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《室内设计师培训教材》第一部分——基础知识(4章)

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发表于 2018-5-10 21:51:00 | 显示全部楼层 |阅读模式

第四章  
人体工程学基础知识

       建筑的内部空间主要为人所使用,它的绝大部分都与人类的活动有关。在过去,建筑和室内设计师在设计时都是参考前人和个人的经验来决定设计问题的。然而在今天,这样的设计方法已经不能适应现代的人类需求。随着社会生活水平的提高和科学技术的进步,人们对生活环境在舒适性、效率性和安全方便等方面有了更高的要求,技术和科学的进步也要求室内设计对解决这一系列的问题有更严谨和科学的方法。这就要求室内设计师对“人”有一个科学的仝面的了解,人体工程学正是这样的一门关于“人”的学科。

       第一节 人体工程学与室内设计

       人类的生活中总是在使用着某些物质设施,这些物质设施可以为人们的生活和工作服务。它们有些是生活和工作的工具,有些构成了人类生活的空间环境,人们生活的质量和工作的效能在很大程度上取决于这些设施是否适合人类的行为习惯和身体方面的各种特征。因此,室内设计(不论是工作的室内或是非工作的室内)质量的好坏不是单纯的空间组合或是设计人员主观臆测的结果,而是人的因素这门学科是否纳入室内设计领域的问题。人体工程学的宗旨是达到舒适、安全和高效的目的。人体工程学的研究,过去只局限于提高工作效能,避免或防止环境中各项刺激对于人体产生危害,以及提高人类对于各种刺激的耐受极限等。近年来,开始注意到生活、特别是居住问题的舒适和质量以及各种情况下人的因素的问题。
       从室内设计的角度来说,人体工程学的主要功用在于通过对生理和心理的正确认识,根据人的体能结构、心理形态和活动需要等综合因素,充分运用科学的方法,通过合理的室内空间和设施家具的设计,使室内环境因素适应人类生活活动的需要,进而达到提高室内环境质量,使人在室内的活动高效安全和舒适的目的。
       人体的结构非常复杂,从室内人类活动的角度来看,人体的运动器官和感觉器官与室内空间的关系最密切。运动器官方面,人的身体有一定的尺度,活动室内环境因素能力有一定的限度,无论采取何种姿态进行活动,皆有一定的距离和方式,因而与活动有关的空间和家具器物的设计必须考虑人的体形特征、动作特性和体能极限等人休因素。感觉器官方面,人的知觉与感觉与室内环境之间存在着极为密切的关系。诸如室内的温度、湿度、光线、声音等环境因素皆直接和强烈地影响着人的知觉和感觉,并进而影响人的活动效果(图1-4-1)。
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1-4-1
因而了解人的知觉和感觉特性,可以为室内设计建立环境条件的标准。人体工程学在室内设计中的作用主要体现在以下几个方面:
       1)为确定空间范围提供依据。
       2)为设计家具提供依据
       3)为确定感觉器官的适应能力提供依据

        一、人体工程学
       实际上,自从有了人类和与之同时诞生的人类文明,人们就一直在不断地改进自己的生活质量和生产的效能。尽管上古时代不可能产生今天这样的科学研究方法,但在人们的创造与劳动中已经潜在地存在着人体工程学的萌芽,这些可以从新旧石器时代的文物中看出。例如,旧石器时代制造的石器多为粗糙的打制石器,造型也多为自然形,不太适合于人的使用;而新石器时代的石器多为磨制石器造型也更适合于人的使用(图1-4-2)。
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图1-4-2
因此,可以说,人体工程学自有人类以来就存在。从某种意义上说,人类技术发展的历史也就是人体工程学发展的历史。
       人体工程学是一门新学科,作为一门独立的学科只有很短的历史(迟至20世纪40年代第二次界大战后)。它以人一机关系为研究的对象,以实测、统计、分析为基本的研究方法。人体工程学是在战争中诞生的,首先用于军事上,主要用来解决各种武器如何便于操作、如何提高命中率和安全可靠性等问题。第二次世界大战结束后,人体工程学迅速渗透到空间技术、工业生产、建筑设计以及生活用品等领域,并且成了室内设计不可缺少的基础之一。在美国、德国和日本等国家,人体工程学已经成为一门比较成熟的学科。1984年1月,我国正式决定对人体尺寸进行测量和统计,这对建立适合我国国情的人体工程学来说,是极为重要的决策。

        二、人体工程学的定义
       人体工程学是研究“人一机一环境”系统中中人、机、环境三大要素之间的关系,为解决该系统中人的效能、健康问题提供理论与方法的科学。为了进一步加以说明,需要对定义中提到的几个概念作以下几点解释。
        人、机、环境三个要素中,“人”是指作业者或使用者,人的心理特征、生理特征以及人适应机器和环境的能力都是重要的研究课题。“机”是指机器,但较一般技术术语的意义要广得多,包括人操作和使用的一切产品和工程系统。“环境”是指在人们工作和生活的环境中,噪声、照明、气温等环境因素对人的工作和生活的影响。
       了解了上述几个基本概念以后,就能更好地理解关于人体工程学的定义。关键应掌握两点:①人体工程学是在人与机器、人与环境不协调,甚至存在严重矛盾这样一个历史条件下逐步形成建立起来的,直至今天仍在不断发展。②人体工程学研究的重点是系统中的人。

        三、人体工程学研究的主要内容
        人体工程学研究的主要内容大致分为三方面。
        1.工作系统中的人
        1)人体尺寸。
        2)信息的感受和处理能力。
        3)运动的能力。
        4)学习的能力。
        5)生理及心理需求。
        6)知觉与感觉的能力
        7)环境对人体能的影响
        8)人的长期、短期能力的限度及快适点。
        9)人的反射及反应形态。
        10)人的习惯与差异(民族、性别等)。
        2.工作系统中直接由人使用的机械部分如何适应于人的使用
        这些部分分为三大类:
        1)显示器。仪表、信号、显示屏。
        2)操纵器。各种机具的操纵部分,杆、钮、盘、轮、踏板等。
        3)机具。家具、设备等。
        3.环境控制如何适应于人的使用
        (1)普通环境
        建筑与室内空间环境的照明、温度、湿度控制等。
        (2)特殊环境
        比如冶金、化工、采矿、航空、宇航和极地探险等行业,有时会遇到极特殊的环境,包括高温高压、振动、噪声、辐射和污染等。

        四、人体工程学的研究方法
       我们生活和工作使用的各种设施及器具,大到整个生活环境、小到一个开关,都与我们身体的基本特征有着密切的联系。判断它们是否适应于人的使用,舒适程度如何,是否有利于提高效率,有利于健康,首先需要解决的问题就是获得有关人体的心理特征和生理特征的数据。在进行人体工程学研究时,为了便于进行科学的定性定量分析,所有这些数据都要在人体上测量而得,都涉及人体的测量。人体测量的目的就是为研究和设计者提供依据。
       人体测量包括很多的内容,它以人体测量学和与它密切相关的生物力学、实验心理学为主,综合了多学科的研究成果,主要包括以下几方面内容。
       1.形态测量
       长度尺寸、体形(胖瘦)、体积、体表面积等。
        2.运动测量
       测定关节的活动范围和肢体的活动空间,如动作范围、动作过程、形体变化、皮肤变化。
       3.生理测量
       测定生理现象,如疲劳测定、触觉测定、出力范围大小测定等。
       在建筑与室内设计中相关的人体测量数据主要有以下几类:人体尺寸、人体活动空间、出力范围、重心等。

第二节 人体与室内空间

       人们在生活和工作中使用的各种设施(如椅子、桌子、工作场所等)与人们身体的基本特征和尺度有关。人的舒适感的获得、身体的健康和工作的效能等在很大程度上都与这些设施和人体配合得好不好有关。影响空间大小、形状的因素相当多,但是最主要的因素还是人体的尺寸、人体的活动范围以及家具设备的数量和尺寸。因此,在确定空间范围时,首先要准确测定出不同性别的成年人与儿童在立、坐、卧时的平均尺寸;还要测定出人们在使用各种家具、设备和从事各种活动时所需空间范围的体积与高度;每个人需要多大的活动面积;空间内有哪些家具设备以及这些家具和设备需要占用多少面积等。还必须搞清使用这个空间的人数,一旦确定了空间内的总人数就能定出空间的面积与高度(图1-4-3~图1-4-7)。
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       从以上内容叮以看出,空内空间环境涉及的人的问题主要有两个人体尺寸和人体活动空间。而这些问题的研究主要依靠人体测量学。
      
       一、人体测量学
       人体测量学是通过测量各个部分的尺寸来确定个人之间和群体之间在尺寸上的差别的学科,它是门新兴的学科,但同时又具有古老的渊源。人们开始对人体尺寸感兴趣并发现人体各部分之间的相互关系的历史可追溯到200年前。公元前1世纪,罗马建筑师维特鲁威(Ⅴ travian)就从建筑学的角度对人体尺寸进行了较完整的论述。发现人体基本上以肚脐为中心,一个男人挺直身体、两手侧向平伸的长度恰好就是其高度,双足和双手的指尖正好在以肚脐为中心的圆周上。按照维特鲁威的描述,文艺复兴时期的达芬奇(Da- Vinci)创作了著名的人体比例图(图1-4-8)。
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图1-4-8
但是,直到1940年前后,工业化社会迅速发展,为了适应工业发展的需要,人们迫切需要人体测量学知识及其数据,这门学科才开始从理论学科进入到应用学科。第二次世界大战后,建筑师和室内设计师意识到了人体测量学在建筑和室内设计中的重要性,将它应用到整个建筑室内外的环境设计中去,提高了人工环境的质量。
        人体测量学及与它密切相关的生物力学论述了人体的特征和功能的测量,包括人体尺寸、重量、体积、动作的范围及其他类似的问题。下面仅阐明一些基本概念和使用范围。

