人体工学座椅模块化设计探索

杨东君

摘要：本文以人体工学座椅的座面与靠背为研究对象，是以人体臀部和背部的生理曲线为依据，通过对人体施加在座椅上的作用力分布情况的分析，得出椅子模块化分体面的固定方向，并形成对臀部和背部进行包裹的模块化座面和背靠面。通过模块化设计的人体工学座椅，对就坐者在保证就坐舒适度的同时提高健康性，即椅子座面和背靠面的凹凸形态能有效引导就坐者养成正确的坐姿习惯。

关键词：人体工学;椅子;模块化设计;分体面

我国作为椅子制造大国，却没有与制造水平相对应的设计水平，这与我国的椅子生产流程和使用的材料都有关系[1]，现有的各类人体工学座椅，几乎都使用网布或海绵软垫作为人椅接触面材料来制作座面和背靠面，并依赖座面和背靠面的柔软特性来适应人体曲线轮廓，从而获得较好的就坐感受[2]。但传统人体工学椅子的座面和背靠面通常都依据人体曲线形态采用一体成型设计，使得这些椅子的就坐体验雷同，外观形态千篇一律[3]。除此之外，传统人体工学座椅因受设计、材料和工艺的限制，椅子存在诸多弊端，如久坐散热不良，实时改变坐姿不便，以及不能引导就坐者养成正确的坐姿习惯等[4-5]。为了解决这些问题，本文探索设计一种模块化分体设计，将座面和背靠面进行模块化分体设计，使座面和背靠面更好适应人体的生理曲线，同时，模块化的凹凸形态通过对人体的力反馈作用能有效矫正和引导就坐者的坐姿习惯。

1 人體工学座椅概述

人体工学座椅是以“人体工程学”理论为基础，通过对人们在使用椅子的过程中的各个数据进行测量统计和汇总，并根据这些统计数据结合设计美学和工艺技术在人机交互理论的基础上设计研发的椅子。人体工程学座椅不仅能够满足人们坐的需求，更能够享受到在“坐”的过程中的舒适与健康，这是工业设计的“以人为本”的原则。人体工程学座椅主要采用环保材料，具有可调节性，适合不同体型人的需求。

2 人体工学座椅模块化设计研究现状

通过文献检索和查新过程，检索到有部分产品具有模块化形态特征，这些模块化形态都或多或少地对于就坐体验产生不同的影响，以下对部分检索文献进行概述。

文献1 ：德国Progress健康双背椅， 这是物理学家 Dr.Brunig教授设计的人体工学座椅，这款座椅最独特之处在于椅背采用了分体设计，即所谓的双背设计，它在坐感上有较为优越的舒适性，曾被看成是健康椅子设计的一种革命性尝试，其独特的双背设计可以将腰脊压力转化成向上的托力而不会压迫到脊椎，就像是有人用手将使用者的腰背向上托起一样。这款座椅已经有了模块化设计意识，将背靠面一分为二设计成两个分体模块，但由于分体模块太少，没有构成一个更为合理的生理曲面。

文献2：中国保友pofit智能电脑椅，保友的这款智能电脑椅是目前国内设计较优秀的人体工学座椅，该款电脑椅创新性地设计了独立的弹性腰靠结构，能够根据就坐者不同的体重和体型来调节合适的支撑力度，这款椅子将椅背分为上下两个独立模块化形态，两个模块按照人体曲线形态固定方向，其中腰部模块对脊柱的支撑很有力，宽大的背部模块对就坐者肩部也有很好的保护，这款椅子优秀的椅背分体设计对就坐者背腰部的保护要好于健康双背椅。

3 人体工学座椅模块化设计思路

在人体工学座椅的设计原则上，我们首先解决的座椅的舒适问题，据观察发现人在椅子上每8—10分钟就会下意识调整一次就坐姿势，这样才能感到舒适[6]。来自医学的观点也表明人的脊椎保持自然状态就是最舒适的，且不停变换坐姿对于身体是很有益处的，所以，无论是什么坐姿，无论我们感觉多么舒适，都不是最理想的健康坐姿，最好的坐姿就是不断变化的坐姿，自然和舒适存在于动态之中，任何长时间保持的静态坐姿都将损害脊椎和骨盆的健康。此外，工作中我们也需要在椅子上完成一些必要的动作，比如提取资料、接听电话、从地面拾取物品、操作键盘和鼠标以及与访客交谈等，这些都表明椅子必须能够符合动态要求。基于此，采用模块化设计方式将椅面分割为多个模块，各模块相对独立并保持距离，这种模块化椅面形态在人椅交互的过程中，更能给人以清晰的力反馈。比起传统一体形态的较软椅面，使用者更容易并且在心理上也更愿意不停地调整和变换坐姿，以满足长时间的健康就坐需要。

