人体工学在建筑室内环境设计中的应用

1.人体工学的意义

（1）人体工学的概念

人体工学又称人类工程学或人体工程学，它是运用生理学、心理学和其他有关学科知识，使人-机关系相互适应，乃至创造舒适与安全的环境条件，并探讨人们劳动、工作效果与效能的规律，从而提高人的工作效益与人在环境中的舒适程度的一门新兴学科。

人体工学起源于欧美，原先是在工业社会中开始大量生产和使用机械设施的情况下，探求人与机械之间的协调关系，它是第二次世界大战后发展起来的一门新学科。作为独立学科有40多年的历史。在第二次世界大战中的军事科学技术，开始运用人体工学的原理和方法，为提高飞机、军舰与坦克等各种武器的命中率而大力开展的设计研究工作。其中研究涉及的范围包括人体的尺度、生理和心理的需求、人体能力的感受、对物理环境的感受、人体能力的适应程度等方面的内容。其研究是以人和机器的相互适应关系为对象，以实测、统计、分析为基本的研究方法。在第二次世界大战以后，人体工学迅速地渗透到整个工业生产、空间与高新技术、建筑及生活用品、交通工具等一系列设计领域，并且成为当今建筑室内环境设计中不可缺少的设计技术基础。

时至今日，当代社会迅速地向后工业社会、信息社会过渡，各种设计也越来越重视“以人为本”，并强调为人服务的设计理念。由此推动人体工学研究从人自身出发，在以人为主体的前提下探索人们在衣、食、住、行、用、玩及一切生活、生产活动方面的各种应用问题。例如设计汽车，不仅要懂得空气动力学的相关知识，还要知道人在车中的功能尺度、振动对人的影响、异常情况下人的安全要求等；设计人的服装，要知道人体的尺寸和人体表面的温度；设计室内环境，要了解人体在空间环境中及开展各种活动时的结构尺寸和功能尺寸，要使室内空间形态符合人的审美要求，就要懂得人的视觉特征，以及人和环境交互作用的特点等；设计宇宙飞船，要了解人在太空失重情况下的心理活动、运动特点和操作要求；在企业管理中，要懂得人际行为的特点，才能充分发挥人的作用。

（2）人体工学的研究内容

在进行人体工学研究时，必须考虑人类的特性，更强调地说，就是必须考虑人类特性的所有方面，其内容主要包括：

1）感觉、知觉的能力（视觉、听觉、触觉等）。

2）运动和体力。

3）智能。

4）学习新技术的能力。

5）技能。

6）对社会或集团的适应能力。

7）身体的高矮。

8）工作环境对人类能力的影响。

9）人类对长期或短期内具有的能力界限与舒适度的关系。

10）人类的反应形态。

11）人类的习惯。

12）民族、性别等对能力的影响。

13）人类的互相关系。

14）人类的偏见等。

以上所有的内容，可以说是关于环境中的人类活动所涉及的人体工学问题各种法则。

图4-1 人体工学与相关学科的联系

（3）人体工学与相关学科的联系

人体工学是一门综合性学科，它与许多学科和专业技术形成交叉融合的关系。它除了同有关工程技术学科关系密切外，还与生理学、心理学、人体解剖学、人体测量学、人类学、环境保护学、管理科学、色彩学和信息学等学科都有着密切联系（图4-1）。因此，在现代社会中，它已成为众多技术科学和社会科学工作者的共同研究的课题之一。

2.人体工学在建筑室内环境设计中的作用

图4-2 建筑室内环境设计在空间尺度上强调运用人体工学原理来创造有利于人类身心健康和安全舒适的生活、休息和工作的良好环境

我们知道，建筑室内环境设计的主要目的就是要创造有利于人类身心健康和安全舒适的生活、休息和工作的良好环境，而人体工学就是为了实现这个目的所形成的一门综合性系统科学（图4-2）。只是在具体的设计之中，应该如何来创造一个舒适的建筑室内空间环境来呢？在这里除了美学上的许多因素外，主要还是需要依靠科学上的手段来确定室内的空间、陈设与气候条件等方面的具体形态与数值关系。其主要的作用表现在以下几个方面，即：

