人體工程學

07-28

人體工程學(Human Engineering)

也稱人類工程學、人間工學或工效學(Ergonomics)。工效學Ergonomis原出希臘文「Ergo」，即「工作、勞動」和「nomos」即「規律、效果」，也即探討人們勞動、工作效果、效能的規律性。人體工程學起源於歐美，原先是在工業社會中，開始大量生產和使用機械設施的情況下，探求人與機械之間的協調關係，作為獨立學科有40多年的歷史。第二次世界大戰中的軍事科學技術，開始運用人體工程學的原理和方法，在坦克、飛機的內艙設計中，如何使人在艙內有效地操作和戰鬥，並儘可能使人長時間地在小空間內減少疲勞，即處理好：人-機-環境的協調關係。及至第二次世界大戰後，各國把人體工程學的實踐和研究成果，迅速有效地運用到空間技術、工業生產、建築及室內設計中去，1960年創建了國際人體工程學協會。及至當今，社會發展向後工業社會、信息社會過渡，重視「以人為本」，為人服務，人體工程學強調從人自身出發，在以人為主體的前提下研究人們衣、食、住、行以及一切生活、生產活動中綜合分析的新思路。日本千葉大學小原教授認為：人體工程學是探知人體的工作能力及其極限，從而使人們所從事的工作趨向適應人體解剖學、生理學、心理學的各種特徵。」其實人-物-環境是密切地聯繫在一起的一個系統，今後「可望運用人體工程學主動地、高效率地支配生活環境」。人體工程學聯繫到室內設計，其含義為：以人為主體，運用人體計測、生理、心理計測等手段和方法，研究人體結構功能、心理、力學等方面與室內環境之間的合理協調關係，以適合人的身心活動要求，取得最佳的使用效能，其目標應是安全、健康、高效能和舒適。人體工程學與有關學科以及人體工程學中人、室內環境和設施的相互關係。第二節人體工程學的基礎數據和計測手段一、人體基礎數據人體基礎數據主要有下列三個方面，即有關人體構造、人體尺度以及人體的動作域等的有關數據。1、人體構造與人體工程學關係最緊密的是運動系統中的骨骼、關節和肌肉，這三部分在神經系統支配下，使人體各部分完成一系列的運動。骨骼由顱骨、軀幹骨、四肢骨三部分組成，脊柱可完成多種運動，是人體的支柱，關節起骨間連接且能活動的作用，肌肉中的骨骼肌受神經系統指揮收縮或舒張，使人體各部分協調動作。2、人體尺度人體尺度是人體工程學研究的最基本的數據之一。3、人體動作域人們在室內各種工作和生活活動範圍的大小，即動作域，它是確定室內空間尺度的重要依據因素之一。以各種計測方法測定的人體動作域，也是人體工程學研究的基礎數據。如果說人體尺度是靜態的、相對固定的數據，人體動作域的尺度則為動態的，其動態尺度與活動情景狀態有關。室內設計時人體尺度具體數據尺寸的選用，應考慮在不同空間與圍護的狀態下，人們動作和活動的安全，以及對大多數人的適宜尺寸，並強調其中以安全為前提。例如：對門洞高度、樓梯通行凈高、欄杆扶手高度等，應取男性人體高度的上限，並適當加以人體動態時的餘量進行設計；對踏步高度、上擱板或掛構高度等，應按女性人體的平均高度進行設計。二、人體生理計測根據人體在進行各種活動時，有關生理狀態變化的情況，通過計測手段，予以客觀的、科學的測定，以分析人在活動時的能量和負荷大小。人體生理計測方法主要有：1、肌電圖方法把人體活動時肌肉張縮的狀態以電流圖記錄，從而可以定量地確定人體該項活動強度和負荷。2、能量代謝率方法由於人體活動消耗能量而相應引起的耗氧量值，與其平時耗氧量相比，以此測定活動狀態的強度，能量代謝率的計算式，以及不同活動的能量代謝率（RMR）。其計算式如下：運動時氧耗量-安靜時氧耗量能量代謝率（RMR）=-------------基礎代謝率耗量3、精神反射電流方法對人體因活動而排出的汗液量作電流測定，從而定量地了解外界精神因素的強度，據此確定人體活動時的負荷大小。三、人體心理計測心理計測採用的有精神物理學測量法及尺度法等。1、精神物理學測量法用物理學的方法，測定人體神經的最小刺激量，以及感覺刺激量的最小差異。