飛機客艙工業(yè)設(shè)計要素分析和設(shè)計方法研究

楊莉，羅嘯宇

（上海飛機客戶服務(wù)有限公司工業(yè)設(shè)計所，上海200241）

0 引 言

我國商用飛機經(jīng)過艱難曲折的研制歷程，近年來取得了突破性進展。ARJ21-700支線客機安全運營，載客數(shù)量、交付數(shù)量持續(xù)增長；C919大型客機首飛成功，試飛驗證工作進展順利，即將交付首家航空公司；CR929寬體客機研制穩(wěn)步推進。但國內(nèi)對商用飛機客艙工業(yè)設(shè)計的研究較少，可參考的成功案例不多。就目前所查得的文獻資料顯示，陸崢［1］是國內(nèi)較早對客機座椅進行造型和色彩研究的人員之一。此后，左恒峰等［2］、伍志湘［3］分別從造型、色彩、材質(zhì)等方面對客艙內(nèi)裝飾進行了研究；許為等［4］、汪洋等［5］對客艙內(nèi)的人機因素進行了分析；徐江華［6］和李虹等［7］分別對客艙設(shè)備的安全性進行了研究；裴卉寧［8］、許松林等［9］、郭天鵬等［10］對客艙的舒適性進行了研究。國產(chǎn)商用飛機進入市場的時間不長，尚未建立起完備的商用飛機工業(yè)設(shè)計技術(shù)體系和標準規(guī)范。而國外飛機工業(yè)設(shè)計技術(shù)已相當成熟，波音、空客等都設(shè)有獨立的公司專門進行工業(yè)設(shè)計，形成了完備的工業(yè)設(shè)計技術(shù)體系和標準規(guī)范［11-13］。

本文在研究飛機客艙工業(yè)設(shè)計內(nèi)涵和發(fā)展的基礎(chǔ)上，分析安全性、舒適性、經(jīng)濟性與舒適性的平衡和CMF（Color，Material&Finishing）設(shè)計要素，結(jié)合多種設(shè)計方法，設(shè)計某寬體飛機客艙。

1 飛機客艙工業(yè)設(shè)計的發(fā)展

1.1 工業(yè)設(shè)計的定義

工業(yè)設(shè)計起源于英國的工業(yè)革命，1919年德國魏瑪市成立的“公立包豪斯學?！保˙auhaus）標志著世界第一所設(shè)計教育學校的誕生［14］。工業(yè)設(shè)計發(fā)展迅速，其定義一直在迭代、演進，2015年國際工業(yè)設(shè)計聯(lián)合會（The International Council of Soci‐eties of Industrial Design，簡稱ICSID）更名為國際設(shè) 計 組 織（World Design Organization，簡 稱WDO），第四次對工業(yè)設(shè)計定義進行了更新。工業(yè)設(shè)計是一種戰(zhàn)略性解決問題的過程，通過創(chuàng)新產(chǎn)品、系統(tǒng)、服務(wù)和體驗來引領(lǐng)創(chuàng)新，促進商業(yè)成功，并提供更高質(zhì)量的生活。此次定義與前幾次定義的不同之處在于，把追求創(chuàng)新與促進商業(yè)成功明確為工業(yè)設(shè)計的本質(zhì)屬性。工業(yè)設(shè)計架起了需要與可實現(xiàn)之間的橋梁，把創(chuàng)新、技術(shù)、商業(yè)、研究及消費者緊密聯(lián)系在一起，共同創(chuàng)造，共同解決問題，旨在創(chuàng)造一個更美好的世界［15］。

1.2 飛機客艙工業(yè)設(shè)計的內(nèi)涵

飛機客艙工業(yè)設(shè)計是對飛機客艙內(nèi)部空間和設(shè)施設(shè)備的結(jié)構(gòu)、形態(tài)、材料、色彩、表面處理等，從安全、功效、經(jīng)濟、藝術(shù)、環(huán)保的角度給予綜合處理，營造美觀、時尚、舒適、溫馨的客艙環(huán)境，塑造飛機主制造商的品牌形象，增強飛機的市場競爭力。

