中小型游乐设备防护设计在人机工程学中的应用

（1.广州南方学院,广东广州 510000;2.华强方特文化科技集团股份有限公司,广东深圳 518000）

一、前言

常见的中小型游乐设备大致可分为：轨道类、旋转类、升降类和碰撞类这几种，因为游乐设备大多都是提供给青少年游玩的，所以它的外观造型设计都非常的丰富，以此来吸引青少年以及成人的游玩乐趣。而在游乐设备设计的时候往往需要我们打破外观对我们的误导，首先考虑的是游乐设备的内在的乘坐空间、安全防护、布局的设计。无论是人还是产品都无法在孤立的情况下提供一种恰如其分的造型形式，因而产品的形态也只能从人与产品间的关系中去寻求造型尺度的合理依据，于是人机工程学的运用就成了我们在进行产品形态设计的主要因素。同理在游乐设备设计的时候，我们同样去思考儿童、成人与设备之间的关系，如何设计才能让乘客安全、舒适的体验我们的设备。

二、中小型游乐设备的特征

游乐设施品类繁多，但归根结底是运用机械、液压、电子、光学、声学等技术让乘客体验开汽车、坐火车、乘飞机、上天入地、太空飞行、失重等滋味，加上外观造型设计和环境设计，从而使游客得到生理和心理上的满足。那游乐设备区别于一般的产品之外更重要的是需要更高的“安全系数”，其中的安全措施包含了：安全带、安全压杆、挡杆等。而游乐设备在运营的过程中均有强烈的震动和碰撞，所以为了给游客一个安全的体验环境，都需要进行合理的防护设计。基本上所有的防护设计都会围绕游乐设备座椅展开，所以座椅将是游乐设备防护设计的重中之重，首先我们需要简单了解下游乐设备座椅的特点：1.游乐设备的座椅一般都呈包裹形态；2.座椅表面会设计一些卡位用来限制身体的活动；3.会有辅助安全措施包含座椅压杆、座椅安全带、座椅扶手以及座椅软包。

我们需要从座椅的这几个特征出发，结合人机工程学中的要点来进行我们的游乐设备设计。

三、游乐设备座椅相关的人机要点

涉及座椅，人体工程学座椅的设计原则包括三个主要的要素：脊柱、肌肉、坐姿行为，体压分布也算考虑的一个因素。游乐设备的座椅就更加需要按照合理的人体结构来进行设计。

1.座椅高度的分析与人机尺寸运用

一般来讲，椅面的高度与国标GB/T 10000-1988坐姿人体尺寸中的“小托加足高”接近或稍小时，有利于获得合理的椅面体压分布。但是涉及游乐设备的座椅与这里稍微有点不同，所有的刺激性游乐设备出于安全考虑都是需要乘客小托加足高低于坐高，这样才能悬空，设备在停止运行的过程中才不会因为受重致使我们的腿部产生形变造成损伤。所以高于小腿加足高是我们的参考因素之一。

我们在设计的时候取决于游乐设备针对的年龄层次来选择我们所参考的人机尺寸来合理地设计我们的座椅距离地面的高度。

2.座椅软包设计与人机尺寸运用

游乐设备的座椅较普通座椅还是有一定的区别，游乐设备对于身体的保护性要有更高的要求，因此座椅可能不会像普通座椅那样坐的非常的舒适，这就需要在座椅中加入软包理念，才可保证安全性的同时也带来舒适性。而座椅一般都是考虑人体的腰椎间盘压力影响来思考座椅的整体趋势设计，确定了整体的趋势才可能对软包的形状进行深入设计。我们需先了解人体的椎间盘压力分布特征。人在不同状态下的椎间盘压力是不同的。以站姿为标准，平躺时为站立时的24%，标准坐姿为站立时的140%，放松状态下为站立时的190%。相应的座椅靠背仰角、支撑对第三腰椎间盘压力的影响：大于90度大约在110度时，并且对腰椎有支撑时压力最小。

通过上面可以看出当座椅夹角不同的时候，我们人体脊椎所承受的力是不一样，为了让我们的脊椎不会轻易地变形，需要在空隙中加入支撑设计，同理我们游乐设备的座椅设计过程中，整体需成包裹形态紧紧地将我们的臀部卡在座椅里面，为了起到包裹的作用，那我们的座椅软包形态设计就需要符合我们脊柱在特定坐姿下的弯曲设计，起到支撑我们的腰椎的作用，而大部分游乐设备的座椅靠背角度都不会太高于90°，因为角度过大会增大整个座椅的安全保护范围所以90°以内是最合适的。游乐设备座椅的夹角90°的情况下，我们可在空隙处加厚我们的软包设计，可以让软包贴合我们的脊柱，起到保护作用。

3.座椅防护压杆与人机尺寸应用

压杆是游乐设备中较常见的安全防护装置，一般的压杆种类包含：肩部压杆、胸部压杆、腿部压杆，我们在设计压杆的时候需要考虑整体座椅的空间，肩部和胸部压杆下压的位置和到靠背的距离，我们需要结合该游乐设备针对的人群来进行分析，不同的年龄阶段的肩部和胸部尺寸会有差别，我们需要满足最大尺寸的同时还要考虑，最小范围的尺寸会不会导致压杆无法形成安全防护，产生较大的缝隙，会给乘客造成安全隐患。结合上述，考虑到衣服的修正量和不同年龄段的尺寸，我们需要从这些数据当中去分析具体什么样的数据范围适合作为肩部和胸部压杆的参考值，该值需确保以下几个前提：1.满足多个年龄层次的乘客使用此压杆满足防护作用；2.保证极限瘦小的人体体验也会产生防护的作用，这就需要我们权衡多个角度的数据，经过我们的推销也就可以逐渐清晰我们的压杆具体需要设计成什么样子，以此为基础在不断地去优化压杆，添加符合人体构造的造型因素来增加压杆的舒适性和安全性。

