民用大飞机商务舱座椅舒适性设计研究

陈璐瑶 徐江华

关键词：民用大飞机 IRT理论 FBS模型 商务舱座椅 舒适性设计

引言

2021年10月21日至27日，国家科技部在首都北京展览馆成功主办了“十三五”科技创新成就展，展览上用于未来的智能飞行研究平台、航电系统设备和材料标准件，以及5G应用场景等多项展品亮相向广大群众展现了“十三五”期间我国在航空科技领域取得的重大创新成就，航空装备行业走势稳步上升，随着国内对于疫情的控制有效及时，据中国民航统计数据显示国内航空业营飞情况增速良好，截至2021年三季度，实现营收1384亿元，同比增速达16%，相比旅游的出行目的，出行以商务人士和白领的事务办公出行需求更为突出。商务人员的工作与经营管理关系密切，在各项经济活动中的具有普遍性和重要性，旅途中有着较高的服务需求，据我国已有航空公司的商务舱座椅调研来看，优势并不突出，不仅在功能上有所欠缺，被评价为“高级大沙发”，飞机客舱内绝大部分坐姿的变化虽然是乘客主动发起的，但客舱内的诸多因素都可能导致乘客频繁改变坐姿从而产生不舒适感[1]，难以真正做到适用于提高舒适性的设计，对设计过程中未能协定平衡相关舒适性要素，对于使用者的心理质量测评有所欠缺。

针对上述背景以及问题，首先梳理座椅设计和IRT模型的相关理论，掌握理论的研究范围和应用领域，提出基于IRT模型与FBS理论相结合的民用大飞机商务舱设施创新设计方法，通过用户访谈法、问卷调查法从用户人员使用流程、行为习惯两方面挖掘用户需求，并结合FBS理论和实验评估现有民用大飞机商务舱座椅设施各部位可优化的设计。

一、概念界定

（一）国产大飞机商务舱定义

我国对于国产大飞机商务舱的定义一般指档次比较经济舱高一档次的舱位，其价格对于经济舱而言高一些，相对头等舱便宜一些。一般是经济条件较良好的人士及有出行需要的商务人士为乘坐对象。在互联网、云计算、人工智能技术高速发展的背景下[2]，民航商务舱服务不仅是满足飞行旅途中坐卧的需求，商务舱成为整个客机体现服务质量的重要衡量标准，也是乘务人员重点关心的区域之一。

（二）商务舱座椅组成部分

民用大飞机商务舱座椅直接载体是人。在民用大飞机商务舱设施朝着智能化演变的过程中，舒适性设计关系到乘坐人员的休息、办公效率，以及娱乐设施的体验感，民用大飞机商务舱座椅的设计标志着民航座椅服务标准的标杆，我国航空相关领域生产已初具规模化，商务舱座椅主要功能实施的部分主要有由头枕、靠背、扶手、坐垫、小桌板、飞机客舱娱乐设施系统（ IFE）、储物柜等部分组成，随着服务设施的逐步完善，商务舱对于飞机客舱娱乐设施系统更加完善。

（三）舒适性设计

舒适性设计基于人本能的感觉，感觉不仅包括着生理体验，同样包含着心理体验，在面向人的基本感官中，主要包括着人的视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉以及身体其他方面。舒适性设计主要是从人体主观评价上的感受入手，从人的生理、心理、情感和认知等多方面的因素提供多方面多维度的设计关怀，不只体现在既需要提供足够的外界物理条件，又需要使人心理感受到愉悦，达到使人的生理心理处于舒展放松状态的目的。商务舱座椅的舒适度来源于人的主观感受，坚持以设计中以人为本的理念，座椅的影响因素多种多样，物理层面的影响包括材料、几何尺寸和形状等多其他方面。在乘坐商务舱座椅时首先应当使乘客具有舒适合适的坐姿确保乘机环境带来的舒适性，因此，舒适性的开发设计应用在商务舱座椅上一般需要结合客观和主观的评价手段和方法来进行验证。

