人体工程学与全方位电脑桌椅的设计.pdf

木材加工机械!#!$%$年第#期人体工程学与全方位电脑桌椅的设计余肖红，费海玲，张亚池，张双保&北京林业大学，北京%()摘要：针对目前市场上电脑桌椅在设计中存在的一些问题和缺陷及其对健康的种种不良影响，拟从人体工程学角度出发，在对电脑操作时的人体坐姿与支撑方式进行系统分析和研究的基础上，提出了符合现代人办公和学习要求的新型全方位电脑桌椅的设计新思路。关键词：健康；人体工程学；全方位；电脑桌椅；人体坐姿；支撑方式；设计中图分类号：*+,#-#文献标识码：.文章编号：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收稿日期：$%$!%T!%,作者简介：余肖红&UT#!)，女，硕士研究生。当今时代，电脑在人们的生活、学习和工作中受到了越来越广泛的应用。与此同时，我国也迎来了第三次计算机普及的高潮，这意味着电脑必将广泛进入办公室、学校课堂和家庭。然而在电脑带给人们方便快捷和高科技的同时，人们也越来越注意到它带来的许多负面影响。比如长时间进行电脑作业人们会感到手腕、手臂、肩、背、腰和颈等处的肌肉疼痛，从而导致这些肌肉群疲劳或损伤等综合症。另外还会引起近视和精神上的疲劳等疾病。因此研究如何从人体工程学角度出发，分析设计合理的电脑桌椅，使其符合人体的生理、心理及解剖学特性，以提高人们在电脑作业时的舒适度和工作效率已成为当今家具设计领域的一个重大课题。研究与设计木材加工机械!#!$%$年第&期图 站姿和坐姿时脊柱的形状!现有电脑桌设计中存在的问题和缺陷当前市场上电脑桌品种繁多，款式和颜色不乏新颖丰富。然而仔细分析这些产品，真正完全从人体工程学角度设计的却寥寥无几。一些进口的和仿国外品牌设计的电脑桌，虽有部分按人体工程学原理设计合理的地方，但设计的尺寸是按国外的人体尺寸照搬，也不符合我国人体的尺寸模型，使用时同样会给健康带来不良影响。综合市场上的电脑桌椅主要存在以下不足和缺陷：(大部分的电脑桌的作业高度是固定不可调节的，且普遍存在着作业面过高的倾向。同时人在操作键盘和鼠标时缺少必要的支撑，人的手腕、手臂处于悬空状态，极易使手腕、手臂处的肌肉群疲劳；$(有相当一部分电脑桌的键盘托板设计过小，使鼠标只能放在桌面上进行操作此时如果键盘托板的高度是合适的，那么鼠标的高度就太高，操作时容易导致腕部和肘部的肌肉疲劳和疼痛；)(放置显视器的桌面位置偏高或偏低。偏高时使人仰着脖子看屏幕，引起颈部肌肉的疲劳。偏低时使人低头或不自觉的身体前倾看屏幕，从而保证不了视距和良好的坐姿。另外，位置不正确也会导致电脑屏幕的眩光对眼睛的伤害；*(电脑桌面设计得过窄，保证不了操作者看显视屏的视距，从而导致眼睛的过度疲劳，引起近视。&(电脑椅的设计虽然有许多是设计成高度可以随意调节以用来符合不同高度人的使用，但只是单纯考虑了高度，而没有综合运用人体工程学来分析人体的坐姿曲线模型，使设计的椅面、靠背等尺寸和倾角可随坐姿的不同而进行全方位的调节。全方位电脑椅的设计#!概述人们在生活和工作中都离不开座椅，尤其是在现代办公环境中，办公人员基本上是以坐姿的方式在电脑前进行紧张的办公，且大部分人每天至少有 +)或一半的时间与座椅打交道。因此，座椅设计的合理与否直接影响使用者的舒适度、健康以及工作效率。过去人们一直认为，工作时的正确姿势应该端坐于桌前，这种姿势使人身体的各主要部位之间保持%,、-%,、或.%,，科学证明这种姿势是不符合人体工程学原理以及不利于健康的，国外尤其是欧美等国家在六、七十年代有许多设计大师对人体的各种特性进行了反复研究，设计出了许多符合人体曲线的经典坐椅。