公共交通工具的吊环拉手设计研究

徐芷君　仓诗建

关键词：公共交通工具;吊环拉手;多用户;优化设计

中图分类号：U469.13 文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2022）02-0069-03

我国城市公共交通系统运营以地铁和公交车为主，在地铁和公交车中，吊环拉手是不可或缺的一部分，它可有效地保障乘车人员的安全，国内许多研究者对公共交通工具的扶手设计展开深入研究。例如，王富宇等通过对扶手固定点的受力分析提出了松动扶手的改进措施;贾振岗研究了北京轨道交通十六号线的内饰扶手设计及安装工艺，对深化车辆内饰扶手的设计及安装的便利性提供了一定参考;周强等应用有限元仿真试验研究扶手杆的几何设计参数，探讨了该参数对铝合金扶手杆强度的影响，为未来扶手的设计提供了理论依据;姚望等分析了地铁乘客站姿的无意识动作和抓握行为，从而提出一种符合乘客群体无意识需求的扶手及抓握件的改良设计方案;李振阳等通过对车辆立柱扶手的强度分析来验证立柱扶手强度是否能够达到设计要求;吴霞等通过人机关系对地铁吊环拉手进行了系统的研究，为形态设计提供了可参考的依据。尽管这些学者从各个视角研究和分析了车辆扶手，特别是立柱扶手，但对多用户吊环拉手的研究仍有欠缺。研究的主要目的是在传统吊环拉手的基础上，优化吊环的设计形态，基于“多抓位”和“不碰头”的设计原则，提出一种新型多用户吊环拉手的设计方案。

1国内外吊环拉手现状

1.1国外吊环拉手现状

由于受到人文因素和社会环境的影响，国外交通工具的吊环拉手造型存在着很大差异。日本地铁车厢里的吊环拉手分布在车厢两侧的座位上方，多为圆环状。这样布置吊环拉手的目的一是照顾妇女、老人和够不着横杆的人，二是让无座的乘客尽量靠着车厢两侧站立，留出背后的空间让上下车的乘客通行。意大利都灵45路公交车中的吊环拉手就采用了三角样式的吊环，安装时采用结实的织带穿过横杆的固定限位，具有較强的灵活性。整体上，国外交通工具的吊环拉手设计根据城市发展需求灵活设计，在形态上呈现出多样化。另外，国外交通工具的吊环拉手设计时很注重与创意广告的结合，通过其有趣的广告形式来增加吊环拉手的附加值。

1.2国内吊环拉手现状

随着我国城镇化率的不断提高，交通拥堵的问题日益突出，越来越多的人选择地铁和公交车出行。国内地铁和公交车的吊环拉手一般安置在与车厢运行方向一致的横杆上，其布置呈“一”字分布。单个吊环之间的间距，各个城市、各种车型各有不同，有待标准化、规范化。地铁和公交车吊环拉手的形态与国外相比，设计相对单一。目前国内交通工具的吊环拉手有四方型、三角形、椭圆形等。虽然国内吊环拉手也注重与广告相结合，但是广告的创意和质量与国外相比过于低下。由于我国城市人口众多，地铁和公交车上的吊环拉手不能达到乘客的需求，特别是在上下班高峰期。为了适应高峰客流量的需求，有必要优化吊环拉手的形态设计，提高乘客乘坐地铁和公交车的安全性。

2公共交通工具的吊环拉手设计原则

基于国内公共交通工具吊环拉手的现状分析，明确目前吊环拉手亟待解决的问题。在此基础上，文章在考虑地铁环境静态与动态时，提出“多抓位”和“不碰头”的设计原则，为吊环拉手设计提供了新的思路。

2.1多抓位原则

在国内大中型城市，尽管大部分车厢内设有便于乘客抓握的吊环拉手，但是在客流量较大的早晚高峰期，仍无法解决扶手供不应求的问题。以北京地铁为例，北京地铁全网日均客流总量约为400万人次，全网平均日客流强度为2.18万人次/公里。就各线路客流强度来说，最大的为2号线，高达到4.06万人次/公里。在高强度的客流量下，不论是地铁还是公交车都处于超负荷运载状态，如何最大限度地保证乘客抓住吊环拉手，以免发生踩踏和摔倒事故是当前亟待解决的问题。因此在设计过程中，现有吊环拉手需在形态上进行空间改造，例如三棱锥、四棱锥等形态在吊环中的使用，使吊环从单一的抓握方式转变为空间上的合理利用，通过形态结构来增加抓位，并在横杆上每隔200mm左右布置一个吊环拉手，从而尽可能的为乘客提供更多抓位。

