此本文重點(diǎn)研究腰部側(cè)面輪廓形態(tài)對(duì)人體舒適性的影響，將腰部突出點(diǎn)高度及腰部側(cè)視凸出量作為主要研究?jī)?nèi)容[9]。

■圖2 雙靠背側(cè)面輪廓形態(tài)參數(shù)示意圖

2.3 俯視輪廓形態(tài)分析

雙背椅的椅背俯視輪廓形狀較為復(fù)雜，包含背部和腰部的輪廓形態(tài)，由于腰部輪廓形態(tài)在整個(gè)椅背設(shè)計(jì)中是最為明顯的設(shè)計(jì)特征，因此文章主要針對(duì)腰部俯視輪廓形態(tài)進(jìn)行了分析研究，主要包括以下兩個(gè)設(shè)計(jì)要素：外邊緣圍合弧度及腰部橫向內(nèi)凹的深度，為了便于確定和描述雙背椅靠背的形狀及尺寸，將其俯視輪廓形態(tài)以如下示意圖3來(lái)進(jìn)行表示，將椅背中部近似為平直形態(tài)，重點(diǎn)研究外邊緣圍合弧度和腰部橫向內(nèi)凹深度對(duì)人體舒適性的影響[10]。

■圖3 雙靠背俯視輪廓形態(tài)參數(shù)示意圖

3 實(shí)驗(yàn)研究

由于文章篇幅所限，本文主要針對(duì)上述研究?jī)?nèi)容之一的腰部側(cè)視凸出量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究及分析，目的是探討腰部側(cè)視凸出量與靠背舒適度之間的影響關(guān)系。

3.1 實(shí)驗(yàn)方法

主要采用體壓分布測(cè)量法和舒適度主觀評(píng)價(jià)法。依據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)在實(shí)驗(yàn)座椅上模擬出不同形態(tài)特征的靠背模型，調(diào)整座椅基本尺寸。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中記錄被試者在靜態(tài)坐姿下對(duì)人體各部位舒適度的評(píng)分，并運(yùn)用美國(guó)的Tactilus4.0人體壓力分布測(cè)量系統(tǒng)采集各項(xiàng)體壓分布指標(biāo)。最后利用EXCEL將主客觀實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和處理，討論靜態(tài)坐姿下靠背的腰部側(cè)視凸出量與舒適度之間的關(guān)系，從而為雙靠背形態(tài)的舒適性設(shè)計(jì)提供參考。

3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

將背部側(cè)視弧度近似為平直形態(tài)，對(duì)雙靠背腰部側(cè)視凸出量進(jìn)行分析和歸納，將腰部側(cè)視弧度半徑設(shè)置為R=170mm，腰部凸出點(diǎn)高度為160mm的定量，比較腰部側(cè)視凸出量分別為：20mm、40mm、60mm、80mm時(shí)對(duì)人體坐舒適性的影響，如圖4所示。實(shí)驗(yàn)座椅模型幾何尺寸參數(shù)一致，分別為座高430mm、靠背距座面高480mm、靠背長(zhǎng)445mm、靠背寬430mm、靠背間距30mm。

■圖4 腰部側(cè)視凸出量參數(shù)示意圖

3.3 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

本實(shí)驗(yàn)選擇不同性別的正常體型的13位受試者，其中男生7人，女生6人，受試者均無(wú)腰椎性疾病，身體健康。體型判斷標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)目前國(guó)際上常用于衡量人體胖瘦程度以及是否健康的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，即身體質(zhì)量BMI(Body Mass Index)指數(shù)。其中，BMI<18.5為偏瘦體型，18.5≦BMI≦23.9為正常體型，BMI≧23.9為偏胖體型。

