公共交通工具的吊環(huán)拉手設(shè)計(jì)研究

徐芷君　倉詩建

關(guān)鍵詞：公共交通工具;吊環(huán)拉手;多用戶;優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U469.13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編碼：1672-7053（2022）02-0069-03

我國城市公共交通系統(tǒng)運(yùn)營以地鐵和公交車為主，在地鐵和公交車中，吊環(huán)拉手是不可或缺的一部分，它可有效地保障乘車人員的安全，國內(nèi)許多研究者對(duì)公共交通工具的扶手設(shè)計(jì)展開深入研究。例如，王富宇等通過對(duì)扶手固定點(diǎn)的受力分析提出了松動(dòng)扶手的改進(jìn)措施;賈振崗研究了北京軌道交通十六號(hào)線的內(nèi)飾扶手設(shè)計(jì)及安裝工藝，對(duì)深化車輛內(nèi)飾扶手的設(shè)計(jì)及安裝的便利性提供了一定參考;周強(qiáng)等應(yīng)用有限元仿真試驗(yàn)研究扶手桿的幾何設(shè)計(jì)參數(shù)，探討了該參數(shù)對(duì)鋁合金扶手桿強(qiáng)度的影響，為未來扶手的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù);姚望等分析了地鐵乘客站姿的無意識(shí)動(dòng)作和抓握行為，從而提出一種符合乘客群體無意識(shí)需求的扶手及抓握件的改良設(shè)計(jì)方案;李振陽等通過對(duì)車輛立柱扶手的強(qiáng)度分析來驗(yàn)證立柱扶手強(qiáng)度是否能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求;吳霞等通過人機(jī)關(guān)系對(duì)地鐵吊環(huán)拉手進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，為形態(tài)設(shè)計(jì)提供了可參考的依據(jù)。盡管這些學(xué)者從各個(gè)視角研究和分析了車輛扶手，特別是立柱扶手，但對(duì)多用戶吊環(huán)拉手的研究仍有欠缺。研究的主要目的是在傳統(tǒng)吊環(huán)拉手的基礎(chǔ)上，優(yōu)化吊環(huán)的設(shè)計(jì)形態(tài)，基于“多抓位”和“不碰頭”的設(shè)計(jì)原則，提出一種新型多用戶吊環(huán)拉手的設(shè)計(jì)方案。

1國內(nèi)外吊環(huán)拉手現(xiàn)狀

1.1國外吊環(huán)拉手現(xiàn)狀

由于受到人文因素和社會(huì)環(huán)境的影響，國外交通工具的吊環(huán)拉手造型存在著很大差異。日本地鐵車廂里的吊環(huán)拉手分布在車廂兩側(cè)的座位上方，多為圓環(huán)狀。這樣布置吊環(huán)拉手的目的一是照顧婦女、老人和夠不著橫桿的人，二是讓無座的乘客盡量靠著車廂兩側(cè)站立，留出背后的空間讓上下車的乘客通行。意大利都靈45路公交車中的吊環(huán)拉手就采用了三角樣式的吊環(huán)，安裝時(shí)采用結(jié)實(shí)的織帶穿過橫桿的固定限位，具有較強(qiáng)的靈活性。整體上，國外交通工具的吊環(huán)拉手設(shè)計(jì)根據(jù)城市發(fā)展需求靈活設(shè)計(jì)，在形態(tài)上呈現(xiàn)出多樣化。另外，國外交通工具的吊環(huán)拉手設(shè)計(jì)時(shí)很注重與創(chuàng)意廣告的結(jié)合，通過其有趣的廣告形式來增加吊環(huán)拉手的附加值。