2.2不碰头原则

城市公共交通工具采用横杆扶手和立杆扶手时容易发生“碰头”现象，也就是乘客在车厢内移动的时候，头部容易撞到高处的吊环拉手。不采用吊环拉手的车厢通常把横杆扶手的高度调至到一个合适的位置，也就是比装有吊环拉手车厢的横杆更低。目前国内交通工具生产商在设置吊环拉手高度时，参考的乘客身高标准依据主要是GB10000—1988。吊环拉手设计通常采取18～60岁中第95个百分位男性人体尺寸作为乘客上限高度（1775mm），第50个百分位人体尺寸作为乘客下限高度（1678mm）;18～55岁中第95个百分位女性人体尺寸作为乘客上限高度（1659mm），第50个百分位人体尺寸作为乘客下限高度（1570mm），吊环拉手的高度若设置在车厢地板上方的1600mm处时，极易发生碰头现象。

3公共交通工具中的吊环拉手设计实践

3.1设计定位

与国外一样，我国公共交通工具中老、幼、病、残的座位会单独设立，此类人群基本不用吊环拉手，而且身高1.3m以下的儿童也不适合使用吊环拉手，所以将吊环拉手的目标人群定位在身高1.3m以上的青少年及中年人。为进一步贴合乘客需求，在造型、结构和整体布置上考虑乘客体验，围绕以下三点对传统吊环拉手进行改良设计：第一，结构的稳定性。针对乘客乘车的惯性，增加吊环拉绳进行缓冲，减少因刹车或停车造成的事故。第二，方向的可变性。针对拥堵的车厢环境，增加吊环拉手的多方向性，使车内乘客无需费劲就能从不同方向抓到吊环拉手。第三，安装的简易性。确保吊环拉手在安装与后期维护上能够更加的方便简易。

3.2设计思路

从人机参数来看，根据GB13094-2017《客车结构安全要求》拉手应至少有100mm的长度容纳手部，拉手截面边长最小尺寸应该大于或等于20mm，最大边长尺寸应少于或等于45mm。同时，还要求两个吊环拉手距地板间高度应大于或等于800mm，小于或等于1950mm。假设只考虑人的身高（选择18～60岁第95百分位男性身高1775mm和18～55岁第95百分位女性身高1659mm）与吊环拉手的关系，当车厢内的横杆中心距地板面高度为1850mm时，为了不碰头，用横杆距地面的高度减去人的身高，则吊环拉手的适合高度应为75～191mm，比现有吊环拉手长度尺寸（210mm左右）至少缩短19mm，一定程度上减少了吊环对乘客在车厢内行走时的干扰。此外，吴霞等通过人体手部人机的分析，给出目前吊环拉手的建议手柄直径为22～32mm，内空宽度不小于89mm，手握部分内宽不小于99mm，若手指分区，分区尺寸为25mm。对乘客站立区的每个位置应配备吊环拉手。

从系统工程学来看，产品存在“人—机—环境”构成，彼此相互作用、相互影响在特定目标系统。基于人、机、环境三大要素的关系，概括乘客和公共交通工具中吊环拉手使用过程间的三组关系，即“拥堵车厢一吊环拉手”“吊环拉手一够不着横杆的人”“吊环拉手—安装和维护人员”，如图1所示。通过分析这三组关系中存在的问题，可将吊环拉手的设计目标具体化。

第一，“拥堵车厢—吊环拉手”。拥堵车厢是吊环拉手的使用环境，大部分站立乘客是通过车厢内部的扶手来维持自身的稳定。车厢高度、车厢内部的横杆高度、吊环拉手间的距离、吊环拉手的人机尺寸都将是影响产品设计的重要因素。方案设计时必须充分考虑吊环拉手在车厢内部的整体协调性。

第二，“吊环拉手—够不着横杆的人”。够不着横杆的人处于系统的核心位置，是吊环拉手的服务对象和最大受益者。吊环拉手的好坏直接关系到他们的安全性和舒适性。安全性主要是指吊环拉手在材质选择上是否结实稳固;舒适性主要是指吊环拉手的尺寸是否符合人体手部的人机应用范围。

第三，“吊环拉手一安装和维护人员”。安装和维护人员处于使用系统的前期和后期，吊环拉手的易安装程度和牢固程度将直接影响后期维护的效率与质量。吊环拉手的固定配件在设计时应更多的将现有规范融入其中。