2、尺度法以順序在心理學中劃分量度，例如在一直線上劃分線段，依順序標定評語可由專家或一般人，相應地對美醜、新舊、優劣進行評測。第三節人體工程學在室內設計中的應用由於人體工程學是一門新興的學科，人體工程學在室內環境設計中應用的深度和廣度，有待於進一步認真開發，目前已有開展的應用方面如下：一、確定人和人際在室內活動所需空間的主要依據根據人體工程學中的有關計測數據，從人的尺度、動作域、心理空間以及人際交往的空間等，以確定空間範圍。二、確定傢具、設施的形體、尺度及其使用範圍的主要依據傢具設施為人所使用，因此它們的形體、尺度必須以人體尺度為主要依據；同時，人們為了使用這些傢具和設施，其周圍必須留有活動和使用的最小餘地，這些要求都由人體工程科學地予以解決。室內空間越小，停留時間越長，對這方面內容測試的要求也越高，例如車廂、船艙、機艙等交通工具內部空間的設計。三、提供適應人體的室內物理環境的最佳參數室內物理環境主要有室內熱環境、聲環境、光環境、重力環境、輻射環境等，室內設計時有了上述要求的科學的參數後，在設計時就有可能有正確的決策。四、對視覺要素的計測為室內視覺環境設計提供科學依據人眼的視力、視野、光覺、色覺是視覺的要素，人體工程學通過計測得到的數據，對室內光照設計、室內色彩設計、視覺最佳區域等提供了科學的依據。第四節環境心理學與室內設計在闡述環境心理學之前，我們先對「環境」和「心理學」的概念簡要地了解一下。環境即為「周圍的境況」，相對於人而言，環境可以說是圍繞著人們，並對人們的行為產生一定影響的外界事物。環境本身具有一定的秩序、模式和結構，可以認為環境是一系列有關的多種元素和人的關係的綜合。人們既可以使外界事物產生變化，而這些變化了的事物，又會反過來對行為主體的人產生影響。例如人們設計創造了簡潔、明亮、高雅、有序的辦公室內環境，相應地環境也能使在這一氛圍中工作的人們有良好的心理感受，能誘導人們更為文明、更為有效地進行工作。心理學則是「研究認識、情感、意志等心理過程和能力、性格等心理特徵」的學科。關於環境心理學與室內設計的關係，《環境心理學》一書中譯文前言內的話很能說明一些問題：「不少建築師很自信，以為建築將決定人的行為」，但他們「往往忽視人工環境會給人們帶來什麼樣的損害，也很少考慮到什麼樣的環境適合於人類的生存與活動」。以往的心理學「其注意力僅僅放在解釋人類的行為上，對於環境與人類的關係未加重視。環境心理學則是以心理學的方法對環境進行探討」，即是在人與環境之間是「以人為本」，從人的心理特徵來考慮研究問題，從而使我們對人與環境的關係、對怎樣創造室內人工環境，都應具有新的更為深刻的認識。一、含義環境心理學是研究環境與人的行為之間相互關係的學科，它著重從心理學和行為的角度，探討人與環境的最優化，即怎樣的環境是最符合人們心愿的。環境心理學是一門新興的綜合性學科，環境心理學與多門學科，如醫學、心理學、環境保護學、社會學、人體工程學、人類學、生態學以及城市規劃學、建築學、室內環境學等學科關係密切。環境心理學非常重視生活於人工環境中人們的心理傾向，把選擇環境與創建環境相結合，著重研究下列問題：1、環境和行為的關係；2、怎樣進行環境的認知；3、環境和空間的利用；4、怎樣感知和評價環境；5、在已有環境中人的行為和感覺。對室內設計來說，上述各項問題的基本點即是如何組織空間，設計好界面、色彩和光照，處理好室內環境，使之符合人們的心愿。二、室內環境中人的心理與行為人在室內環境中，其心理與行為儘管有個體之間的差異，但從總體上分析仍然具有共性，仍然具有以相同或類似的方式作出反應的特點，這也正是我們進行設計的基礎。下面我們列舉幾項室內環境中人們的心理與行為方面的情況：1、領域性與人際距離領域性原是動物在環境中為取得食物、繁衍生息等的一種適應生存的行為方式。人與動物畢竟在語言表達、理性思考、意志決策與社會性等方面有本質的區別，但人在室內環境中的生活、生產活動，也總是力求其活動不被外界干擾或妨礙。