飞机客舱工业设计要素分析和设计方法研究

杨莉，罗啸宇

（上海飞机客户服务有限公司工业设计所，上海200241）

0 引 言

我国商用飞机经过艰难曲折的研制历程，近年来取得了突破性进展。ARJ21-700支线客机安全运营，载客数量、交付数量持续增长；C919大型客机首飞成功，试飞验证工作进展顺利，即将交付首家航空公司；CR929宽体客机研制稳步推进。但国内对商用飞机客舱工业设计的研究较少，可参考的成功案例不多。就目前所查得的文献资料显示，陆峥［1］是国内较早对客机座椅进行造型和色彩研究的人员之一。此后，左恒峰等［2］、伍志湘［3］分别从造型、色彩、材质等方面对客舱内装饰进行了研究；许为等［4］、汪洋等［5］对客舱内的人机因素进行了分析；徐江华［6］和李虹等［7］分别对客舱设备的安全性进行了研究；裴卉宁［8］、许松林等［9］、郭天鹏等［10］对客舱的舒适性进行了研究。国产商用飞机进入市场的时间不长，尚未建立起完备的商用飞机工业设计技术体系和标准规范。而国外飞机工业设计技术已相当成熟，波音、空客等都设有独立的公司专门进行工业设计，形成了完备的工业设计技术体系和标准规范［11-13］。

本文在研究飞机客舱工业设计内涵和发展的基础上，分析安全性、舒适性、经济性与舒适性的平衡和CMF（Color，Material&Finishing）设计要素，结合多种设计方法，设计某宽体飞机客舱。

1 飞机客舱工业设计的发展

1.1 工业设计的定义

工业设计起源于英国的工业革命，1919年德国魏玛市成立的“公立包豪斯学校”（Bauhaus）标志着世界第一所设计教育学校的诞生［14］。工业设计发展迅速，其定义一直在迭代、演进，2015年国际工业设计联合会（The International Council of Soci‐eties of Industrial Design，简称ICSID）更名为国际设 计 组 织（World Design Organization，简 称WDO），第四次对工业设计定义进行了更新。工业设计是一种战略性解决问题的过程，通过创新产品、系统、服务和体验来引领创新，促进商业成功，并提供更高质量的生活。此次定义与前几次定义的不同之处在于，把追求创新与促进商业成功明确为工业设计的本质属性。工业设计架起了需要与可实现之间的桥梁，把创新、技术、商业、研究及消费者紧密联系在一起，共同创造，共同解决问题，旨在创造一个更美好的世界［15］。

1.2 飞机客舱工业设计的内涵

飞机客舱工业设计是对飞机客舱内部空间和设施设备的结构、形态、材料、色彩、表面处理等，从安全、功效、经济、艺术、环保的角度给予综合处理，营造美观、时尚、舒适、温馨的客舱环境，塑造飞机主制造商的品牌形象，增强飞机的市场竞争力。

1.3 发展历程概述

波音公司开创了飞机客舱工业设计的先河。1956年，美国设计师沃尔特·提格根据人机工程学原理，模拟飞行中的座椅、厨房、灯光和色彩等，设计了B707的客舱，使之成为当时最舒适的商用飞机［16］。20世纪60年代，美国著名的工业设计师罗维对总统专机B707“空军一号”的客舱进行改进，深得肯尼迪夫妇喜爱。同期，波音通过对座椅、行李箱、天花板等相关设备的设计，使B737客舱变得美观、时尚、舒适，缓解了乘客飞行途中的无聊与疲劳。B737短程客机成为经济性、舒适性的典型代表，已延续至今。

现在波音和空客的客舱工业设计已经非常成熟，B737、B777、B787、A 330、A 350、A 380等客舱深受乘客喜爱。工业设计使飞机客舱向个性化、定制化发展，除航线客机外，通过改装飞机，出现了私人飞机、公务机、医疗救援机、体育运动机、空中摄影机等。