（1）为确定建筑及其相关内部空间范围提供依据

影响建筑及其相关内部空间大小、形状的因素相当多，但最主要的因素还是人的活动范围以及家具设备的数量和尺寸。因此，在确定建筑及其相关内部空间范围时，必须搞清使用这个空间的人数，每个人需要多大的活动面积，空间内有哪些家具设备，以及它们各自所占用的空间面积有多少等。

作为研究问题的基础，首先要准确测定出不同性别的成年人与儿童在立、坐、卧时各自的平均尺寸。还要测定出人们在使用各种家具、设备和从事各种活动时所需的空间面积与高度。这样，一旦确定了空间内的总人数就能定出空间的合理面积与高度。

（2）为建筑及其相关内部空间中的家具设计提供依据

家具的主要功能是实用，因此，无论是人体家具还是贮藏家具都要满足使用要求。属于人体家具的椅、桌、床等，要让人坐着舒适，书写方便，睡得香甜，安全可靠，并能减少疲劳感。属于贮藏家具的柜、橱、架等，要有适合贮存各种衣物的空间，并且便于人们存取。为满足上述要求，在建筑室内空间中进行家具设计必须以人体工学作为指导，并尽可能使家具设计与选择，能够符合人体的基本尺寸和从事各种活动需要的尺寸。

（3）为建筑及其相关内部空间中的感官适应提供依据

人的感觉器官在什么情况下能够感觉到刺激物，什么样的刺激物是可以接受的，什么样的刺激物是不能接受的，这也是人体工学需要研究的一个重要课题。而人的感觉能力是有差别的，从这个问题出发，人体工学既要研究人在感觉能力方面的规律，又要研究不同年龄、不同性别的人在感觉能力方面的差异。

1）从视觉方面来看

人体工学要研究人在建筑及其相关内部空间中的视野范围（包括静视野和动视野）、视觉适应及视错觉等生理现象。

2）从听觉方面来看

人体工学要研究人在建筑及其相关内部空间中的听觉阈限，即什么样的声音能够被人听到；另外还要研究音量的大小会给人带来怎样的心理反应以及声音的反射、回音等现象。

3）从触觉、嗅觉等方面来看

人体工学要研究人在建筑及其相关内部空间中的手感、体感及气味觉等因素的各种舒适程度，并从中找出其的设计的规律，这对于确定建筑及其相关内部空间环境的各种条件，诸如空间布局、色彩配置、温度、湿度、声学要求等都是必需的。

3.建筑室内环境设计中人体工学的应用

（1）人体的空间构成

在研究建筑及其相关内部空间环境中人体工学时，遇到的大量问题是人体空间构成的问题，其具体包括以下内容，即：

1）空间域限

空间域限是指人体的三维活动范围，就是指人的上、下、左、右的正常活动范围和极限。这个范围每个国家、民族以至每个人之间的人体尺度测量标准都是不同的，所以决定三维空间的量也是有差异的。从人体工学角度选定的数值只能是各国的一般标准数值，并有一定的调整幅度，这个幅度就称之为偏差值。(www.xing528.com)

只是这种偏差值在具体的设计中需要考虑到不同的工作角度和男女通用等条件。例如按照人的平均高度设计一个脚踏装置，只有身高大于平均高度的50%的人，具有足够的腿长，能够达到这个脚踏装置，另外50%的人的腿将达不到这个脚踏装置，因此这个设计就不是一个好的设计。而好的设计应该使更多的人感到适用，即应考虑到90%、95%或99%的人；只排除10%、5%或1%的人，究竟要排除百分之几，这要从后果的严重性和经济性两方面优选一个合适的比例来。