1.2國內(nèi)吊環(huán)拉手現(xiàn)狀

隨著我國城鎮(zhèn)化率的不斷提高，交通擁堵的問題日益突出，越來越多的人選擇地鐵和公交車出行。國內(nèi)地鐵和公交車的吊環(huán)拉手一般安置在與車廂運(yùn)行方向一致的橫桿上，其布置呈“一”字分布。單個(gè)吊環(huán)之間的間距，各個(gè)城市、各種車型各有不同，有待標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。地鐵和公交車吊環(huán)拉手的形態(tài)與國外相比，設(shè)計(jì)相對(duì)單一。目前國內(nèi)交通工具的吊環(huán)拉手有四方型、三角形、橢圓形等。雖然國內(nèi)吊環(huán)拉手也注重與廣告相結(jié)合，但是廣告的創(chuàng)意和質(zhì)量與國外相比過于低下。由于我國城市人口眾多，地鐵和公交車上的吊環(huán)拉手不能達(dá)到乘客的需求，特別是在上下班高峰期。為了適應(yīng)高峰客流量的需求，有必要優(yōu)化吊環(huán)拉手的形態(tài)設(shè)計(jì)，提高乘客乘坐地鐵和公交車的安全性。

2公共交通工具的吊環(huán)拉手設(shè)計(jì)原則

基于國內(nèi)公共交通工具吊環(huán)拉手的現(xiàn)狀分析，明確目前吊環(huán)拉手亟待解決的問題。在此基礎(chǔ)上，文章在考慮地鐵環(huán)境靜態(tài)與動(dòng)態(tài)時(shí)，提出“多抓位”和“不碰頭”的設(shè)計(jì)原則，為吊環(huán)拉手設(shè)計(jì)提供了新的思路。

2.1多抓位原則

在國內(nèi)大中型城市，盡管大部分車廂內(nèi)設(shè)有便于乘客抓握的吊環(huán)拉手，但是在客流量較大的早晚高峰期，仍無法解決扶手供不應(yīng)求的問題。以北京地鐵為例，北京地鐵全網(wǎng)日均客流總量約為400萬人次，全網(wǎng)平均日客流強(qiáng)度為2.18萬人次/公里。就各線路客流強(qiáng)度來說，最大的為2號(hào)線，高達(dá)到4.06萬人次/公里。在高強(qiáng)度的客流量下，不論是地鐵還是公交車都處于超負(fù)荷運(yùn)載狀態(tài)，如何最大限度地保證乘客抓住吊環(huán)拉手，以免發(fā)生踩踏和摔倒事故是當(dāng)前亟待解決的問題。因此在設(shè)計(jì)過程中，現(xiàn)有吊環(huán)拉手需在形態(tài)上進(jìn)行空間改造，例如三棱錐、四棱錐等形態(tài)在吊環(huán)中的使用，使吊環(huán)從單一的抓握方式轉(zhuǎn)變?yōu)榭臻g上的合理利用，通過形態(tài)結(jié)構(gòu)來增加抓位，并在橫桿上每隔200mm左右布置一個(gè)吊環(huán)拉手，從而盡可能的為乘客提供更多抓位。

2.2不碰頭原則

城市公共交通工具采用橫桿扶手和立桿扶手時(shí)容易發(fā)生“碰頭”現(xiàn)象，也就是乘客在車廂內(nèi)移動(dòng)的時(shí)候，頭部容易撞到高處的吊環(huán)拉手。不采用吊環(huán)拉手的車廂通常把橫桿扶手的高度調(diào)至到一個(gè)合適的位置，也就是比裝有吊環(huán)拉手車廂的橫桿更低。目前國內(nèi)交通工具生產(chǎn)商在設(shè)置吊環(huán)拉手高度時(shí)，參考的乘客身高標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)主要是GB10000—1988。吊環(huán)拉手設(shè)計(jì)通常采取18～60歲中第95個(gè)百分位男性人體尺寸作為乘客上限高度（1775mm），第50個(gè)百分位人體尺寸作為乘客下限高度（1678mm）;18～55歲中第95個(gè)百分位女性人體尺寸作為乘客上限高度（1659mm），第50個(gè)百分位人體尺寸作為乘客下限高度（1570mm），吊環(huán)拉手的高度若設(shè)置在車廂地板上方的1600mm處時(shí)，極易發(fā)生碰頭現(xiàn)象。