2 飞机客舱工业设计的要素分析

2.1 安全性要素分析

安全性是客舱的首要属性，旨在有效保护舱内人员免受伤害，一旦发生飞行事故，增加逃生时间并帮助人员快速撤离飞机，减少人员伤亡［17-18］。造成客舱不安全的因素主要有物（飞机及机载设备）的状态或结构被破坏、物（舱内设施）的设计不合理、人（塔台人员、驾驶员、机组人员及乘客等）的不当行为或失误和不利的环境（天气等）。通过设计对不安全的因素进行提前预防，有效降低不安全事故的发生率。如设计合理的应急通道数量与位置、座椅间距、通道宽度等，可视化的应急设备（应急门手柄等）、鲜明的标识标志（出口指示）等，以保障人在紧急情况下易于操作，节省逃生时间；同时又要预防这些设备被乘客误操作。这就要求设计时要充分考虑操作的逻辑性、警示性，杜绝乘客误操作行为的发生。还要避免因不恰当的造型对乘客造成伤害，如在人员活动区域不应出现硬质突出或尖角物等，以免飞机加速、减速和颠簸过程中的惯性冲击对人体造成撞伤等。

2.2 舒适度要素分析

客舱舒适度的感知因人而异，视觉、触觉、听觉、嗅觉、文化、审美等多种因素影响着乘客对舒适度的评价［8-10，19-21］。客舱舒适度一般分为环境舒适度、设备舒适度和心理舒适度三种。环境舒适度是指客舱空间的大小、舱内噪声、照明、压强、温度、湿度、气味及风速风量等给乘客的感知程度。设备舒适度是指舱内设备功能如座椅、娱乐单元、公共吧台、WIFI、电源插口、阅读灯、舷窗、行李箱等给乘客的体验程度。心理舒适度是指客舱空间及设备的造型、色彩、色块、图案、纹理、亮度、材质等给乘客的内在感受。应客观地对舒适度进行分析，获取设计依据。

2.3 经济性与舒适性的平衡要素分析

客舱的经济性和舒适性是乘客、航空公司和飞机主制造商共同关注的焦点，如何满足乘客和航空公司各自的需求，平衡好客舱的经济性和舒适性之间的关系［22］，是设计者必须重点考虑的问题之一。

一是合理的客舱座位布局。座位布局应主要考虑客舱拥挤度。乘客人均面积AS越大，客舱的拥挤度就越低，能享受的服务设施和服务水准越高，其乘坐的舒适度评价CL就越好。某型飞机的三舱布局如图1所示，头等舱每排4座，商务舱每排6座，经济舱每排9座。

图1 某型飞机的三舱布局Fig.1 The three-cabin layout of a certain aircraft

式中：AS为人均面积；CL为舒适度评价；TP为票价；NU为购买人数。

二是考虑座椅空间。座椅排距D越大，座椅宽度W越大，座椅靠背可调节角度α越大，乘客在座位上的活动空间就越大，乘坐的舒适度评价CL就越好。但是，座椅空间越大，同一舱位内能容纳的座位数就越少，对航空公司的盈利不利。

三是客舱设备配置程度。由于智能化、信息化技术的迅速发展，互联网及其衍生产品的普及，人与机上智能产品、信息产品之间的关系已日趋紧密，尤其是客舱娱乐单元，深受年轻一代的喜爱。娱乐方式的多样化、机上网络互联配置程度、设备智能程度等，可选的情景模式越多，定制化程度越高，舒适度的评价就越好，但相应的设备制造成本、运营成本也就越高。

针对不同航空公司、不同航线的需求，对座椅布局、座椅空间、设备配置等进行综合考虑，找准经济性与舒适性之间的平衡点，既保证航空公司的经济收益，又使乘客获得较高的乘坐舒适度。