        二、人体尺寸
        人体尺寸是所有涉及与人有关的设计门类共同遇到的首要问题,也是最基础的问题。人体尺寸可分为两类,即构造尺寸和功能尺寸。
        1.构造尺寸
        人体构造尺寸往往是指静态的人体尺寸,它是在人体处于固定的标准状态下测量出来的。可以测量许多不同的标准状态和不同部位,如手臂长度、腿长度、坐高等(图1-4-9、图1-4-10)。构造尺寸较为简单,它对于与人体关系密切的物体的设计有较大影响,如家具、服装和手动工具等。主要为人体各种装具设备提供数据。
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图14-9
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图14-10
        2.功能尺寸
        功能尺寸是指动态的人体尺寸,包括人在工作状态下或运动中的尺寸,是人在进行某种功能活动时肢体所能达到的空间范围。它是在动态的人体状态下测得的,是由关节的活动、转动所产生的角度与肢体的长度协调所产生的范围尺寸。功能尺寸比较复杂,它对于解决许多带有空间范围、位置的问题很有用。
       构造尺寸和功能尺寸是不同的。虽然构造尺寸对某些设计很有用处,但对于大多数的设计问题而言,功能尺寸可能有更广泛的用途。因为,人总是在运动着的。也就是说,人体结构是活动的、可变的,而不是保持固定、僵死不动的(图1-4-11)。
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1-4-11
在使用功能尺寸时强调的是,在完成人体的活动时,人体各个部分是不可分的,它们不是独立工作,而是协调动作的。例如,手所能达到的限度并不是单纯以手臂尺寸来决定的,它部分地也受到肩的运动和躯休的旋转、背的弯曲等动作的影响(1-4-12)
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1-4-12
再如,有·种翻墙的军事训练,2m高的墙,人站在地面上是很难翻过去的,但是如果借助于助跑跳跃就可轻易做到。人可以通过运动能力扩大自己的活动范围,因此在考虑人体尺小时,只参照人的构造尺寸是不行的,有必要把人的运动能力也考虑进去。
        在室内设计中,最有用的人体构造尺寸有十项,它们是:身高、体重、坐高、臀部至膝盖长度臀部的宽度、膝盖高度、膝弯高度、大腿厚度、臀部至膝弯长度、肘间宽度。
        3.人体尺寸的差异
        由于很多复杂的因素都在影响着人体尺寸,所以个人与个人之间,群体与群体之间,在人体尺寸上存在很多差异,不了解这些就不可能合理地使用人体尺寸的数据,也就达不到预期的目的。差异的存在主要在以下几方面:
       (1)种族差异
       不同的国家,不同的种族,因地理环境、生活习惯、遗传特质的不同,人体尺寸的差异是十分明显的,从越南人的160.5cm到比利时人的1799cm,身高差幅竟达194cm(表1-4-1)。
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(2)年龄差异
        年龄造成的差异也应注意。体形随着年龄变化最为明显的时期是青少年期。人体尺寸的增长过程,妇女在18岁结束,男子在20岁结束,男子到30岁才最终停止生长(图1-4-13)。
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1-4-13
此后,人体尺寸随年龄的增长而缩减,而体重、宽度及围长的尺寸却随年龄的增长而增加。一般来说,青年人比老年人身高高一些,老年人比青年人体重大一些。在进行某项设计时,必须经常判断人体尺寸与年龄的关系,所用尺寸是否适用于不同的年龄。对工作空间的设计,应尽量使其适应于20-65岁的人。
        关于儿童的人体尺寸的数据历来是很少的,而这些资料对于设计L童用具、幼儿园、学校是非常重要的,考虑到安全和舒适的因素则更是如此。儿童的意外伤亡与设计不当有很大的关系。例如,由于儿童的头部比较大,所以一般只要头部能钻过的间隔身体就可以过去。按此考虑,一般公共场所栏杆的间距应必须能够阻止儿童头部的钻过。5岁幼儿头部的最小尺寸约为14cm,如果以它为平均值,为了使大部分儿童的头部不能钻过,设计时多少要窄一些,最多不超过11cm(图1-4-14)。
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图1-4-14
       另一方面,针对老年人的尺寸数据资料也相对较少。由于人类社会生活条件的改善,人们寿命的增加,现在世界上进入人∏老龄化的国家越来越多,所以设计中涉及老年人的各种问题不能不引起我们的重视。至少老年人有两大特征应引起我们的注意:
       1)无论男女,上年纪后身高均比年轻时矮。
       2)伸手够东西的能力不如年轻人。
       设计人员在考虑老年人的使用时,务必对上述特征给予充分的考虑。家庭用具的设计,首先应当考虑到老年人的要求。因为家庭用具首先需要考虑的是使用方便,一般不必讲究工作效率,在使用方便方面,则年轻人可以迁就老年人一些。所以,家庭用具(尤其是厨房用具、橱柜和卫生设备)的设计,照顾老年人的使用是很重要的(图1-4-15)
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图1-4-15
         (3)性别差异
        3~10岁这一年龄阶段,男女的差别极小,同一数值对两性均适用。两性身体尺寸的明显差别从10岁开始。一般妇女的身高比男子低10cm左石,但设计时不能像以前常常做的那样,把女子按较矮的男子来处理。调査表明,妇女与身高相同的男子相比,身体比例是不同的。妇女臀部较宽,肩窄,躯干较男子为长,四肢较短。在设计中应注意这种差别。根据经验,在腿的长度起作用的地方,考虑妇女的尺寸非常重要(图1-4-16、图1-4-17)。
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图1-4-16
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1-4-17
        (4)残疾人
        在各个国家里,残疾人都占一定比例,全世界的残疾人约有4亿。
        1) 乘轮椅患者。因为存在着患者类型不同、程度不一样(有四肢瘫痪或部分肢体瘫痪)、肌肉机能障碍程度和由于乘轮椅对四肢的活动带来的影响等种种因素,所以,设计时必须全面考虑。重要的是,决定适当的、手臂能够得到的距离、各种间距及其他一些尺寸,这要将人和轮椅一并考虑,因此对轮椅本身应有一些相关了解。应指出的是,大多数乘轮椅的人,活动时并不能保持身体挺直,相应地,人体各部分也不是水平或垂直的。
        2) 能走动的残疾人。对于能走动的残疾人,必须考虑他们是使用拐杖、于杖、助步车还是支架(甚至是用狗)帮助行走的。由于这些东西是这些病人功能需要的一部分,所以为了做好设计,除应知道一些人体测量数据之外,还应把这些工具当做一个整体来考虑。
        另外,关于残疾人的设计问题,有一个专门的学科在进行研究,被称为无障碍设计,在国外已经形成相当系统的体系。
         (5)其他差异
        此外,还有许多其他的差异:像地域性的差异,如寒冷地区的人平均身高均高于热带地区的人,平原地区的平均身高高于山区。再有职业差异,如篮球运动员与普通人身高有很大差异。社会的发达程度也是一种重要的差别,发达程度高,营养好,平均身高就髙。了解了这些差异,在设计屮就应充分注意它对设计中的各种问题的影响及影响的程度,并且要注意手中数据的特点,在设计中加以修正,不可盲目地采用未经细致分析的数据。
        4.体尺寸运用中的问题
        人体测量的资料在现代工业化生产中是一切产品的基础,它不仅与工作人员的健康、安全和效率等方面有关,并且由于在今天,制造者与使用者是互不相识的(不像在手工业生产时代,生产者和使用者个人之间一般有可能直接接触),因此更有必要收集各种不同的具有代表性的身体尺寸,按年龄、性别以及其他特征进行分类和整理。有了完善的人体尺寸数据,还只是达到了第一步,而学会正确地使用这些数据才能说真正达到了人体工程学的研究目的。
        (1)数据的选择
        人体测量资料可以在设计人们使用的装置和设施方面有广泛的用途。然而在使用这些资料时,设计者应选择与实际应用这种设施的人适当相似的样本资料。由于在具体设计中变化的因素很多,所以,选择适应设计「对象的数据是很重要的。要搞清楚使用者的年龄、性别、职业、民族以及前述差异中所讲到的各种问题,才能使得所设计的室内环境和设施适合使用对象的尺寸特征。在多数情况下,要得到具体的设计对象的人体尺寸数据是不可能的,应该借助人体测量学家为我们提供的大量数据资料进行设计分析。
       (2)百分位的运用
       人体尺寸有很大的变化,它不是某一确定的数值,而是分布于一定的范围内(如亚洲人的身高是151~188cm这个范围)。但我们设计时只能用一个确定的数值,而且并不能像我们通常所理解的那样用平均值,那么,如何确定该使用哪一数值呢?这就是百分位的方法要解决的问题。
       百分位的定义是这样的:百分位表示具有某一人体尺寸和小于该尺寸的人占统计对象总人数的百分比。大部分的人体测量数据是按百分位表达的:把研究对象分成一百份,根据一些指定的人体尺寸项目(如身高),从最小到最大顺序排列,进行分段,每一段的截止点即为一个百分位。以身高为例:第5百分位的尺寸表示,有5%的人身高不高于这个尺寸。换句话说,就是有95%的人身高高于这个尺寸。第95百分位则表示,有95%的人不高于这个尺寸,5%的人具有更高的身高。第50百分位为中点,表示把一组数平分成两组,即较大的50%和较小的50%。第50百分位的数值可以说接近平均值(图4-18)
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       在很多的数据表中,只给出了第5百分位、第50百分位和第95百分位、因为这三个数据是人们经常见到和用到的尺寸。最常用的是第5和第95百分位,一般不用第50百分位。有人可能产生疑问,为什么不用平均值?下面的例子可以回答这个问题。
       例如,若以第50百分位的身高尺寸来确定门的净高,这样设计的门会使50%的人有碰头的危险。再比如,座位舒适的最重要的标准之一是,使用者的脚要稳妥地踏在地板上,否则两腿会悬空挂着,大腿软组织会过分受压,双腿会因坐骨神经受压而麻木。假设小腿连脚的长度(包括鞋)的平均值是46cm,若以此为依据进行设计,则设计出的椅子会有50%的人脚踩不到地,妇女们的腿较短,使用它时会感觉不舒适。因此座位平面高度的尺寸不能使用平均值,而是要用较小的尺寸才合适——长腿的人坐矮椅子时把腿伸出去就可以了。由此可见,平均值不是普遍适用的。
       在某些场合,由于某种原因不适合用极值(最大或最小)的时候,可能会用到“平均值”,即第50百分位的尺寸数据。例如,柜台的高度如果按第50百分位的尺寸设计会比按侏儒或巨人的尺寸设计更合适。
       在不涉及安全问题的情况下,使用百分位的建议如下:
       1) 由人体总高度、总宽度决定的物体,诸如门、通道、床等,其尺寸应以第95百分位的数值为依据。物体能满足大个的需要,小个子自然没问题。
       2) 由人体某一部分决定的物体,诸如臂长、腿长决定的座平面高度和手所能触及的范围等,其尺寸应以第5百分位为依据。小个子够得着,大个子自然没问题。
       3) 特殊情况下,如果以第5百分位或第95百分位为限值会造成界限以外的人员使用时不仅不舒适,而且有损健康和造成危险时,尺寸界限应扩大至第1百分位和第99百分位。如紧急出口的直径应以第99百分位为准,栏杆间距应以第1自分位为准。
       4) 目的不在于确定界限,而在于决定最佳范围时,应以第50百分位为依据。这适用于门铃、插座和电灯开关。在设计某种装置或设施时,特别是那些由于合理的原因不适宜于按极值(最小或最大)设计或者提供一个调节幅度时,可以使用“平均”值。例如,一个超级市场的付账柜台按平均身高的顾客建造时,会比按侏儒或巨人来设计引起的麻烦少。
       这里所举的例子只是表明,应注重各种人体尺度和特殊百分位的适用范围。而实际设计中应该考虑适合越多的人越好,如果一个搁板可以容易地降低2.5~5cm而不影响设计的其他部分和造价的话,那么使之适用于98%或99%的人显然是正确的。
        (3)可调节性
        在某些情况下,我们选择可以调节的做法,能够扩大使用的范围,并可使大部分人的使用更合理和理想。例如,可升降的椅子和可调节的搁板。
        (4)分别考虑各项人体尺寸
        实践中常发生以比例适中的人为基准的错误做法。身高一样的人,例如,有人理所当然地认为身高都是第5百分位的人,他们的坐高、坐深、伸手可及的范用也相应的一样小,但这种情况实际上是很少见的。实际上,身高相等的一组人里,身体坐高的差在10cm内。不同项目的人体尺寸相互之间的独立性很大,因此在设计时要分别考虑每个项目的尺寸
        (5)尺寸的定义
        由于人体测量还是一门新兴的学科,受过专门训练的人不多,各国和地区的标准又不尽相同,所以很多的人体尺寸资料在文字和定义上相互是很难统一的,故使用中的一个重要问题是:人体尺寸应有明确的定义,仅仪以人体尺寸的名称去理解是不够的。此外,对测量方法的说明也很重要。下面的例子说明了测量数值的变化与人体尺寸的关系。
        图1-4-19表示了“向前可及范围值”的变化与这一尺寸定义的关系。测量时被测人的肩胛骨是否紧贴墙面,对于测量,结果的精确性和测量结果的应用有很大影响。测量方法上的差别,使成年男子“向前可及范围值”的变化幅度可达10cm。这种差别在有些设计中会有重要的影响,如是否戴有安全带。
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图1-4-19
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1-4-20
        图1-4-20为身体坐高测量值的变化与该尺寸定义的关系。这里起关键作用的是坐姿对测量值的影响。身体坐高的差别在成年男子中可达6cm以上。
        (6)尺寸的衡量标准
        前面我们讲的是人体尺寸运用的一个原则:“够得着的距离,容得下的空间。”但这仅仅是满足了最基本的功能需要,也就是满足了最低限度的需要。而要达到舒适则是另一个标准。举一个例子:火车卧铺按照功能尺寸的要求肯定是合理的,但睡起来肯定没有五星级饭店中的大床舒服。这个例子告诉我们,舒适的程度也是一个尺寸选择的标准。
        (7)使用数据的约束性
        在特定的设计问题中应用人体测量资料}时,不可能按照现成的成套方法去做,因为所涉及的情况是不同的,并且使用该设施的人的类型也是各异坐高(躯干高)测量数值的变化与该尺寸定义的关系的。然而下列建议可作为一个普遍适用的方法(不仅是用来设计座位)。
        1) 确定设计中的重要的人体尺寸。
        2) 决定使用这种设施的人口组成,此即确定需要考虑的尺寸范围(例如,儿童、家庭主妇、不同的年龄组、不同的人种等)。
        3) 决定使用什么“原则”(例如,按最大或最小设计,按可调节的幅度设计,或是按“平均”设计)。
        4) 确定与人口组成相适应的人体测量表,并摘出出有关的数值。
        5) 如果穿著特殊的服装,应增加相应的间隙。
       尽管建筑与室内设计人员考证正负公差并不像工业产品设计要求的那样复杂、精确,但衣服对人体尺度和室内空间的影响仍是一个重要的因素。多数的人体测量尺寸是裸体或穿着很薄的衣服测量出来的,因此必须给服装留出余量。这些余量还会随着季节、特定环境、性别及流行式样而变化。还要注意的是,有时特别笨重的服装也会减少人手伸到远处的距离和关节活动的范围。
        经验法则、标准和其他一些省事省时的设计方法是容易被接受的,在某些情况下也是完全可以满足设计要求的。然而当设计到诸如人体与周围环境之间的关系等人为因素时,考虑到各种人体尺度和众多可能存在的相互关联的情况,完全依靠这些资料又是行不通的、不恰当的。经验法则的用途在于使设计人员理解概念、步骤和原理,而不是简单地利用它们的结果。它只能是设计}的范例与参考,使设计人员在做初步设计时对如何使室内环境更适合人体的需要有一个初步的概念。