不同的活動有其必須的生理和心理範圍與領域，人們不希望輕易地被外來的人與物所打破。室內環境中個人空間常需與人際交流、接觸時所需的距離統盤考慮。人際接觸實際上根據不同的接觸對象和在不同的場合，在距離上各有差異。赫爾以動物的環境和行為的研究經驗為基礎，提出了人際距離的概念，根據人際關係的密切程度、行為特徵確定人際距離，即分為：密切距離；人體距離；社會距離；公眾距離。每類距離中，根據不同的行為性質再分為接近相與遠方相。例如在密切距離中，親密、對對方有可嗅覺和輻射熱感覺為接近相；可與對方接觸握手為遠方相。當然對於不同民族、宗教信仰、性別、職業和文化程度等因素，人際距離也會有所不同。2、私密性與盡端趨向如果說領域性主要在於空間範圍，則私密性更涉及在相應空間範圍內包括視線、聲音等方面的隔絕要求。私密性在居住類室內空間中要求更為突出。日常生活中人們還會非常明顯地觀察到，集體宿舍里先進入宿舍的人，如果允許自己挑選床位，他們總願意挑選在房間盡端的床鋪，可能是由於生活、就寢時相對地較少受干擾。同樣情況也見之於就餐人對餐廳中餐桌座位的挑選，相對地人們最不願意選擇近門處及人流頻繁通過處的座位，餐廳中靠牆卡座的設置，由於在室內空間中形成更多的「盡端」，也就更符合散客就餐時「盡端趨向」的心理要求。3、依託的安全感生活活動在室內空間的人們，從心理感受來說，並不是越開闊、越寬廣越好，人們通常在大型室內空間中更願意有所「依託」物體。在火車站和地鐵車站的候車廳或站台上，人們並不較多地停留在最容易上車的地方，而是願意待在柱子邊，人群相對散落地彙集在廳內、站台上的柱子附近，適當地與人流通道保持距離。在柱邊人們感到有了「依託」，更具安全感。4、從眾與趨光心理從一些公共場所內發生的非常事故中觀察到，緊急情況時人們往往會盲目跟從人群中領頭幾個急速跑動的人的去向，不管其去向是否是安全疏散口。當火警或煙霧開始瀰漫時，人們無心注視標誌及文字的內容，甚至對此缺乏信賴，往往是更為直覺地跟著領頭的幾個人跑動，以致成為整個人群的流向。上述情況即屬從眾心理。同時，人們在室內空間中流動時，具有從暗處往較明亮處流動的趨向，緊急情況時語言訴引導會優於文字的引導。上述心理和行為現象提示設計者在創造公共場所室內環境時，首先應注意空間與照明等的導向，標誌與文字的引導固然也很重要，但從緊急情況時的心理與行為來看，對空間、照明、音響等需予以高度重視。5、空間形狀的心理感受由各個界面圍合而成的室內空間，其形狀特徵常會使活動於其中的人們產生不同的心理感受。著名建築師貝聿銘先生曾對他的作品--具有三角形斜向空間的華盛頓藝術館新館--有很好的論述，他認為三角形、多滅點的斜向空間常給人以動態和富有變化的心理感受。三、環境心理學在室內設計中的應用運用環境心理學的原理，在室內設計中的應用面極廣，暫且列舉下述幾點：1、室內環境設計應符合人們的行為模式和心理特徵例如現代大型商場的室內設計，顧客的購物行為已從單一的購物，發展為購物--遊覽--休閑--信息--服務等行為。購物要求儘可能接近商品，親手挑選比較，由此自選及開架布局的商場結合茶座、遊樂、托兒等應運而生。2、認知環境和心理行為模式對組織室內空間的提示從環境中接受初始的刺激的是感覺器官，評價環境或作出相應行為反應的判斷是大腦，因此，「可以說對環境的認知是由感覺器官和大腦一起進行工作的」。認知環境結合上述心理行為模式的種種表現，設計者能夠比通常單純從使用功能、人體尺度等起始的設計依據，有了組織空間、確定其尺度範圍和形狀、選擇其光照和色調等更為深刻的提示。3、室內環境設計應考慮使用者的個性與環境的相互關係環境心理學從總體上既肯定人們對外界環境的認知有相同或類似的反應，同時也十分重視作為使用者的人的個性對環境設計提出的要求，充分理解使用者的行為、個性，在塑造環境時予以充分尊重，但也可以適當地動用環境對人的行為的「引導」，對個性的影響，甚至一定程度意義上的「制約」，在設計中辯證地掌握合理的分寸。

