人体工程学研究与测试实验室
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本文从坐姿的腰椎形态改变与腰椎受力的理性分析入手,指出不同坐姿对于人的健康与舒适的影响,从中理清了座椅靠背人性化设计的一些细节,并强调正确坐姿及其“习惯成自然”的积极意义。
久坐的身体如果保持同一种坐姿,一动不动,那么即使是再舒服的坐姿,时间长了也会出问题。长时间的压力积累,不仅会导致局部肌肉感觉僵化,而且也不利于脊椎的健康,人体会感觉不适。因此,在久坐时空里,应当经常自觉地进行坐姿的调节、变换,活动身体(包括定时走动),改变体位。
用丹麦的设计大师汉斯·韦格纳的话说,椅子的本质就是四条腿(或理解为一个支架),一个椅座,外加扶手和连在一起的靠背,就是一把椅子。
在这里,我只是重点谈关于座椅靠背设计的一些思考,原因是,靠背是决定椅类家具健康与舒适的根本要素,改善坐姿的腰椎处境,维持比较好的坐姿,这主要是由椅子靠背来实现的。设计靠背比较起设计座面,不仅重要得多,也复杂得多,是最难于令人体满足的。靠背设计中,应当注意以下几点:
座椅靠背倾角是指座椅靠背与座面之间的夹角。靠背倾角的大小依据何来?靠背倾角是为人体的坐姿服务的,其主要功能是辅助人体形成某种坐姿。因此,应当从人的坐姿需求出发来决定座椅的靠背倾角。
人的常用坐姿是指前倾坐姿、直腰坐姿、后仰坐姿这三种坐姿。座椅的靠背倾角可以选择小于90°、等于90°、大于90°这三种情况。人的三种常用坐姿与座椅的三种靠背倾角之间的配合关系是怎样的呢?人们往往从表面现象误以为,三种常用坐姿与三种靠背倾角的座椅之间存在着一一对应(唯一对应)的关系,即前倾坐姿对应着靠背倾角小于90°的座椅,直腰坐姿对应着靠背倾角等于90°的座椅,后仰坐姿对应着靠背倾角大于90°的座椅。这,纯属误解,其实际情况是,三种常用坐姿与三种靠背倾角的座椅并不存在一一对应(唯一对应)的关系。
例如,前倾坐姿,并非只能唯一地选择使用靠背倾角小于90°的座椅,而是也可以选择靠背倾角等于90°或大于90°的座椅。因为前倾坐姿可以让人的后背脱离开座椅的靠背而独立存在,也就是说,无论座椅靠背倾角是小于90°、等于90°、还是大于90°,就座者都可以自主选择前倾坐姿。这就说明,前倾坐姿与靠背倾角小于90°的座椅并不存在一一对应的关系。
同理,直腰坐姿并非只能唯一地选择使用靠背倾角等于90°的座椅,而是也可以选择使用靠背倾角小于90°或大于90°的座椅。因此,直腰坐姿与靠背倾角等于90°的座椅也不存在一一对应的关系。
后仰坐姿的情况比较复杂,在靠背倾角小于90°和等于90°的这两种前提之下,人们无法形成合适的后仰坐姿,只有选择使用靠背倾角大于90°的座椅,只有在这种靠背对于人的体位进行配合的前提之下,而且是唯一的前提之下,人们才有可能形成合适的后仰坐姿,脱离开这种靠背的条件,就座者个人无法独自完成后仰坐姿,因此说后仰坐姿必须唯一地选用靠背倾角大于90°的座椅;但是,反过来说,在靠背倾角大于90°时,就座者并非只能采用后仰坐姿,他也可以自由选择前倾坐姿或直腰坐姿,这就说明,后仰坐姿与靠背倾角大于90°的座椅并不存在一一对应的关系。
