计算机辅助人体工程学在定制家具设计中的应用研究*

刘 琛

（湖南工程职业技术学院，长沙 410151）

人体工程学与现代家具设计的融合，改变了人们的日常生活方式，这提升了家具的实用性和适用性，这在一定程度上为家具市场的活跃性起到了促进作用。本文旨在通过研究人体工程学在定制家具设计中的运用为定制家具产业健康发展提供助力。

1 人体工程学基本内容

在工业革命的影响下，欧美国家在20世纪30年代就开始了基于人体工程学方面的有效研究，不过由于受到技术条件的限制，进展较为缓慢[1]。人体工程学的相关研究在计算机技术及大数据的支持下，得到了突飞猛进的发展，特别是AI分析技术在实验室模拟状态下完成相关基础测试、优化与调整，最大化地降低了资源投入和成本支出，从而直接催生人体工程学技术向全方位实现了拓展与延伸。

人体工程学的相关研究的重点，在于人体的“舒适度”，而要想实现这一效果，要着重考虑的是全面强化结构设计的合理性[2]。以家具设计为例，不能简单地以迎合人体的体感效应为目的进行设计，必须要结合人体同家具的接触程度来分析这种接触是否能够让人的“舒适感”得到提升（如图1所示），经过反复论证，合理利用空间资源是提高人体舒适度的关键设计要素[3]。

图1 基于人体工程学理论基础下完成的电脑桌椅定制设计方案Fig.1 The computer desk and chair custom design scheme based on the ergonomics theory

2 人体工程学与家具设计

一套较为严谨的基于人体工程学视角下完成的家具设计方案，所有的细节问题都必须结合消费者实际情况来完成，这其中因为个体差异所导致的设计方案不同是常见的事情[4]。从图1中的相关设计理念可知，不仅要将空间环境内的所有技术参数都纳入到基于人体工程学理念下的家具设计方案中，而且需要充分考虑到地缘性因素所导致的人体身高、体重差异对家具重要部位的直接影响，这样的一整套设计方案必须是极为精细化和完整的，各个零配件之间只有做到较好地衔接，其人体工程学的设计优势才能够得到有效保障。

图2 家庭环境中整套定制家具设计方案Fig.2 A complete set of custom furniture designs in the family environment

3 定制家具设计要素

对于家具设计而言，很多所谓的高端家具乃至手工打造的家具都并非定制，但基于人体工程学理念下完成的家具均为定制，除考虑家具选料板材的差异及不同之外，还严格按照人体工程学原理进行设计，充分考虑差异性因素对于家具价值的影响是关键。

3.1 高度与人体工程学

高度是直接影响家具规格的重要参数，同时也是判定是否符合人体工程学的指标之一，为了能够最大化地符合客户的实际需求，在进行家具设计的过程中所谈及的高度，同时还需要包括成型的家具与空间环境的优化比例，毕竟这样才能够让相对有限的空间范围看起来利用率更高。

在所有的设计中，“黄金比例”是设计师常用的一个重要指标性参数，随着参照物尺寸的变化，无限接近地按照“黄金比例”尺寸来进行设计[5]，无论是在视觉效果上还是在体感效果上，都会呈现出一种基于流线型状态下的自然美感。在家具的设计中，“黄金比例”的基准尺寸并不是人体的高度，而是房屋的高度，即便是如同图1那样的书桌和座椅设计方案中，也需要综合研判其与人体所形成的等比例关系，与房屋高度之间的有效距离或者是尺寸，在这种情况下，人体与房屋的高度呈现出来的是一种“黄金比例”，如果家具与人体之间的高度同样也呈现出“黄金比例”，就更能有效体现基于人体工程学原理所进行的家具设计。

图2中的相关设计方案，如果在这个基础上再对室内的家具种类进行拓展，从表象上看整体可利用空间或许有限，不过充分利用“黄金比例”原则，便能较好地化解该矛盾。在一张240 cm×90 cm×75 cm的长沙发面前摆放一张130 cm×70 cm×45 cm的长方形茶几较为舒适[6]。两者之间的理想距离应该是能允许一个人通过的同时又便于使用，坐着就可以方便地拿到桌上的物品，对上述尺寸进行综合测算可以发现，这些尺寸之间，尤其是高度与长度的比例，基本上都符合“黄金比例”。

之所以如此强调“黄金比例”，是因为“黄金比例”原则设计的相关高度符合人体工程学的设计理念[7]，考虑到人体大腿在弯曲之后所呈现出来的高度，设计师在进行沙发、座椅的高度分配上重视落差有可能对人体所产生的悬空感效应之后，会重点针对有效弥合这种悬空感来调整高度尺寸[8]。