1.3 發(fā)展歷程概述

波音公司開創(chuàng)了飛機客艙工業(yè)設(shè)計的先河。1956年，美國設(shè)計師沃爾特·提格根據(jù)人機工程學原理，模擬飛行中的座椅、廚房、燈光和色彩等，設(shè)計了B707的客艙，使之成為當時最舒適的商用飛機［16］。20世紀60年代，美國著名的工業(yè)設(shè)計師羅維對總統(tǒng)專機B707“空軍一號”的客艙進行改進，深得肯尼迪夫婦喜愛。同期，波音通過對座椅、行李箱、天花板等相關(guān)設(shè)備的設(shè)計，使B737客艙變得美觀、時尚、舒適，緩解了乘客飛行途中的無聊與疲勞。B737短程客機成為經(jīng)濟性、舒適性的典型代表，已延續(xù)至今。

現(xiàn)在波音和空客的客艙工業(yè)設(shè)計已經(jīng)非常成熟，B737、B777、B787、A 330、A 350、A 380等客艙深受乘客喜愛。工業(yè)設(shè)計使飛機客艙向個性化、定制化發(fā)展，除航線客機外，通過改裝飛機，出現(xiàn)了私人飛機、公務(wù)機、醫(yī)療救援機、體育運動機、空中攝影機等。

2 飛機客艙工業(yè)設(shè)計的要素分析

2.1 安全性要素分析

安全性是客艙的首要屬性，旨在有效保護艙內(nèi)人員免受傷害，一旦發(fā)生飛行事故，增加逃生時間并幫助人員快速撤離飛機，減少人員傷亡［17-18］。造成客艙不安全的因素主要有物（飛機及機載設(shè)備）的狀態(tài)或結(jié)構(gòu)被破壞、物（艙內(nèi)設(shè)施）的設(shè)計不合理、人（塔臺人員、駕駛員、機組人員及乘客等）的不當行為或失誤和不利的環(huán)境（天氣等）。通過設(shè)計對不安全的因素進行提前預防，有效降低不安全事故的發(fā)生率。如設(shè)計合理的應急通道數(shù)量與位置、座椅間距、通道寬度等，可視化的應急設(shè)備（應急門手柄等）、鮮明的標識標志（出口指示）等，以保障人在緊急情況下易于操作，節(jié)省逃生時間；同時又要預防這些設(shè)備被乘客誤操作。這就要求設(shè)計時要充分考慮操作的邏輯性、警示性，杜絕乘客誤操作行為的發(fā)生。還要避免因不恰當?shù)脑煨蛯Τ丝驮斐蓚?，如在人員活動區(qū)域不應出現(xiàn)硬質(zhì)突出或尖角物等，以免飛機加速、減速和顛簸過程中的慣性沖擊對人體造成撞傷等。

2.2 舒適度要素分析

客艙舒適度的感知因人而異，視覺、觸覺、聽覺、嗅覺、文化、審美等多種因素影響著乘客對舒適度的評價［8-10，19-21］?？团撌孢m度一般分為環(huán)境舒適度、設(shè)備舒適度和心理舒適度三種。環(huán)境舒適度是指客艙空間的大小、艙內(nèi)噪聲、照明、壓強、溫度、濕度、氣味及風速風量等給乘客的感知程度。設(shè)備舒適度是指艙內(nèi)設(shè)備功能如座椅、娛樂單元、公共吧臺、WIFI、電源插口、閱讀燈、舷窗、行李箱等給乘客的體驗程度。心理舒適度是指客艙空間及設(shè)備的造型、色彩、色塊、圖案、紋理、亮度、材質(zhì)等給乘客的內(nèi)在感受。應客觀地對舒適度進行分析，獲取設(shè)計依據(jù)。

2.3 經(jīng)濟性與舒適性的平衡要素分析

客艙的經(jīng)濟性和舒適性是乘客、航空公司和飛機主制造商共同關(guān)注的焦點，如何滿足乘客和航空公司各自的需求，平衡好客艙的經(jīng)濟性和舒適性之間的關(guān)系［22］，是設(shè)計者必須重點考慮的問題之一。