2）位置

所谓位置，是指人在室内的“静点”。对于静点的确定，与个人或群体的生活习惯有关，也与生活方式和工作习惯有密切关系。当然这也取决于视觉“定位”，即指人们的心理感觉。例如在家庭居住空间装饰设计中，有的家庭愿意把客厅的沙发区放在客厅里面的尽端位置，也有的家庭喜欢把沙发区放在客厅的中央，这些都是因人而异的。另外静点也有它的相对性，比如在厨房里活动，它的静点就不是一个。当你烧饭时，灶前就是静点。在这个位置上，根据人的作业特点，就会有相应的尺度规范；而当你在洗菜时，水池前就成为静点位置了。这时根据洗菜作业的特点，又会有相应的尺度规范，如水池的高度、宽度和水嘴的高度、伸出长度等。

3）方向

这里的方向是指人的“动向”。动向是受生理和心理两个方面影响的。例如人在写字的时候，主要动向是朝光的方向，这就影响到室内桌椅的摆放方向和位置；人在睡眠的时候则要背向灯光和自然光，所以床的摆放就要考虑到它与窗的距离，就要考虑室内光的强度。

（2）人体与室内环境尺度

人的生活行为是丰富多彩的，所以人体的作业行为和姿势也是千姿百态的，但是如果进行归纳和分类的话，我们从中可以理出许多规律性的东西来。人的生活行为可分为以下几类，即：从人的行为与动态来分，可以把它分为立、坐、仰，卧四种类型的姿势，各种姿势都有一定的活动范围和尺度（图4-3）。为了便于掌握和熟悉建筑室内设计的尺度，这里我们将从以下几个方面来予以分析、研究。

1）人体的基本尺度

众所周知，不同国家、不同地区人体的平均尺度是不同的，尤其是我国幅员辽阔、人口众多，很难找出一个标准的中国人尺度来，所以我们只能选择我国中等人体地区的人体平均尺度加以介绍。为便于针对不同地区的情况，这里还开列出了一个我国典型的不同地区人体各部平均尺度，以此为依据对人体进行研究与探索（图4-4）。

图4-3 人的生活行为分类

图4-4 我国中等人体地区人体各个部分平均尺寸图

在我国按中等人体地区调查平均身高，成年男子为1670mm，成年女子为1560mm。如果按我国全国成年人高度的平均值计算，在国际上属于中等高度，不同地区人体各部平均尺寸见表4-1，人体各部尺度与身高的比例见表4-2。

表4-1 不同地区人体各部平均尺寸表（单位：mm）

（续）

表4-2 人体各部尺度与身高的比例（按中等人地区）

2）人体基本动作的尺度

人体活动的姿态和动作是无法计数的，但是在建筑室内环境设计中我们只要控制了它的主要的基本的动作，就可以作为设计的依据了（图4-5）。

3）人体活动所占的空间尺度

这是指人体在建筑室内环境的各种活动所占的基本空间尺度，如坐着开会、拿取东西、办公、弹钢琴、擦地、穿衣、厨房操作、卫生间便所中的动作和其他动作等（图4-6）。

图4-5 人体基本动作的尺度

图4-6 人体活动所占的空间尺度

图4-6 人体活动所占的空间尺度（续）

4）立的人体尺度

立的人体尺度主要包括通行、收取、操作等三个基本内容。这些数据是根据日本、美国资料的平均值标定的，可作为我们进行室内设计时的参考资料（图4-7）。因为日本人体平均标准与美国人体平均标准的平均值同我国人体平均标准是基本相同的，这样使用起来是不会有多少出入的。

图4-7 立的人体尺度

5）坐的人体尺度

建筑室内环境设计中，人坐着的行为状态是很多的或者说是大量存在的现实，因此研究坐的人体工学就显得十分重要了。这里主要涉及高度、压力分布、范围和角度等方面的问题（图4-8）。

