交杌人体工学意涵研究

贺美艳

[摘 要]以明黄花梨圆后背交椅为例，从设计艺术学的角度着手，综合艺术学和人体工学的相关理论与方法，对交杌的结构设计和尺度设计进行分析与探讨，从座高、座深、座宽和靠背四个方面对案例进行人体工学数据分析，总结出交杌符合人体尺度的合理结构设计和适度尺度设计。

[关键词]交杌 人体工学 结构设计 尺度设计

交杌传入中原后，随着历史的发展，名称先后有“马扎”、“胡床”、“交床”、“逍遥座”、“绳床”、“交椅”等。交杌名称的演变在古文献资料中都有记载，与其形制、功能和文化传统有着密切的联系。研究交杌的人体工学意涵即研究人与交杌之间的关系。人体工学的目的是设计依据人的生理——心理适应性，使产品符合人的尺度。①运用人体工学研究人与交杌之间的关系主要从两个方面入手：一是分析其合理的结构设计；二是分析其适度的尺度设计。合理的结构功能是交杌符合人体工学的重要前提，适度的尺度设计是交杌体现人体工学意涵的重要部分和主要研究内容。

交杌发展的成熟形制是交椅，在交椅中，圆后背交椅以其科学的结构和高度的审美享有崇高的地位。因此，以圆后背交椅为案例进行人体工学研究更具有说服力。本案例明黄花梨圆后背交椅（图1），明中期或晚期制作，由王世襄先生所收藏。经测量，此交椅通高112厘米，座面的高度58厘米、宽70厘米、深46.5厘米，脚踏高13厘米，靠背高64厘米，靠背倾角为110°。

一、结构设计分析

交杌的折叠功能决定了它的结构设计，其基本形制由八根直材构成，上有两根横撑作为撑梁；在两根撑梁上穿绳索或皮革条带作为杌面；中有两对相交直材作为支撑，为撑腿；交接处用铆钉固定作为折动点，呈“X”形；下有两根横材下撑为足，为撑底。交杌是通过控制折动轴的展开闭合来达到折叠功能。

交椅在基本形制的基础上，添加了靠背、搭脑、椅圈、扶手、角牙等部件。圆后背交椅结构设计的关键在于椅圈与撑腿的连接既能满足折叠的功能，又能更好地起到支撑的作用。为了满足折叠功能，圆后背交椅的后撑腿与弯转而向前探伸的部分往往是一木连作。但后撑腿与椅圈连接后，椅圈所承受部分力量会转移到后撑腿上，这样后撑腿的承受力会增大。因此，后腿和弯转的部分就成了受力的薄弱环节。虽然硬木料的韧性很大，榫卯结构又很紧密，但仍不可能承受长时间的重量。李渔在《闲情偶记·居室部》中强调造橱、柜、窗棂、栏杆等首先要“坚”，即结实、耐用、使用。“居首重者在一字之坚，坚而后论工拙。” ②同样，交椅的制作也要“坚”。为了使交椅更加牢固耐用，一般不会在结构框架上进行雕镂加工。为了增加后腿和弯转部分的牢固性，通常会在转角的内弯处安置角牙，将空间垫塞成三角形，增加其稳固性；在转角的外弯处安金属或木旋的棍柱与椅圈连接，使它起到支撑与分散重力的作用，如此椅圈就可以形成五个支撑点；在转角和接榫处用金属叶片包裹，起到加固作用。如此，靠背、椅圈、扶手、角牙都起到了重心分散的作用，一把交椅是多个受力点的整体。