人體應用實例：

數據的來源　

　　前面我們已經說過，人體測量學創立於1940年積累了大量的數據，但這些資料無法被設計者使用，因為他們的資料是以美為目的的。是典型化的、抽象的，而設計需要的是具體的某個人或某個群體（國家、民族、職業）的準確數據。要得到這些數據，就要進行大量的調查，要對不同背景的個體和群體進行細緻的測量和分析，以得到他們的特徵尺寸、人體差異和尺寸分布的規律。進行這樣的大量的工作是非常困難的，尤其是想要得到代表一個國家和地區的普遍資料是非常困難的。大多數已有的資料來源於軍事部門，因為他們可以集中進行調查，但他們常常代表不了普通人狀況，因為軍人的身體素質水平高於一般人，年齡和性別有局限性。國外這方面進行的比較早，早在1919年，美國就對十萬退役軍人進行了測量，美國衛生、教育和福利部門還在市民中進行全國範圍的測量，包括18－79歲不同的年齡、不同職業的人。我國在這一領域比較落後。在我國，由於幅員遼闊，人口眾多，人體尺寸隨年齡、性別、地區的不同而各不相同，同時，隨著時代的向前，人們生活水平的逐漸提高，人體的尺度也在發生變化，因此，要有一個全國範圍內的人體各部位尺寸的平均測定值是一項繁重而細緻的工作。根據1962年建築科學研究院發表的《人體尺度的研究》中，有關我國人體的測量值，可作為設計時的參考。

尺寸的分類

　　人體尺寸的測量可分為兩類，即構造尺寸和功能尺寸。

　　〈一〉構造尺寸：是指靜態的人體尺寸，它是人體處於固定的標準狀態下測量的。可以測量許多不同的標準狀態和不同部位。如手臂長度、腿長度、座高等。它對與人體直接關係密切的物體有較大關係，如傢具、服裝和手動工具等。主要為人體各種裝具設備提供數據。

　　〈二〉功能尺寸：是指動態的人體尺寸，是人在進行某種功能活動時肢體所能所能達到的空間範圍，它是動態的人體狀態下測得。是由關節的活動、轉動所產生的角度與肢體的長度協調產生的範圍尺寸，它對於解決許多帶有空間範圍、位置的問題很有用。雖然結構尺寸對某些設計很有用處，但對於大多數的設計問題，功能尺寸可能更有廣泛的用途，因為人總是在運動著，也就是說人體結構是一個活動的可變的、而不是保持一定僵死不動的結構。構造尺寸和功能尺寸是不同的，比如下面的例子：

在使用功能尺寸時強調的是在完成人體的活動時，人體各個部分是不可分的，不是獨立工作的，而是協調動作。例如手所能達到的限度並不是手臂尺寸的唯一結果，它部分的也受到肩的運動和軀體的旋轉、背的彎曲等的影響。而功能是由手來完成的。再如人所能通過的最小通道並不等於肩寬，因為人在向前運動中必須依賴肢體的運動。有一種翻牆的軍事訓練，二米高的牆站在地面上是很難翻過去的，但是如果藉助於助跑跳躍就可輕易做到，人跳高的能力根據日本的資料，18歲為55厘米。從這裡可以看出人可以通過運動能力擴大自己的活動範圍，因此在考慮人體尺寸時只參照人的結構尺寸是不行的，有必要把人的運動能力也考慮進去，企圖根據人體結構去解決一切有關空間和尺寸的問題將很困難或者至少是考慮不足的。下圖是常用功能尺寸。　　在室內設計中最有用的是十項人體構造上的尺寸，它們是：身高、體重、坐高、臀部至膝蓋長度、臀部的寬度、膝蓋高度、膝彎高度、大腿厚度、臀部至膝彎長度、肘間寬度。見圖

　　三人體尺寸的比例關係：

　　一般來說成年人的人體尺寸之間存在一定的比例關係，對比例關係的研究，可以簡化人體測量的複雜過程，只要量出身高，就可推算出其他的尺寸。不同種屬的人的人體比例係數不同。白人、黑人、黃種人不同。

