基于人体工程学的电脑椅设计

发布时间:2020-08-27 18:05:52

人体工程学研究与测试实验室

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近年来,随着计算机的推广,“电脑族”在不断壮大,越来越多的员工需要在电脑前完成工作。而许多年轻人的习惯是坐在电脑前不间断地连续作战。当然,也包括现在的很多大学生喜欢在电脑前坐好几小时在线学习,甚至视频游戏。所以,时间一长,就会出现视力模糊、腰酸背疼、头颈酸痛的现象。这便有了所谓的“电脑族”的“职业病”。

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因此,电脑椅设计除了大方美观之外,更重要的是运用人体工程学的原理,设计出满足人的各种需要的电脑椅,才可以真正满足人的身体和心理需求,让人们坐在上面会得到更好的需求,从而达到最佳的工作状态。目前我国的电脑座椅品种繁多,款式和颜色不乏新颖丰富,细细观察这些产品,完全从人体工程学角度设计的却寥寥无几,大部分还停留在传统结构上面。

一些国外进口和模仿国外品牌设计的电脑椅,虽有部分按人体工程学原理设计合理的地方,但只是照搬,设计方面并不完善,使用后同样会给健康带来不良影响。所以要设计出健康合理的电脑椅,就必须依据人体工程学原理对电脑椅设计上存在的缺陷进行研究分析,在理论上解决电脑椅存在的问题,笔者对人体坐姿和生理特征进行了研究和分析,为电脑椅设计提供科学的理论依据和设计标准。符合人体工程学原理设计的电脑椅,大为改善人体对电脑椅的各种需求,降低职业病的发生,提高工作效率,使工作者达到满意的工作状态。

目前电脑椅设计的不足

目前在中国,有很多工作单位为工作人员提供的并不是专门的电脑椅,许多工作人员的电脑椅是用传统的靠背椅子来代替,日常生活中最常见的靠背椅子,见图1。还有一些工作人员的电脑椅虽拥有良好的材质、漂亮的外形,高昂的价格,但在使用功能方面并不完善,存在许多问题,比如不能调节,不能旋转,容易疲劳等,见图2;此外,在办公室、家庭生活中有些电脑椅功能全面,并具有升降旋转功能,但其设计并不符合人体坐姿生理特性的要求,见图3。




电脑椅设计的另一个不足是由于一些老套、方程式般套路的办公空间已经无法满足人们的需要。因此,色彩多样、造型别致、易于使用等重视个性发展、关注人性化的办公椅(当然也包括电脑椅的设计)越来越多,但有些设计只有设计造型或只有功能,缺乏人体工程学的要求。这样,便不能使身体从腰酸背疼中解救出来。

简言之,很多设计不是没有良好的高度调节装置,就是没有符合要求的腰靠背靠,或者椅垫过软,椅轮不灵活。电脑椅设计不当,加上人体坐姿不正确,会导致人体早期疲劳,长期下去,就可能导致累积伤害。

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电脑椅设计原理

以上分析了许多电脑椅中存在的不足,因此,如何才能设计出良好的电脑椅呢?首先就要从电脑椅设计的原理出发。电脑椅设计不仅要在制造工艺和生产方面可行,符合安全的要求,更重要的是设计思想要体现人体工程学、解剖学,使人坐着舒适。减少疲劳度,提高工作效率,这才是我们的最终目标。

人的坐姿生理特性分析

在坐姿状态下,身体的主要支持来自脊柱、骨盆、脚和腿。其中,腰椎、骶骨和椎间盘及软组织承受坐姿时上身大部分的负荷。在正常的姿势下,脊柱的腰椎部分前凸,而到骶骨时则后凹,各椎间盘分布不同的压力,肌肉组织上均匀分布压力。当处于非自然姿势时,椎间盘内压力分布不正常,产生腰部酸痛、疲劳的不适感。舒适的坐姿应该保持腰部曲线弧处于正常状态,在这个状态下,各椎骨之间的距离才算正常,椎间盘上均匀而轻微的分散压力,腰筋处于松弛状态,从大腿到上身的血管才不受压迫,保证正常的血液循环。