3.1 模块化形态设计

在设计人体工学座椅时，首先在尺寸上要符合人体工程学的要求，其次在形态上要符合人体生理曲线。在椅子背靠面要有腰部凸起，以支撑腰部保持原有的曲线，减轻躯干对于脊柱的压力，在椅子座面也要有适合臀部生理曲线的曲面形态，能合理分散身体对于臀部和大腿的压力 [7]。所以模块化椅子座面和背靠面的曲面形态都应依据人体生理曲线和人体压力分布曲线状态来建立，椅面人体压力分布曲线图见图1，以此压力分布曲线图为依据，结合人体脊柱的自然生理曲线，利用小平面可构成大曲面的造型原理，以模块化分体方式将座面和背靠面分成多个分体面。其中，椅子座面由七个分体面组成，椅子背靠面由十个分体面组成，这些分体面根据人体曲线确定各自的朝向，并在与人体接触的座面和背靠面上形成适应人体曲线的分体曲面，构建出符合人体生理曲线的人体工学三度曲面。模块化椅面设计形态见图2，使用者就坐时背部能很贴切地保持腰椎的自然曲线，并避免坐的时候人的腰椎曲线不自然的变形，座面和背靠面都以对称性的左右两组分体面组成，使得人体靠上去以后，背靠面可以主动包覆支撑上半身，背靠面上部较宽可以有效保护肩胛骨，背靠面中缝让背部的骨架保持挺直，腰部凸起让脊椎间盘受力至最低。

椅子座面和背靠面的这种曲面形态可以矫正因长期坐姿不良造成的脊柱侧弯，不致驼背或脊椎侧弯，原因是这种由模块化分体方式构成的具有一定方向的多面体座面和背靠面，能够明显地对人体产生力反馈。如果就坐者不以正确姿势就坐，例如扭曲脊柱的坐姿，由于椅面与人体生理曲线未对应，在人椅的相互作用力下，就坐者身体将产生明显的不适感，从而迫使就坐者变换坐姿，这样便能在长期的工作中引导就坐者养成正确的坐姿习惯。此外，由于人椅接触面是朝向不同方向的多个分体面，并不像海绵坐垫那样把就坐者臀部包裹得较紧，就坐者更能方便地实时调整不同的坐姿。座椅的模块化分体面之间的缝隙还能有效分散因就坐而产生的热量，缓解闷热坐感。

3.2 模块化结构设计

在椅子模块化分体面设计的基础上，进一步完善椅子各部分细节的造型和结构设计。如图3模块化座椅结构爆炸图，将椅子背靠面中上部的分体面向上向后作渐变延伸，可形成一个舒缓的头靠部分;将位于腰部的龙骨向左右两边延伸至肘部，并结合四个较小的分体面形成椅子扶手;在座面和背靠面上，每个分体面都通过四个连接点与设于其后的龙骨连接固定。这样，位于座面上的七个分体面连接固定在设于座面下的六根龙骨上，位于背靠面上的七个分体面连接固定在设于背靠面之后的八根龙骨上。头靠由三个较小的分体面组成，这三个分体面直接固定在椅子支架上。所有龙骨也都与椅子支架连接固定，支架与椅子底盘固定，并向下连接气棒、五星脚和滚轮，构成一个完整的具有模块化设计形态的人体工学座椅，见图4 模块化座椅三视图。

4 结语

人的坐姿不同于睡姿，人在坐着的时候根据工作的需要不可能保持一种姿势，而且任何一种舒服的坐姿时间久了都会疲劳。所以最佳坐姿是动态的，提高座椅健康性的唯一方法是在不停地满足动态坐姿的同时尽量延长就坐时间，那么，在就坐者不停变换坐姿的过程中为了避免其不良坐姿的形成，以及能有效引导健康坐姿习惯的养成，是设计出真正满足健康需要的人体工学座椅的正确思路。基于此，本文以模块化分体设计方式为思路，对椅子座面和背靠面进行解构，抛弃传统的一体成型方式，将整体打散，进行分体设计，由多个分体面根据人体曲线和人椅受力分析获得组合形态，这种模块化形态能相对舒适地包裹人体接触面，并提供一种全新的区别于传统人体工学座椅的就坐体验。同时，这种模块化人体工学座椅在舒适性和健康性上取得了一个更科学合理的平衡点，不仅方便就坐者实时调整坐姿，其模块化造型产生的优良的力反馈，能使就坐者养成良好的坐姿习惯。希望针对人体工学座椅模块化设计的探讨能为今后的座椅设计提供新的设计思路。