在本文的前一部分“坐姿研究”中,已经得出结论,一方面,从理论上讲,应当提倡、推荐采用健康、舒适的后仰坐姿,要满足这种坐姿需求,必须选用靠背倾角大于90°的座椅;在“坐姿研究”中又提到,另一方面,从实际情况方面看,在桌面工作时,又不可能只采用后仰坐姿,还不得不经常采用前倾坐姿或直腰坐姿,即就座者必须能够分别选择采用全部的三种常用坐姿,而要全部满足这些坐姿需求,也只能选用靠背倾角大于90°的座椅,而不是其他,只有这样,才能符合现代人的生活习惯与坐姿需求。这样就得出一个结论,在设计座椅的时候,必须采用大于90°的靠背倾角。
根据座椅在设计的不同目标定位,如工作椅、休息椅、多功能椅、等等,会采用全都大于90°但是大小不同的靠背倾角。
对于低靠背椅、中靠背椅来讲,靠背倾角大于90°,但一般不超过110°左右。原因是,若靠背倾角超过110°时,虽然腰椎会感觉更加舒适,但是,人体是一个整体的系统,必须综合考虑各个部位的平衡,对于低、中靠背椅来讲,因为靠背比较矮,没有高靠背椅上的头靠,这样人的颈椎就会出现新问题了,靠背倾角过大,头部过度后仰,会使头部重心超出颈部的支持面,为了维持头部的平衡与稳定,导致颈椎必须挺直,颈部肌肉处于持续紧张状态,以支持头部的后仰姿势,时间长了,必然产生颈椎的疲劳与劳损。所以,此时必须把靠背由低、中靠背加高之后变为高靠背椅,在靠背的上部增加头枕,以支持头部(后脑勺的下部)和颈椎。因此,低、中靠背椅的靠背倾角大于90°,但一般不会超过110°左右。
靠背的外形,应当尽量接近、吻合坐姿时人体后背的外形,即人体脊柱正常的S形生理弯曲的外形形态。其效果是,一方面,身体呈后仰坐姿,若椅子靠背形态与人的后背比较接近、贴合、有包裹感,相互的接触面积就越大,压强就越小,反之,若靠背形态不相吻合,造成局部压力集中,后背感觉就不舒适;另一方面,靠背与人的后仰的脊柱外形越接近,对脊柱、尤其是腰椎的支撑,就利于脊柱保持接近于正常的S形生理弯曲,减小腰椎间盘内压力,使腰背部感觉舒适。
3.2.1 靠背在纵切面(正中矢状面)的外形
靠背在纵切面上的切线,接近于脊柱正常S形生理弯曲,即靠背上与颈椎、腰椎的对应段向前凸出,与胸椎、骶椎的对应段向后凸出。更确切地说,这里的S形不是一个S,而是从上到下的二个S形叠起来。
但这里应注意脊柱的“生理弯曲”与“生理曲度”是两个不同的概念。正常的S形生理弯曲是指脊椎的四段分别前凸或后凸的弯曲方向,生理曲度是指前凸或后凸的弯曲幅度的量有多大。在不同姿势下,脊柱生理弯曲的弯曲方向多是类似的,但生理曲度却有所变化。例如:
a.直立站姿,S形弯曲在腰椎段进深约为4-6cm(H);
b.仰卧姿,S形弯曲在腰椎段进深约为2-3cm(H/2);
C.某种后仰坐姿,S形弯曲在腰椎段进深约为1-1.5cm(H/4)
在靠背设计中,要考虑到靠背的S形弯曲方向及弯曲曲度的变化与差别。
3.2.2 靠背在横切面(水平切面)的外形
靠背在水平切面上的切线,应当接近左右对称的凹形弧线,即靠背为圆弧靠背板面。综合纵切面和横切面的外形,靠背的板面应该为一个环状的复杂空间曲面。
靠背上的主要支撑点,是对于人体后背的几处人体骨骼达到有效支撑的小面积的“点”,是整个靠背上压力分布最大处。具体的是指腰靠(腰椎处,一处一点,向前凸出)、肩靠(左、右肩胛骨处,位置在第五、六胸椎附近,一处二点,左、右侧各一点,向后凸出)、头靠(头枕,后脑勺下部及颈椎处,一处一点,向前凸出)。
在这三处四点的支撑位置,要求靠背对人体的支撑达到一定的支撑力度(支撑硬度),以保证支撑的稳定性。如果在支撑点处是柔软的靠垫,要注意材质不可过软,因为如果靠垫随着后背的压紧而伸缩,会给人以靠不稳的感觉。