3公共交通工具中的吊環(huán)拉手設(shè)計(jì)實(shí)踐

3.1設(shè)計(jì)定位

與國外一樣，我國公共交通工具中老、幼、病、殘的座位會(huì)單獨(dú)設(shè)立，此類人群基本不用吊環(huán)拉手，而且身高1.3m以下的兒童也不適合使用吊環(huán)拉手，所以將吊環(huán)拉手的目標(biāo)人群定位在身高1.3m以上的青少年及中年人。為進(jìn)一步貼合乘客需求，在造型、結(jié)構(gòu)和整體布置上考慮乘客體驗(yàn)，圍繞以下三點(diǎn)對(duì)傳統(tǒng)吊環(huán)拉手進(jìn)行改良設(shè)計(jì)：第一，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。針對(duì)乘客乘車的慣性，增加吊環(huán)拉繩進(jìn)行緩沖，減少因剎車或停車造成的事故。第二，方向的可變性。針對(duì)擁堵的車廂環(huán)境，增加吊環(huán)拉手的多方向性，使車內(nèi)乘客無需費(fèi)勁就能從不同方向抓到吊環(huán)拉手。第三，安裝的簡(jiǎn)易性。確保吊環(huán)拉手在安裝與后期維護(hù)上能夠更加的方便簡(jiǎn)易。

3.2設(shè)計(jì)思路

從人機(jī)參數(shù)來看，根據(jù)GB13094-2017《客車結(jié)構(gòu)安全要求》拉手應(yīng)至少有100mm的長度容納手部，拉手截面邊長最小尺寸應(yīng)該大于或等于20mm，最大邊長尺寸應(yīng)少于或等于45mm。同時(shí)，還要求兩個(gè)吊環(huán)拉手距地板間高度應(yīng)大于或等于800mm，小于或等于1950mm。假設(shè)只考慮人的身高（選擇18～60歲第95百分位男性身高1775mm和18～55歲第95百分位女性身高1659mm）與吊環(huán)拉手的關(guān)系，當(dāng)車廂內(nèi)的橫桿中心距地板面高度為1850mm時(shí)，為了不碰頭，用橫桿距地面的高度減去人的身高，則吊環(huán)拉手的適合高度應(yīng)為75～191mm，比現(xiàn)有吊環(huán)拉手長度尺寸（210mm左右）至少縮短19mm，一定程度上減少了吊環(huán)對(duì)乘客在車廂內(nèi)行走時(shí)的干擾。此外，吳霞等通過人體手部人機(jī)的分析，給出目前吊環(huán)拉手的建議手柄直徑為22～32mm，內(nèi)空寬度不小于89mm，手握部分內(nèi)寬不小于99mm，若手指分區(qū)，分區(qū)尺寸為25mm。對(duì)乘客站立區(qū)的每個(gè)位置應(yīng)配備吊環(huán)拉手。

從系統(tǒng)工程學(xué)來看，產(chǎn)品存在“人—機(jī)—環(huán)境”構(gòu)成，彼此相互作用、相互影響在特定目標(biāo)系統(tǒng)?；谌?、機(jī)、環(huán)境三大要素的關(guān)系，概括乘客和公共交通工具中吊環(huán)拉手使用過程間的三組關(guān)系，即“擁堵車廂一吊環(huán)拉手”“吊環(huán)拉手一夠不著橫桿的人”“吊環(huán)拉手—安裝和維護(hù)人員”，如圖1所示。通過分析這三組關(guān)系中存在的問題，可將吊環(huán)拉手的設(shè)計(jì)目標(biāo)具體化。

