基于人因学的坐姿作业空间设计评价研究初探

曹咏 韩方珍 余平祥

摘 要：文章从人因角度出发，探讨了良好的作业空间设计应满足人因要求，并针对坐姿的具体情况进行了分析，确定了坐姿作业空间设计的评价指标。在此基础上，提出了基于模糊层次分析法的评价方法，以期为坐姿作业空间设计方案的评估提供思路，从而能够有助于选择和应用更符合人因要求的设计方案。

关键词：人因要求;作业空间;设计;评价

0 引言

作业空间包括作业者操作所需的空间以及作业所需的机器设备、工具和操作对象等所占的空间范围总和。在工业化程度日渐提高的当今，坐姿正在成为最主要的工作姿势。确保作业者在坐姿状态下的作业空间设计符合人因要求，从而使作业者在作业过程中便利、安全、舒适，有良好的作业体验并最终提高作业效率，是人因研究与应用的重要课题。因此，基于人因考虑确定坐姿作业空间设计的评价指标，从而建立起规范的分析与评估体系，为坐姿作业空间的设计及评价提供依据，具有重要意义。

1 作业空间设计的基本要求

基于人因学的作业空间设计，是指考虑作业者的操作范围、视觉范围、作业姿势等一系列生理、心理因素对作业对象、设备设施等空间要素进行合理布置和安排，从而为作业者提供最佳作业条件。良好的作业空间设计可以降低作业疲劳和危险性，提高作业的有序性、效率和作业者的满意度。基于此，进行作业空间设计应考虑以下几个方面的要求：

1.1 可达性要求

可达性要求主要指依据人体尺寸，首先应保证作业者操作的机具、设备设施及作业对象等在其操作范围内，同时在此基础上，考虑人的最大作业范围和正常作业范围，在相应操作范围内按照频率原则、重要性原则、顺序原则等将操作的机具、设备设施及作业对象等进行合理布置。如果采用的工作姿势为坐姿，不仅应基于人的臂长（包括上臂长、前臂长等）考虑上肢的操作范围，还应视人的下肢尺寸考虑下肢的具体操作范围。

1.2 可视性要求

作业区域内的空间布置应充分考虑人的视觉特性，满足人的可视性要求，将操作的机具、设备设施及作业对象等布置在人的视野范围内，同时，按照频率原则、重要性原则、顺序原则等空间布置原则结合人的最大视区和最佳视区进行合理布置。另外，眼高、视距及光照条件也是在满足人的可视性要求时需要考虑的因素。

1.3 舒适性要求

坐姿状态下的舒适性包括座椅的舒适性和工作台的舒适性。座椅的舒适性主要考虑椅面高度、宽度、倾角等是否与人体尺寸相适应，如椅面高度应以人的小腿加足高尺寸作为设计依据。工作台的舒适性主要考虑工作面高度，一般以人体肘部高度作为基准，再结合工作任务性质即考虑作业过程中的施力大小及视距因素进行适当调整后作为工作面设计高度，旨在尽量使大臂和肘部在工作中保持自然放松的狀态，提高舒适性。另外，在坐姿工作姿势下，工作台下方还应为下肢留出足够的容膝空间。

1.4 心理空间要求

作业空间设计应考虑人的心理空间要求，主要包括距离要求及私密性要求。不同的作业空间有不同的作业空间要素及作业用途，因此作业者对于作业空间的具体心理要求也不同，如距离要求可表现为作业者希望与门窗、顶棚等之间需要大于一定的距离，也可表现为因为交流交接需要，工位之间要小于一定的距离。私密性要求相对于作业空间的不同会有所不同，在设计时应分别进行考虑。

2 作业空间设计的模糊综合评价

2.1 评价指标层次结构模型

根据上述对于坐姿作业空间设计应满足的人因要求的分析，归纳出相应的作业空间设计的评价指标，并构建相应的层次模型，分为以下三个层次：

2.1.1 目标层

即评价总目标，对坐姿作业空间设计进行评价。

2.1.2 准则层

包括可达性要求Z1、可视性要求Z2、舒适性要求Z3和心理空间要求Z4。

2.1.3 指标层

基于空间设计的要求和评价准则，相应给出具体的指标。如基于可达性要求，对应的指标包括坐姿作业空间在人的上肢操作范围之内P1，坐姿作业空间在人的下肢操作范围之内P2，机具设备设施布置的合理性P3。类似的，基于其他要求也都有相应指标。

2.2 基于F-AHP 方法的评价方法

2.2.1 确定指标权重

模糊判断矩阵是将若干个评价对象两两比较后所建立的矩阵，可借此来对评价指标进行重要度比较从而确定指标权重。

首先，对准则层的四个方面的要求两两进行重要性比较，根据比较结果确定模糊矩阵A=（aij）4×4，即：

由判断矩阵可得到权向量Z=（Z1，Z2，Z3，Z4 ）T，所求权向量就是准则层各个要求的权重数值，反映了各个要求的重要性。

然后，基于准则层的各个要求，分别对要求中的具体指标进行两两重要性比较，得到模糊矩阵B1，B2，B3和B4，即（bij）n×n。例如基于可达性要求，对其中的三个指标P1，P2和P3进行比较，可得到

由该判断矩阵可得到权向量PB1=（P1，P2，P3）T，

所求权向量就是在准则Z1 要求下的各指标权重数值，即为各个指标的重要性。类似可分别基于其他各准则要求下的各指标判断矩阵得到权向量PB2=（P4，P5，P6 ）T，PB3=（P7，P8） T，和PB4=（P9，P10）T。因此，可得到各指标权重见表1。

2.2.2 建立评价矩阵

建立评价矩阵，需要分别基于上述评价指标，对n个作业空间设计方案两两进行比较。具体步骤如下：

首先，针对P1指标，两两比较各设计方案的优劣，获得判断矩阵R1。

之后，与计算权重矢量方法类似，计算矩阵R1的优先级矢量r1。

然后，依次分别在评价指标P2～P10下，对各个设计方案重复上述步骤，相应得到优先级矢量r2～r10。

最后可建立评价矩阵为：R =（r1，r2，…，r10）。

2.2.3 确定评价结果

评价结果通过对评价矩阵的各个元素进行加权而获得的，即W =Rω=（W1，W2，…，Wn）T。

其中，R为评价矩阵，ω为根据各级权重计算得到的实际评价指标的权重矢量。从W中，可以看出评价对象集合中各元素的优先级顺序，如果最大值为Wj，则对应于Wj的第j个设计方案得分最高，j方案就是所有方案中的最佳作业空间设计方案，相对而言最大程度满足了各项人因要求。

3 结语

本文基于人在使用作业空间时的可达性要求、可视性要求、舒适性要求和心理空间要求，提出了对坐姿作业空间设计方案进行评价的指标，以及确定指标权重和对于设计方案进行评估选优的方法，旨在有助于使更多符合人因要求的设计优良的作业空间设计方案能够得到应用，从而提升作业者的作业效率、作业体验和工作能动性。

参考文献：

[1]孙林岩.人因工程[M].上海：高等教育出版社，2008.

[2]孙林岩，等.人因工程[M].北京：科学出版社，2011.

[3]谢季坚，刘承平.模糊数学方法及其应用[M].武昌：华中理工大学出社，2006.