一些资深的家具设计师在进行定制式家具设计的过程中，会仔细且反复地测量消费者不同状态和姿势下的身形高度，因为生活习惯的不同，即便是在相同高度之下所产生的落差感都会略有偏差，而人体工程学的主旨就是为了强化舒适感，完全按照消费者的基本需求进行定制，着重针对细节问题进行处理，就能够全面地提升这种舒适感。一般来说设计师会针对客户的身高，坐姿，臂展有所测量，以达到设计最优化[9]。沙发的座面高度应该等于人小腿加上鞋后跟的高度，一般在35～42 cm之间，过高和过低都会使背部和腿部肌肉紧张和酸痛[10]。

3.2 接触面与人体工程学

与高度这种显性的参数所不同的是，接触面对于舒适度的影响往往并不是十分明显，比较常见于成套系的家具中，随着定制家具在终端消费市场所掀起的流行风[11]，已经有越来越多的设计师开始注重接触面与人体工程学之间的必然关联。

3.2.1 经过计算机大数据分析的椅子靠背尺寸

由于人体之间存在着个体上的差异，对于家具接触面的基本需求也不尽相同，这就给设计师在进行定制家具设计的过程中增加了不小的难度。不过，在大数据，以及AI等人工智能的支持下，相关技术参数的基本测算方式越来越精确[12]，类似于图2的粗线条式设计方案，正逐步向精细化的设计方案升级（如图3所示），这增加了设计师的工作量，在手工方式无法满足工作需要的情况下，利用计算机辅助程序来完成相关的分析与测算显得尤为关键。

以椅子的靠背尺寸为例，即便是相同的一个人，在办公环境下和在生活状态下，对于椅子靠背的基本需求也不尽相同，而这些数据无法从虚拟效果或者是规划设计草稿方案中摸索出来[13-18]，设计师必须结合消费者的身高、坐姿等一系列的参数来精确判断出其在不同环境下对于椅子靠背尺寸的需求[19-22]。利用大数据分析完成之后，在AI等人工智能处理系统的帮助下，这种尺寸会很快被计算出来。如果这种尺寸按照家具最初的家具设计方案根本无法满足实际需求，AI智能分析系统也会及时给出优化方案，设计师会根据这种优化方案对座椅后背没有合适的曲线来贴合腰部的情况通过加靠垫的方式来弥补。

3.2.2 经过计算与实践论证的柜子深度尺寸

考虑到男女的身形完全不同，要想按照统一的标准和人体工程学理念来完成家具的定制显然无法体现出其舒适度[23-26]，因此就要在其中寻求一个最大公约数来增强定制家具的舒适感[27-30]，例如在居家环境中最常用的沙发设计上，如果是两口之家一般建议沙发宽度至少为175 cm，大于2人或者家庭经常有客人来往建议不小于210 cm，坐位的深度不小于60 cm。

与沙发这种常用的家具存在明显的区别，大件柜类家具在日常生活中其使用频率不高，设计师在进行家具设计的过程中，比较注重柜子尺寸设计[31-35]。考虑到男女身形比例之间的差异性，在不同的区块范围内，柜子的深度也存在着明显的差别（如图3所示），在客厅环境中，柜子深度无论设置多大，都不应当大于茶几的基本宽度，这样才不会产生突兀的感觉[36-39]；在卧室环境中，由于女主人使用柜子的概率相对较大，在考虑到女主人身形特征之后，借助计算机辅助程序来精确地计算出一个柜子尺寸的基本参数，将这个基本参数分别与男女主人进行沟通，如客观条件具备，可利用AI分析技术进行计算机动态模拟，这样就能够得出柜子深度尺寸在男女主人都能够接受情况下的一个基本尺寸。如其再有额外要求，还可根据其要求在不同的位置上对柜子深度尺寸利用填充物或者是其它配饰来进行调整[40-45]，力求在这种综合分析之后，能够让柜子深度尺寸与不同的使用者之间最大化地完成匹配。

图3 基于大数据支持下的定制家具设计方案Fig.3 Customized furniture design scheme supported by big data

4 结语

将人体工程学融入定制家具设计，是一种基于计算机精算下所展现出来的实用性较强的设计理念，依照该理念所完成的家具设计，能够最大化地释放舒适感效应，让使用者在最短的时间内消除疲劳[46-50]。随着定制家具产业的发展，借助计算机辅助程序的人体工程学理念，已被广泛运用于定制家具的设计中。根据人体工程学研究概况及人体工程学在家具设计中的运用，可具体分析如何运用计算机辅助程序来确定各类定制家具的设计参数，为定制家具设计提供优化建议。