第一，“擁堵車廂—吊環(huán)拉手”。擁堵車廂是吊環(huán)拉手的使用環(huán)境，大部分站立乘客是通過車廂內(nèi)部的扶手來維持自身的穩(wěn)定。車廂高度、車廂內(nèi)部的橫桿高度、吊環(huán)拉手間的距離、吊環(huán)拉手的人機(jī)尺寸都將是影響產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要因素。方案設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮吊環(huán)拉手在車廂內(nèi)部的整體協(xié)調(diào)性。

第二，“吊環(huán)拉手—夠不著橫桿的人”。夠不著橫桿的人處于系統(tǒng)的核心位置，是吊環(huán)拉手的服務(wù)對(duì)象和最大受益者。吊環(huán)拉手的好壞直接關(guān)系到他們的安全性和舒適性。安全性主要是指吊環(huán)拉手在材質(zhì)選擇上是否結(jié)實(shí)穩(wěn)固;舒適性主要是指吊環(huán)拉手的尺寸是否符合人體手部的人機(jī)應(yīng)用范圍。

第三，“吊環(huán)拉手一安裝和維護(hù)人員”。安裝和維護(hù)人員處于使用系統(tǒng)的前期和后期，吊環(huán)拉手的易安裝程度和牢固程度將直接影響后期維護(hù)的效率與質(zhì)量。吊環(huán)拉手的固定配件在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)更多的將現(xiàn)有規(guī)范融入其中。

3.3設(shè)計(jì)呈現(xiàn)

根據(jù)前面分析，結(jié)合當(dāng)下車廂內(nèi)部擁堵的環(huán)境，從乘客角度對(duì)吊環(huán)的空間需求進(jìn)行多角度分析，從初步構(gòu)思到最后確定構(gòu)思方案，設(shè)計(jì)了一款新型三用戶吊環(huán)拉手。

三角架構(gòu)是多用戶拉手的核心。整體顏色上采用黃白、藍(lán)色、白灰的組合方式，以便適應(yīng)不同的車輛內(nèi)飾。在抓手位和固定處的選材上采用ABS塑料。為了增大拉手的摩擦力，在三角拉手上還添加了許多防滑痕，使乘客在車輛運(yùn)行不穩(wěn)時(shí)增大手部與拉手的摩擦力。吊繩采用TPU包膠織帶可使吊環(huán)拉手更加堅(jiān)實(shí)牢靠。與傳統(tǒng)的包膠織帶相比，TPU包膠織帶是在傳統(tǒng)的包膠織帶的基礎(chǔ)上包覆上一層TPU材質(zhì)，使織帶更具時(shí)尚美觀度、更結(jié)實(shí)、更耐用和更易清潔。為了使吊環(huán)能更牢固的綁定在橫桿上，可采用圓形包覆加雙層暗釘?shù)姆绞绞沟醐h(huán)牢固在橫桿上。整體造型從縱向來看為三棱錐形，橫向上看為倒角圓潤的三角型，讓人在視覺上會(huì)產(chǎn)生更加穩(wěn)定牢固的視覺感受，最終展示效果和使用場(chǎng)景如圖2所示。

為了保證在使用過程中的實(shí)用性與舒適性，三用戶吊環(huán)拉手的尺寸應(yīng)該在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，尺寸過大占據(jù)車廂過多的空間，尺寸過小導(dǎo)致手部肌肉易產(chǎn)生疲勞。因此，根據(jù)上文分析和GB13094-2017《客車結(jié)構(gòu)安全要求》，將三用戶吊環(huán)拉手的長度設(shè)為150mm，寬度為130mm，高度為175mm，扶手抓握部分為100mm，其三視圖如圖3所示。以18～60歲第95百分位的男性手寬尺寸（89mm）為依據(jù)，抓握部分尺寸比手掌尺寸大11mm，可以有效防止乘客兩手互觸的尷尬。在吊環(huán)拉手安裝時(shí)，安裝座的內(nèi)圈直徑應(yīng)與公共交通工具中常用橫桿直徑Φ32mm保持一致，所以設(shè)計(jì)方案中安裝座的內(nèi)圈直接為中32mm。