圆后背交椅的结构设计不仅满足了实用功能，同时还满足了人的审美需求。圆后背交椅的视觉美体现在朴素的几何形式及与之围合而成的空间的相互穿插，充分考虑线和面围合的空间，形成一个形体劲健的整体。从顶视图来看，交椅是一个半围合的圆内围着一长方形，象征着“天圆地方”，简洁而朴素。从侧视图来看，在交椅的上部分，靠背板的曲线造型成“S”形，不仅优美动人，而且符合人体脊柱的弯曲特点；在交椅的下部分，由于撑腿的交叉，出现了多个三角形，结构简洁而稳固。从正视图来看，搭脑与扶手连为一体，顺势而下，弧形的椅圈如同张开的怀抱，线条流畅而舒展。《道德经》记载：“三十辐共一毂，当其无，有车之用。埏埴以为器，当其无，有器之用。凿户牖以为室，当其无，有室之用。故，有之以为利，无之以为用。”③老子通过车轮中间空无、瓷器中间空无和房子中间空无三个例子来说明“无”和“有”的辩证关系问题，充分强调空间的作用。在圆后背交椅中，椅圈与座面的组合形成了一个线与面围合的空间，这个空间为“无”，而它又为人提供了“坐”的功能，从而又为“有”，这与老子的“无”和“有”辩证思想是相吻合的。

二、尺度设计分析

交杌作为坐具是和人体直接接触的，因此必须适合人的生理构造，与人体各部位的结构特征相适应。经研究表明，当人处于坐姿时，由于体内盆骨与脊椎失去了直立状态下的自然平衡，腰椎不能保持自然状态，脊柱由S形变成拱形，肌肉与韧带处于紧张的收缩状态，易产生静疲劳。生理解剖学已经揭示，在人体的脊椎中第三和第四腰椎间所承受的压力最大，在脊柱活动时，两个椎骨加给椎间盘的压力发生变化，椎间盘长时间受压时会导致腰痛。因此，交椅的设计要保证椎间盘压力最小，这就要根据体压分布状况，设计好座面的高度、深度和宽度，靠背的形态、高度和倾角等尺度。

座高是指从座面与地面之间的垂直距离，是影响交杌舒适度的重要因素之一。由座面体压分布与坐板高度的关系图（图2）中可以看出，当座高低于膝盖高度时，人体上部前倾，背部肌肉处于紧张状态，体压集中在坐骨骨节上。此时，由于人体重心低，起身困难。当座高等于膝盖高度时，体压主要集中分布在坐骨骨节周围，体压部分向臀部分散。当座高高于膝盖高度时，会导致双脚不能着地，体压分布于坐骨骨节周围和大腿底部，大腿底部受到重力压迫，阻碍血液循环，致使下肢麻木。因此，座高的设计应使大腿轻微受压，小腿有一定的活动余地。根据国标GB/T 3336规定，最舒适的坐高应在33～46厘米之间。交椅的座高往往会比较高，但交椅的撑腿上安有脚踏，这样人坐上交椅后，从脚面到座面的高度就会比较适中。经测量，此案例交椅的座高为58厘米，脚踏的高度为13厘米，那么从脚踏到座面的高度为45厘米，这是符合人体工学要求的。

座深是指座面前缘到后缘的距离。合理的座深设计使臀部、腰部得到充分支撑，并使座面前缘与小腿之间留有空隙，确保大腿前部不受压迫。若座面过深（图3中b），则会使腰部的支撑点悬空，同时膝窝处或是大腿前部受到压迫。若座深过浅，则会使大腿悬空，小腿承重加大，易使小腿疲劳。根据国标GB/T 3336规定，一般情况下，扶手椅座深应在40～44厘米之间，靠背倾斜较大的休闲用椅的座深可以适当加大，但不超过60厘米。圆后背交椅是可供人放松休息的坐椅，其靠背倾角为110°，座深为46.5厘米。由此看来，这也符合国家标准的要求。endprint

座宽是指座面的横向宽度，座面的宽度应当能容纳人体臀部的全部，并且留有一定的宽裕，以便随时调整坐姿。座宽宽度应该是人体的肩宽加上适当的余量。根据国标GB/T 3336规定，扶手椅的内宽应不低于46厘米，如此，扶手坐椅的座宽才能满足人体双臂的自然活动。此案例交椅的座宽为70厘米，此数值远超过国标规定。此案例交椅的座宽过宽，当人就坐时，双臂张开搭在扶手上，时间稍久，都会让人感到疲劳。因此，此交椅的座宽尺度不符合人体的尺度。