        三、肢体活动范围与作业域
        人体尺寸无论是结构尺寸还是功能尺寸,皆是相对静止的某一方向的尺寸,而人们在实际的生活中是处于一种运动的状态下的,并且总是处在空间的一定范围内。在布置人的工作作业环境时,需要了解这一活动范围,也就是肢体的活动范围。它是由肢体转动的角度和肢体的长度构成的。在工作和生活活动中,人们的肢体围绕着躯体做各种动作,由肢体的活动所划出的限定范围即是肢体的活动空间,实际上它也就是人在某种姿态下肢体所能触及的空间范围。因为这一概念常常被用来解决人们在工作中的各种作业环境的问题,所以也被称为“作业域”。
        1.肢体的活动范围
       人的肢体围绕关节转动而划出的范围,也就是肢体活动所占用的空间范围。由活动角度和肢体长度构成的肢体活动范围在实际情况下可以千变万化。人在工作中有各种姿态,它们的动作空间不同,但由于我们不可能对所有的情况都进行研究,因此,只能考虑比较常见的情况(图1-4-21、图1-4-22)。
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1-4-22
       2.手脚的作业域
       人在日常工作和生活中,无论是在厨房还是在办公室,总是或坐或立,手脚在一定的空间范围内作各种活动,而形成包括左右水平面和上下垂直面的动作区域,这个域的边界是站立或坐姿时手脚所能达到的范闱,叫做人的作业域。而由作业域扩展到人一机系统的全体所需的最小空间即为作业空间( Working Space)。一般来说,作业域是包括在作业空间中的。作业域是二维的,作业空间是三维的(图1-4-23)。
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图1-4-23
        这个范围的尺寸一般用比较小的尺寸,以满足多数人的需要。
        人们工作时由于姿态不同,其作业域也不同。把人们经常采取的姿态归纳起来基本上是四种:站、坐、跪和躺(图1-4-24)。
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1-4-24
        (1)水平作业域
        是人于台面前和台面上左右运动手臂而形成的轨迹范围。手尽量外伸所形成的区域为最大作业域,而手臂自然放松运动所形成的区域为通常作业域。如写字板、键盘等手活动频繁的活动区应安排在此区域内。从属于这些活动的器物则应安排在最大作业域内。由图(1-4-25)
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图1-4-25
可以看出,按照通常的手臂活动范围,桌子的宽度有40cm就够了,但是,由于需要摆放各种用具,所以实际的桌子要大得多。掌握水平作业域对于确定台面上的各种设备和物品的摆放位置是很有用的。如收款台、计算机工作台、绘图桌等的设计。
        (2)垂直作业域
        指手臂伸直,以肩关节为轴作上下运动所形成的范围。垂直作业域对决定人在某一姿态时手臂触及的垂直范围有用,如搁板、挂件、门拉于等,带书架的桌子也常用到上述物体的高度(图1-4-26)。
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图14-26
         1)摸高。是指手举起时达到的高度,身高与摸高的关系,如图1-4-27所示。
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图1-4-27
垂直作业域与摸高是设计各种框架和扶手的依据,柜架经常使用的部分应该设计在这个范围内。除此之外,用手拿东西和操作时通常需要眼睛的引|,因此架子的高度不得超过男150~160cm,140~150cm。由视线所考虑的还有抽屉的高度。
        2)拉手。人要取东西,伸手就能拿到是最方便的。这样的说法可能会被认为是懒惰,但和工作效率联系起来就能了解其深刻的意义。人想要一伸手就毫不费力地抓到的东西之一就是拉手,拉手位置与身高有关。开门的人老少皆有,身高相差悬殊,往往找不到唯一适合的位置。在欧洲,有的门上装两个拉手以供成人和L童使用。用磁铁对拉手的位置进行了试验,结果为90~100cm(1-4-28)
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1-4-28
因此,一般办公室用100cm,一般家庭用80~90cm比较合适,幼儿园还要低一些。
        (3)影响
        作业域的因素
        1)在活动空间内是否有T作用具。
        2)需保持一定的活动行程。
        3)手的操纵方式是持着载荷还是移动载荷。
        4)并非任何地方都是能触及目标的最佳位置
        3.人体与动作空间
        人的动作空间主要分为两类:一是人体处于静态时的肢体的动作空间(作业域),二是人体处于动态时的全身的运动空间(作业空间)( WorkingSpace)。
        虽然肢体的动作空间是立体的,但作业域中的人是保持着某种静态的姿势的。我们讨论的目标是人的肢体究竟可以伸展到何种程度的范围,可是在现实生活中人们并非总是保持一种姿势不变,总在变换着姿态,并且人体本身也随着活动的需要而移动位置,这种姿势的变换和人体移动所占用的空间即构成了人体动作空间。人体动作空间大于作业域。人体动作空间的研究对于工业生产、军事设施中的人的作业活动空间的确定很有用。因此也叫“作业空间”。在室内设计中,它的作用更是显而易见的。人体的活动大体上可分为静态的手足活动、姿态的变换和人体的移动。人体的活动还与相关的物体有一定联系。
       (1)静态的于足活动
       人体在静态的手足活动时有不同的姿态,归纳的基本姿态有四种:立位、坐位、跪位和卧位。当人采取某种姿态时,即占用一定的空间。通过对基本姿态的研究,我们可以了解人在一定的姿态的手足活动时占用的空间的大小。每个姿态对应一个尺寸群(图1-4-29、图1-4-30)。
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1-4-29
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1-4-30
        (2)姿态变换
       姿态的变换集中于正立姿势与其他的可能姿态之间的变换,姿态的变换所占用的空间并不一定等于变换前的姿态和变换后的姿态占用空间的重叠,因为人体在进行姿态的改变时,由于力的平衡问题,会有其他的肢体伴随运动。因而占用的空间可能大于前述的空间的重叠(图1-4-31、图1-4-32)。
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1-4-31
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1-4-32
        (3)人体移动
        人体移动占用的空间不应仅仅考虑人体本身占用的空间,还应考虑连续运动过程中由于运动所必需的肢体摆动或身体回旋所需的空间(图1-4-33)
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图1-4-33
        (4)人与物的关系
        人体在进行各种活动时,很多的情况下是与一定的物体发生联系的,这些物体大致可分三类。
        用具:持于身前、身后、体侧,托于身上,可挥舞的等;
        家具:移动家具,支撑人体家具,贮藏家具
        建筑构件:门、通道阶梯、栏村等。
        人与物体相互作用产生的空问范围可能大于或小于人与物各自空间之和。所以人与物占用的空间的大小要视其活动方式而定(图1-4-34~图1-4-37)。
        (5)影响活动空间的因素
        人的工作空间可以有许多不同的身体位置,例如,水管工在一个被堵塞了的洗涤盘下工作、宇航员在他的密闭小舱中工作、装配工在他的装配线上工作等。由于我们们不可能对各种情况都进行研究,因此,只能考虑某些比较常见的工作位置。活动空间受到下列因素的影响:
        1)动作的方式
        2)在各种姿态下工作的时间
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图1-4-34
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1-4-35
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1-4-36
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1-4-37
        3)工作的过程和用具。
        4)服装
        5)民族习惯:如日本、韩国人大都席地而坐,无论是空间的尺度还是形态都与我们的一般情况不同。在设计这类的空间时,对于人体活动空间必须重新进行研究。
        6)在活动空间内有工作用具(如工作台、仪器)等。
        7)需保持一定的活动行程。
        8)并非任何地方都是能触及目标的最佳位置。