再强调一下“腰靠”的设计。腰椎是人体脊柱中,受力最不平衡的骨骼部位,它要承载整个上身的体重,维持身体的平衡与稳定,在此基础上还要进行腰部的大幅度活动,因此腰椎是人体最重要的连接部位,坐姿中最累的是人的腰椎,腰椎是坐姿中最容易产生疼痛、病变的人体器官。座椅设计的健康与舒适首先要考虑的出发点,全在于支撑和保护腰椎,让腰椎得以充分放松与休息。座椅靠背的曲面形状,就是为了使坐姿时的脊椎接近于正常状态下的S形生理弯曲,其中尤其是保持腰椎曲线的微向前凸的生理特点和良好形态,因此,靠背上向前凸出的支持腰椎的腰靠,是靠背设计中最重要的支撑点。腰靠的具体位置,在第四腰椎附近,因为每个人的身高体型都有差别,所以在腰靠设计中,让一处固定的腰靠去适应很多人的腰椎是不可能做到的。为此,可以设计一个能够调节的小腰垫,做上下调节,以满足个性化的设计需求。
座椅靠背的各个部位,尤其是与人体接触处,不容许易伤人、硌人的尖角、尖棱(锐边)、突头(小块凸起)存在,必须圆润光滑、手感好、触感好。
久坐时,应当经常、主动地进行坐姿调节,因此,对于座椅及靠背会提出一些新的要求,第一,存在坐姿调节的空间,变换坐姿方便。靠背有包裹感会比较舒适,但又宜包围过紧,妨碍调节坐姿。第二,在座椅上适当转动身体时,需要靠背一直存在着对于就座者腰背的支撑、倚靠,以保持舒适性。
座椅在坐姿的形成上占据着极为重要的位置,坐姿好不好,最直接起作用的物质条件就是座椅。但是,即使有一把设计合理的座椅,就一定能保证形成好的坐姿吗?未必!座椅只是在很大程度上影响人的坐姿,但未必能完全决定人的坐姿,因为在一把椅子上并非只能唯一地采用一种固定坐姿,而是就座者可以自主选取N种坐姿:例如从臀部在座面上的位置看,可以有浅坐、深坐到坐满;从上半身在前后方向上的角度变化看,即使是坐在靠背倾角大于90°的座椅上,也可以任意选择前倾坐姿、直腰坐(挺直坐)或放松坐、后仰坐姿;从上半身在左右方向上的角度变化看,可以有向左倾斜、上身直立、向右倾斜;从小腿的姿势看,可以小腿前伸、直立、向后勾,甚至还有跷二郎腿、或把腿搭在扶手上斜坐;此外还有挺胸抬头或含胸驼背的坐姿变化;又有如葛优躺(北京瘫)式的不良坐姿,等等,总之人的坐姿可以千变万化,在一把椅子上并非只能限定一种坐姿
因此说,良好的坐姿取决于两个因素,一个因素是“物”的条件,要求有一把设计合理、尤其是高度适合于自己(量身定制)并且有合适靠背的椅子;另一个因素是从“人”的方面讲,有一个人椅配合的问题,人坐在椅子上必须“会坐”,养成一个良好的坐姿习惯,而不是采用盲目、随意(放任自流)的坐姿。
a.臀部结结实实坐满(全覆盖)椅面。
b.臀部和腰背部全都自然贴靠在椅子靠背上,让靠背起到作用,尽量采用后仰坐姿。
c.尤其是让腰部紧贴腰靠,不宜让腰部悬空。对于腰靠不太合适的座椅,增加一个腰垫来调节。
d.久坐之余,时常自觉地活动身体,调节、改变坐姿,包括起立走动,不宜长时间固定一种坐姿。
a.上身弯腰驼背(前屈坐):这属于过度前倾的坐姿,脊柱变形成为拱形(C形)。
b.浅坐后靠、歪斜倚坐:形如葛优躺(北京瘫),浅坐位,上身过度后仰,只有肩部后靠到椅子靠背上,半躺姿势,此时腰部悬空,没有腰部支撑,这种属于“不正常的后仰坐姿”,久坐造成腰椎间盘突出,产生退行性病变。
c.长时间跷二郎腿:使腰椎生理前凸减小,消失甚至后凸,正常的腰椎生理曲线破坏,腰部肌肉处于紧张状态,导致腰肌劳损。
只有把设计合理的座椅和良好的坐姿习惯结合起来,才能形成健康、舒适的坐姿。
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