二、提升商务舱座椅舒适的必要性

航空业使用飞机座椅来区分他们的产品与他们的竞争对手，因此，寻找能够吸引乘客的座位元素是很重要的。座椅舒适的感知受以下方面的影响：身体、心理、物体和环境心理，商务舱其特点是乘坐舒适，利用空间设计比较自主灵活，机内设施可因任务不同而改换，而且安全性、保密性都比经济舱强，因此这类飞机的客舱设计更贴近个性化和舒适性。商务舱的提升能够更好的为需要更高服务标准的乘客提供航空服务，极大程度地影响航空公司的发展的步履，比起经济舱座椅的设计，我国对于商务舱座椅的相关研究却知之甚少，作为民用飞机舱内的重要组成部分，提升飞机商务舱的座椅舒适性在为乘客提供服务满意度方面发挥着关键性的作用。飞机作为出行的交通工具，座舱空间设计的有限性，工作人员密集程度较大，活跃空隙小，空气流通性差，压力较低的特性极易使旅客在飞机工作过程中形成一些不舒服的感受，这使得航空运输座舱内特有的微自然环境的舒适性变得重要。深入分析座椅与环境的舒适性状况，机上服务质量包括四个维度——座椅舒适度、员工服务、食品和饮料以及机上娱乐，最终通过ROC（接收者操作特征）曲線测试研究表明，座椅舒适度对乘客乘坐体验物有所值的影响最大。使用IRT模型、肌电测试方法等先进技术手段进行主观、客观两方面的设计验证，通过对一般形态设计和人机尺度的分析和总结，并结合一些具有实际功能的设计要素[3]，可以为旅客提供一个舒适和功能良好的环境，智能化的引入、个性化的定制和对私密性的更高要求是民用大飞机商务舱座椅现代化发展趋势。

三、研究方法

1. IRT理论即项目反应理论（Item Response Theory，IRT）又称题目反应理论、潜在特质理论（Item Response Theory）是一系列心理统计学模型的总称。

IRT包括一组概率模型，对一组飞机座椅舒适相关项目的IRT分析，使我们能够估计乘客的舒适度水平（即个人的一个参数），以及项目本身的参数。因此，我们能够创造一个相当广泛范围的舒适水平。在IRT中使用的模型需要两个重要的前提：项目特征曲线（ICC）和局部独立性。ICC形式描述了潜在特征的变化如何与特定反应概率的变化相关联。当测试项目独立时，可以获得局部独立性。乘客的舒适度与级别指标有关。有了CCT，个体只能与其他个体或外部标准进行比较；由于IRT的不变性，它可以提供具有无代表性的样本的无偏估计，使用IRT创建了一个舒适性范围，并验证了该仪器的有效性和信度标准。在IRT中，平均水平的个体对平均水平的个体比那些高或低水平的个体更准确。IRT是基于由待估计参数组成的概率模型。该过程是基于统计推理方法，需要大量的受访者来估计构建量表的项目的参数。测量量表研究分为三个步骤：1）问卷创建和试点试验2）数据收集3）数据分析和统计，包括因素分析、项目分析，利用IRT创建飞机座椅舒适性测量量表。通过估计仪器的效度和信度来检验仪器的心理测量质量。

首先对民用飞机商务舱座椅进行相关研究，从IRT模型引入民用飞机商务舱座椅舒适性影响因素，对现有民用大飞机商务舱座椅舒适性进行设计研究，并构建理论框架。最后，在此前期工作的基础之上，将产品设计理论与设计实践结合起来，旨在设计出融入安全性和舒适性、造型新颖的民用大飞机商务舱座椅设施。

2.FBS模型设计方法

情感需求是人的天性，人使用产品，都会产生情感[4]，，FBS理论是从功能入手，结合IRT模型中总结和预期的发展走向中抽象出使用者更多的需要，实现从功用（Function）到行动（Behavior）再到结构（Structure）的过程，实现从技术发展模式和潜能图指导产品设计过程。

四、民用大飞机商务舱座椅设计分析

（一）满足适航性要求

商务舱座椅设计不同于普通车辆座椅或行驶机车类座椅，在设计时首先要满足符合我国航空业适航要求，飞机商务舱座椅作为设备，对于技术标准规范（TSO）项目，需要达到TSO-C39b（飞行座位和卧铺）、TSO-C127（旋翼飞行器和运输类飞行器座位控制系统）和TSO-C22g（安全带）等条件。飞机商务舱座椅在设计时对于强度、阻燃和应急撤离的要求的考虑不可欠缺。座椅的强度主要考虑主结构的静力强度和座椅的动力强度，商务舱座椅材料也需要符合可燃性试验。座椅的布置、设计、制造和安装要满足应急撤离要求。