但我国在家具人体工程学方面的研究几乎没有，与国外差距较大，所以要设计出合理的健康型全方位电脑椅，就必须对我国的人体尺寸进行系统的分析研究。#电脑作业时人体坐姿分析人在坐姿时，身体的脊柱会由站立时的/形向拱形变化。这是因为坐姿时骨盆向后方倾转，从而使背下端的骶骨也倾转所致。如图 所示，这样就使得人脊柱的椎间盘受到了很大的压力，从而导致腰痛等疾病。研究表明，此时人的第三和第四腰椎间所受的压力最大，长时间的处于受压状态会导致腰痛。因此电脑椅的设计要保证椎间压力最小。另外，从人体生理特性上分析，人体在坐姿时，属于静态作业，而人体只有在不断活动中才能减少局部肌肉的持续收缩，从而减少背椎板的内压。所以，为减少身体的肌肉疲劳，电脑椅的设计应允许人体在工作中变换不同姿势，即处于相对的动态作业中。也就是说随着坐姿的变换，设计电脑椅的靠背倾角、座面倾角和座高等尺寸可相应调节。#$全方位电脑椅的分析设计综合人体坐姿特点和人体生理特性及不同人体尺寸差异考虑，现代人办公和学习的电脑椅应研究与设计木材加工机械!#!$%$年第&期图(!)*+,设计的靠背随倾角变化而上下移的办公椅设计成全方位可调的电脑椅。首先考虑人体尺寸差异，设计座面、靠背的高度应在一定范围内可调。其次要考虑坐姿时人脊椎的曲线变化，设计好的靠背曲线。另外，考虑人体生理特征，在作业过程中，允许人们变换不同坐姿，设计座面倾角，靠背倾角，以及扶手方向等在一定范围内可微调，从而保证不同坐姿下人体曲线与椅子的拟合性。具体讲有以下几点设计要点：-.根据我国国家标准和人体测量数据进行高度可调范围设计。表 是我国国标中坐姿人体尺寸，可以此作为设计的基本依据。如我国成年人的坐姿膝高尺寸范围为/%0&/1 22 之间，适宜的座高设计应是：坐姿膝高!-%0$%22.，其中%0$%22 为适当容膝空间。所以电脑椅座高可设计在 1%0&1 22 之间可任意调节。-$.电脑作业时身体的主要重量由臀部坐骨结节承担，但因设计合理的靠背，腰部支撑和扶手，以使各部分的肌肉疲劳尽量降低。日本有关专家通过实验测不同座面倾角时的第三和第四腰椎间的内压力大小，发现当座面与靠背在%3以上时，椎间盘压力显著减少。但人在电脑操作时，人要看电脑屏幕，且保持视线与屏幕的垂直，这使人身体与背的角度难以达到这个角度，所以应设计成 1&3左右为佳。同时，应该采用腰垫和扶手来减少椎间盘的内压力。腰垫的位置一般位于第三至第五腰椎部分，厚度以&42 左右为宜。座面倾角一般设计成%3 0 3，以保证身体姿势以及腰垫的合理支撑。另外，工作之余，为使人能得到充分的休息，背倾角应允许调节到%3以上，即靠背倾角一般设计成&30%3之间可调，相应的座面倾角也设计成%30%3之间可调，从而使人在休息时全身肌肉自然松弛，以充分消除疲劳。-.为保证人在动态作业时不同姿势的舒适性，应设计座面倾角、靠背倾角和高度以及扶手方向在一定范围内的自动微调性。如在 15/年瑞士()*+,设计制造的 678 电脑作业椅-如图.，就很好地运用了不同姿势变化时的人体工程学原理，设计靠背随倾角的变化能自动上下移动，保证各种姿势状态下腰部支撑都处于最佳位置。因为人体的生理结构特性表明，坐椅靠背倾角由 1%3变为%&3时，腰部也下移/&22。一般椅子在这种状态下就不能保证正确的腰部支撑，而()*+,设计的这种座椅满足了这个特性。因此，设计全方位的电脑椅就必须研究人在动态作业时姿势变化的生理结构图$座椅可调尺寸范围示意图研究与设计木材加工机械!#!