家具设计中的人体工效学参数分析*

袁利国 薛 勇 曹 锁

（河北工业职业技术学院，石家庄 050091)

秉承科学的态度升级家具设计工艺，在整体的设计方案中有效增加人体工效学的相关理论，不仅能够让家具在有效利用空间环境资源上发挥重要作用，而且还能够直接提升使用者的舒适感，这相比起以传统设计理念和制作工艺而制造出来的家具，在富有现代性和艺术美感的基础上，也迎合了消费者对生活品质提升的需求[1-2]。

1 人体工效学构成元素

人体工学(Ergonomics)，又称人因工程学、人类工效学、人因学，它是一门重要的工程技术学科，是研究人和机器、环境的相互作用及其合理结合，使设计的机器和环境系统，适合人的生理及心理等特点，达到在生产中提高效率、安全、健康和舒适目的的一门科学[3-6]。

图1 居家环境中各家具尺寸的理想比例Fig.1 The ideal proportion of each furniture size in the home environment

基于人体工效学所设计的家具，不仅需要充分考虑单个家具所带来的舒适感，还需要充分结合空间环境内的其它家具摆放比例（图1）。在此基础上所应运而生的定制家具，尤其是全屋定制家具就愈发受到消费者的高度关注，这样也就直接带动了成套系的人体工效学家具设计、生产与销售的快速崛起，使其成为引领家具行业潮流的“风向标”[7-12]。

2 家具设计与人体工效学关系

在家具材质改良方面，碳纤维、高密度网布等新材料逐步取代了传统木质材料，成为新式家具的主要材料。设计师也开始借助人体工效学设计新式家具[13]。

2.1 色彩

在传统家具设计与制造中，色彩元素能够在一定程度上提升使用者舒适感[14-18]。然而，通过一段时间的实践反馈来看，基于人体工效学所完成的家具设计，尤其是桌椅等常用家具，同色彩之间的关联性并不大，甚至有些色彩较为鲜艳或者是明显带有艺术风格的混搭色彩效果，不仅得不到消费者的积极反馈，反而会无人问津。调研发现，消费者对于基于人体工效学所设计的家具产品，其重点完全放在了造型以及造型所营造出来的舒适感上[19-20]。由此可见，现代基于人体工效学所设计的家居产品中，色彩所产生的影响效果是有限的。

2.2 造型

图2 基于人体工效学所设计的电脑桌椅Fig.2 Computer desk and chair based on ergonomics

简单从外观上来看，基于人体工效学所设计的家具，基本造型与普通家具之间并没有太大的差别（图1），然而如果仔细分辨其不同的家具部件就会发现，其在尺寸、比例的规划上，同以传统工艺方式所设计的家具形成了强烈的反差。

例如，基于人体工效学所设计的电脑桌椅，如果按照传统设计工艺，其椅子的尺寸只是简单地分为大与小，然而基于人体工效学所设计的座椅，不仅考虑到了人体不同身材所需要的椅子的接触面大小，同时也考虑到了人体落座之后，下肢的活动空间大小，从而让椅子的高度有一个40～46 cm的高度落差区间值（图2）。这6 cm的高度落差看似简单，或许有些具有升降功能的座椅也能够实现，不过，要想让座垫与人体接触面的角度一直保持在2°～4°的这个避震范围内，就必须经过精巧设计（图2）。具备任何弹性的木质材料无法实现这种效果，必须要采用较为轻巧且韧性较强的碳纤维材料[21-24]。

3 家具设计中人体工效学原则

3.1 因地制宜

例如某知名家具品牌在进行家具设计之前，与亚洲、欧洲等不同的体育运动研究机构进行合作，借助大数据分析系统，详细测算了不同区块国家人口的体貌特征，从而对家具基础样本进行微调[25-29]。仍以电脑桌椅为例，某品牌的设计师在进行设计的过程中不仅要考虑其整体美观度，同时也综合分析了亚洲人平均身高比欧洲人约矮2～3.5cm的实际情况，在椅字靠背之前18 cm的基础上缩小2.5 cm，这样就能够让下肢活动空间继续保持50 cm左右（图2）。

3.2 安全可靠

在家具设计过程中，对于那些与人体接触面较多的家具，设计师极为注重其安全性的优化，考虑得极为缜密[30-31]。按照常态化下的设计原则，完全与人体产生接触的家具，其接触面会保持在40%以上，其腰部和扶手位置都会增加起到避震作用的关键部件，从而确保人体在与家具产生接触的过程中即便出现颤抖效应，其颤抖幅度也会控制在6°～8°的安全范围空间，不会使其产生不适感[32]。

3.3 标准化

由于对人体工学家具的认定仍然存在争议，因此对于相关产品并没有一个国家强制性标准，目前企业所执行的设计与生产标准完全是企业标准，这制约了人体工学家具的大规模生产[33-36]。尤其是在国内家具企业完成质量提升，启动对外出口贸易之后，这种统一的设计标准需要尽快加以完善。