3.4 數(shù)據(jù)分析

3.4.1 腰部側(cè)視凸出量對(duì)壓力分布指標(biāo)的影響

座椅舒適性的影響可以通過(guò)壓力分布的變化來(lái)體現(xiàn)。對(duì)體壓分布測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以腰部側(cè)視凸出量為橫坐標(biāo)，各體壓分布指標(biāo)均值為縱坐標(biāo)繪制折線(xiàn)圖，得到腰部側(cè)視凸出量變化與體壓分布指標(biāo)的關(guān)系，如圖5所示。從圖5中可以看出，隨著腰部側(cè)視凸出量的增加，靠背的最大壓力和平均壓力都呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，且在腰部側(cè)視凸出量20mm處，平均壓力和最大壓力都取得最小值，結(jié)合體壓分布圖像圖6可知，腰部側(cè)視凸出量為20mm時(shí)，受試者腰部懸空，未能與靠背充分接觸，腰部支撐力不足，導(dǎo)致靠背與肩胛骨下端接觸的部位出現(xiàn)最大壓強(qiáng)，腰背部整體接觸面積也最小，此時(shí)靠背對(duì)腰部的承托力最弱，舒適感較低。當(dāng)凸出量為40mm時(shí)，受試者腰背部較于20mm時(shí)明顯得到了有效支撐，接觸面積取得最大值，結(jié)合體壓分布圖像分析，此時(shí)的人體腰背部受力均勻，靠背對(duì)人體背部承托作用較強(qiáng)，舒適度有所提高。當(dāng)側(cè)視凸出量為60～80mm時(shí)，最大壓力和平均壓力均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，接觸面積則隨著側(cè)視凸出量的增加而減小，表明當(dāng)腰部側(cè)視凸出量過(guò)大時(shí)，會(huì)造成人體腰背部局部壓力過(guò)大，壓力分布不合理，舒適感降低。

■圖5 腰部側(cè)視凸出量與各體壓分布指標(biāo)關(guān)系圖

■圖6 靠背壓力分布

3.4.2 腰部側(cè)視凸出量對(duì)主觀舒適度

指標(biāo)的影響統(tǒng)計(jì)計(jì)算得出腰部及其靠背整體舒適度評(píng)分均值，如圖7所示。從圖中可以看出，隨著腰部側(cè)視凸出量的增加，腰部舒適感和腰部貼合感都呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，且均在凸出量為20mm時(shí)取得最小值，在40mm時(shí)取得最大值，同時(shí)，兩者之間存在明顯的變化，說(shuō)明20mm的側(cè)視凸出量相較于40mm的來(lái)說(shuō)，與人體腰部吻合度較差，不足以給腰部提供足夠的支撐，此時(shí)的側(cè)視凸出量關(guān)系為20mm<80mm<60mm<40mm。就腰部受力感而言，腰部側(cè)視凸出量的關(guān)系是20mm<80mm<40mm<60mm，凸出量為40和60mm時(shí)，腰部受力感較強(qiáng)，靠背對(duì)腰部的承托作用較好?？勘痴w舒適度評(píng)價(jià)從高到低的側(cè)視凸出量關(guān)系為20mm<80mm<60mm<40mm，其中側(cè)視凸出量為20mm的整體舒適度評(píng)價(jià)較差，此時(shí)的靠背形態(tài)趨近于平直狀態(tài)，無(wú)法和人體腰背部充分接觸，而40mm時(shí)的側(cè)視凸出量更吻合于人體腰部曲線(xiàn)。

■圖7 主觀舒適度評(píng)價(jià)圖

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)雙背椅的實(shí)地測(cè)量與調(diào)研，采用示意圖的形式對(duì)雙背椅的靠背形態(tài)進(jìn)行了較為具體分析研究，歸納提煉出四個(gè)影響靠背形態(tài)設(shè)計(jì)的主要因素，分別是側(cè)面輪廓形態(tài)中的腰部突出點(diǎn)高度和腰部側(cè)視凸出量以及俯視輪廓形態(tài)中的外邊緣圍合弧度和腰部橫向內(nèi)凹深度。同時(shí)文章通過(guò)具體實(shí)驗(yàn)，研究了腰部側(cè)視凸出量對(duì)體壓分布和主觀舒適度評(píng)價(jià)的影響，研究表明，體壓分布測(cè)試結(jié)果與主觀評(píng)價(jià)結(jié)果相一致，當(dāng)側(cè)視凸出量為40mm時(shí)，椅背的整體舒適度最好。