腿部压杆又和肩部、胸部压杆有一些区别，字面意思上就是腿部压杆主要是限制我们的下半身，从而起到防护作用，腿部压杆与我们人体的大腿厚度尺寸息息相关。

结合上述，同理我们需要按照最大值和最小值进行综合考虑，得出一个最安全的数值，保证儿童不会溜出去的前提下，还要对成人可以压下去起到防护作用。

4.座椅安全带防护人机分析

游乐设备安全带种类大致可分为：两点安全带、三点安全带、多点安全带，两点安全带多用于刺激性较小的项目，三点安全带用于刺激性较大的。

两点安全带的设定需要考虑到人体腹部的尺寸，安全带过长会导致带子对乘客乘坐的体验，安全带过短又会对功能这一块无法满足，所以我们要综合考虑座椅宽度和人体腹部的厚度，得出最适合的安全带长度。

游乐设备的三点安全带一般第三点在座椅下方，下方的安全带需要按照座椅深度来预测尺寸长度，保证安全带的防护性，多点以上的游乐设备一般都需要将安全带做成一个防护带来固定身体，多见于攀登或者弹跳之类的项目。

综合以上几点整个游乐设备的安全防护基本都聚焦于座椅这一块，所以座椅初期的设计需要考虑到上述我们提到，座椅本体尺寸的人机工程学，座椅上的压杆的相对位置关系和座椅间的空隙相关的人机工程学，在整个游乐设备的安全防护设计过程中，最重要的就是其中的座椅，座椅与我们常坐的座椅是有一定的区别的，以下是一些座椅的例子。

游乐设备的座椅设计到多个方面，首先是座椅本身，基本所有的游乐设备座椅都有很强的包裹感设计，椅面和靠背基本不会大于90°，部分座椅的椅面前端会有限位，该限位的作用就是防止乘客在体验的过程中下滑造成不必要的安全事故，压杆的造型也是多种多样，但是都离不开对人机的分析，其形状、下压角度和大小都决定着其对乘客的保护程度，不贴和乘客身体的压杆，很容易会造成乘客没有被限制，会带给乘客过大的活动范围空间，在运行过程中就会产生很多意外，例如乘客左右探身体，很容会撞伤，因为每一个座椅在运行过程中都会有一个安全包络线，超出这个范围就会有危险，所有的安全防护都需在合理的范围内。

所有的防护设计还需考虑人体的活动辐射范围，扶手的设计也与人机工程学息息相关，过高的扶手设计会影响人的椅靠，过低的扶手又起不到一定的辅助作用，所以扶手一定要参考人体的坐姿尺寸分析，采用的合适的高度进行设计。

其实在座椅设计中，形式和尺寸是一方面，但是安全防护是全面的，所以什么样的材料也会影响其产生的防护作用，也是我们要着重考虑的一方面，座椅的本身材料在游乐设备中都是有一定的防火要求的，所以座椅本体玻璃钢的材料在游乐设备中被广泛地运用，其本身的防火性能、柔韧性和耐腐蚀性都比较符合这个行业的要求，与身体接触的地方又需要软性的材料来代替，增加缓冲作用保护身体，正是多方面的合理使用才可以将游乐设备的安全防护设计做到极致。

四、结论

随着游乐设备在国内越来越普及，安全防护设计也越来越受到了国家的重视，虽然我国儿童乐园游乐设施、种类、形式等方面发展迅速，但是国内娱乐设施的安全环保情况也值得注意。我国出台的相关游乐设备标准大多适用于从事高空、高速以及可能危及人身安全的游艺游乐设施的设计、生产、销售、安装、运营的安全管理，然而像充气城堡、旋转木马、小型海盗船等其监管仍存在法律真空，室内娱乐设施存在着安全及卫生方面的监管漏洞。这也是我们设计的时候更加需要注意的。

2016年3月14日，中国游艺机游乐园协会发布了我国首个《室内儿童软体游乐设备安全技术规范》团体标准，并于同年6月14日实施，这对于提高室内软体游乐设备产品的设计、规范室内儿童游乐设备的安全运营与服务质量、维护儿童安全都具有重要的意义。

所有的游乐设备发生事故的原因，很大一部分都是因为在设计的时候人机工程设计上的缺乏，没有经过严格的用户测试导致发生的，这些不合理的安全防护设计如果不经过监测就推向市场，很有可能会酿成比较严重的后果。

因此在游乐设备的设计上，我们一定要步步为营，一定要从人机尺寸本体出发，严格要求每一个尺寸的合理设计，不论是造型还是材料都需要依靠人机工程学为基础，一步步去合理设计，结合人机尺寸充分考虑各方面因素，努力让我们的游乐设备整体更人性化，更安全、美观和舒适，建立起游乐设备安全意识和监测制度，保证其安全可靠，减少事故的发生，带给大家一个美好的游乐体验。