我國地鐵列車根據(jù)“體寬”可分為A、B、C三個(gè)型號(hào)，以一節(jié)A型地鐵車廂為例（22000mm×3000mm×3800mm），橫桿單件長度為2855mm，吊環(huán)拉手安裝間距若以第50百分位18～60歲男子的肩寬（306mm）為依據(jù)，則一根橫桿上可裝9個(gè)單用戶吊環(huán)拉手，一共提供9個(gè)抓位。在此基礎(chǔ)上，由于三用戶吊環(huán)拉手在形態(tài)上比單用戶吊環(huán)拉手更占空間，安裝間距采用第95百分位18～60歲男子的肩寬（403mm），一根橫桿上可裝6個(gè)三用戶吊環(huán)拉手，一共18個(gè)抓位，與同期單用戶吊環(huán)拉手相比能多一倍的抓位。當(dāng)車人數(shù)廂爆滿時(shí)，乘客的首位心理訴求是“需要抓位”，此時(shí)尷尬值會(huì)在擁堵環(huán)境下減少，因而提供更多抓位是保障人乘車安全的必要條件。當(dāng)車廂人數(shù)適中時(shí)，分為兩種情況：（1）一人使用三用戶吊環(huán)拉手與傳統(tǒng)單用戶使用區(qū)別不大;（2）兩至三人使用時(shí)，其中一人晃動(dòng)或沒站穩(wěn)，根據(jù)力的平衡原理站穩(wěn)的人可以將其穩(wěn)固，防止摔倒。

對(duì)于未來公共交通工具拉手的設(shè)計(jì)，這款新型多用戶吊環(huán)拉手方案有一定的參考價(jià)值。吊環(huán)拉手手握部分的三角樣式結(jié)構(gòu)能把傳統(tǒng)吊環(huán)拉手的“1V1”模式轉(zhuǎn)為新型吊環(huán)拉手的“1V3”模式，進(jìn)一步增強(qiáng)了吊環(huán)拉手的實(shí)用功能。任何產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí)，形式要追隨功能，造型和結(jié)構(gòu)必須相呼應(yīng)，因此這款新型多用戶吊環(huán)拉手在實(shí)用價(jià)值得到提高的同時(shí)，美觀度也得到了增加。在吊環(huán)拉手的安裝方式上，為了使乘客盡可能從多個(gè)方向握住拉手，三角拉手安裝時(shí)應(yīng)將一角正對(duì)車廂窗戶。在擁堵的車廂里，只需要乘客抬起手臂，就能夠抓到該方向的抓位，非常的靈活和便捷。

4結(jié)語

為了解決當(dāng)前公共交通工具中吊環(huán)拉手設(shè)計(jì)不合理、數(shù)量不足的問題，文章通過調(diào)研國內(nèi)外現(xiàn)有公共交通工具吊環(huán)拉手的現(xiàn)狀、分析吊環(huán)拉手在設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的設(shè)計(jì)原則，提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案。從乘客體驗(yàn)角度出發(fā)，通過對(duì)吊環(huán)拉手人機(jī)參數(shù)和使用過程的“人—機(jī)—環(huán)境”關(guān)系進(jìn)行分析;設(shè)計(jì)了一種適合我國大中型城市公共交通工具的吊環(huán)拉手。方案設(shè)計(jì)不僅考慮到產(chǎn)品對(duì)于乘客的使用方便性，同時(shí)也考慮到安裝人員及維護(hù)人員在整個(gè)過程中可能遇到的問題及他們的需求。新的方案能夠緩解車廂擁堵導(dǎo)致不安全的問題，尤其對(duì)我國公共交通工具載客量大的城市起到維護(hù)乘客安全的積極作用。

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