一是合理的客艙座位布局。座位布局應主要考慮客艙擁擠度。乘客人均面積AS越大，客艙的擁擠度就越低，能享受的服務(wù)設(shè)施和服務(wù)水準越高，其乘坐的舒適度評價CL就越好。某型飛機的三艙布局如圖1所示，頭等艙每排4座，商務(wù)艙每排6座，經(jīng)濟艙每排9座。

圖1 某型飛機的三艙布局Fig.1 The three-cabin layout of a certain aircraft

式中：AS為人均面積；CL為舒適度評價；TP為票價；NU為購買人數(shù)。

二是考慮座椅空間。座椅排距D越大，座椅寬度W越大，座椅靠背可調(diào)節(jié)角度α越大，乘客在座位上的活動空間就越大，乘坐的舒適度評價CL就越好。但是，座椅空間越大，同一艙位內(nèi)能容納的座位數(shù)就越少，對航空公司的盈利不利。

三是客艙設(shè)備配置程度。由于智能化、信息化技術(shù)的迅速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)及其衍生產(chǎn)品的普及，人與機上智能產(chǎn)品、信息產(chǎn)品之間的關(guān)系已日趨緊密，尤其是客艙娛樂單元，深受年輕一代的喜愛。娛樂方式的多樣化、機上網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)配置程度、設(shè)備智能程度等，可選的情景模式越多，定制化程度越高，舒適度的評價就越好，但相應的設(shè)備制造成本、運營成本也就越高。

針對不同航空公司、不同航線的需求，對座椅布局、座椅空間、設(shè)備配置等進行綜合考慮，找準經(jīng)濟性與舒適性之間的平衡點，既保證航空公司的經(jīng)濟收益，又使乘客獲得較高的乘坐舒適度。

2.4 CMF設(shè)計要素分析

CMF是表面材質(zhì)設(shè)計的綜合體現(xiàn)，包括色彩、材料和表面處理三方面。客艙內(nèi)的色彩設(shè)計應遵循如下基本原則：（1）客艙內(nèi)整體色調(diào)應統(tǒng)一，色彩種類不應太雜，宜以中性色調(diào)為主，以上淺下深為原則；（2）應減少高飽和度或高對比度的色彩應用，以免造成視覺壓迫；（3）應避免相關(guān)國家、地區(qū)和民族所忌諱的色彩；（4）關(guān)注流行色的運用，體現(xiàn)時尚性；（5）選用色卡時盡可能參考國際通用標準及行業(yè)通用標準，如潘通色卡（Pantone）、聯(lián)邦色卡（FED-STD）、勞爾色卡（RAL）等。

客艙內(nèi)所用材質(zhì)應具備輕量性、阻燃性和低VOC揮發(fā)的特性，常用材質(zhì)主要有金屬、織物、皮革、聚碳酸酯、聚氟乙烯和油漆等。相同的材質(zhì)、造型和色彩，會因為不同的表面處理方式呈現(xiàn)出不同的裝飾效果。艙內(nèi)材質(zhì)常用的表面處理方式及適用范圍如表1所示。

表1 艙內(nèi)材質(zhì)表面處理方式及其適用范圍Table 1 Surface processing methods of interior material and their application scopes

3 客艙工業(yè)設(shè)計的方法

工業(yè)設(shè)計的方法很多，結(jié)合國產(chǎn)商用飛機的研制特點和現(xiàn)狀，介紹以下三種方法用于客艙工業(yè)設(shè)計。

3.1 借鑒設(shè)計法

他山之石，可以攻玉；他人之事，我事之師。借鑒某一產(chǎn)品或某一領(lǐng)域的原理、功能、結(jié)構(gòu)、造型、文化等運用到另一產(chǎn)品或另一領(lǐng)域上進行設(shè)計便是借鑒設(shè)計。借鑒并非簡單的抄襲或模仿，而是將技術(shù)與原理進行推廣和運用。通過參考已有的設(shè)計，在另一產(chǎn)品或另一領(lǐng)域進行創(chuàng)新再設(shè)計，獲得新的活力。