        四、其他因素
       1.静态肌肉施力
        无论是人体自身的平衡稳定还是人体的运动,都离不开肌肉的机能。肌肉的机能是收缩和产生肌力,肌力可以作用于骨,通过人体结构再作用于其他物体上,称为肌肉施力(图1-4-38)。
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图1-4-38
        肌肉施力有两种方式:动态肌肉施力和静态肌肉施力。
        动态施力和静态施力的基本区别之一在于它们对血液流动的影响。静态施力时,收缩的肌肉组织压迫血管,阻止血液进入肌肉,肌肉无法从血液得到糖和氧的补充,不得不依赖于本身的能量储备;同时,代谢废物不能被迅速排除,积累的废物造成肌肉酸痛,手臂受力的简化杠杆力系引起肌肉疲劳。由于酸痛难忍,静态作业的持续时间受到限制。与此相反,动态施力时,肌肉有节奏地收缩和舒张,这又对于血液循环而言,相当于一个泵的作用,肌肉收缩时将血液压出肌肉,舒张时又使新鲜血液进入肌肉,此时血液输送量比平常提高儿倍,血液大量流动不但使肌肉获得足够的糖和氧,而且迅速排除了代谢废物。因此,动态作业可以延续很长时间而不产生疲劳。心脏的工作就是动态作业,在人的一生中,心脏不停地搏动,心肌从不“疲劳”(图1-4-39、图1-4-40)。
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1-4-39
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1-4-40
       口常生活中,有许多静态施力的例子。人站立时,从腿部、臀部、腰部到颈部,有许多块肌肉处于长时间的静态施力状态。实际上,无论人的身体姿势怎样,都有部分肌肉静态受力,只是程度不同而已。还必须说明,并不是每项工作都可明确划分静态施力与动奁施力之间的界限的,通常某项作业既有静态施力又有动态施力。由于静态施力的作业方式比较“费力”,因此当两种施力方式同时存在时,首先要处理好静态施力。静态施力的划分可以参照下列标准:
        1)持续10s以上,肌肉施大力
        2)持续1min以上,肌肉中等施力。
        3)持续4min以上,肌肉施小力(约为个人最大肌力的1/8)。
        几乎所有的职业劳动都包括不同程度的静态施力,例如
        1)工作时,向前弯腰或者向两侧弯腰。
        2)用手臂夹持物体。
        3)工作时,手臂水平抬起。
        4)一只脚支撑体重,另一只脚控制机器。
        5)长时间站立在一个位置上。
        静态肌肉施力一方面加速肌肉疲劳过程,引起难忍的酸痛。另一方面,长期受静态施力的影响,就会发生永久性疼痛的病症,不仅肌肉酸痛,而且扩散到关节、腿和其他组织,因而损伤关节、软骨和腿。静态负荷太大,可引起下列病症:
        1)关节部炎症。
        2)腱膜炎。
        3)腱端炎症。
        4)关节慢性病变。
        5)椎间盘病症。
        无论是设计机器设备、仪器、工具还是进行作业设计和工作空间设计,都应遵循避免静态肌肉施力这一人体工程学的基本设计原则。例如,应避免使操作者在控制机器时长时间地抓握物体。避免静态肌肉施力的几个设计要点如下
        1)避免弯腰或其他不自然的身体姿势。当身体和头向两侧弯曲造成多块肌肉静态受力时,其危害性大于身体和头向前弯曲所造成的危害性(图1-4-41)
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图1-4-41
         2)避免长时间地抬手作业。抬手过高不仅引|起疲劳,而且降低操作精度和影响人的技能发挥。
         3)坐着工作比站着工作省力。工作椅的坐面高度应调到使操作者能十分容易地改变站和坐的姿势的高度,这就可以减少站起和坐下时造成的疲劳,尤其对于需要频繁走动的工作,更应如此设计工作椅。
         4)双手同时操作时,手的运动方向应相反或者对称运动,单手作业本身就造成背部肌肉静态施力。
         5)作业位置(工作台的台面或作业的空间)高度应按工作者的眼睛和观察时所需的距离来设计。观察时所需要的距离越近,作业位置应越高。作业位置的高度应能保证工作者的姿势自然,身体稍微前倾,眼睛正好处在观察时要求的最佳距离(图1-4-42)
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图1-4-42
         6)当手不得不在较高位置作业时,应使用支承物来托住肘关节、前臂或者手。支承物的表面应为毛巾或其他较柔软而且不发凉的材料,支承物应可调。
         7)支持肢体。如果一个人的体重是90kg;那么一只手大约0.6kg,一只手加一段前臂大约2kg条手臂的重量大约为44kg。因此,当他手中捏着一根25g的鸡毛时,同时还需支持4.4kg的整个手臂。而当他双手捏物需要近跟前细看时,则必须支持两个手臂的重量。因此,应避免过长时间的敬礼姿势以及越过头顶的操作,如仰焊、油漆顶棚等(图1-4-43)。
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图1-4-43
        2.重心问题
        在设计中,许多尺寸的考虑还有个重心的问题。例如栏杆的设计。简单地说,栏杆的高度应该高于人的重心,重心是考虑全部重量集中作用的点。当考虑人的重量时,就可以用这个点来代替人体重量之所在,所以如果栏杆低于这一点,人体一旦失去稳定,就可能越过栏杆而坠落。而重心一般在人的肚脐后,所以当人们站在栏杆附近时,如果发现栏杆比自己的肚脐还低,就会产生恐惧感。理论上,如以身高为100,则人体重心高度为56。例如,平均身高为163cm,则重心高度为92cm。这是平均值,修正一下取110cm较好。
        一般来说,每个人的重心位置不同。这主要是受身高、体重和体格不同的影响。通常躯十低的人重心偏向下方,反之则偏上。根据测定,重心在身高一半以上的人不到50%。此外重心还随人体位置和姿态的变化而不同。比如,椅子的设计。现代家具的设计形式丰富多样,尤其是椅子,四条腿的一般稳定性较好,但是三条腿、一条腿的就有个重心问题。人在坐姿时的重心很多人可能以为在坐板的重心,其实不然,除了直立的重心,还要考虑重心的移动(图1-4-44)。
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图1-4-44

第三节  设计中的人体工程学

        家具的主要功能是实用,因此,无论是人体家具还是贮藏家具都要满足使用要求。属于人体家具的椅、床等,要让人坐着舒适,书写方便,睡得香甜,安全可靠,减少疲劳感。属于贮藏家具的柜橱、架等,要有适合贮存各种衣物的空间,并且便于人们存取。为满足上述要求,设计家具时必须以人体工程学作为指导,使家具符合人体的基本尺寸和从事各种活动需要的尺寸。

        一、工作面的高度
        工作面是指作业时手的活动面。工作面的高度是决定人I作时的身体姿势的重要因素。不正确的工作面高度将影响工人的姿势,引起身体的弯曲,以致腰酸背痛。不论是坐着工作还是站立工作,都存在着一个最佳工作面高度的问题。这里需要强调,工作面高度不等于桌面高度,因为工作物件本身是有高度的。例如,打字机的键盘高度,一般有25~50mm。工作面可以是工作台的台面,也可以是主要作业区域。工作面的高度取决于作业时手的活动面的高度。例如绣花时,绣面的高度。不考虑具体的工作人员,一概采用固定的工作面高度,这不是一项好的设计。
         1.肘部高度
       最佳的工作面高度是在人的肘下50mm。这个数值是根据生产效率和工作人员的生理情况两方面因索确定的。很早就有人在研究后指出,T作面在肘下25~76mm是合适的。随后许多研究都证明了这点。众多研究得到的重要结论是工作面高度应由人体肘部高度来确定,而不是由地面以上的高度来确定。由于不同人的肘部高度是不一样的,所以使用一个固定的数字来设计T作面高度显然是不合理的。
       工作面的最佳高度略低于人的肘部。虽然不同的研究者提出了不同的肘下距离,但是一致的看法是工作面在人的肘下。人的肘部高度是人体高度的63%。
        2.能量消耗
       有人对烫衣板高度与工作人员生理方面的关系做了试验研究。试验中使用了人的能量消耗(kW)、心跳次数、呼吸次数等指标。多数参加试验者选择烫衣板距肘下150m为宜。如果把烫衣板置于距肘下250mm,出现了受试验者呼吸情况稍有变化的现象。其他一些人的类似试验都一致指出,当搁架高度低于肘部时,随着搁架高度的下降,人的能量消耗增加较快。这是由于人体自身的重量所造成的。例如,一个58kg体重的女工,搬运0.5kg的罐头到高于肘部的搁架上,她必须举起05kg的罐头,1kg重的前臂,15kg重的上臂。为了搬动0.5kg的罐头到低于肘部的搁架上,除上述动作外,她还需要不同程度地移动身体,则能量消耗增加很快。
        3.作业技能
        作业面的高度影响人的作业技能。一般认为,于在身前作业,肘部自然放下,手臂内收呈直角时,作业速度最快,即这个作业面高度最有利于技能作业。但另一个对食品包装的研究的结果与以上观点稍有不同(图1-4-45)。
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图1-4-45
由图可见,当手臂在身体两侧,外展角度为8°~23°,前臂内收平放在工作台上时,食品包装的作业效能最高,即包装速度快,质量好,而且人体消耗的能量也随之减少。如果座椅太低,上臂外展角度达45°时,肩承受了身体的平衡重量,将导致肌肉疲劳,所以作业效能下降,人体能耗增加。
         从适应性而言,可调工作台是理想的人体工程学的设计。在轻负荷作业条件下,不同身高的人应采用的调节高度如图1-4-46所示。
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图1-4-46
工作面的高度设计按基本作业姿势可分为三类站立作业;坐姿作业;交替式作业。
        4.站立作业
        站立工作时,工作面的高度决定了人的作业姿势。工作面过高,人不得不抬肩作业,可引起肩背、颈部等部位疼痛性肌肉痉挛。工作面太低,迫使人弯腰弯背,引起腰痛。站立作业的最佳T作面高度为肘高以下5~10cm。男性的平均肘高约为105cm,女性约为98cm。因此,按人体尺寸考虑,男性的最佳作业面高度为95-100cm,女性的最佳作业面高度为88~93cm。
        作业性质也可影响作业面高度的设计。对于精密作业(例如绘图),作业面应上升到肘高以上5~10cm,以适应眼睛的观察距离。同时,给肘关节部位一定的支承以减轻背部肌肉的静态负荷。
        对于工作台,如果台面还要放置工具、材料等,台面高度应降到肘高以下10~15cma。
        若作业体力强度高,例如需要借助身体的重量(如木工),作业面应降到肘高以下15~40cm。对于不同的作业性质,设计者必须具体分析其特点,以确定最佳作业面高度(图1-4-47)。
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图14-47
         5.坐姿作业
        对于一般的坐姿作业,作业面的高度仍在肘高(坐姿)以下5~10cm比较合适。同样,在精密作业时,作业面的高度必须增加,这是由丁精密作业要求手眼之间的精密配合。在精密作业中,视觉距离决定了人的作业姿势。
        随着中文计算机的发展,打字工作越来越多。打字时的作业面高度取决于打字机的键盘高度和工作台高度。降低工作台的高度受到腿所必需的空间的限制,最低的工作台高度可由以下公式求得:
         LH=K+R+T
     式中LH最低工作台高度
         K——膑骨上缘高(坐姿);
         R——活动空隙,男性为5cm,女性为7cm;
         T——工作台面厚度
        办公室工作由于受到视觉距离和手的较精密工作(如书写、打字等)的要求,一般办公桌的高度都应在肘高以上。办公桌的高度是否合适,还取决于另外两个因素:面部与桌面的距离和桌下腿的活动空间。前者影响人的腰部姿势;后者决定腿是否舒服。
        一般而言,办公桌应按身材较大的人的人体尺寸设计。这是因为身材小的人可以加高椅面和使用垫脚台,而身材较大的人使用低办公桌就会导致腰腿的疲劳和不舒服。
        设计办公桌时,应保证办公人员有足够的腿的活动空间。因为,腿能适当移动或交叉对血液循环是有利的。抽屉应在办公人员两边,而不应在桌子中间,以免影响腿的活动。
         6.坐立交替式作业
         这是指工作者在作业区内,既可坐也可站,可坐立交替地工作(图1-4-48)。
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图1-4-48
这种工作方式很符合生理学和矫形学(研究人体,尤其是儿童骨骼系统变形的学科)的观点。坐姿解除了站立时人的下肢的肌肉负荷,而站立时可以放松坐姿引起的肌肉紧张。坐与站各导致不同肌肉的疲劳和疼痛,所以坐立之间的交替可以解除部分肌肉的负荷,坐立交替还可使脊椎中的椎间盘获得营养。
        另外,坐立交替设计还很适合需频繁坐立的工作。例如美国UPS邮政车司机的座椅就比一般汽车司机的座椅高,它可以坐立交替,从而大大减轻了频繁坐立的劳动强度。
         7.斜作业面
         实际工作中,头的姿势很难保持在理想的范围内,如最常见的在写字台上读写书画,头的倾角就超过了舒服的范围(即8°~22°),因此出现了桌面或者作业面倾斜的设计(图1-4-49)。
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图1-4-49
特别是当水平作业面过低时,由于头的倾角不可能过多地超过30°,所以,人不得不增加躯体的弯曲程度。因此,绘图桌的设计应注意以下几条要求:
        (1)高度和倾斜度都可调
        (2)桌面前缘的高度应在65~130cm内可调;
        (3)桌面倾斜度应在0°~75°°内可调。
        对学生使用课桌时的姿势的研究已经发现,躯体倾斜(第12节胸椎与眼睛的连线同水平面之间的夹角)程度与桌面倾斜程度有关系。可见,倾斜桌面有利于保持躯体的自然姿势,避免弯曲过度。另外,肌电图和个体主观感受测量都证明了倾斜桌面的优越性。倾斜桌面还有利于视觉活动。但桌面斜了,放东西就困难,这一点设计时亦应予以考虑。

