座椅人机工程优化的关键因素

从座椅设计来看，与座椅相关的人机工程因素主要有4个方面。

（一）脊柱问题

座椅设计的人机工程学原则，首先是从脊柱的生理特征提出的。图5-13为脊柱的生理结构图。脊柱由7块颈椎、12块胸椎、5块腰椎和骶骨组成，在两块脊椎骨之间的是椎间盘。椎间盘像一块充满弹性的软垫，承受着上下脊椎骨的压力，同时使整个脊柱具有可变形性。图5-14为立姿和坐姿两种人体姿势下脊柱的变形情况示意图。仔细分析可见，坐姿与立姿时，脊柱变形主要发生在腰椎处，腰椎部位由立姿的前凸变形为坐姿的后凹。表5-1中可以看出，坐姿时，第3腰椎和第4腰椎之间的压力为最大，是立姿的140%。为了解决坐姿脊柱的问题，人机工程提出了靠腰设计的解决方案，即在腰部提供一个支撑，以减少脊柱向后凹的变形，称为直腰坐姿设计原则。

图5-13 脊柱的生理结构图

图5-14 立姿和坐姿两种人体姿势下脊柱的变形情况示意图

表5-1 四种姿势椎间盘压力情况

此外，靠背的倾角在一定程度上也可以影响到椎间盘和背部肌肉，如图5-15所示。

图5-15 靠背的倾角与椎间盘内压力和肌电图的关系

（二）肌肉问题(www.xing528.com)

座椅设计第二个方面的研究来源于对坐姿肌肉负荷的研究。直腰坐与放松坐的肌电图（EMG）测量显示（图5-16），直腰坐的肌肉负荷比放松坐明显大，放松坐的肌电图波形平缓，表明放松坐是一种轻松的坐姿。直腰坐为一种肌肉静态施力状态，容易引起肌肉疲劳，所以，多数情况下，人们会采用放松的坐姿，而直腰坐只能保持一段时间。因此，减少肌肉疲劳也是座椅设计中的一条人机工程原则。

图5-16 直腰坐与放松坐的肌电图（EMG）测量

（三）坐行为

把坐当作一种行为研究发现，人们的坐姿并不是一个固定不变的方式。从坐在座椅座面的方式看，人们坐在座椅前缘、中间和后缘的比例不同，而且使用靠背和桌面支撑身体的方式也不同（图5-17）。这表明使用者未必按照设计师的设计使用座椅。因此，考虑坐的行为是座椅设计的另一条人机工程原则。

图5-17 办公人员的习惯坐姿

（四）体压分布

人坐着，臀部和大腿与座面相接触。由于骨盆的生理结构，两个坐骨结节行同倒置的金字塔，而坐骨结节下的软组织较薄，造成大约75%的体重分布在面积为25cm2上，足以引起坐姿疲劳。图5-18为体压分布等高线图。

图5-18 体压分布等高线图

总的看来，座椅设计的人机工程原则包括三个主要方面：脊柱、肌肉和坐行为，体压分布也是要考虑的要素之一。仔细分析不难发现，座椅设计是有很高难度的，脊柱的直腰坐原则与肌肉的放松坐原则存在相互矛盾，当你设法解决这个矛盾时，又发现人们可能根本不按规定使用座椅。因此，座椅设计的人机工程原则其实是没有一把椅子能够满足人体的全部要求，座椅是多种多样的。