（二）商务舱座椅材料舒适性设计

现有的复合材料开发越来越具有多样性，造就了当今市场上越来越多可选择的复合材料，不仅用以取代现有飞机座椅及椅垫的材料，目前现有的合成纤维、棕纤维丝植物体包胶材料、聚乙烯蜂巢组合体、阻燃纤维抗压隔热层、网面透气碳化玻璃纤维也是能够提升座椅使用过程中舒适性的新型材料搭，优点具有不仅耐高温、不易磨损、抗腐蚀能力强、足够亲肤、透气性强，搭配使用过程中综合性能有了明显提升。椅垫材料的突破性创新，能在乘客使用产品时，最大限度地影响座椅带给人主观因素上的舒适性。

（三）商务舱座椅结构舒适性设计

根据中国人体生理特点并结合中国人体尺寸与座椅人机工效设计参数，关节舒适角度活动范围，座椅设计应根据符合我国人体坐姿生理形态的基础上进行设计，好的设计，能够有效地为客户提供舒适的，缓解疲劳的功能[5]，结合IRT模型中总结和预期的符合乘客生理舒适性因素发展走向，利用FBS理论实现功能到行为再到结构的过程，不光要保证乘客在坐卧状态下的脊柱构造、腰曲弧度等属于正常人生理身体形状，股骨及椎间盘承载力均衡，腰背肌腱承载均衡的静载荷，且人身体压分配均衡，防止血管受压、血流循环系统受阻，产生不适感觉。设计良好的座椅应能通过其特定的材料、功能与实体造型，满足人们生理和心理等方面需求[6]，且座椅靠背、扶手、小桌板在不同坐姿条件下符合中国人体尺寸数据，不光体验感上需要安全、舒适，调节操作便利，给乘客使用过程中带来流畅的使用体验，研究“人—客舱设施—情景—文化与审美”之间安全和谐的关系。[7]

（四）商务舱座椅私密性设计

在商务舱座椅的私密性设计不光考虑到座椅头靠、背靠及隔断的设计，对于空间私密性要求的设计，不仅要满足在飞行过程中有足够的空间进行个人活动，并且在能够安抚到乘客休息、办公情况下的情感需求，设置智能语音陪伴助手，从辨识度、效果力、传达性、设计感、亲和力五个维度对陪伴系统进行人格化设计：语音形象在亲和力上有着绝对优势，能被乘客同时要在辨识度上进行差异化设计，赋予不同的角色和人格，兼顾传达性，增加效果力表现。

（五）商务舱座椅个性化设计

色彩对于环境的影响非同小可，良好的色彩搭配不仅让整体的客舱环境显得更为美观，对于乘客在乘坐商务舱座椅时也有视觉上的舒适性影响。为满足小型民用客机座椅乘客的视觉舒适性，使座椅能融入到机舱的色彩环境氛围内，客机座椅总体配色的色相、明度、饱和度，应选用可见光谱中波长较为接近的颜色，以达到协调统一的机仓人机环境。[8]个性化设计体现在符合乘客具有不同的自然认知特点，不同年龄段的乘客受到不同文化的熏陶下有着不同的美感需求，在现代工业社会往往将标准化作为准则的大背景下，商务舱座椅在视觉上有着个性化体现的需求，富有独创并且可以切换的艺术风格可供乘客选择，不光可以将航空公司的品牌美好文化融入到交互设计中，也可将具有文化传承作为灵感融入到座椅花纹上，满足不同乘客对于视觉上的审美需求，使座椅设计更加具有情感上的感染力，满足乘客心理的需求感。

A380客舱也有着这方面的体现，座椅印刷上在视觉上具有动感效果的图案，隔板隔开，客舱内每个乘客都能体验可供睡觉的沙发床和一个调节至平躺的座椅，同时满足多种功能，包括网络冲浪、阅读、电话交谈、享用美食、休息，利用交错式分布的排布类型，不仅可以打造出保护乘客隐私的私人空间，还可以对整体客舱布局进行优化，舱内还设有便于乘客使用电子产品的可伸缩式小桌板和小凳子，见图1。