2.4 CMF设计要素分析

CMF是表面材质设计的综合体现，包括色彩、材料和表面处理三方面。客舱内的色彩设计应遵循如下基本原则：（1）客舱内整体色调应统一，色彩种类不应太杂，宜以中性色调为主，以上浅下深为原则；（2）应减少高饱和度或高对比度的色彩应用，以免造成视觉压迫；（3）应避免相关国家、地区和民族所忌讳的色彩；（4）关注流行色的运用，体现时尚性；（5）选用色卡时尽可能参考国际通用标准及行业通用标准，如潘通色卡（Pantone）、联邦色卡（FED-STD）、劳尔色卡（RAL）等。

客舱内所用材质应具备轻量性、阻燃性和低VOC挥发的特性，常用材质主要有金属、织物、皮革、聚碳酸酯、聚氟乙烯和油漆等。相同的材质、造型和色彩，会因为不同的表面处理方式呈现出不同的装饰效果。舱内材质常用的表面处理方式及适用范围如表1所示。

表1 舱内材质表面处理方式及其适用范围Table 1 Surface processing methods of interior material and their application scopes

3 客舱工业设计的方法

工业设计的方法很多，结合国产商用飞机的研制特点和现状，介绍以下三种方法用于客舱工业设计。

3.1 借鉴设计法

他山之石，可以攻玉；他人之事，我事之师。借鉴某一产品或某一领域的原理、功能、结构、造型、文化等运用到另一产品或另一领域上进行设计便是借鉴设计。借鉴并非简单的抄袭或模仿，而是将技术与原理进行推广和运用。通过参考已有的设计，在另一产品或另一领域进行创新再设计，获得新的活力。

目前，波音与空客的客舱工业设计水平全球领先，而我国飞机客舱的工业设计刚刚起步，学习、借鉴波音与空客的客舱工业设计经验，融入中国设计元素与创意，创新设计，将有助于快速提高国产商用飞机客舱工业设计水平。部分宽体客机座椅的空间数据如表2所示。

表2 部分宽体客机座椅的空间数据Table 2 Seat space data of some wide-body airliners

3.2 感性工学设计法

感性工学（Kansei Engineering）起源于日本，是一种将用户的感受和意向转化为设计要素的转译技术［23］。感性工学设计法将人的感受和意向与产品的本质属性相结合，以特定物的功能、造型、色彩、图案、材质等反映人的情感、兴趣，诠释以人为本的设计理念。

飞机客舱内部空间狭小、人员密度高、坐姿时间长、活动限制多、相互干扰大。因此客舱工业设计时采用感性工学设计法，在保证客舱基本功能的基础上，根据人的感官体验，分析坐姿习惯、活动规律及兴趣爱好等，逐层分析、研究、设计客舱设施造型、色彩、材质等细节特征，使人的生理需求和精神追求得到满足和尊重。对行李箱、座椅、储物柜、盥洗室、厨房等的使用特性进行工学分析，其中行李箱高度、入座高度、过道宽度、座椅宽度等以成年男性的P95（第95百分位数）尺寸作为参照标准，如图2所示。采用成年男性的P50作为参照标准，设计高度与角度可调的多段位可变座椅头靠等。同时注重色彩、气味、干扰和隐私等特征，最大限度地满足不同身高、不同体型及不同兴趣的乘客的生理需求和心理需求，并获得良好的舒适体验。

图2 客舱感性工学分析示意图Fig.2 The schematic diagram of kanseiengineering analysis in cabin

3.3 虚拟现实设计法

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是一项全新的设计、展示方法，集计算机图形学、数字图像处理、传感器技术、多媒体技术等多个信息技术于一体，通过计算机生成一种虚拟环境，实现人机交互，使人如临其境［24］。

飞机客舱是乘客空中活动和休息的全部区域。通过虚拟现实设计法，首先将客舱的内部空间和设施设备通过计算机生成逼真的集视、听、触觉等于一体的特定范围的虚拟环境，然后借助设备，人进入这个环境，移情意境，与场景中的设备进行互动，感受客舱的每一个细节。如体验舱内行径路线、情景灯光、娱乐单元、行李的放取、座椅的躺放、盥洗室的使用、舷窗外的景色等。