适宜的靠背支撑能够缓解臀部所受的压力，使背部肌肉放松，消除背部疲劳，也可以防治椎间盘突出。前面已知人在坐姿时的脊柱形态变为拱形，为了矫正脊柱的形态，并减轻椎间盘的压力，靠背的设计就要注意两点：首先，靠背要与座面构成适度的靠背倾角；其次，靠背板的设计要提供多点受力。靠背倾角是指靠背与座面之间的夹角，不同的靠背倾角会导致不同的椎间盘内压力以及背部肌肉负荷。从不同靠背倾角下的肌电图和椎间盘内压力图（图4）中可知，当座面与靠背夹角在110°以上时，椎间盘压力显著减小。因为靠背分散了身体的重心，进而减少了椎间盘内压力。因此，靠背倾角在110°～120°之间最佳。一般情况下，靠背的压力分布在肩胛骨和腰椎两个部位最高，因此，靠背板的设计要提供两个受力支撑点，上部的支撑点分别在左右两块肩胛骨部位，下部的支撑点在腰椎部位。因此，一方面靠背的高度要达到肩胛骨的位置，为肩胛骨提供支撑点，其高度相当于第五胸椎骨至第六胸椎骨之间；另一方面靠背板的形态要符合人体脊柱自然弯曲的曲线，凸缘的顶点应在第三腰椎骨与第四腰椎骨之间的部位，也就是说从座面后缘到凸缘顶点的高度应在10～18厘米之间。经研究表明，当靠背倾角为110°时，从座面到靠背上部的支撑点约为38厘米，从座面到肩的距离为54厘米。案例交椅的靠背倾角约为110°，靠背高64厘米，从座面后缘到“S”形靠背板的凸缘顶点的高度约为12厘米。此交椅的靠背不仅为肩胛骨和腰椎提供了支撑点，而且为肩部和颈部提供了支撑点，可谓是多点受力。

结语

综上所述，基于人体工学理论，对明黄花梨圆后背交椅座面的高度、深度和宽度以及靠背的形态、高度和倾角的尺度进行分析，并与人体工学标准比较发现，除交椅的座宽外，交椅的尺寸与如今人体工学对坐具的尺寸要求是基本相吻合的。值得注意的是，人体工学所强调的心理舒适性，有时会与人的情感和文化需求相矛盾。明黄花梨圆后背交椅的座宽之所以会设计得如此之宽，主要是与当时人们的坐姿方式和礼仪规范有关——人端坐于交椅，胳膊肘搭在扶手上，双手交握。如元代陈鉴如所绘《李齐贤像》（图5）中，李齐贤双手交握端坐于一把金漆交椅之上，端庄稳重，符合正襟危坐的礼仪习惯。交椅的使用主要是彰显主人身份地位的坐具，其所蕴含的文化意义居于首位，其舒适度则居于次位。 （责任编辑：尹雨）

注释：

①徐恒醇，马觉民，张博颖.技术美学[M].上海：上海人民出版社，1989：6.

②李渔 著，王连海注释.闲情偶寄[M].济南：山东画报出版社，2003：200.

③老子 著，辜正坤译注.道德经[M].北京： 北京大学出版社，1995：8.

参考文献：

[1] （明）王圻，王思义编.三才图会[M].上海：古籍出版社，1985.

[2] 王世襄，袁荃猷.明式家具研究[M].北京：三联书店，2008.

[3] 方海.现代家居设计中的“中国主义”[M].北京：中国建筑工业出版社，2006.

[4] 胡文彦.中国历代家具[M].哈尔滨：黑龙江人民出版社，1988.

[5] 李文彬，朱守林.建筑室内设计与家具设计人体工程学2版[M].北京：中国林业出版社，2002.12.

[6] 何灿群.人体工学与艺术设计[M].长沙：湖南大学出版社，2007.

【本文为山东工艺美术学院大学生科研基金项目成果】endprint