消防车乘员室空气呼吸器座椅设计研究

刘依文 于东玖 张浩

摘要：文章通过研究国内外消防车乘员室的设计案例，调研分析国内消防车乘员室空气呼吸器座椅设计、使用现状，以人机工程学理论为基础，对现有消防车乘员室座椅存在的问题作出设计优化分析与项目改良应用。希望此次项目的研究能够从设计思维的角度来提高消防车乘员室座椅舒适性，从而提高消防员的作战效率，引起制造企业对设计的重视，提升社会对消防员这一职业的关注度。

关键词：消防车 空气呼吸器 座椅设计 人机工程

引言

消防车的设计是一项复杂、严密的任务，车体局部的设计也会影响到消防员执行任务的效率性与安全性。国内企业消防车设计总体起步较晚，设计思考的自主性已取得一定的成果，但是消防车乘员室的研究投入相较于其他直接与救援现场有直接联系的车体部分所较被忽视的，国内企业往往更多考虑如何节省成本而牺牲细节上的设计优化。随着社会经济的快速发展，消防战士面临的火灾救援情形复杂多变，消防员相应要承受的心理压力也随之加大，对消防车的设计要求也相应提高，不仅体现在技术的发展革新，合理的人机尺寸对提高消防作战效率也至关重要，如乘员室座椅部分的人机合理性、细节接触操作的便利性等从-开始就影响到消防员的作战心理与乘车安全，进而影响后续作战的效率。若消防员长时间的紧张和劳累得不到有效缓解，会引发低活度的生理状态，精神萎靡，形成“火场疲劳”。文中通过整理分析国内外优秀消防车的乘员室设计，结合对现有消防车售后使用的调研，提出我国现有乘员室空呼器座椅普遍存在的缺陷与不足，以座椅人体工学理论为基础，融入情感化设计，对乘员室空呼器座椅的设计提出改进分析，提高空呼器座椅的舒适度与安全性。

一、空气呼吸器座椅简介

空气呼吸器座椅即消防车乘员室装配有空气呼吸器（以下简称“空呼器”）的座椅（如图1）。消防车座椅一般具备以下几个部分：安全带、空呼器架、坐垫、头靠、背部支撑、储物箱、对讲机、空气呼吸器等。

空呼器是消防队员在灭火救援任务时佩戴的呼吸保护装备，属于消防队员11项个人防护装具之一。空呼器平时装配在座椅靠背处，消防员出任务上车后需要提前自行佩戴在背部然后进入救护现场，这能极大减少抵达火灾现场到实施救援之间的时间。在这种分秒必争的任务中，缩短扑救时间可以挽救更多生命和财产。在灭火救援任务日趋复杂的当下，消防部队所承担任务的艰巨性和危险性也不断增加，空呼器在灭火救援任务和保护消防人员的安全方面起到了非常重要的作用。常见的空呼器尺寸有6.8L和9L。

目前國内对于空呼器佩戴系统的静态和运动舒适性等方面设计研究相对已很深入，但部分带有空呼器座椅的消防车，在消防员乘坐座椅的舒适度以及空呼器取用操作的人机合理性还存在许多需要考究的地方。对于空呼器座椅的操作功能的设计，并没有明确的要求标准，广义舒适性同时包括居住性、视野性、手伸及性和方便的操作性以及上下车方便性等。车辆在不同情况下行驶时，人体对座椅的要求也不相同，消防车乘员室座椅系统的舒适性应是乘坐者——消防员所最想要满足的要求。

二、空气呼吸器座椅的使用研究

（一）空呼器座椅一般使用情况

以下针对消防车乘员室的一般使用情况作出了一些必要的基础知识整理。

消防员在进行救援任务前需要穿戴防护服，而防护服主要有以下几样：头盔、消防靴、防护衣服和长裤、腰带、手套、GPS定位报警器等。（如图2）所示的为常见的两种防护服。防护服没有季节之分，由四层结构组成，材质较普通衣物硬，身体贴合度低。头盔、消防靴、防护服穿戴后，消防员整体身体的体积会增大。消防车乘员室有别于普通车辆的座椅室，乘员室活动的空间很小，一般都是并排座位在三个以上的空间布局，或者两排相对的并排座位。消防员需要在车上完成空呼器佩戴、火场通讯、饮水这些动作，因此消防员的乘坐更需要合理的座椅人机尺寸j以及舒适的操作体验。