人體尺寸的差異

　　人體尺寸測量如僅僅是著眼於積累資料是不夠的，還要進行大量的細緻分析工作。由於很多複雜的因素都在影響著人體尺寸，所以個人與個人之間，群體與群體之間，在人體尺寸上存在很多差異，不了解這些就不可能合理的使用人體尺寸的數據，也就達不到預期的目的(見彩圖）。差異的存在主要在以下幾方面：

　〈一〉種族差異：

　　不同的國家，不同的種族，因地理環境、生活習慣、遺傳特質的不同，人體尺寸的差異是十分明顯的，從越南人的160.5厘米到比利時人的179.9厘米，高差幅竟達19.4厘米。

　〈二〉世代差異：

　　我們在過去一百年中觀察到的生長加快（加速度）是一個特別的問題，子女們一般比父母長的高，這個問題在總人口的身高平均值上也可以得到證實。歐洲的居民預計每十年身高增加10到14毫米。因此，若使用三、四十年前的數據會導致相應的錯誤。美國的軍事部門每十年測量一次入伍新兵的身體尺寸，以觀察身體的變化，二戰入伍的人的身體尺寸超過了一戰。美國衛生福利和教育部門在1971年～1974年所作的研究表明：大多數女性和男性的身高比1960年～1962年國家健康調查的結果要高。最近的調查表明百分之五十一的男性高於或等於175.3厘米，而60～62年只有百分之三十八的男性達到這個高度。認識這種緩慢變化與各種設備的設計、生產和發展周期之間的關係之重要性，並作出預測是極為重要的。

〈三〉年齡的差異　　

　　年齡造成的差異也應注意，體形隨著年齡變化最為明顯的時期是青少年期。人體尺寸的增長過程，婦女在十八歲結束，男子在二十歲結束，男子到三十歲才最終停止生長。（見圖）此後，人體尺寸隨年齡的增加而縮減，而體重、寬度及圍長的尺寸卻隨年齡的增長而增加。一般來說青年人比老年人身高高一些，老年人比青年人體重大一些。在進行某項設計時必須經常判斷與年齡的關係，是否適用於不同的年齡。對工作空間的設計應盡量使其適應於20～65歲的人。對美國人的研究發現，45～65的人與20歲的人時：身高減4厘米、體重加6公斤（男）～10公斤（女）。

　　歷來關於兒童的人體尺寸是很少的，而這些資料對於設計兒童用具、設計幼兒園、學校是非常重要的。考慮到安全和舒適的因素則更是如此。兒童以外傷亡與設計不當有很大的關係。例如，據說只要頭部能鑽過的間隔，身體就可以過去，貓、狗是如此，兒童的頭部比較大，所以也是如此。按此考慮，欄杆的間距應必須阻止兒童頭部的鑽過，以5歲幼兒頭部的最小尺寸為例，它約為14厘米，如果以它為平均值，為了使大部分兒童的頭部不能鑽過，多少要窄一些，最多不超過11厘米。（見圖）目前許多這樣有用的有關兒童的資料。

　　另一方面針對老年人的尺寸數據資料也相對較少，由於人類社會生活條件的改善，人的壽命增加，現在世界上進入人口老齡化的國家越來越多，如美國的65歲以上的人口有二千萬，接近總人口的十分之一，而且每年都在增加。所以設計中涉及老年人的各種問題不能不引起我們的重視，應有老年人的人體尺寸，在沒有的情況下，至少有兩個問題應引起我們的注意：　　（1）無論男女，上年紀後身高均比年輕時矮。　　（2）伸手夠東西的能力不如年輕人，見圖。

　　　　　　　　　　　設計人員在考慮老年人的使用功能時，務必對上述特徵給予充分的考慮。家庭用具的設計，首先應當考慮到老年人的要求。因為家庭用具一般不必講究工作效率，而首先需要考慮的是使用方便，在使用方便方面則年輕人可以遷就一些老年人。所以家庭用具;尤其是廚房用具，櫃櫥和衛生設備的設計，照顧老年人的使用是很重要的。在老年人中，老年婦女尤其需要照顧，她們使用合適了，其他人的使用一般不致發生困難，（雖然也許並不十分舒適）反之，倘若只考慮年青人使用方便舒適，則老年婦女有時使用起來會有相當大的困難。

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