        二、座位的设计
        不论在工作单位、在家中、在公共汽车中或任何其他地方,每人在他的一生中有很大一部分时间是花在坐的上面的,从经验可知,椅子和座位必须舒适并配合不同工作的需要,这不仅与工作效率有关,而且与人体的健康有着密切的关系。
         1.一般的座位设计原理
        当然,与座位和椅子有关的舒适程度和功能效用是由它们的设计与人体的身体结构和生物力学,关系所构成的。椅子和座位的用途不同(从看电视的躺椅至运动场的露天看台),显然要求不同的设计,并且由于人个体的差别更使这个设计问题复杂化了。但仍然有些通用的准则,可以帮助我们选择设计并满足我们预期的目标。
         在很多情况下,座椅与餐桌、书桌、柜台或各种各样的工作面有直接关系,但以下所讲的内容仅仅涉及了椅子本身。椅子设计的关键包括座高、座深、座宽和斜}度,扶手高度和间隔,椅背大小和倾斜角度。
        (1)重量分布
        各种对座位的研究得出了以下这个结论:当一个人坐在椅子内时,他身体的重量并非全部在整个臀部上,而是在两块坐骨的小范围内。当人体的重量主要是由坐骨的结节支承时,人们通常就感到最舒适。从臀部的骨结构来看,似乎很适合这个支承重量的任务。图1-4-50、图1-4-51给出了座椅所受到的压力分布。每一根线代表相等的压力分布,从坐骨结节下的最大值90gm2至最外边的10gcm2。一把好的座椅可以适应姿势的改变。软的坐垫是需要的,因为它可以增加接触表面,从而减小压力分布的不均匀性。一般坐垫高度是25mm。太软太高的坐垫造成身体不易平衡稳定,反而不好。椅子表面的材料应采用纤维材料,既可透气,又可减少身体下滑。不要采用塑料面。塑料面不透气,表面太滑,使人坐着感到不舒服。
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图1-4-50
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图1-4-51
        (2)座位高度
        座椅的高度是很重要的。应该根据工作面高度决定座椅高度。常常出现的错误是从地面起量座椅的高度。决定座椅高度最重要的因素是,该高度应能造成人的肘部与工作面之间有一个合适的距离是275±25mm,在这个距离内,大腿的厚度占据了一定高度(图1-4-52)。当上半身有了好的位置后,再注意到下肢。舒服的坐姿是大腿近乎水平以及两脚被地面所支持。由于考虑到工作面的需要,可能椅子高度会导致人脚达不到地面,这田时应该使用|脚垫。
        为了避免大腿下有过高的压力(一般发生在座位的前部),座位前沿的高度不应大于坐着时从地板到大腿下面的距离(脚弯处和高度)。这个尺寸的选择一般应适合所有第5百分位以上的人。然而这个值对于固定座位的高度来说,可能会使较高的人的腰背部分成凸出而不是凹进去的姿势。因此将脚后跟最好比第5百分位的值略提高3~5cm(妇女要多一些)。在实践中非常普遍地采用43cm的座位高度。能调节的座位高度(38-48cm)可以适合各种高度的人的需要。
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1-4-52
        (3)座位的深度和宽度
        座位的深度和宽度应取决于座位的类型(不论是多用途的椅子或是打字员用的椅子甚至躺椅等)。然而一般讲,这个规定的深度应适合小个子(为小腿提供余隙,并且减少大腿压力)。座椅的深度要恰当。如果座椅太深,坐者不能靠背。通常的深度是375400mm为宜。座位面的宽度不能小于40cm。这样一个座位宽度对于单只座位来讲,可达到预期的目的;但如果是排成一行的,或者座位是一个靠着一个的,还必须考虑肘与肘的宽度,而规定的宽度应适合大个子。即使采用第95百分位的值也会产生一定的拥挤。在任何情况下这些数字是带靠手的椅子的最小值。座椅的宽度是从宽为好。宽的座椅允许坐者姿势变化。最小的椅子宽度是400mm再加上50mm的衣服和口袋装物的距离。对于有靠手的座椅,两靠手之间的距离最小是475mm。会妨碍手臂的运动。如果需要手臂支撑,可以把手臂放在桌子上,手臂下面还可以放小的垫子。对于有靠手的座椅,靠手高度应在椅面以上200mm为宜。靠手太高是错误的设计(图1-4-53)
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图1-4-53
        (4)身躯的稳定性
        身体的稳定性大部分是由设计决定的,设讠计应使得身体主要的重量由闱绕坐骨结节的面积来承受。对于这一点,座位的角度和靠背的角度起着重要的作用,座位靠背的曲线也有关系(图1-4-54)。
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图1-4-54
然而这些方面又与座位的功能缠绕在起。例如,就办公室座位来讲,推荐的座位角度为3°,而靠背的角度(靠背和座位之间的夹角)为100°。然而,对于休息和阅读来讲,大多数人喜欢较大的角度。身体的稳定性也可以靠于来帮助,甚至将手臂先靠在桌子或工作面上,但是这些也应在能使手臂自然垂下的高度,从而使肘部能在一种自然的位置上休息(图1-4-55、图1-4-56)。
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图1-4-55
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图1-4-56
        (5)按不同用途设计的座位
        因为座位的细节问题是必须由其特定的用途决定的,故我们只能选择一些实例来加以说明。
        工作椅。人工作时坐着的座椅叫工作椅。图1-4-55中,左侧的多功能工作椅具有高靠背低垫腰凸缘。人在工作时,身体前倾,凸缘支撑住腰部,而放松休息时人体后靠,靠背又保持了脊柱的自然“S”形曲线。工作椅并不一定需要靠背,工厂车间和医院的工作椅一般就没有靠背,而办公室的作椅一般需要靠背,这取决于工作性质。图1-4-52是一种典型的工作椅。
        就这两种座椅对66个办公室工作人员的征询调查表明,绝大多数人更喜欢高靠背工作椅。因此,只要工作环境和性质允许,就应使用高靠背的工作椅。设计工作椅应注意:
        1)高度可调。工作椅的髙度调节范围为38-53cm。
        2)可防止座椅滑动和翻倒。椅脚应设计5个,平分在直径为40-45cm的圆周上。
        3)给人留有足够的活动空间。需要经常站起的座椅应采用小脚轮。
        4)应保证腿的活动空间,以减轻腿的疲劳。
        5)坐面应为40~45cm宽,38-~42cm长,坐面中部稍徽下凹,前缘呈弧曲面,坐面后倾4°~6°。
        6)坐面的材料应透气而且不打滑(例如毛料),以增加坐面的舒适感
        2.坐的解剖学和生理学
        前面介绍的座位设计的一般原理主要是建立在舒适的判断基础上的。但是现实情况却是,在我们这个工业化批界中近乎一半的人口忍受着某种程度的腰背的疾苦。每年为病假工资、医药处理等耗费大量的钱。多年来对办公室、工厂等方面的椅子已做了大量研究工作,打字员的椅子似乎是这类椅子的典范。其特点是能够调节高度和靠背,并且很轻,可以移动,座位的坡度大约为向后倾斜5°,这为打字和休息提供了一个最适宜的姿势。
        为了了解坐的姿势中存在的问题,我们必须研究当一个人从站立的姿势改变为坐的姿势时,所发生的解剖学上的变化。当一个人从站立的娑势改变成坐得笔直的姿势时,大多数人想象为,是臀部关节转动了90°,然而实际上这个动作是比较复杂的,因为这个弯曲中只有60°°是来自于臀部关节的,而另外的30。是来自于腰椎曲线的变平(图1-4-57~图1-4-59)。曾有一项研究显示,人在坐下时艘椎曲线平均变平了30.5°,这样的腰椎弯曲几乎都发生第四和第五个腰椎问盘上。恰好这两个盘是发生脱盘最多之处。因此尽可能地减少这个部位的过度弯曲很重要。即使在一般放松休息的姿势时,那里也有相当的荷载。慢性的腰背痛常常就发生在下腰部范围内,并且患者的特征是,他们不能以笔直的姿势坐随便怎样长的时间。即使是一个健康的背,30°的弯曲似乎也已是背部能容忍较长时间的最大负担。
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图1-4-57
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1-459
        坐姿的最严重问题是对腰椎和腰部肌肉的有害影响。不正确的坐姿不但不能减轻腰的负荷,反而加重了这一负荷。60%的人都有过腰痛的体验,其中最常见的痛因就是椎间盘的问题。椎间盘由纤维环构成,由于某种原因,椎间盘也可能退化,从而丧失强度。这时椎间盘变得扁平,严重时黏液还会被挤出脊柱的机能因此受到损害,造成一些组织和神经受挤压,引起各种骨盆部位的病症以及腰部风湿甚至下肢瘫痪。不正确的作业姿势和坐姿可能加速椎间盘退化,引起上述种种病痛。
       许多人建议人应直腰坐着,以保持脊柱的自然S形。在人直腰坐着时。椎间盘内压力比弯腰坐时小,但是,在坐着时适当放松,稍微弯曲身体,可以解除背部肌肉的负荷,使整个身体感觉舒服。由肌电图可以很容易地证明这一点。如图图1-4-60所示,当直腰坐时肌电图波形变化大,而放松坐时机电图波形平稳。这说明,身体稍微前倾的放松坐姿,有利于整个身体的平衡。事实上,多数人的坐姿是放松的。细心的读者一定已经发现,肌肉和椎间盘对坐姿的要求是矛盾的。直腰坐有利于降低椎间盘内压力,但肌肉负荷增大;弯腰坐有利于肌肉放松却增加了椎间盘的内压力。靠背倾角和靠背的形状都可影响椎间盘和背部肌肉。靠背倾角是指靠背与坐面的夹角。图1-4-61是不同靠背倾角下的肌电图和椎间盘内压力。图中椎间盘的内压力以靠背倾角为90°时的压力值
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图1-4-60
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1-4-61
为零点,其绝对压力为0.5MPa,所以,图中为相对压力。
        综合上述内容和图中的数据,可以得出以下几点结论:
        1)人的背后仰和放松时,椎间盘内压力最小。
        2)靠背倾角越大,肌肉负荷越小,
        3)5cm厚的短靠腰(靠住腰部,也叫低靠腰)与平面的靠背相比,可降低椎问盘内压力,减轻肌肉负荷。
        4)靠背最佳倾角(与水平面夹角)为120°,坐面最佳角度(与水平面夹角)为14°,靠背应为5cm厚的低靠腰。当靠背倾角超过110°后,倾斜的靠背支承着身体上部分的重量,从而减小了椎间盘内压力

第四节  人的感知与室内环境

       在我们的各种生活环境中,除了人的形态与空间有关,人的知觉与感觉因素也是一个非常重要的因素。知觉和感觉是指人对外界环境的一切刺激信息的接收和反应能力。它是人的生理活动的一个重要的方面。了解知觉和感觉,不但有助于对人类心理的了解,而且为在环境中人的知觉和感觉器官的适应能力的确定提供了科+学依据。人的感觉器官在什么情况下可以感觉到刺激物、什么样的环境是人可以接受的、什么是不能接受的,是人体工程学需要研究的课题。它为室内环境设计确定适应于人的标准,有助于我们根据人的特点去创造适应于人的生活环境。