图4-8 坐的人体尺度

①坐的高度——坐的高度不应单单看作是从地面到座椅面的高度，而应当根据工作面的高度来确定。即人与工作面之间需要有一个合适的高度。这个高度就是人的肘部与工作面之间的高度差。这个差值一般为275±25mm。在这个距离内大腿的厚度占去了一定高度，大约170mm左右。当上半身有了好的位置后，再注意到下肢。舒适的姿势是腿的顶部接近于水平状态。如果工作面过高，则应当釆用适当的办法将脚垫起来，以抬高腿的高度。这种情形在一般座椅中是不会出现的，往往在各种实际操作过程中会出现。

②坐的深度——座椅不能太深，因为人会靠不到靠背；也不能太浅，这样又会影响到坐的面积。一般正常深度以375～900mm为宜。座椅的宽度以宽为好，因为宽的座椅允许人的姿势做各种变化。最小的椅宽是400mm，再加上50mm的衣服和口袋装物的距离。有扶手的座椅，两扶手间的最小距离应是475mm。

③压力分布——人在椅子上坐着的时候，体重并不是平均地分布在整个臀部上，而是分布在两个坐骨的小范围内。所以，一把好的椅子设计，必须适宜人体随意改变姿势的状态。当然软的坐垫是需要的，这样可以增加臀部和椅子的接触面，可以使压力分布均匀。一般坐垫高度以25mm为宜。太软太高的坐垫都容易造成身体不平衡和失稳现象，效果反而不好。椅子表面的材料应尽量采用纤维材料，这样既可以透气，又能够增加摩擦力，以防止身体下滑。

④范围——人在坐着的时候，主要动作是手臂的动作，摆手臂的动作除消耗时间外，就是消耗能量。因此要尽量消除一些不必要的动作，保留必要的动作，以提高操作的效率，这就要求在工作台的设计和座椅的设计中注意合理的正常工作范围尺度，使之避免产生消耗能量的多余动作。同时要注意，正常而合理的工作范围并非是最大操作域限，而是操作和作业时舒适便捷的范围。一般人的手臂最大作业域半径是50cm，而通常作业域是39cm。当我们设计工作范围时，不能以人手可以达到的最大范围为根据。

⑤角度——是指人坐在有靠背的椅子或沙发上时的靠背斜度。当然各个人的要求不同，而且在各种场合又不一样。但是我们必须取一个通用的标准值。汽车靠背的斜度为111.7°，这是从汽车驾驶员操作便捷和舒适方面来考虑的。一般办公和学生用椅的靠背斜度为95°～100°。另外关于座椅的形状，经验证明，适合于臀部形状的椅座并无必要，因为这样反而会妨碍臀部和身体的自由活动，也会妨碍对坐的姿势的调整，所以椅面以平坦的硬面稍加软垫铺垫为宜。这样才有利于身体重量的均衡分布。座椅面一般也应有一定的斜度，实验证明，椅面的斜度倾角以3°～6°为宜。要想取得良好的背部支持点的位置和角度，必须调整好两者的对应关系。

⑥卧的人体尺度

从直观印象和感觉出发，人们在睡眠时仰卧的时候是睡得最熟的时候，这是从生理学中获得的结论。睡眠中皮肤的温度也是有变化的。人在睡眠状态时，人体的末梢部分体温是上升的，人脚凉的时候都不是在睡眠时间。另外，对睡眠最有影响的因素就是睡觉的姿势。假如睡床是平的，人在仰卧时背部与尾骨之间呈直线关系，这时腰部与睡床之间的距离是3cm，这是最佳的睡眠姿势。我们在直立的时候，后背与尾骨之间的直线与腰部距离是4～6cm，这同上面的姿势的腰部距离差值有2～3cm，这种仰卧姿势效果是最差的。不同材料的睡垫由于软硬程度不同，对人体的睡眠影响也就不同（图4-9）。

图4-9 卧的人体尺度