3.4 方便性

由于其材质较轻，比起传统家具来说具有较强的灵活性，所以设计师在进行设计的过程中也充分考虑到了其方便性可能对成套系家具不同组合方式所产生的影响效果，在充分保障其实用性价值的基础上，以灵活便捷的组合方式按照消费者自身的意愿进行排列与组合，可以全面提升其灵活机动性。另外，为防止椅脚划伤地板，设计师在设计方案上都注明加装软PU滚轮，从而提高家具的方便性[37]。

4 家具设计中人体工效学参数分析

当消费者接受基于人体工效学所设计的单一家具之后，设计师就着手开始对成套系家具或者是组合家具进行有效设计，在这种家具的设计过程中，除了保留最基本的设计理念之外，对其中一些参数需要微调。

4.1 椅子类

相对独立的办公椅，只要是能够实现有效避震，就基本上能够符合人体工效学的相关要求。而在成套系的设计方案中，还需要分析人体与椅子的接触面大小，并规划椅子和桌子之间的活动空间，以确保人体在这种环境中久坐3 h左右不会产生疲劳感，而这3 h的时间限定，基本上是半个工作日的基础时间。

为达到这种效果，就必须对其高度进行调整，即办公椅的座面高度，加上桌面与座面之间的高度差。一般桌面高为700～760 mm，那么椅子的高度就需要在830～850 mm左右，让椅子、桌面、人体手肘部位基本保持180°的水平直线之后，颈部与椅子靠背接触面实现最大化，尽量减轻人体疲劳感。

4.2 桌子类

图3 基于人体工效学所设计的办公桌Fig.3 Office desk based on ergonomics

由于办公环境和居家环境对于桌子的基本需求不同，所以设计师在进行桌子的设计过程中，需要针对消费者不同的基本需求来对桌子进行定型。一般来讲，办公桌面积需要充分考虑使用者坐姿和上肢标准活动范围为基准，面积过大，会导致上肢活动受限，面积过小，会产生极强的压抑感，同时也不便于摆放办公用品。结合目前市场最热销的产品来看，其尺寸较为适宜的长度为1 200～2 000mm，宽为600～800 mm(图3)。

4.3 柜子类

日本专家在对人体工效学相关产品，尤其是家具产品进行深入研究之后发现，其尺度、运动区间范围甚至是人际交往的过程中大件静态家具对于人体感知能力的确会产生一定的影响，一些较为明显的压抑感很大程度上来自于这些家具。

为有效舒缓这种负面情绪，家具设计师在进行设计的过程中，将环境因素视为有效改变家具尺寸、规格的一个重要参照指标，尤其是在一些相对封闭的办公场所，譬如飞机机舱、火车卧铺车厢中，对于柜子这种既必须存在，同时又需要最大程度淡化其可能对环境因素产生影响的双重制约因素影响下，单纯地压缩其尺寸显然不够，必须要综合室内热环境、声环境、光环境、重力环境、辐射环境等定量或者变量因素，对柜子的基本规格进行优化。

需要强调的是，在这种特殊环境中，色彩因素的影响比较明显，经验较为丰富的设计师在设计这类家具的过程中，往往会将色彩元素作为人体工效学设计风格的一个重要指标，从而获得较好的设计效果。

4.4 沙发

沙发类家具其综合性用途较多，这给设计师的自由发挥空间也相对较大。在定制类家具，尤其是全屋定制类家具的设计中，针对沙发的设计较多。在激烈的竞争中，有一部分设计师另辟蹊径，从沙发材质上入手基于人体工效学进行设计，达到了意想不到的效果。高密度网布和碳纤维支架的组合，成为这种设计的理想选材。高密度网布可有效解决排汗问题，碳纤维支架可起到缓冲作用，同时人体在负重状态下对沙发进行挤压之后确保沙发不会变形，而且还能够在减轻挤压之后迅速恢复原状。这种特点完全适用于充满活力且性格奔放的年轻群体，再加上这部分人又极度追崇时尚与潮流，很容易接受基于人体工学所设计的家具产品，因此就很容易直接引领家具消费的时尚与潮流走向。

4.5 床具类

与小件家具不同的是，床具类家具与人体的接触面并非是以家具尺寸所决定，设计师在进行规划时需让床具符合人体工学的支撑设计，使得在不同的位置都能够产生足够的舒适感。考虑到人体在卧姿时候的骨骼伸展特殊性，其中脊背和大腿后部的受重，有可能会以一种完全不均衡的比例分配在床面上。为最大限度减少受压点的不舒适感，很多设计师都采用了继续沿用碳纤维材料作为床具类家具主要材质，同时将床的高度比传统家具降低5～8 cm，这样可以最大限度地减少床因人体压迫所产生的摆幅，保持其舒适感。

5 结语

基于人体工效学所设计的家具，不仅需要充分考虑单个家具所带来的舒适感，还需要充分结合空间环境内的其它家具摆放比例。基于人体工效学对家具设计进行全新的定位，能够进一步促进家具产业的转型和升级，对于改善一段时间以来家具行业低迷的现状有较强的推动效应。不过，也应当充分考虑到，设计师在进行设计的过程中，其设计方案是基于单一家具产品设计，还是面向成套系家具产品设计，毕竟这其中的一些差别看似细微，实则会直接影响使用者的体感。