        一、人与环境的关系
        人类总是生活在具体的环境中的。良好的生活环境可以促进人的身心健康,提高工作效率,改善生活质量。环境与人类是息息相关的。影响人类的环境因素可分为以下四种:
        1)物理环境。声、光、热的因素。
        2)化学坏境。各种化学物质对人的影响。
        3)生物环境。各种动植物及微生物对人的影响。
        4)其他环境。
        这其中,物理环境与环境设计的关系又最密切。知觉与环境是相互对应的:视觉——光环境,听觉—声学环境,触觉——温度和湿度环境。
        人类对环境进行各种工作的最重要的目的,就是研究环境与人体的相互关系。把这种关系仅单纯解释成为来自环境的作用(刺激)和对之产生反应或适应(影响)的结构模式是不够的。作为基础本能,其他生物也有生来就具备的适应能力。忽略了人的适应能力或者超过了人的适应限度,就会出现在环境建设过程中导致公害和产生某些职业病等问题。
        1.体内环境稳定
        针对体外环境条件的变化,身心要进行种种的调整和适应,以便使包括大脑在内的体内各机能保持平衡。事实上,尽管外部环境经常在变化,但体内机能却表现出惊人的稳定。外部环境变化时,体内环境稳定不变是生物的特征。所谓稳定状态,不仅是指血液和组织液的化学成分是稳定的,而且是指,只要处于安静状态,人体的生理机能也是稳定的,虽然有个人差别,但差别范围也是很小的。血压、脉搏、呼吸数等,虽然也因为姿势、运动、劳动而变化,但也仍然保持接近安静状态时的正常值。
        生理机能尽管由于环境变化以及因劳动、饮食、睡眠等的生活活动会在狭小的范围内波动,但仍然保持稳定,这种现象称为体内环境稳定( Homeostasis,恒常性)。体内机能的稳定性是由自律神经系统与激素系统的控制而保持的。维持体内的环境稳定是身体健康的标志。医生进行健康诊断时,测量体温、脉搏、血压,采血、取尿进行化学分析,与正常值做比较,当发现偏离正常值时,则说明体内环境稳定遭到破坏,表明患病或者健康不良。
         2.身体对环境的适应
        身体对环境变化的调整适应能力是有限度的,所以并不是任何变化都能够适应。不过,环境变化在多数情况下是反复的,长期持续不断的,而身体的调整是很快的,所以调整的范围也在不断扩大。身体与环境之间相互的变化过程就是适应的过程,也可以称为调整的熟练、练习、习惯。譬如,人在夏天和冬天穿着同样厚度的服装进入10℃的房间,对寒冷作出反应的代谢量,冬天比夏天增加得更迅速,增加率也大。相反,人对炎热的调整,在夏天比较快。若在30℃的房间里放一盆浴水,使盆内水温在40℃左右,人站在浴盆里,夏天比冬天出汗快,汗量也多得多。从这种对寒暑的调整反应当中,不仅可以看出明显的季节变化,也可以很好地了解人对季节的适应。
        3.调整与适应的条件
        身心对环境条件变动的调整与适应是有条件的,这取决于环境方面的作用力和身心方面的调整与适应能力的平衡。当环境过度的严酷时,调整与适应失败,便会影响健康。例如,因炎热而中暑,因严寒而冻伤、冻死,因高山低气压缺氧而患高山病、神经痛、脑出血发作,因有害物污染而中毒,各种传染病,因精神环境引起的精神病等等,都是因作用力一方与适应能力一方失去平衡而导致的恶果。身心的调整能力和适应能力除因人而异外,还因人种、性别、年龄而有差别。一般来说,幼儿与老人调整的幅度比较狭窄;同健康人相比,病人和孕产妇的调整能力要低一些;在个人差别当中会有性格、体力和体质上的差别。人对环境的调整能力与适应能力的培养,同锻炼与营养有很大关系。
        为了达到对于环境的调整与适应的目的,改造环境使之成为易于被调整与适应的对象,是很重要的。改善环境就是首先从这个意义开始的。人类同其他动物相比,改善环境的能力特别突出。很久以前,人们就利用衣服和房屋来缓和严酷的自然条件,以发展交通手段来扩大行动的范围,这些都是人工改造自然环境,以使调整与适应比较容易实现的手段。然而,人工环境并不总是优于自然环境的,环境污染及公害等就是人们创造的不健康的环境。只着眼于优先考虑生活方便和生产效益,而不顾及人们自身本来的调整能力和适应能力,其结果就必然会破坏环境。迅速改变环境所引起的不健康状态过去就有,那是在产业革命时期,由于开始了大工厂化,同自然环境相协调的农村人口大量集中到大工厂参加劳动,并在大工厂周围逐渐形成了城市,与此同时,产生了前所未有的职业病和传染病等。在追求便利和舒适的现代化过程中,虽然没有达到直接破坏环境的程度,但是,却产生了不健康的后果。如大厦和公寓里的空调给人们带来的障碍,闭塞恐怖与高层恐惧带来的精神病态,由于乘飞机旅行使身体节奏生物钟失调等等。这些均可以看成是对新环境、新生活条件的调整与适应的失败。

         二、视觉与视觉环境设计
         1.视觉的特征
         这里我们不准备细述人眼复杂的生理构造,尽管它与视觉的特征有密切的关系。我们只对视觉特征本身与环境的关系感兴趣。视觉是光进入眼睛而产生的。由于有了视觉,我们才能知道各种物体的形状、色彩、明度。一般来说,人类所获得的信息有80%是来自于视觉的。
         2.视觉的要素
         (1)视野
         视野是指眼睛固定于一点时所能看到的范围,若眼睛平视,主观感觉大约向上能看到眉毛,向下能看到鼻子及唇部,向上约55°,向下约70°,左右各约94°(图1-4-62、图1-4-63)。
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1-4-62
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1-4-63
        我们可将视野分为主视野、余视野。主视野位于视野的中心,分辨率较高。余视野位于视野的边缘,分辨率较低。不同色彩的视野是不同的,人眼中绿、红、黄色的视野较小,而白、青色的视野较大(图1-4-64、图1-4-65)。
        视野的研究对于操作控制及视觉空间的设计非常重要。例如,在飞机座舱、汽车驾驶室和各种控制室里,人们往往需要注视某一方向,并兼顾控制仪表。这时,显示器的位置就要在不影响观察的情况下尽量安排在视野内,并且,使用频率高的、需要辨认的放在主视野內,不常用的或提示与警告性的放在余视野内。相关规则如下。
        重要的:3°以内;一般的:20°~40°以内;次要的:40°~60°。一般不在80°视野之外设置,因其视觉效率太低。对于视觉观察不利的因素应尽量安排在视野之外,如强烈的眩光。
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1-4-64
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1-4-65
         (2)光感
         1)绝对亮度。眼睛能感觉到的光的强度。人眼是非常敏感的,其绝对值是0.3烛光/平方英尺的亿分之一。完全暗适应的人能看见80km(50英里)远的火光。
         2)相对亮度。对于一般的使用来说,绝对亮度意义不大,而相对亮度更有意义。相对亮度是指光强度与背景的对比关系,称为相对值。在一个暗背景中,亮度很低的光线也可以看得很清楚;然而在个亮背景中,同样的光线就可能看不出来。这种现象可以用白天看不见星星的例子来说明。
        3)光亮范围。光感不仅与光的强度有关,还与光的范围大小有关,并与其成正比。
        4)辨别值。光的辨别难易与光和背景之间的差别有关,即明度差。
        根据光感的特性,在视觉设计中,如果我们希望光或由光构成的某种信息容易被人们感觉到,就应提高它与背景的差别,增大光的面积;反之,如果不希望如此,则应相反处理。问题的关键不在于光的绝对亮度,而在于它与背景的差别和面积的大小。
        (3)视力
        视力是眼睛观测小物体和分辨细节的能力,它随着被观察物体的大小、光谱、相对亮度和观察时间的不同而变化。视力在眼球上的分布是不均匀的,中心部分视力最佳,只有1°的视角内看得最清楚。超过这个范围,则只能看到运动和对比明显的物体,这与人的主主观感觉不同,是因为眼球运动的关系。影响视力最主要的因素是光的亮度。视力与亮度成正比,正常人在良好的情况下可以看清800m外的一根电线,因此需要细致观察的场所应提高亮度。
        (4)色彩
        1)色彩的知觉范围。视野内的色彩感觉并不完全相同,视野的边缘部分虽然能够察觉物体,但感觉不到色彩。在离开视觉中心点90°的地方,除非是在光线很亮的情况下,否则,任何的物体看起来都是灰色的。人眼对波长555m的光最敏感,介于黄色和绿色之间。
        2)色彩与亮度。人的眼睛能分辨出10万种不同的颜色,但当光线很暗时,则一切都成为灰色。
        (5)眼的调节
        眼调节主要有三方面:眼球的运动,远近调节,双眼的聚焦。眼球的运动是水平比垂直快,所以显示应以水平方向为好。
        (6)残像
        眼睛在经过强光刺激后,会有影像残留于视网膜上,这是由于视网膜的化学残留作用引起的。残像的问题主要是影响观察,因此应尽量避免强光和眩光的出现。
        (7)暗适应
        去过电影院的人都有下面的体会,进入黑暗环境时不能立即看清物体。原因是:人眼中有两种感觉细胞—锥体和杆体,锥体在明亮时起作用,而杆体对弱光敏感。人在突然进入黑暗环境时,锥体失去了感觉功能,而杆体还不能立即工作,因而需要一定的适应时间(图1-4-66)。
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图1-4-66
在眼睛已经习惯于户外亮光的时候,突然进入很暗的门厅,在刚刚进屋的一刹那,不只是有一种阴暗的感觉,而且由于眼睛瞬时还不适应,往往要绊倒在门槛上或碰到伞架上,甚至有时在楼梯上一脚踏空,很可能会造成重伤。
         3.视觉环境
         视觉环境主要指人们生活工作中带有视觉因素的环境问题,视觉环境的问题又主要分为两个问题,一是视觉陈示问题,二是光环境问题。
         (1)视觉陈示
        陈示是指各种视觉信息通过一定的形式陈列显示出来。陈示有多种多样,视觉陈示顾名思义,即是以视觉为感觉方式的形式来传递各种信息。视觉是人们与周围环境接触的主要方式,生活中大量的信息都通过眼睛传递给我们的大脑。然而这大量的信息并不是都对人有用,如何根据眼睛的特征,使需要的信息更容易被视觉接收,而且接收得更准确,这就是视觉陈示研究的问题。如交通标忐采用何种形式为好、哪种光适合作夜间标志、标志的大小尺寸如何等(图1-4-67)。
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图1-4-67
        (2)视觉陈示的原理
        良好的视觉陈示比起只是可以看,更需要进行选择和设计,要表现出易于使人了解和解释的形式,良好的视觉陈示应注意以下几个因素:
         1)视距。陈示的视距对细节的设计、位置及色彩和照明等的处理都非常重要。如一般的书和地图都是设计成不超过正常的观看距离,而有些陈示如(控制台等)通常为不超过手臂的长度,还有些标志(如路标)则设计成很远。
        专家对观察行为的研究表明,博物馆成年观众的,平均视距为7.3~8.5m(据我在博物馆中所做的现场观察,观众的视距与陈列物品的尺寸有关,美术馆观众的视距远小于上述数字。当画幅在:0.6m×0.6m左右时,观众的平均视距为0.8~1.2m,当画幅在1.2m×1.2m左右时,观众的平均视距则为2.5~3.0m)。陈列室的空间形状和放置展品的位置都要考虑这个有效范围,否则会造成眼睛的疲劳,甚至造成错觉。减少可能加速眼睛疲劳的一个有效方法是改变放置展品的水平面,使眼睛在观看时可以不断调节焦距而不是固定在某一点上。
        2)视角。一般来说,视觉陈示在水平方向上为最佳,但有时因条件的限制无法做到,此时应注意因视角造成的视差和暖昧不明(电视等)。
        3)照明。有些陈示本身是光亮的,有些则要靠其他光源的照明;有些要在较暗的环境,有些则要求较佳的照明;有时需要强烈的色彩,有时则要接近自然光。
        4)环境状况。视觉陈示总是在一定的环境气氛中,如坐在汽车或火车中。良好的设计应避免不利的情况,使视觉陈示在其环境中设计适当。
        5)整体效果。有时视觉陈示不是孤立的,这时应能保证表现方式因内容而异,人们应能迅速地找到所需的陈示内容。
        (3)视觉陈示的方式
        视觉陈示的方式多种多样,如光线、显像管、仪表、图形、印刷等。通常大致可分为两种:动态和静态。随时间变化的为动态的;固定不变的为静态的。动态的多数是仪表和显像管等;静态的大多数是各种标识,如标志、图片、图形等。
        (4)视听空间中的电视、幻灯陈示
        1)周围照明。周围照明是指屏幕外的照明。长期以来,人们亻总以为問围的照度最好是黑暗的,其实并非如此。试验表明:屏幕黑暗部分的明度与周围的明度相一致时观察效果最优,周围过暗易造成视觉疲劳。
        2)暗适应。在显示器前工作的场所应注意的问题是:一是人眼要适应显示器的亮度;二是周围环境不宜过暗,以免需要观察周围时出现暗适应问题。
        3)屏幕的大小和位置。因为人的视野是一定的,在较少移动目光的情况下,人观察的范围的大小是一定的,它与屏幕的大小有一定的关系。过大只能观察到中心的信息,而过小则会造成视觉疲劳且只注意边缘的信息。因此,屏幕的面积与视距是成正比的,屏幕的位置最好与人的视线垂直,视点在屏幕的中心(图1-4-67)
        (5)灯光陈示
        灯光陈示主要有灯箱、信号灯和由灯组成的图形等。灯光陈示最主要的是亮度因素,亮度的大小取决于环境背景的要求,而不是越大越好。灯光若要引起人们的注意,则其亮度至少要两倍于背景的亮度。灯光陈示还应避免分散注意力和眩光,因此,与环境相适应时还要控制光强的变化。同样的亮度,闪光更易引起人们的注意。是否采用灯光应根据环境而定,如果照明很好,则无必要。
        1)灯光陈示的色彩。应尽量避免含混不清的色彩同时使用,色彩也不应太多,为了使人能分辨,不应超过22色,最好是在10种以内。
        2)安全色。各国均有规定,一般情况下:红—警告;黄——危险;绿—正常。
        3)与周围环境的关系。就个别信号的清晰度而言,蓝绿色最好(同样的亮度),受背景影响也小,但不易混淆的程度不如黄紫色。就同一色彩来说,色彩饱和度高的受背景的影响也小。红光的波长长,射程远,可保证大视距,但从功率耗损而言,越纯的红光功率损失越大。而蓝绿光的功率消耗小,而且人的主观感觉亮度高,所以实际上在同等的功率下,蓝绿光的射程较远。强光、弱光最好不要太近,以免相互影响。单个光的陈示往往最明显,光陈示过多会冲淡对重要信号的注意,应当有主次。
        4.光环境设计
        我们生活和工作中的大量活动,都需要良好的光线,而光线的来源有两种—自然采光和人工照明。自然采光与人工照明不同,且主要是建筑上的问题。由于现代建筑的内部空间越来越复杂,完全采用自然采光已不可能,因此光环境的设计更显重要,照明设计的好坏对工作和生活的影响很大。
        (1)照明设计的一般要点
        1)适当的亮度。视力是随着照度的变化而变化的,对于为保持足够的观察能力而必须提供的照度,不同的活动、不同的人,有不同的要求。照度与视觉观察之间的对应关系是:细微的工作照度高粗放的工作照度低;观察运动物体照度高,静止物体照度低;用视觉工作照度高,不用视觉工作低:儿童要求低,老人要求高。
        照度低会看不清,那是不是越高越好呢?也不是。当超过一定的临界时,视力并不随照度的提高而提高,而且会造成眩光,影响视力。还有,过亮的环境会使眼睛感到不适,增大视觉的疲劳(因虹膜的高度紧张)。因此,照度应保持在一个舒适的范围之内。
        2)工位与背景的亮度对比。局部的照明与环境背景的亮度差别不宜过大,太大容易造成视觉疲劳。这是因为,光线变化太大,眼睛需不断地调节以适应。
        3)眩光和阴影。眩光是在视野范围内亮度差异悬殊时产生的。如夜间行车时对面的灯光,夏季的太阳下眺望水面等。产生眩光的因素主要有直接的发光体和间接的反射面两种。浅色的眼睛比黑眼睛更易受到眩光的干扰。眩光的主要危害在于,产生残像,破坏视力,破坏暗适应,降低视力,分散注意力,降低工作效率,产生视觉疲劳。消除眩光的方法主要有两种是将光源移出视野。人的活动尽管是复杂多样的,但视线的活动还是有一定的规律的,大部分集中于视平线以下,因而可将灯光安装在正常视野以上,即水平线上25°,45°°以上更好。二是间接照明。反射光和漫射光都是良好的间接照明,可消除眩光。阴影也会影响视线的观察,间接照明可消除阴影(图1-4-68~图1-4-70)。
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图1-4-68
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图1-4-69
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图1-4-70
        4)暗适应问题。某些活动往往要在比较黑暗的环境中进行,如电影院、舞厅、机场塔台、声光控制室等在这里,既要有一定亮度的局部照明,以便能看清需要的东西,又要保持较好的对黑暗环境的暗适应,以便观察其他的较暗的环境,因此只能采用少量的光源进行照明。在上述坏境下,我们采用弱光照明。然而,采用普通的灯光其暗适应性较差,红色光是对暗适应影响最小的,因此在暗环境下多用较暗的红光照明。
        5)光色。光是有不同的颜色的,对照明而言,光和色是不可分的。在光色的协调和处理上必须注意的问题是:①色彩的计划必须注意光色的影响。其一是光色会对整个的环境色调产生影响,可以利用它去营造气氛色调。其二是光亮对色彩的影响,眼睛的色彩分辨能力是与光亮度有关的,与亮度成止比。因对黑暗敏感的杆休是色盲,所以,在黑暗环境下眼睛几乎是色盲,色彩失去意义。因此,在一般环境下色彩可正常处理,在黑暗环境中应提高色彩的纯度或不采用色彩处理,而代之以用明暗对比的手法进行处理。②色彩的还原。光色会影响人对物体本来色彩的观察,造成失真,影响人对物体的印象。日光色是色彩还原的最佳光源,食物用暖色光、蔬菜用黄色光比较好。