3.3设计呈现

根据前面分析，结合当下车厢内部拥堵的环境，从乘客角度对吊环的空间需求进行多角度分析，从初步构思到最后确定构思方案，设计了一款新型三用戶吊环拉手。

三角架构是多用户拉手的核心。整体颜色上采用黄白、蓝色、白灰的组合方式，以便适应不同的车辆内饰。在抓手位和固定处的选材上采用ABS塑料。为了增大拉手的摩擦力，在三角拉手上还添加了许多防滑痕，使乘客在车辆运行不稳时增大手部与拉手的摩擦力。吊绳采用TPU包胶织带可使吊环拉手更加坚实牢靠。与传统的包胶织带相比，TPU包胶织带是在传统的包胶织带的基础上包覆上一层TPU材质，使织带更具时尚美观度、更结实、更耐用和更易清洁。为了使吊环能更牢固的绑定在横杆上，可采用圆形包覆加双层暗钉的方式使吊环牢固在横杆上。整体造型从纵向来看为三棱锥形，横向上看为倒角圆润的三角型，让人在视觉上会产生更加稳定牢固的视觉感受，最终展示效果和使用场景如图2所示。

为了保证在使用过程中的实用性与舒适性，三用户吊环拉手的尺寸应该在一个合理的范围内，尺寸过大占据车厢过多的空间，尺寸过小导致手部肌肉易产生疲劳。因此，根据上文分析和GB13094-2017《客车结构安全要求》，将三用户吊环拉手的长度设为150mm，宽度为130mm，高度为175mm，扶手抓握部分为100mm，其三视图如图3所示。以18～60岁第95百分位的男性手宽尺寸（89mm）为依据，抓握部分尺寸比手掌尺寸大11mm，可以有效防止乘客两手互触的尴尬。在吊环拉手安装时，安装座的内圈直径应与公共交通工具中常用横杆直径Φ32mm保持一致，所以设计方案中安装座的内圈直接为中32mm。

我国地铁列车根据“体宽”可分为A、B、C三个型号，以一节A型地铁车厢为例（22000mm×3000mm×3800mm），横杆单件长度为2855mm，吊环拉手安装间距若以第50百分位18～60岁男子的肩宽（306mm）为依据，则一根横杆上可装9个单用户吊环拉手，一共提供9个抓位。在此基础上，由于三用户吊环拉手在形态上比单用户吊环拉手更占空间，安装间距采用第95百分位18～60岁男子的肩宽（403mm），一根横杆上可装6个三用户吊环拉手，一共18个抓位，与同期单用户吊环拉手相比能多一倍的抓位。当车人数厢爆满时，乘客的首位心理诉求是“需要抓位”，此时尴尬值会在拥堵环境下减少，因而提供更多抓位是保障人乘车安全的必要条件。当车厢人数适中时，分为两种情况：（1）一人使用三用户吊环拉手与传统单用户使用区别不大;（2）两至三人使用时，其中一人晃动或没站稳，根据力的平衡原理站稳的人可以将其稳固，防止摔倒。

对于未来公共交通工具拉手的设计，这款新型多用户吊环拉手方案有一定的参考价值。吊环拉手手握部分的三角样式结构能把传统吊环拉手的“1V1”模式转为新型吊环拉手的“1V3”模式，进一步增强了吊环拉手的实用功能。任何产品在设计时，形式要追随功能，造型和结构必须相呼应，因此这款新型多用户吊环拉手在实用价值得到提高的同时，美观度也得到了增加。在吊环拉手的安装方式上，为了使乘客尽可能从多个方向握住拉手，三角拉手安装时应将一角正对车厢窗户。在拥堵的车厢里，只需要乘客抬起手臂，就能够抓到该方向的抓位，非常的灵活和便捷。

4结语

为了解决当前公共交通工具中吊环拉手设计不合理、数量不足的问题，文章通过调研国内外现有公共交通工具吊环拉手的现状、分析吊环拉手在设计时需要注意的设计原则，提出相应的设计方案。从乘客体验角度出发，通过对吊环拉手人机参数和使用过程的“人—机—环境”关系进行分析;设计了一种适合我国大中型城市公共交通工具的吊环拉手。方案设计不仅考虑到产品对于乘客的使用方便性，同时也考虑到安装人员及维护人员在整个过程中可能遇到的问题及他们的需求。新的方案能够缓解车厢拥堵导致不安全的问题，尤其对我国公共交通工具载客量大的城市起到维护乘客安全的积极作用。

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