（二）国内外乘员室设计研究

（如表1）是国外代表性品牌乘员室的调研整理。

通过对国内一些消防公司调研，目前对于此类座椅的研究存在许多问题，整理总结（如表2）。

在国内外消防车乘员室调研中，国外优秀品牌消防车的乘员室，其工艺、操作功能、细节设计等几乎都可以成为其亮点，座椅人机尺寸非常合理。国内的消防车乘员室设计整体水平较国外低，基本停留在满足基础功能需求、尽量节省设计成本的阶段。比如实地调研的国内某品牌，在消防员不背有空呼器时，座椅靠背基本不能起到作用；当靠背方向为行车方向时，靠背绝对禁止使用，否则在急刹车时，惯性极易导致消防员腰部受伤。座椅人机尺寸不合理也是调研中发现的明显问题，如消防员穿戴好防护服，佩戴空呼器后整体体积增大，当坐垫的深度不够时，臀部大腿的支撑面积小，会加快消防员疲劳速度。所以基础功能、功能细节、便捷操作、视觉设计、情感化设计等应该都要成为消防车设计需要考虑和设计到位的部分。调研中发现国产主流消防车乘员在6-7人，而国外最多可载员8-9人。因此我们必须根据国内实际情况，对消防车乘员室进行一定的优化改进。设计思维融入消防车乘员室的设计，是能够使得车内空间有效利用、提高消防作战效率，提升品牌市场竞争力的有效方法。

三、空气呼吸器座椅设计优化分析

经过调研，座椅设计是否符合人机尺寸，关系到乘员室内部空间的利用率和乘坐的舒适性，还影响着市场竞争力，它已成为影响公司生存的一个重要因素。以下通过参考国家标准，座椅设计的人机工程和消防员调研的使用体验来对乘员室座椅头枕、靠背、坐深、坐高及坐垫软硬度等提出设计优化。

座高：消防员乘员室的座椅使用定义，应是介于工作使用和休闲使用之间的一种定位。消防员在座椅上不仅需要完成工作任务，也需要得到一定的休闲与放松。消防员在座椅上完成就工作用椅而言，其高度应是刚好能使人双腿平行于地面，背部以较直立姿势就坐。消防员空呼器座椅在确保舒适度的同时，不能太过低矮而影响消防员赴现场出任务时理性、警惕的心理，也不能太高而加重神经的紧张、与情绪的不稳定。其高度参考参考标准《GB 10000-88中国成年人人体尺寸》，考虑到具体的使用对象为消防官兵，其身高95%以上均在1.68左右，因此普通乘员室座椅高度以及消防员平均身高，适值在400mm～450mm。

座宽：乘员室座椅宽度必定应是以最适合消防员这类人群对应的臀部宽度，有别于普通车型乘员室座椅以女性测量数据为根据，空呼器座椅的座椅宽度应以大多数男性一线消防员为测量依据。消防员出战身着宽大防护服、以及在座椅进行装备的穿戴与其他操作的空间宽度，使得座椅间隔的宽度成为乘员室座椅人机尺度必须考虑的部分。宽值在450mm左右。

座深：消防车空呼器座椅的座深较为特别，因其靠背处要背装一个空呼器，实为是没有靠背的装备安装架。使用的最常见问题是，整装的消防员座深不够，靠背无法使用且容易惯性导致身体向前滑动。合理计算，除去靠背空呼器所占空间，坐深至少应在400mm以上。

靠背：座椅的靠背主要作用是降低上身支撑，降低疲劳，提供舒适度。脊椎在站立和坐姿状态下的形态也各不相同，坐姿状态下要尽量保持脊椎弧形处于正常状态。座椅的靠背要提供正确的脊椎弯曲弧度，在不装配空呼器的时候，座椅也能做到正常使用。空呼器座椅的靠背依靠的是空呼器装备上的背板。佩戴系统形状要与背部和腰部形状贴合，且软硬适度。太软的背板不便于分散气瓶对背部和腰部的压力，受力集中容易诱发疲劳。根据人体模型的支撑效果，座椅靠背其合理高度在570～610mm。

