某五模塊有軌電車客室的優(yōu)化設(shè)計

文質(zhì)彬，張浩宇

(中車株洲電力機(jī)車有限公司，湖南 株洲 412000)

0 引言

有軌電車具有節(jié)能、環(huán)保、高效、美觀等優(yōu)點(diǎn)，其采用模塊化設(shè)計且型式多樣，主要結(jié)構(gòu)型式有單車型、浮車型、鉸接型、三模塊四轉(zhuǎn)向架型(HKL型)[1]。有軌電車客室是乘客直接接觸的地方，因此在設(shè)計時，不僅需要為乘客提供一個美觀、舒適的乘車環(huán)境，還需要考慮乘客乘坐車輛的便利性和安全性。本文基于歐洲用戶角度，對某浮車型五模塊有軌電車客室的輪椅區(qū)、地板和扶手的設(shè)計進(jìn)行了優(yōu)化。

1 客室布置現(xiàn)狀及存在的問題

某五模塊有軌電車在轉(zhuǎn)向架上方的客室布置了玻璃鋼材質(zhì)的橫排座椅，并在靠近車門區(qū)域設(shè)置了優(yōu)先座椅，用黃色進(jìn)行區(qū)分，以便乘客進(jìn)行識別，座椅之間過道的地板是水平的(見圖1)。同時在轉(zhuǎn)向架區(qū)域中間的兩對座椅之間設(shè)置了臺階(見圖2)。浮車客室內(nèi)設(shè)置了輪椅區(qū)，并在輪椅區(qū)設(shè)置帶扶手的腰靠，以便輪椅乘客和站立乘客使用(見圖3)。

圖1 客室布置(一)

圖2 客室布置(二)

圖3 客室布置(三)

但是，此五模塊有軌電車存在如下幾個問題。

1)輪椅區(qū)的布置不方便乘客上下車，也沒有設(shè)置固定裝置保護(hù)輪椅區(qū)乘客。

2)中間座椅區(qū)地板上設(shè)置的臺階不等高，乘客容易絆腳摔倒。

3)前排座椅沒有設(shè)置足夠的扶手，車輛緊急啟動或制動時，前排乘客容易沖出座椅而摔倒；臺階區(qū)域沒有設(shè)置扶手，乘客上下臺階時沒有抓握處，同時車輛緊急啟動或制動時，乘客容易沖出座椅而摔向?qū)γ娉丝驮斐膳鰝?/p>

2 優(yōu)化方案

2.1 輪椅區(qū)優(yōu)化設(shè)計

目前方案的輪椅區(qū)布置在浮車的縱向座椅旁邊，輪椅區(qū)垂直側(cè)墻與座椅同向布置。通過對輪椅乘客上下車路徑的人機(jī)工程學(xué)模擬分析，現(xiàn)有方案的輪椅乘客上下車時，需要在短距離內(nèi)2次大角度轉(zhuǎn)向，上下車路徑復(fù)雜，對輪椅乘客和普通乘客形成較大阻礙(見圖4、圖5)。

圖4 輪椅乘客上車路徑人機(jī)工程學(xué)模擬分析(現(xiàn)有方案)

圖5 輪椅乘客下車路徑人機(jī)工程學(xué)模擬分析(現(xiàn)有方案)

當(dāng)輪椅區(qū)平行側(cè)墻布置時(即與車輛縱向平行)，通過對輪椅乘客上下車路徑的人機(jī)工程學(xué)模擬分析，此方案的輪椅乘客僅需1次大角度轉(zhuǎn)向即可上下車，上下車路徑簡單，不會對輪椅乘客和普通乘客形成較大阻礙(見圖6、圖7)。因此，建議輪椅區(qū)平行車輛側(cè)墻布置。

圖6 輪椅乘客上車路徑人機(jī)工程學(xué)模擬分析(優(yōu)化方案)

圖7 輪椅乘客下車路徑人機(jī)工程學(xué)模擬分析(優(yōu)化方案)

輪椅區(qū)平行側(cè)墻布置時，縱向所需空間更大，取消固定座椅，并設(shè)置折疊座椅。在輪椅區(qū)沒有被占用時，可以為站立乘客提供坐席。同時，輪椅區(qū)背后需要設(shè)置擋板以防止輪椅向后傾翻(見圖8)。雖然輪椅本身會帶有安全帶和制動器，但是在車輛緊急啟動或制動時，還是需要對輪椅乘客進(jìn)行二次保護(hù)，以免輪椅制動器意外失效而沖出輪椅區(qū)，對輪椅乘客和普通乘客造成傷害。

圖8 輪椅區(qū)設(shè)計(優(yōu)化方案)

本優(yōu)化方案在輪椅區(qū)背后的擋板上設(shè)置安全帶，可以同時固定輪椅及輪椅乘客，并在輪椅區(qū)一側(cè)設(shè)置橫向扶手，方便輪椅乘客抓握，輔助輪椅乘客在車內(nèi)移動。