$%$年第&期特性，从而设计出合理的拟合性好的座椅，以最大程度降低人在电脑作业时的疲劳度。!全方位电脑桌的分析设计在保证座椅全方位符合电脑操作时的人体工程尺寸设计要求的同时，还应保证合理的桌面支撑方式，因为电脑操作时桌、椅的尺寸设计紧密相联。以下从人体工程学角度出发，以带托盘的电脑设计为例，阐述全方位电脑桌的设计思路，主要有以下几点：!#键盘托板的合理设计操作键盘时的高度 即作业面的高度(是影响人体坐姿的重要因素。过高或过低都不利健康。所以面对不同的使用者，要保证让每个人都有一个合适的高度，则应将键盘托板设计成可以在一定范围内调节 可调范围依人体尺寸而定(。且调节的最低限度要保证托板底面与椅座面之间有大于)%*的空隙，以保证下肢能自由活动。从人体工程分析，一般情况下在电脑作业时，小臂保持水平或稍向下倾的姿势为最佳。查表 可知保持水平的肘高为$%+,$*之间，为不与最小下肢活动空间冲突，可设计托板高度在-%+,$*之间可调。另外，应把鼠标操作设计在与键盘操作同一水平上，因此要保证键盘有一个合理的面积，以充分放下鼠标。!$电脑作业时肘部支撑的设计人在电脑操作时即操作键盘和鼠标(，手臂因操作而离开了椅子的扶手，这时人的上肢必然要寻找新的支撑点或是一个依托，一方面配合椅子支撑人的躯干，另一方面是支撑手和前臂从而减轻手腕，颈，肩，腰部的肌肉疲劳，疼痛和劳损，使电脑操作能够长时间的稳定进行，所以务必设计合理的支撑面。近几年来，有一种按人体工程学原理设计的带有支肘板折叠式或推拉式(的桌面结构新技术已申报专利(在市场面市。可以借鉴到电脑桌作业支撑的设计上，装在托板上，这种设计是当把左右两块支肘板打开时，矩型托板靠近人体的一侧就变成了凹形结构，即两端 支肘板(凸出 处于人的腰部两侧(中间凹进。人的腰部可以宽松地进入凹入部位，此时上臂放松地处于人体两侧的自然悬垂位置。两肘即前臂(支撑在支肘板上，处于水平或稍向下斜的位置，保证肘部合理可靠的支撑，从而使身体有关部位的肌肉都可以感到放松，既减少了颈肩腕综合症的发生，又避免了弯腰驼背。但该种支撑设计，在实际使用中存在着给人带来不便的缺点，即它会防碍人的坐姿及操作姿势的变换，使人感到不舒适。主要原因是为保证可靠支撑，左右肢支板一般是紧固在托板上的，作业时不能随人的移动在方向上微调，所以该种设计有待进一步完善。随着科技的进步，人们会设计制作出可随人的动态作业而自动作相应微调的支肘板。另外，我们可以考虑对扶手进行改进设计，从而使其起到支肘板的作用。在国标中，座椅的扶手也是以人体肘高为设计依据，一般设计成$%+$&%*之间，这与键盘托板设计高度是相吻合的。所以我们可以考虑把扶手设计成可折叠式可推拉式。在作业时，拉出一段距离或拆开成较大面积的面以符合作业时肘部支撑要求。前面提到座椅扶手的设计可以在方向上微调，所以以它为基础设计出的扶手支撑面也能随人体坐姿变化而具微调性，从而设计出的支肘板具有很好的拟人性，使人感到方便舒适。!显示器位置的设计%即桌面的设计&(高度设计显示器一般摆放在桌面上，前面讲到为适应不同操作者身高尺寸的变化，把键盘托板设计成在一定范围可调，那么在这里为不使显示器摆放位置过研究与设计木材加工机械!#!$%$年第&期高，则最好设计成桌面与托板同步调节，尽量减少托板与桌面的尺寸差，一般尺寸差为&$%(。从人体工程学角度分析，显示器的最佳摆放高度应是它的上沿不高于人坐姿时眼睛的水平视线，它的中心应在水平视线以下%)$%)角。以*英寸显示器为例，显示器尺寸为+&%(左右，它的最大上边离座面尺寸为+&%,$&,-#%.$%/011%*2%(3 而人坐姿眼高范围为 1*2 212(之间，能符合人体工程学尺寸的设计要求。