        三、听觉与声环境
        1.听觉
        听觉是除视觉以外人类的第二大感觉系统,它由耳和有关神经系统组成。听觉要素主要包括:音调(频率)、响度、声强。人类可听到的声音频率范围是20~2000Hz,但随着响度、强度会有变化,这三者互相影响。
        听觉有两个基本的机能:
        1)传递声音信息。
        2)引起警觉,即警报作用。
        室内听觉环境设计主要包括了两大方面,一类是要使人爱听的声音能够被人听得更清晰,效果更好,这主要是音响、声学设计的问题。第二类是对于人不爱听的声音,如何去消除,即噪声控制。下面我们主要介绍噪声控制问题。
        2.噪声控制
        (1)噪声的定义
        最简单的定义是:噪声是干扰声音。凡是十扰人的活动(包括心理活动)的声音都是噪声,这是从噪声的作用角度来对噪声下定义的。噪声能引起人强烈的心理反应,如果一个声音引起了人的烦恼即使是音乐的声音,也会被人称为噪声。例如,某人在专心读书,任何声音对他而言都叮能是噪声。因此,也可以从人对声音的反应这个角度来定义噪声,即噪声是引起烦恼的声音。
        (2)噪声的心理和生理作用
         1)噪声的心理影响。噪声对人心理的影响主要反映在警觉干扰、睡眠干扰、心理应激三个方面。
        同时,噪声通过网状激活系统刺激脑的自律神经中枢,可以引起内脏器官的自律反应,如心率加快。此外,噪声还可干扰人们相互之间的语言交流。当噪声增大时,我们听觉某特定声音的能力使会逐渐下降。例如,在嘈杂的大厅内,想听懂別人说的话就很困难。从许多声音中听觉一种声音,取决于对该声音的听觉阀限。当噪声在:80dB以下时,此听觉阀限与噪声程度呈线性关系,作业区的语言交流质量取决于说话的声音强度和背景噪声的强度。说话声强高于噪声10dB时,音节的听懂率达到40%~56%,这就是说可以听懂93%~97%的句子含义。试验证明,这种语言交流质量能够满足大部分工厂和办公室的要求。所以,只要背景噪声比说话声音小就可认为语言交流能够正常进行。街道两旁的建筑内,尤其在夏季当窗子打开后,受交通噪声的影响,室内噪声可达70~75dB,故对语言交流有极大干扰。图1-4-71及表1-4-2、表1-4-3列出了办公室内的噪声和不同地方允许的极限值。
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图1-4-71说话者应有的声音大小
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        2)噪声与作业效能。噪声的有害作用更多地是损害人的作业效能。噪声对体力作业的影响很小,但对人的思维活动和需要集中精力的活动干扰极大。例如,噪声对于一些要求高技能和处理许多息的复杂的脑力活动都起着干扰作用。噪声妨碍人学习精细灵活的动作,体育教练都知道噪声能降低运动员做高难度动作的成绩。间断性或无法预料的强噪声(90B以上),可使脑力活动迟钝。事实上,人们从日常生活的经验中都会知道噪声会降低人的作业效能和生产量。对一些工厂进行的研究还发现:加工车间的噪声降低25dB,废晶率下降50%;装配车间的噪声降低20dB,生产率提高30%;打字室的噪声降低25dB,打字错误率下降50%。这些研究说明了控制噪声的重要意义。当然,在这些研究里,作用效能的提高,除了噪声降低这个原因外,也许还有其他原因。
        噪声对脑力活动的影响可纳如下:间断的,尤其是无法预料的噪声比连续噪声千扰大;高频噪声比低频噪声干扰大;正在学习某项事物比已经熟练的情况下更容易受噪声干扰。
        把噪声直接作为作业效能下降的原因时,必须仔细研究。分析噪声对作业的影响必须考虑以下因素:噪声的强度;噪声的性质,是连续的还是间断的,是预料之内的还是预料之外的;噪声中也可能包含着有用的信息,如纯机器噪声(监视发电机工作就需要分辨噪声信息);作业性质,例如是单调工作还是充满刺激的活动。
        噪声的有利作用是:如果作业是单调的或者有许多分散注意力的刺激因素,则适当的噪声对作业是有利的。在单调作业时,噪声可提高人的觉醒程度,从而提高作业效能。噪声还能遮掩其他声音刺激,防止人们]分散注意力,因而也有利于脑力作业。
        3)噪声的生理作用。许多生理学研究都发现,当人受噪声影响时会有如下生理反应:血压升高心率加快、皮下血管收缩、代谢加快、消化减慢、肌肉紧张。所有这些现象都与觉醒程度是否进入了警觉状态有密切的关系。在动物世界内,听觉是基本的报警系统。人的听觉系统的两个机能之一,仍是引起警觉。这些生理反应的生物意义是噪声的心理作用,噪声对人的情绪影响很大,这种情绪引起强烈的心理作用。自然界的声音,如树叶的沙沙声、流水的淙淙声听起来使人心旷神怡,而噪声和噪声环境使人感到讨厌,这种讨厌的情绪取决于主观和客观的各种因素。人能否逐渐适应噪声仍不清楚,但从目前噪声问题日趋严重和噪声引起的讨厌心理来看,只能说人是无法适应噪声的,即使存在一定的适应能力,也远远小于噪声的有害作用。
        体力恢复是身体健康的基本保证,夜间睡眠、工间休息和午休都有利于体力恢复。如果噪声对自律神经系统的刺激作用不限于工作时间,而是延续到休息和睡眠时间,则人在应激和恢复之间的平衡就被破坏,噪声就成了造成慢性劳损、作业效能下降以及各种慢性疾痛的原因之一。
        (3)听力与噪声
        次强噪声只引起短时的听力丧失,但经常发生短时的听力丧失,就会导致永久性的听觉丧失,成为噪声聋。内耳的感声细胞受噪声影响逐步退化是出现永久听力丧失的原因。
        年龄与听力丧失有关。随着年龄的增加,人的听力会有所下降,听力下降是从高颊部分开始的,以3000Hz纯音的听觉阀限为例,不同年龄的人,其听力丧失情况如下:50岁:10dB;60岁:25dB。
        对于噪声负荷和听力丧失规律的研究,使我们能够预测噪声对听力的损害,国际标准局也有相关数据可查。预测的听力丧失称为可能听力丧失,它与噪声强度及受噪声影响时间有密切的关系,见表1-4-4所列。
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       表中的百分数表示出现听力丧失的人数占总人数的百分比。显然,90dB以上的噪声对听力有损坏作用,而且噪声强度和受噪声影响时间都直接决定了听力丧失的危险性的大小。图14-72显示了听力下降与噪声的关系。
        (4)噪声防护
        实行噪声防护,可以从以下几个方面入手:
        1)噪声防护设计。
        2)减少噪声源。
        3)组织噪声传播。
        4)个人防护措施。
        噪声防护设计的重要技术性步骤是选用消声的建筑材料和在建筑内合理地进行房间布局。所以,噪声防护工作在绘图时就已开始了,离噪声源越远,噪声强度衰减就越大。所以,办公室、绘图室和任何进行脑力作业的房间应尽量远离交通噪声。在进行设计时,应使噪声大的房间尽量远离要求集中精力和高技能的房间,中间用其他房间隔开,作为噪声的缓冲区。
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1-4-72
        设计两个房间的隔层时,应考虑墙、门、窗以及天窗等对噪声的隔声作用。
        对于产生噪声的振动体,可以通过加固、加重、弯曲变形或者改用不共振材料等措施来使振动体降低噪声。运转着的机械和交通工具,不仅会产生噪声,而且能引起周围物体的振动,甚至引起整个建筑物的振动。因此,重型机械必须牢固地固定在水泥和铸铁地基上,根据机器的类型,可使用弹簧、橡胶、毛毡等消声材料。
        封闭噪声源是一个有效降低噪声的方法。选用合适的材料建造的噪声源隔声罩和隔声间可使噪声降低20~30dB。一般情况下,隔声墙内应安装吸声材料,墙的自重要大,以保证隔声效果。为了便于电源引线的安装和维修,可在隔声墙上开口,但一般而言,开口的面积不得超过整个隔声间面积的10%。各种建筑面的隔声效果见表1-4-5所列。
        在采取了诸如声源消声、声源隔声等措施以后,还可在房间的墙和顶棚上安装吸声材料,进一步消除噪声。吸卢板的作用是吸收部分声能,可以减少声音的反射和回声的影响(表1-4-6)。在以下情况下应考虑安装吸声板:
        1)安装吸声板后可使厂房内回声时间下降1/4,办公室回声时间下降1/3。
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        2)房间高度低于3
        3)房间高于3m,但体积小于500m3?
        3.音乐与工作
        从物理学的角度来看,音乐只是一种声音。然而多少年来,音乐一直在帮助人们减轻劳累。例如,《劳动号子》、《战士进行曲》、《伏尔加河船夫曲》,音调悦耳,节奏感强,能鼓舞人们更加努力地工作。
        (1)声音的生理作用
        我们已经讨论过,听觉刺激经过内耳转变为神经冲动,沿听觉神经进入中脑,也传入网状激活系统、使整个大脑皮层进入准备反应的兴奋状态。所以,声音也有兴奋大脑的作用,尤其是在工作单调的情况下。音乐有鲜明的节奏,有规律的声强变化,其效果更加显著。音乐使整个人体处于兴奋状态,而刺激性和节奏性很强的音乐,也能分散人的注意力,影响脑力作业和持续警觉的作业。所以音乐只适合于重复单调的工作。音乐分散注意力和干扰作业的情况,取决于音乐的选择,适当的音乐可以大大减轻其分散注意力的作用。工业界近几十年来为了改善工作条件,多次试验在单调的工作环境中运用音乐。英国的一项研究曾发现,音乐可以提高服装厂女工的生产速度。他们]还发现,从上午10时至1时15分,放音乐的效果更好。对美国人的一项调查发现,绝大多数人希望在每天的工作时间内,放10-16次音乐。上午10时左右和下午3时左右,是最受欢迎的放音乐的时间。青年人和女工对音乐的要求求则则更为强烈。例如,在某装配车间放轻音乐后,日班产量提高了17%。放古典音乐似乎不如放轻音乐的效果好。
        (2)背景音乐
        上述劳动音乐有明快的节奏和曲调。近代起源于美国的所谓背景音乐,是一种在政府机关、商店、候车室、饭馆甚至宿舍内播放的音乐。这种音乐是持续不断的,声音极轻,不引|人注意,几乎不容易意识到。它的作用是把人包围在一个愉快和谐的气氛里,而不分散人的注意力,因此也适合于脑力作业。音乐可为工作创造一个愉快的气氛,唤起人的热情,对于单调重复的工作尤为有效。音乐对噪声大的厂房和脑力作业的有利作用不多。