2.2 臺階優(yōu)化設(shè)計

地板上設(shè)置的臺階不等高，乘客容易絆腳摔倒(見圖9)。然而，轉(zhuǎn)向架空間需求和車體結(jié)構(gòu)的限制，第一級臺階的平面已不能降低；并且第一級臺階高度為284 mm，已經(jīng)超過了標(biāo)準(zhǔn)EN 16585-2[2]中臺階高度不大于200 mm的要求，所以不能僅通過調(diào)整兩級臺階的高度，使之達(dá)到等高。

圖9 中間座椅區(qū)臺階(原有方案)

優(yōu)化方案一是將座椅過道設(shè)計成斜坡，達(dá)到抬高平面、降低第一級臺階的目的(見圖10)。此時，兩級臺階的高度都是175 mm。斜坡的角度設(shè)計為5.4°，小于地板布R9防滑等級對應(yīng)的角度[3]，滿足防滑使用要求。

圖10 中間座椅區(qū)臺階(優(yōu)化方案一)

優(yōu)化方案二是將座椅過道整體抬高，達(dá)到抬高平面、降低第一級臺階的目的，但過道區(qū)域與其他地板區(qū)域形成了一級臺階，過道區(qū)域與其他地板區(qū)域不再是連續(xù)平面(見圖11)。此時，兩級臺階的高度都是155 mm。

圖11 中間座椅區(qū)臺階(優(yōu)化方案二)

經(jīng)分析標(biāo)準(zhǔn)EN 16585-2[2]和標(biāo)準(zhǔn)BS 5395-1[4]的要求：標(biāo)準(zhǔn)EN 16585-2中要求臺階高度h不大于200 mm；標(biāo)準(zhǔn)BS 5395-1中要求“150 mm≤h≤180 mm”。2種優(yōu)化方案的臺階高度都同時滿足2個標(biāo)準(zhǔn)的要求，方便乘客使用。

2.3 扶手優(yōu)化設(shè)計

前排座椅前方?jīng)]有設(shè)置扶手，車輛緊急啟動或制動時，前排乘客容易沖出座椅而摔倒(見圖12)。對此處優(yōu)化設(shè)計時，在座椅前面設(shè)置立柱扶手和擋板，為乘客提供抓握處(見圖13)。

圖12 前排座椅扶手(現(xiàn)有方案)

圖13 前排座椅扶手(優(yōu)化方案)

中間座椅沒有設(shè)置扶手，乘客上下臺階時沒有抓握處，同時車輛緊急啟動或制動時，乘客容易沖出座椅而摔向?qū)γ娉丝驮斐膳鰝?見圖14)。對此處優(yōu)化設(shè)計時，在臺階兩側(cè)設(shè)置扶手，為乘客提供抓握處(見圖15)。

圖14 中間座椅扶手(現(xiàn)有方案)

圖15 中間座椅扶手(優(yōu)化方案)

下面將按照標(biāo)準(zhǔn)ISO 7250-1[5]和標(biāo)準(zhǔn)ISO/TR 7250-2[6]中歐洲區(qū)域的人體數(shù)據(jù)(包括18～65歲男性和女性數(shù)據(jù))進(jìn)行人機(jī)工程學(xué)分析。選用5分位和95分位人體各項(xiàng)數(shù)據(jù)，以包含最寬泛的數(shù)據(jù)。

經(jīng)分析，前排座椅扶手可以滿足5分位人體坐姿時的需求，只是乘客的臀部不能靠近座椅后部，需要向前移動，同時身體也不能向后靠向椅背，需向前傾斜，才能抓住扶手，如圖16(a)所示。當(dāng)乘客起身離開座位時，也可以滿足95分位人體的抓握需求，如圖16(b)所示。

圖16 前排座椅扶手人機(jī)工程學(xué)模擬分析(優(yōu)化方案)

中間座椅扶手是豎向的，可以滿足標(biāo)準(zhǔn)EN 16585-2[2]中在800～1 200 mm為乘客上下臺階時提供抓握處的要求。同時，中間座椅扶手可以滿足95分位人體坐姿時的需求，只是乘客的手臂須彎曲并向上移動，才能抓住扶手，如圖17(a)所示。當(dāng)乘客起身離開座位時，內(nèi)側(cè)座椅上的5分位人體也可向前抓住扶手，如圖17(b)所示。

圖17 中間座椅扶手人機(jī)工程學(xué)模擬分析(優(yōu)化方案)

3 結(jié)語

國內(nèi)有軌電車技術(shù)發(fā)展主要通過技術(shù)引進(jìn)合作、消化吸收、自主創(chuàng)新途徑實(shí)現(xiàn)技術(shù)自主化，并逐步實(shí)現(xiàn)技術(shù)輸出。歐洲是有軌電車的發(fā)源地，也是今后很長一段時間內(nèi)技術(shù)提升的高地，我國在技術(shù)輸出時，需要基于歐洲標(biāo)準(zhǔn)對有軌電車進(jìn)行設(shè)計。本文以某五模塊有軌電車為基礎(chǔ)，針對其中的問題，基于歐洲或國際標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)歐洲人體數(shù)據(jù)，從人機(jī)工程學(xué)角度優(yōu)化了客室的輪椅區(qū)、地板和扶手的設(shè)計，保證乘客乘車的舒適性和安全性。