-$/显示器表面与桌面间的角度设计人在看屏幕时，一般视线与屏幕相垂直时比较舒服，还可以减少眩光对眼睛的伤害，所以设计桌面时使桌面后边下斜一个角度，从而使显示器后倾%)$%)角为佳，当然这个角度也可以通过显示器的球形底座来调整达到。注意这个角度不宜过大，过大时，人看屏幕会不自然的前倾，低头，影响坐姿和引起颈肌的疲劳。另外，还会增加眩光对眼睛的伤害。-./桌面高度设计桌面要保证一定的深度，以保证视距不小于*%4(，即一臂距离左右，避免视距过短，引起近视。因操作时托板是拉出作业，所以保证桌面进深加上托板进深尺寸，再减去显示器的进深尺寸大于*%4(即可。!结论与讨论通过以上各部分的分析和研究，提出了全方位电脑桌椅的设计新思路和基于人体工程学的一些设计原则，给家具企业在设计和制造新一代电脑桌椅上提供了可行性参考。随着科技的高速发展，计算机普及范围的进一步扩大，这为计算机产业发展带来无限商机的同时也为家具行业带来了巨大的生机。当前家具行业应当把握住这个机会，一方面注意研究现代人在电脑前紧张作业所造成的心理压力及肌肉疲劳等给电脑桌椅设计提出的新要求。另一方面，努力探索现代家具人体工程学的研究成果，更多地从微观角度研究人体工程学在家具设计中的应用。不断开发出新型的更拟人化的全方位电脑桌椅来。从而更有效的满足现代人办公和学习要求及更大程度地提高工作效率。5参考文献656 李文彬 7 建筑室内与家具设计人体工程学 586 7 中国林业出版社，$%75$6 苏垣 7 以人为本设计健康的桌面工作状态 596 7 林业科技，$%，%75.6 苏垣，袁惠青 7 健康型电脑桌的设计原则 596 7 家具与环境，$%，$75+6 张晓坤 7 家具尺度与人体的关系5967 林业科技，$%，75&6 杨公侠 7 建筑人体效能!建筑工效学 586 7 天津科学技术出版社，$%，7 林产工业 杂志由国家林业局林产工业规划设计院和中国林产工业协会共同主办，中国林业机械协会协办的专业技术性刊物，是全国中文核心期刊之一。$%年首批进入国家新闻出版署组织的“中国期刊方阵”，被评为“双效期刊”。创刊于#1+年。主要以面向生产，报道应用技术为主，融科技性、实用性、学术性、信息性于一体，服务于林产工业的现代化建设。主要内容是：宣传林产工业发展的技术方针和政策；介绍制材，木材干燥，胶合板、纤维板、刨花板等各类人造板、非木质人造板，各类人造板饰面，木质地板等室内装饰装修材料，胶料的生产和应用，家具制造，制浆和造纸以及林产化工等方面的先进经验和新技术、新材料、新设备、新工艺；报道上述领域的科研设计成果；综述国内外林产工业现状、水平及发展趋势。所辟栏目有：综述，研究与分析，生产与应用，专题讲座，国外技术，综合信息，企业简介等。主要对象为：本行业及相关行业的生产厂家，设备制造厂家，科研、设计、教育、单位及管理部门从事生产、管理、科研和开发、设计、教学、咨询和市场营销的人员。为加强企业之间的信息交流，介绍新设备、新工艺和新技术，活跃经济，本刊辟有黑白:彩色广告版。林产工业 为双月刊，大 1 开，正文 1+页，单月中旬出版，国内外公开发行，定价每期 2 元，全年+2 元，挂号每期另加$元。本刊邮发代号：$!+，读者可向当地邮局或本刊编辑部订阅。林产工业 编辑部地址：北京朝内大街.%号邮编：%电话：-%/1&$%$11&.&*!1$.电子信箱：4;?=A 7 4F开户行：农行北京东城支行朝内分理处银行帐号：!#$#!#%#&(户名：林业部林产工业规划设计院欢迎订阅$%.年 林产工业研究与设计