        四、触觉与触觉环境
        皮肤的感觉即为触觉,皮肤能反应机械刺激、化学刺激、电击、温度和压力等。
        1.触觉
        痛觉、压力感、温感、冷感,它们是由皮肤上遍布的感觉点来感受的。感觉点的分布是不均匀的。压点约50万个,广泛分布于全身,疏密不同,舌尖、指尖、口唇最密,头部、背部最少。痛点约有200万~400万个,其中角膜最多。冷点12~15个/cm2,温点2~3个/cm2,在面部较多。由于感觉点的分布疏密不同,所以,人体触觉的敏感程度在身体的各个部分是不同的。舌尖和指尖最敏感,背部和后脚跟最迟钝。指尖的敏感是由于细小的指纹,细小的纹理对细小的物体敏感,汗毛也是同样的道理。人体感觉敏感度的分布如图1-4-73。
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图1-4-73
痛觉是最普遍分布于全身的感觉,各种刺激都可以造成痛觉。温度觉:一般10~30℃刺激冷点,10℃以下刺激冷点和痛点,35~45℃刺激温点,46~50℃刺激冷温点,50℃以上刺激冷点、温点和痛点而产生痛感。
         2.触觉环境
         综上所述,触觉的问题主要是痛觉、压力觉和温度感觉等问题的处理。痛觉实际上是各种刺激的极限,压力太大、太冷或太热都可产生。因此,触觉问题也就主要表现为解决温度和压力的问题。
        (1)选择体感好的材料
         很多人都有下面这样的体验,在冷天,皮肤接触溶室里冰的瓷砖时,身体觉得发冷,会产生一种畏缩的感觉。我们之所以会感到发冷,或者感到温暖,是因为在人的皮肤上分布有称做冷点和热点的组织,它们对周围的温度敏感,使人产生了冷或热的感觉。很显然,这些冷点或热点都是为接受感觉而准备的,这就是通常所说的鲁菲尼小体和克劳斯氏小体。由于皮肤上分布有感觉接收器,人对冷热的感觉,在很大程度上被皮肤的温度所左右。从而作为恒温动物的体温调节机构,也是为了控制皮肤表面温度而设置的。例如,热的时候可以出汗散热,冷的时候皮肤收缩(俗语称起鸡皮疙瘩),抑制皮肤的散热反应。此外,人虽然穿衣服,但露着的部分皮肤接触各种东西的机会还是相当多的。以光脚为例,如果冬天地板是凉的,当然会感到不舒服。但夏天就不同了,本来是使人感到不舒服的冰凉,却变成了说不出的凉爽。在住宅里,皮肤经常直接接触的地方很多,这些地方使用什么材料,才不至于在冷的时候使人感到不适?关于这个问题,有个很有趣的答案。当皮肤接触物质的时候,之所以产生不愉快的感觉,应当认为是由于接触的瞬间,皮肤温度迅速下降所致。其下降的程度,因材料+而异(图1-4-74)。
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图1-4-74
于是就会产生舒服或不舒服的不同感觉。他还实际测量了脚掌和地面装修材料之间温度下降的情况,发表了一幅曲线图。纵轴表示接触瞬间的脚掌温度下降程度,横轴表示接触瞬间的地面温度。例如,当地面温度为20℃时,如果是木地板,则脚掌温度下降1℃。从这个图可以明显地看出,由于材料不同,温度下降的程度也不同。
         (2)地面材料的防滑
        石材或者像水磨石一类的人造石材,是容易打滑的。在行进中跌倒时。可能会发生骨折、脑震荡等重伤,是很危险的。关于地板打滑问题,要更多考虑的还是对腿和脚引起的疲劳问题。地板发滑会使人极度疲劳,这是因为人会把注意力始终集中在防止摔跤上,腿的肌肉相当紧张,很容易引「起疲劳。用一肌肉电测仪的医疗仪器,可以测定走路时究竞有哪些部位的肌肉在活动。在人的肌肉收缩过程中,能够发出很微弱的电流。把这个微弱的电流加以放大,当人活动的时候,就能够读到肌肉产生的电流。这种电流的大小与肌肉的活动成正比,肌肉电测仪的指针摆动越大,说明肌肉的活动越激烈。用肌肉电测仪检査人走步时的肌肉活动情况发现,腰部下面的臀大肌,迎面骨下的前胫骨肌,还有小腿上的腓肠肌等部位的肌肉连同其附近的肌肉,活动非常激烈,但是一旦地面打滑,就打乱了这些肌肉的活动状态和活动顺序,使之不再按一般的状态进行活动。这种情况对身体有什么影响,现在还不清楚。但在地面上打滑,很可能不仅使腿部感到疲劳,而且也会引起心情的紧张。特别是从侧面进行观察发现,在这种情况下步距要比正常时小10cm。可以这样来比喻,就像不会溜冰的人,穿着冰鞋在冰上站着一样,不仅姿势十分难看,而且绝不敢迈大步,只好一点点地小步挪动。迈小步是为了保持脚掌同时着地。因打滑而跌倒的原因如图1-4-75所示,
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图1-4-75
当脚跟接触地面的一瞬间,在地面和脚跟之间,作用着一个水平方向的力,是否打滑,要看这个力和阻止打滑的阻力两者之间是否平衡。如果水平方向的力大,则打滑。如果阻力大,则偏于安全。能防止打滑的阻力中包含了两个力,一个是一般熟知的脚跟和地面装修材料之间的摩擦力,另一个是由身体重量引起的地板和脚跟两者都有的微小变形,并由这种变形而产生的一种“卡”力。为了保持较大的摩擦力,在地板上不要多打蜡,也不要洒上水或油。为了增加“卡”住的力量,地板采用软的材料较好。迈小步走路,当然水平方向的力就小些,人就不容易滑倒。
         (3)静电
        我们经常听到静电这个词,夏天打雷是云雾的放电现象,脱内衣时衣服粘着身体也是静电的作用。静电一般在物体相互摩擦时产生。它和磁铁·样有吸引东西的能力,像灰尘这样的物质就可以被吸附上。静电还会带来危害,当它积累到一定数量时,就会放出火花。问题是停留在人身上的静电,一旦找到出路就会亳不留情地放电。人体之所以有静电,在走路时鞋底和地板的摩擦是一个很重要的原因。在这种情况下,人体上产生的电压虽然因材料而异,但据说有时甚至可达10000V以上。若是一般情况下,这样高的电压,将会是很危险的,但是由于电流很小,所以还是安全的。当人体电压达到3000V以上时,就会和门的金属把手之间产生放电现象。当我们想要开门时,“啪”的一声,于指尖感到有些刺痛,有时会看到电火花,这就是被静电打了。在一、二月份空气干燥的时候,这种令人不愉快的现象发生较多(图1-4-76)。

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图1-4-76
          为了防止这种现象发生,可以采用很多方法。首先需要研究地面的装修材料。某地毯生产公司发表了人在各种地毯上行走时可能带上的静电量的实验数值。由图1-4-77
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图1-4-77
可知,羊毛和尼龙地毯在空气干燥时产生的静电量大,而且容易放电;与此相反,近来开始常用的聚丙烯或过去一直用的乙烯树脂地毯等在这个问题上可以大体使人放心。不论哪一种地毯,在冬季使用时都需要注意。防止产生静电的另一种方法,是控制湿度。如果室内湿度高,就不易产生静电。例如,当室内温度为20℃,湿度大于60%时,就不会发生静电打人的现象。
         (4)动作用力与受力面大小
     人身体皮肤的各个部分承受力的大小不同,食指受力16kg,中指21kg,小指10kg。超过人体承受的极限会产生不舒适、疼痛的感觉,甚至引|起肌体损伤。受力的大小与力的绝对大小有关,但更重要的而且多数情况下与人的身体受力接触面的大小有关。日常生活中经常有这样的例子:拉紧的纤细的绳索、承受重物的细细的提手等都会使人有不快的感觉。建筑和家具设计中经常会遇到这个问题,这个问题常发生在各种门窗扶手和家具拉手上(1-4-78)
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1-4-78
为了造型的美观,很多的拉手和受力部件被设计成纤细、细薄的形状,一旦遇到紧急情况,由于受力面积很小,很容易造成无法使用或意外伤害等情况的出现。问题的核心就是,在设计这些产品时,没有考虑到受力部位与人体接触面积的大小会产生不同的受力状况。因此,很多像这样看起来美观的产品在关键时刻很可能潜伏着危险。

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