虚拟现实设计法具有直观性、交互性和真实性的特点，把客舱空间的层次、造型、色彩、照明及设施设备的造型、功能、色彩、质感、光影等真实地表达出来，最大限度地将客舱信息传递给航空公司和乘客，缩短客舱的设计周期并降低研制费用。

4 设计案例

随着中国经济持续高速发展和国际地位的提升，越来越多的人选择越洋飞行，300座级的飞机需求日益增加。因此本文设计某双通道宽体飞机，以300座级为基础，采用借鉴设计法，充分考虑航空公司的经济性和不同层次的乘客需求，确定客舱的客座数及座位布局，如图3所示。按照乘坐舒适度由高到低的顺序，划分为头等舱、公务舱和经济舱三舱，共281座。各舱位的座位数、排列方式、座椅排距、宽度及椅背调节角度如表3所示。

图3 某型飞机客舱布局Fig.3 The layout of an airliner cabin

表3 某型飞机座椅的相关数据Table 3 Seat data of an airliner cabin

布局确定后，以“简约、舒适、品质、科技”为设计理念，以“自然、温馨、现代”为设计风格，以“平衡、和谐、硬朗、激昂”为设计语言，充分考虑安全性、舒适性、经济性及市场流行趋势，运用感性工学设计法，对造型、色彩、材质进一步设计。客舱空间造型采用简洁、平衡、对称的柔性线条，饱满流畅的曲面作为主要造型元素，将天花板、行李箱和侧壁板融为一体，引导乘客视线纵向延伸，弱化结合处产生的割裂感，提升客舱整体空间感。整体造型硬朗，柔中带刚，富有层次感。同时融入主制造商文化，突出主制造商品牌。配色以冷色为主，白、灰搭配，对比鲜明，传递科技信息。对称圆润的白色穹顶，隔热、隔音、防紫外线的电子舷窗，深灰色的底部通风口，耐脏易清理的深色地毯等，配以不同模式的情景灯光，营造出优雅、温馨、静谧、时尚的高品质空间。

座椅是乘客在机上使用的主要设施，乘客空中的休息、娱乐与进餐均在座椅上进行。针对不同层次的乘客进行不同的定位分析，设计高贵典雅的头等舱座椅，睿智质感的商务舱座椅和温馨舒适的经济舱座椅。机上配备WIFI、USB接口、电源插口等，丰富旅途活动。娱乐功能丰富多彩，界面采用扁平化设计，主界面采用水平分割形式，具有较强的视觉稳定性，给人平静安稳的感觉。主推荐模块利用横向滑动的卡片式设计，起到清晰明确的引导作用，语言切换界面国际化，布局清晰，富有逻辑，方便操作。

团队采用法国Lumiscaphe公司生产的Patch‐work 3D软件主程序、Patchwork SD ACCEL VR模块和VR头盔，通过5G网络，设计师在云端与航空公司人员交流互动并设计渲染，头等舱、商务舱和经济舱的效果如图4~图6所示。

图4 头等舱效果图Fig.4 The effect drawing of the first class

图5 公务舱效果图Fig.5 T he effect drawing of the business class

图6 经济舱效果图Fig.6 The effect drawing of the economy class

5 结 论

（1）安全性、舒适性、经济性与舒适性的平衡和CMF设计要素既是进行飞机客舱工业设计时必须重点考虑的因素，也是评估客舱工业设计方案符合性指标的重要组成部分。本文通过某型宽体飞机客舱的工业设计，验证了四个要素的合理性和必要性。

（2）本文采用的借鉴设计法、感性工学设计法和虚拟现实设计法是适用的、可行性的，已应用于宽体客机、公务机和医疗机设计，可进一步向其他机型推广。