目前，波音與空客的客艙工業(yè)設(shè)計水平全球領(lǐng)先，而我國飛機客艙的工業(yè)設(shè)計剛剛起步，學習、借鑒波音與空客的客艙工業(yè)設(shè)計經(jīng)驗，融入中國設(shè)計元素與創(chuàng)意，創(chuàng)新設(shè)計，將有助于快速提高國產(chǎn)商用飛機客艙工業(yè)設(shè)計水平。部分寬體客機座椅的空間數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 部分寬體客機座椅的空間數(shù)據(jù)Table 2 Seat space data of some wide-body airliners

3.2 感性工學設(shè)計法

感性工學（Kansei Engineering）起源于日本，是一種將用戶的感受和意向轉(zhuǎn)化為設(shè)計要素的轉(zhuǎn)譯技術(shù)［23］。感性工學設(shè)計法將人的感受和意向與產(chǎn)品的本質(zhì)屬性相結(jié)合，以特定物的功能、造型、色彩、圖案、材質(zhì)等反映人的情感、興趣，詮釋以人為本的設(shè)計理念。

飛機客艙內(nèi)部空間狹小、人員密度高、坐姿時間長、活動限制多、相互干擾大。因此客艙工業(yè)設(shè)計時采用感性工學設(shè)計法，在保證客艙基本功能的基礎(chǔ)上，根據(jù)人的感官體驗，分析坐姿習慣、活動規(guī)律及興趣愛好等，逐層分析、研究、設(shè)計客艙設(shè)施造型、色彩、材質(zhì)等細節(jié)特征，使人的生理需求和精神追求得到滿足和尊重。對行李箱、座椅、儲物柜、盥洗室、廚房等的使用特性進行工學分析，其中行李箱高度、入座高度、過道寬度、座椅寬度等以成年男性的P95（第95百分位數(shù)）尺寸作為參照標準，如圖2所示。采用成年男性的P50作為參照標準，設(shè)計高度與角度可調(diào)的多段位可變座椅頭靠等。同時注重色彩、氣味、干擾和隱私等特征，最大限度地滿足不同身高、不同體型及不同興趣的乘客的生理需求和心理需求，并獲得良好的舒適體驗。

圖2 客艙感性工學分析示意圖Fig.2 The schematic diagram of kanseiengineering analysis in cabin

3.3 虛擬現(xiàn)實設(shè)計法

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱VR）是一項全新的設(shè)計、展示方法，集計算機圖形學、數(shù)字圖像處理、傳感器技術(shù)、多媒體技術(shù)等多個信息技術(shù)于一體，通過計算機生成一種虛擬環(huán)境，實現(xiàn)人機交互，使人如臨其境［24］。

飛機客艙是乘客空中活動和休息的全部區(qū)域。通過虛擬現(xiàn)實設(shè)計法，首先將客艙的內(nèi)部空間和設(shè)施設(shè)備通過計算機生成逼真的集視、聽、觸覺等于一體的特定范圍的虛擬環(huán)境，然后借助設(shè)備，人進入這個環(huán)境，移情意境，與場景中的設(shè)備進行互動，感受客艙的每一個細節(jié)。如體驗艙內(nèi)行徑路線、情景燈光、娛樂單元、行李的放取、座椅的躺放、盥洗室的使用、舷窗外的景色等。

虛擬現(xiàn)實設(shè)計法具有直觀性、交互性和真實性的特點，把客艙空間的層次、造型、色彩、照明及設(shè)施設(shè)備的造型、功能、色彩、質(zhì)感、光影等真實地表達出來，最大限度地將客艙信息傳遞給航空公司和乘客，縮短客艙的設(shè)計周期并降低研制費用。