（六）商务舱座椅智能化设计

1.服务广泛性：服务经济的浪潮到来，在飞行旅途中，乘客能够在乘机之外有更多的服务选择。在满足防疫需求的背景下，通过座椅自带界面进行服务需求沟通乘务人员能够成为更加安心的选择，座椅显示面板更加注重使用过程上的触觉感官体验，与以往的传统交互设计主要应用在视觉上的直观体验，提升触觉交互，增强交互主动性，将功能系统划分为不同需求板块，依据乘客的基本信息、功能需求信息，满足不同的娱乐、办公需求，包括通讯、行程、娱乐、音乐播放、这些功能都可以通过触摸点击满足不同需求。智能交互进行主动提醒，对于有购物需求的旅客，可使用智能交互选择和购买当地享受优惠的免费产品，透过地面的物流配送管理中心接受订货消息继而按照旅客需求将商品送到目标或是特定地方。

2.及时反馈性：在乘客使用交互界面时出现“处理失败”“系统故障”的紧急情况时，将使用问题立马进行双方反馈，虚拟人用以包括提醒乘客界面使用状态处于正在唤醒、正在处理、处理失败、处理成功、反馈乘务、结束等状态。拟人化表达的虚构人物形象基于现有科技可以按照不同类型划分，按照商业模式或者技术创建多维度种类，通过信息革新应对多样的服务场景，提供广泛的服务选项，针对不同场景提供相适应的服务 ，提升商务舱座椅的可用性、易用性，在乘客使用过程中产生情感共鸣，从陪伴角度和情感角度进行对话。

3.高效传达性：交互界面以及语音交互设定以精简干练、高效传达为主，用最少的操作步骤保证乘客拥有到最有效的信息资源，减少乘客不理解语义的情况下造成使用不便的情况发生，提升机上服务体验，有助于乘客更好地处理相关娱乐、办公信息。

4.空间沉浸性：随着元宇宙应用场景逐步清晰，新需求也体现在了座椅空间中，VR的快速发展应用也为探索元宇宙初级入口形态的开始，在传感器、芯片、算法等多项技术基础在内的指令都在朝着更低的操作门槛和更高的交互效率演变，智能产品正在朝着下一个交互形态发展，而座椅作为本身提供舒适放松的工具，加以沉浸式智能产品，将人们的需求逐步朝着更高的满意度趋势实现。在座椅空间不仅可以呈现全景视觉效果加以3D模拟使用，实现社交、协同办公、游戏、电商的新型生态环境，实现更加真实的视觉化体验而非仅仅面对显示屏幕，且未来康复医疗的成熟与应用落地与AR/VR/脑机接口的结合也可作为机上医疗保健功能的新探索，为座椅舒适性提供更好的沉浸与交互体验。现有的VR设备如图2。

结语

民用飞机逐渐成为主要的运输工具，而座椅作为民用飞机的主要构成部分，提高其安全性和多功能性迫在眉睫。[9]对于出行办公的人士，在兼顾旅途經济成本与服务待遇的双重参考下商务舱成为了更具性价比的选择，消费群体具有典型性并且随着国产飞机的发展转型，商务舱消费市场有着广阔的前景，从舒适性的角度出发，设计出更符合未来适宜中国国产飞机商务舱消费群体的座椅优化设计，可以提升我国国产大飞机的质量与销售能力，有利于我国经济的发展。从国家战略发展角度出发，提升座椅舒适度有利于促进旅客出行更多选择搭乘飞机，可以促进我国航空业的发展。商务舱的提升能够更好地为需要更高服务标准的乘客提供航空服务，极大程度地影响航空公司的市场竞争力。现代民用飞机的旅客客舱作为一种特殊存在环境，有限尺度大小与科技发展有着唇齿相依的商业空间，随着经济发展、技术进步、使用者需求的日渐提高，其设计标准也发生着显著的变化。[10]从商务舱座椅的适航性、结构、智能交互、私密性、个性化等方面进行了不同角度的切入分析，引入IRT模型与FBS理论结合的商务舱座椅舒适性设计的框架，优化目前的座椅设计，望对未来商务舱座椅设计走向有所帮助。