头枕：座椅头枕除了体供舒适感，最主要还是安全作用。当发生碰撞事故时，头枕可以限制乘员头部相对于其躯干后移，减轻颈椎可能受到的损伤的程度。国家也已出版了一些国标对汽车座椅的头枕和座椅尺寸提出的具体要求。靠枕强调弧度尽量与人体完全贴服，符合人体工学设计；柔软度以及透气性要佳，才能有效缓解消防员的疲劳感；由于消防车乘员座椅的特殊性，某些车型也会将靠枕作为固定空呼器的装置。

乘员室空间应尽量使得视野通透没有封闭感，保持能够多角度看到车厢外的情况。乘员室的储物对于消防工作也是极为重要的部分，合理地利用储物空间，才能容纳更多的消防员的自身防护装备如备用瓶、防毒面具等，以及必备的饮用水。

四、空气呼吸器座椅设计方案

（一）消防員空气呼吸座椅设计定位

结合前文的研究内容，在此文中尝试针对校企合作项目做出设计案例，从结构、缓冲材质、美观等方面设计改善企业消防车乘员室空呼器座椅。具体需要满足一下几个方面：功能上满足消防员使用过程中出现的两种（背或不背空呼瓶）状态正常的使用需求；提升产品可靠性，尤其是坐垫及头枕的耐磨、耐用性方面；满足人机设计的宜人性，即提升产品使用过程中的舒适度，包括：安全性、方便性、快捷性、舒适性等；满足可生产性，工艺可行性、简化性、外观厚实大气美观；生产成本合理性，基于本次研究属于校企合作项目，所以将成本控尽量制在现行成本≤定位成本≤进口成本的区间内，以达到等于或甚至低于现有生产成本。

（二）案例设计

通过上述分析和设计定位，对现有空呼器座椅进行了设计改良，使产品更好地满足需求。座椅尺寸根据前期调研得出数据进行设计，座椅宽度为：450mm；坐深：420mm；坐高：450mm；坐垫到头枕中心点高度约为600mm。在靠背方面，为了确保在不背空呼气的状态下也可以使用，采用菱形四边形旋转结构。当把空呼瓶固定到座椅时，靠背处于（图3-1）收起状态，通过底部支架和头枕下面支架固定空呼瓶，使消防员不需要负重，减少疲劳感；当消防员准备进入作业，需要离开座椅时，通过下压左手边连杆，使得头枕向上角度移动（如图3-2），解除空呼瓶上面的固定，使消防员背着空呼瓶安全离开座椅；在消防员结束救援任务，回到乘员室时，一般都比较疲劳，有时候可以不需要被着空呼瓶坐下，这时候可以通过打开背部可伸缩的菱形结构靠背（如图3-3），使背部有支撑，缓解消防员的疲劳感。

在保证以上功能的同时，整个座椅在外观上减少金属的裸露，坐垫、头枕和靠背通过自结皮材质，提高座椅的缓冲系数、耐磨系数以及产品的舒适性，减少消防员的使用疲劳感，使产品更加人性化。坐垫采用防水材质的自结皮，好处是成本低易于清洗，消防员在完成任务后身上难免会有水渍、灰尘等赃物，若用布料坐垫很快便会弄脏。自结皮相比于一般塑料又有一定弹性，可分散大腿和臀部上的压力，减少不舒适和疲劳舒。在有限的空间里，尽量合理减小坐垫的倾斜角度，以便给乘员更多的上下车空间。

综合评价，这款座椅在项目现有基础上，对坐垫舒适性、坐深尺寸、靠背、材料以及配色等进行了全方位改良，但也有其一定缺点，如靠背无法调节最佳舒适角度，还需改进。

结语

面对越来越复杂的火灾突发问题，消防作业中对于消防车的“设计质量”需求也随之提高。研究过程中发现，目前国内消防车乘员室座椅的设计，针对中国消防员人体特征尺寸的座椅舒适性研究比较欠缺，对座椅及空间的舒适性评价还没有一套客观系统的体系。本文通过研究国内外消防车乘员室的设计案例，基于人体工学的基准，对现有消防车乘员室座椅存在的问题进行改良，并作出设计优化分析。对提高座椅舒适性，缓解消防员作战疲劳与紧张感、提高产品价值有重要意义；也能够引起制造企业对设计的重视，提升社会对消防员这一职业的关注度。