家具搁板许用弯曲程度视觉感知评价

陈敏珊，关惠元

(南京林业大学 家居与工业设计学院，江苏 南京 210037)

近年来，由于装修频率的增加、消费能力的提升、审美要求的日趋严格，家具的更替速度由数十年变为四至五年[1]。消费者在短期内更换家具，往往不会是因为家具达到了力学承载的极限，而是家具外观不再满足其要求。既往研究大多侧重于探讨搁板的承载极限和承载结构[2-3]、搁板尺寸[4]、不同搁板连接件[5-7]和增强位置[8-9]对搁板承载效应的影响。如郭兆霞等[10]研究了不同搁板补强结构的破坏载荷和破坏形态；朱婧等[11]探讨了书柜搁板的新型抗弯结构；夏兴华等[12]对搁板及柜体结构进行了力学性能分析。而在实际生活中，人们还常会从非力学的角度判断搁板是否弯曲变形，即通过眼睛观察搁板弯曲程度，判断其变形量是否超出心理接受范围。搁板作为柜类家具的主要承重部件，不仅要求能够承受预定载荷，而且承载时也不能产生较大变形，以免影响家具外观质量。

为此，本研究通过视觉感受试验，研究受试者对不同弯曲程度搁板的心理接受范围，以期从非力学角度，为搁板结构设计提供许用弯曲程度的有效参考。

1 试验设计

1.1 试验变量

搁板长度分别为350、550、750、950、1 150 mm。搁板承载后的弯曲程度B用搁板中心位置的最大挠度[13]与搁板长度之比表示。

(1)

式中，B为搁板承载后的弯曲程度(‰)；δ为搁板中心位置的最大挠度(mm)；A为搁板长度(mm)。

参照相关行业标准[14-16]搁板弯曲程度取0.5‰～6.0‰，每0.5‰一个间隔共12个水平，每种长度的搁板都有12种不同的弯曲程度。具体试验安排如表1所示。

根据表1可知，60组试验条件的搁板最大挠度在0.175～6.900 mm。对于短搁板-小弯曲程度的试验条件，搁板最大挠度差别很微小，如长度为350 mm的搁板，当弯曲程度为0.5‰、1.0‰时，搁板最大挠度分别为0.175、0.350 mm，如此微小的差别在试验操作上有相当大的难度，精度上也难于保证。因此，本研究借助计算辅助绘图技术，在纸上按1∶1的比例绘制出60组不同试验条件的搁板图形，图形内填充黑色，背景色为白色(图1)，图形高度为18 mm，模拟搁板厚度；图形宽度分别为350、550、750、950、1 150 mm，模拟搁板长度；图形边缘弧线模拟搁板承载后的弯曲程度。

表1 试验设计

图1 搁板图形示意

1.2 受试者

受试者为在校学生，共237名，来自全国27个省市自治区。其中男性81人，女性156人，年龄在19～26岁，平均年龄为21.4±1.8岁，身高在1 525～1 880 mm，视力正常或矫正视力后能在2 300 mm内清晰视物。

1.3 试验方法

试验方法如图2所示，将绘制好的搁板图形粘贴在墙板上，受试者站在一定的距离正视观察搁板图形。光照条件参照GB 50034-2013《建筑照明设计标准》[17]中对实验室及起居室的照度要求，确定为300 lx。

图2 测试方法示意图

在实际生活中，人可能站在不同的距离，不同的角度观察处在不同高度的搁板，要确定出某一个与实际情况相一致的观察距离和高度，来代表实际生活中人观察搁板的所有条件有难度。本研究结合常见居住空间尺度[18]和确保最长的搁板试样也能处在受试者观察的舒适视野内[19]，采用2 300 mm作为观察距离。考虑到人的轻松自然视线为微微向下的特点[20]，搁板试样高度取1 514 mm，保证受试者的观察视线均处在轻松自然视野内。

为了叙述方便，以下将“搁板图形”，简称为“搁板”。受试者按照“无变形”“轻微变形”“严重变形”3个等级，对搁板的变形程度做出判断。无变形为受试者目视搁板后，看不出搁板有变形。轻微变形为受试者目视搁板后，认为搁板有变形，但变形程度尚能接受。严重变形为受试者目视搁板后，认为搁板变形程度大到不能接受。最终实验结果以百分比形式表示受试者的判断。

2 结果与分析

2.1 搁板弯曲程度感知结果

表2为237名受试者对60组不同弯曲程度搁板的视觉感知判断结果。由表2可知，弯曲程度在0.5‰～3.0‰时受试者感知到“轻微变形”的百分比逐渐增加，并在3.0‰处达到100%；而受试者对“严重变形”情况的感知从3.5‰处才开始。故分2个部分讨论搁板长度对视觉判定结果的影响。如图3(a)所示，第1个部分为弯曲程度在0.5‰～3.0‰，受试者视觉判定结果由“无变形”逐渐转向“轻微变形”。如图3(b)所示，第2个部分为弯曲程度在3.5‰～6.0‰，受试者中对搁板变形做出“严重变形”判定的比例逐渐增多。

