高校桌椅的人机工程学研究

高浩政 宋璐璐 屈永良山东科技大学矿业与安全工程学院



高校桌椅的人机工程学研究

高浩政 宋璐璐 屈永良
山东科技大学矿业与安全工程学院

【摘要】为了使高校桌椅的设计更加符合当代大学生的身体结构特点，通过对山东科技大学在校生身高尺寸进行统计分析，利用人机工程学的方法，得出高校桌椅的理想尺寸，并与目前高校使用的桌椅的关键尺寸对比分析，提出整改措施，为当代高校桌椅设计提供可靠的依据。

【关键词】高校学生；人机工程学；统计分析；课桌椅

如今桌椅等日常设施的设计都是依据《中国成年人人体尺寸》（GB10000-1988）。这个数据长久没有更新，随着社会的发展，人类的身体结构变化很大，其数据已经不能适应当代的要求[1-2]；然而对所有人的尺寸进行一次彻底的测定又是不太现实的，因此可以以某一典型群体的某一特定人体尺寸进行分析[3]。综上所述，以某一大学学生的身体尺寸为代表，从安全人机的角度进行统计、分析，为高校桌椅的设计提供可靠的依据是十分有意义的。

1　人体人机学参数及其测量数据统计处理方法简介

（1）身高。

指从地面到头最高点的垂直距离，用符号H表示。

（2）腘高。

腘高即小腿加足高，是指从地面到髌骨上缘的最高点的垂直距离，用S1表示，S1=0.249H。

（3）臀膝距。

指坐姿状态自膝盖的最前点到臀部的最后点的水平距离，用S2表示，S2=0.342H。

（4）肩宽。

指两肩峰点之间的直线距离，用S4表示，S4=0.229H。

（5）坐高。

指坐姿状态，从水平面到头的最高点之间的垂直距离，用S5表示，S5=0.523H。

（6）大腿厚。

指从坐面到大腿最高点的垂直距离，用S6表示，S6=0.086H。

2　山东科技大学在校学生身高数据的统计分析

（1）数据计算。

数据分组。

已知：N=25989；

身高最高值1995mm；

最低值1445mm；

全距：1995-1445=550（mm）。

对于身高测量的计算，组距b一般取20mm；分组个数n=[550÷20]+1=28（组）。

根据每个组的频数作出频率分布图，如下图。

图　频数分布直方图

确定假定平均数。

假定平均数可选任一组的上限与下限除以2而得，即该组的组中值。这是为了计算方便而预先假定的平均数。从理论上讲，确定假定平均数选哪一组都可以，对测量指标均无影响。通常以选取与真实平均数相接近的组计算比较简便，因此选择频数较大的那一组的组中值作为假定平均数：G0= （1765+1745）÷2=1755（mm）。

计算离均差，假定平均数所在组的离均差为0，比较各组，较小者为-1，-2…；较大者为1，2…。

通过下表，计算出相关的参数，为后面的运算做准备。

标准差：

平均值：

式中：

N—总频数；

f—各组频数。

百分位数P表示人体尺寸的等级：

求1％～50％之间的数据时PK=+K·SD。

求50％～99％之间的数据时PK=-K·SD。

P5=1720.0-74.8×1.645=1596.95（mm）。

P95=1720.0+74.8×1.645=1843.05（mm）。

（2）对数据计算结果进行分析。

由GB10000-1988《中国成年人人体尺寸》可以发现，18～25岁第5百分位数的男性身高是1591mm，女性身高是1494mm；第50百分位数的男性身高是1686mm，女性为1580mm；第95百分位数的男性身高是1789mm，女性为1667mm[4]。跟计算得出的对应百分位数的人体身高（不分男女）做比较可以看出，当代高校学生的身高尺寸与目前的国标有较大偏差，现行的标准已经不能满足大学生的需求。