4 設(shè)計案例

隨著中國經(jīng)濟持續(xù)高速發(fā)展和國際地位的提升，越來越多的人選擇越洋飛行，300座級的飛機需求日益增加。因此本文設(shè)計某雙通道寬體飛機，以300座級為基礎(chǔ)，采用借鑒設(shè)計法，充分考慮航空公司的經(jīng)濟性和不同層次的乘客需求，確定客艙的客座數(shù)及座位布局，如圖3所示。按照乘坐舒適度由高到低的順序，劃分為頭等艙、公務(wù)艙和經(jīng)濟艙三艙，共281座。各艙位的座位數(shù)、排列方式、座椅排距、寬度及椅背調(diào)節(jié)角度如表3所示。

圖3 某型飛機客艙布局Fig.3 The layout of an airliner cabin

表3 某型飛機座椅的相關(guān)數(shù)據(jù)Table 3 Seat data of an airliner cabin

布局確定后，以“簡約、舒適、品質(zhì)、科技”為設(shè)計理念，以“自然、溫馨、現(xiàn)代”為設(shè)計風格，以“平衡、和諧、硬朗、激昂”為設(shè)計語言，充分考慮安全性、舒適性、經(jīng)濟性及市場流行趨勢，運用感性工學設(shè)計法，對造型、色彩、材質(zhì)進一步設(shè)計?？团摽臻g造型采用簡潔、平衡、對稱的柔性線條，飽滿流暢的曲面作為主要造型元素，將天花板、行李箱和側(cè)壁板融為一體，引導乘客視線縱向延伸，弱化結(jié)合處產(chǎn)生的割裂感，提升客艙整體空間感。整體造型硬朗，柔中帶剛，富有層次感。同時融入主制造商文化，突出主制造商品牌。配色以冷色為主，白、灰搭配，對比鮮明，傳遞科技信息。對稱圓潤的白色穹頂，隔熱、隔音、防紫外線的電子舷窗，深灰色的底部通風口，耐臟易清理的深色地毯等，配以不同模式的情景燈光，營造出優(yōu)雅、溫馨、靜謐、時尚的高品質(zhì)空間。

座椅是乘客在機上使用的主要設(shè)施，乘客空中的休息、娛樂與進餐均在座椅上進行。針對不同層次的乘客進行不同的定位分析，設(shè)計高貴典雅的頭等艙座椅，睿智質(zhì)感的商務(wù)艙座椅和溫馨舒適的經(jīng)濟艙座椅。機上配備WIFI、USB接口、電源插口等，豐富旅途活動。娛樂功能豐富多彩，界面采用扁平化設(shè)計，主界面采用水平分割形式，具有較強的視覺穩(wěn)定性，給人平靜安穩(wěn)的感覺。主推薦模塊利用橫向滑動的卡片式設(shè)計，起到清晰明確的引導作用，語言切換界面國際化，布局清晰，富有邏輯，方便操作。

團隊采用法國Lumiscaphe公司生產(chǎn)的Patch‐work 3D軟件主程序、Patchwork SD ACCEL VR模塊和VR頭盔，通過5G網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計師在云端與航空公司人員交流互動并設(shè)計渲染，頭等艙、商務(wù)艙和經(jīng)濟艙的效果如圖4~圖6所示。

圖4 頭等艙效果圖Fig.4 The effect drawing of the first class

圖5 公務(wù)艙效果圖Fig.5 T he effect drawing of the business class

圖6 經(jīng)濟艙效果圖Fig.6 The effect drawing of the economy class

5 結(jié) 論

（1）安全性、舒適性、經(jīng)濟性與舒適性的平衡和CMF設(shè)計要素既是進行飛機客艙工業(yè)設(shè)計時必須重點考慮的因素，也是評估客艙工業(yè)設(shè)計方案符合性指標的重要組成部分。本文通過某型寬體飛機客艙的工業(yè)設(shè)計，驗證了四個要素的合理性和必要性。

（2）本文采用的借鑒設(shè)計法、感性工學設(shè)計法和虛擬現(xiàn)實設(shè)計法是適用的、可行性的，已應用于寬體客機、公務(wù)機和醫(yī)療機設(shè)計，可進一步向其他機型推廣。