图3(a)的纵坐标是感知到“轻微变形”的受试者百分比。由表2和图3(a)可知，搁板的弯曲程度在0.5‰时，绝大部分受试者对5种长度的搁板均感知不到变形，仅有0.84%的受试者感知到550、750、950 mm 3种长度的搁板有“轻微变形”，1.27%的受试者感知到1 150 mm长度的搁板有“轻微变形”。搁板的弯曲程度为1.0‰～2.5‰时，在同样弯曲程度下，感知到“轻微变形”的受试者百分比随着搁板长度的增加而增高。搁板的弯曲程度为3.0‰时，所有受试者对5种长度的搁板均感知到“轻微变形”。

表2 搁板弯曲程度判断结果

图3(b)的纵坐标是感知到“严重变形”的受试者百分比。由表2和图3(b)可知，搁板的弯曲程度在3.5‰时，绝大部分受试者对5种长度的搁板均感知不到“严重变形”，仅有0.42%的受试者感知到550、750 mm 2种长度的搁板有“严重变形”，1.27%的受试者感知到长度为950 mm的搁板有“严重变形”，1.69%的受试者感知到长度为1 150 mm的搁板有“严重变形”。搁板的弯曲程度为4.0‰～5.5‰时，在同样弯曲程度下，感知到“严重变形”的受试者百分比随着搁板长度的增加而增高。搁板的弯曲程度为6.0‰时，受试者们对5种长度的搁板均感知到“严重变形”。对于图3中，弯曲程度为1.0‰～2.5‰和4.0‰～5.5‰时，在750 mm长度搁板处出现的百分比增加现象，可能与人眼中央凹[21]的有限视物范围及受试者观察视距有关，还需进一步验证。

图3 搁板长度对视觉感知结果的影响

2.2 搁板许用弯曲程度的确定

图4为受试者对不同搁板弯曲程度视觉感知结果的频数分布图，其可以更加直观地区分受试者的视觉感知边界，进而确定搁板的许用弯曲程度。

由图4可知，根据“无变形”“轻微变形”“严重变形”的受试者百分比，可以将弯曲程度划分为A、B、C 3个区域。弯曲程度在3.0‰及以下为A区域，弯曲程度在3.5‰～4.0‰为B区域，弯曲程度在4.5‰～6.0‰为C区域。

图4 视觉判定搁板弯曲程度的3区域

在A区域中，受试者对搁板变形情况做出的判定全部在“无变形”和“轻微变形”范围内，说明搁板的变形程度均处于受试者尚能接受的范围内。

在B区域中，受试者对搁板变形情况做出的判定基本为“轻微变形”，但弯曲程度在3.5‰时，已经有少部分受试者感知到550、750、950、1 150 mm 4种长度的搁板有“严重变形”。总体来说，B区域中做出“严重变形”判定的受试者很少，比例在0.42%～9.70%，说明在此区域内，绝大部分搁板的变形程度还处于受试者尚能接受的范围内，极少部分搁板的变形程度已经超出受试者接受范围。

在C区域中，受试者对搁板变形情况做出的判定全部在“轻微变形”和“严重变形”范围内。其中弯曲程度在4.5‰时，判定“严重变形”的受试者比例在20.25%～33.33%；弯曲程度在4.5‰～5.5‰时，判定“严重变形”的受试者比例在51.05%～91.14%；弯曲程度为6.0‰时，判定“严重变形”的受试者比例均为100.00%。由此可见，在C区域中，判定“严重变形”的受试者比例由20.00%左右逐步增加到100.00%，说明绝大部分搁板的变形程度基本已经大到不能接受。

3 结论

本研究为了确定搁板许用弯曲程度，在不破坏搁板的前提条件下，采用视觉感受试验的方法，探讨了如何从视觉感知的角度判断搁板弯曲程度是否超出受试者的心理接受范围。

1)随着搁板长度的增加，感知到搁板“轻微变形”和“严重变形”的受试者比例增加。

2)本研究得出的结果认为搁板许用弯曲程度不应超过3.0‰，这与秦正德等[22]的研究结果相一致。可以将3.0‰、4.0‰分别作为搁板许用弯曲程度的一级指标和二级指标，对搁板的变形限定要求高时，建议采用一级指标，对搁板的变形限定要求稍低时，建议采用二级指标。

本研究的应用价值体现在以下几个方面：可避免柜类家具的直觉设计和经验设计[23]，为搁板结构设计和变形检验提供定量依据；搁板许用弯曲程度指标的提出，能在前期设计阶段保证产品质量，延长产品生命周期，最大化实现家具可持续设计效益[24-25]；能在后期生产阶段根据不同层级指标合理规划制造材料，降低产品成本。

在本研究中，只讨论了无彩色搁板的端面几何形状对受试者视觉感知的影响，后续会对搁板色彩进行大致分类，进一步探索搁板色彩是否对受试者变形判断有较大影响。