3　对高校课桌椅尺寸改进的建议

（1）座椅高度。

座面高度是指地面至就坐后座面上坐骨支承处的高度。适宜的椅面高度应使就坐者大腿近于水平，小腿自然垂直，脚掌平放于地面上。座面过高或过低都会给人产生不适感。所以椅面的高度以小腿加足高第5百分位的数值做参考。小腿加足高S1=0.249H，由上一节的计算可知，高校学生第5百分位数的身高为1596.95mm，座椅高度为L1=0.249×1596.95=398mm，为了避免坐立时大腿承受过高的压力，椅面高度应该比小腿加足高略低一点，椅面前缘以略低于小腿加足高10mm为宜。随机测量一个教室52名同学（男女各25名）的鞋跟高度，女生鞋跟总高度为78.2cm，男生鞋跟总高度为66.4cm，根据学校男女2:1的比例计算出，本校学生平均鞋跟高度为2.8cm，取穿鞋修正量为28mm，穿裤修正量为6mm，因此座椅的高度应该设计为398+29-6-10=410mm。而实测教室中椅面的高度为440mm，实际值与理想值存在较大偏差，应该改为410mm。

（2）座椅深度。

椅面深度是指椅面的前后距离，座椅深度要设计成人的腰背自然地依靠在靠背上时椅面前缘不会抵到小腿，一般以臀膝距为参考，取第5百分位数的3/4为依据，这样短腿者膝盖不会抵到前缘上，臀膝距S2=0.342H，由上一节计算知，高校第5百分位的身高H为1596.95mm椅面深度L2=0.342×1596.95×3/4=410mm。而实测座椅的深度为398mm，实测值与理想值存在一定偏差。

（3）靠背的宽度。

靠背的宽应采用人体数据的第95百分位肩宽为宜。这样有利于缓解背部肌肉紧张。肩宽S5=0.229H，高校第95百分位数的身高为1843.05mm，S5=0.229×1843.05=422mm，加上衣服的修正量为13mm，靠背宽度L5=422+13=435mm，实测靠背宽度为460mm，而GB/T3976-2014规定为360mm[5]，都应该进行相应的改进。

（4）课桌高度。

考虑到用于工作的桌面稍高一点为宜，合理的桌面高度等于座椅高度加上人体第95百分位坐高的三分之一，坐高S4=0.523H，由上一节计算可知，高校第95百分位数的身高为1843.05mm，第95百分位的坐高S4=0.523×1843.05=963.92mm，L4=410+S4/3=731mm。而GB/T3976-2014《学校课桌椅功能尺寸》的规定，桌椅的高度差小于等于320mm[5]，因此对应桌面的高度为小于等于730mm。运算结果跟GB/T3976-2014差距不大，因此桌面高度取730mm。而实际测量的教室桌面的高度为750mm，与理论值有较大出入。

（5）桌面深。

规定桌面深度为350mm[5]，大概比一本书的长度多一点，实测桌面深度为320mm，应予以改进。

（6）坐人侧桌缘与靠背之间的水平距离。

此间距设计常以座深加上第95百分位的大腿厚的数值为设计依据，这样可以使人较方便地进出，由计算可知，合理座深为410mm，大腿厚S4=0.086H，由上一节可知，高校第95百分位数的身高为1843.05mm，因此S4=0.086×1843.05=158.50mm，L4=410+158.50=569mm，坐人侧桌缘与靠背之间的水平距离应该取570mm，实测教室桌椅距离为560mm，而GB/T3976-2002规定为420mm[5]，都应该予以相应的改进。

4　结论

本文通过对山东科技大学在校学生的身高尺寸进行统计分析，利用人机工程学的知识，计算得出当代高校桌椅关键尺寸的理想值：座椅高度的理想值为410mm，座椅深度的理想值为410mm，靠背的宽度的理想值为435mm，课桌高度的理想值为730mm，桌面深的理想值为350mm，坐人侧桌缘与靠背之间的水平距离的理想值为570mm。并将理想值与高校目前使用桌椅尺寸进行对比分析，对其进行适当地改进，为高校桌椅科学设计提供一个理论依据。

参考文献

[1]田炜，马广韬.高校桌椅设计的人机工程学研究[D].沈阳：沈阳建筑大学，2011

[2]周美玉.工业设计应用人类工程学[M].北京：中国轻工业出版社，2001

[3]程卫民，撒占友.安全人机工程[M].徐州：中国矿业大学出版社，2012

[4]国家技术监督局.GB10000-1988，中国成年人人体尺[S].北京：中国标准出版社，1988

[5]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T3976-2014，学校课桌椅功能尺及技术要求[S].北京：中国标准出版社，2015