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正确的坐姿


最舒适的坐姿是臀部离开靠背稍微向前移,使上身稍微向后倾斜并保持身体与腿的夹角在90度一115度,一般来说大腿与小腿之间的角度为100度~120度,小腿与脚掌为85度~95度,假设保持这种状态,人体就能感受到比较舒适的坐姿。

由研究得知,当直腰坐着时,脊柱的变形较大,肌肉负荷也大。当放松坐着时,背部肌肉负荷较小,有利于整个身体的平衡,感觉比较舒服。但是,这时便会增大椎间盘的内压力。所以,肌肉和椎间盘对坐姿的要求是矛盾的。因此,应该适当变换直腰坐着和放松坐着两种姿势。这样,既可以改善椎间盘的营养供求状况,又可使肌肉得以放松(见图4,图中A为眼高;B为肘高/工作面高;C为坐姿时小腿加足高;D为大腿空间;E为上部容膝空间;F为脚活动空间;G为工作台面厚;a为视线倾角)

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电脑椅设计的一般原则

理想的电脑椅,能够合理地分布电脑工作者的身体质量,使上臂不负担身体的质量,肌肉放松,工作时上身稳定性好,随时变换坐姿,使工作者享有舒适的感受。

总体来说,设计的时候应该依据人体工程学的需要考虑到以下原则:

(1)电脑椅的形式、尺度和它的使用相关

(2)根据人体测量的准确数据进行设计;

(3)臀部坐骨结节承担身体的主要质量,休息时腰背部也应承担部分质量;

(4)降低大腿对椅子面的压力;

(5)需要设计靠背、腰靠和扶手;

(6)可以自由变换体位;

(7)椅垫需要有一定厚度、硬度和透气性,确保体重均匀地分布及坐骨结节区域。

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应用人体工程学改善设计电脑椅


人体工程学是研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的因素;研究人和机器及环境的相互作用;研究在工作中、家庭生活与闲暇时怎样考虑人的健康、安全、舒适和工作效率的学科。

据国外调查研究,采用性能优良的椅子就可以使作业人员每天提高1.2倍的工作效率。因此,通过改善设计计电脑椅便显得尤为重要了,见图5。

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“S形”靠背

有助于脊椎自然曲线保持良好形态不变形,同时椅背符合人体工程学的腰椎靠垫,当电脑工作者坐下时,能很贴切地保持腰椎IDE自然曲线,以得到更多的舒适、健康的状态,提高了工作效率。

三度曲面椅座


依据人体工程学原理设计的三度曲面式椅座使大腿底面、臀部和椅面的接触面积增大,从而降低并分散这些部位的压力。臀部略为后倾3度~5度,有助于骨盆位置的稳定,避免臀部向前滑动。另外,要有下滑式的椅前,这样可以使大腿下侧的压迫减轻,保证腿部血液循环的畅通。

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人体工程学椅垫

椅垫的设计应符合人体工程学,如果椅垫很柔软,密度比较低便无法稳定整体身体、良好地支撑身体,使坐姿产生变形,就会出现肌肉疲劳的现象。所以,一个理想的椅垫必须具有高密度、好弹性、密度均匀、不老化、不变形、不易燃和无毒等特性。

高度可调的装置

快、准、轻的高度调节装置,椅座的高度必须调整得非常恰当。过高的椅座会使腿悬空,大腿底面负荷增大,压迫腿部血管,导致血液循环不畅、坐姿不良等。过低的椅高,相对于桌面来说就会显得过矮,从而抬高胳膊,长时间便会使肩膀和手产生疼痛感。设计采用单手操作,不离开椅座即可调节高度的可调装置,准确而迅速地移动椅座高度,使得椅子的运用范围、弹性及机动性都大大提升,使用者可配合自身的身高、工作性质及环境等因素。适时而又轻松地调整椅座高度。

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符合动态要求

工作者往往需要长时间以不同坐姿坐在电脑椅上进行工作,所以良好的电脑椅必须能够符合人体的动态要求。例如接电话、敲击键盘、与客人聊天等。合适的电脑椅符合人体的动态要求,不单是设计可旋转的椅座,还应该加入可调节式的椅背,这种结构可通过调整靠背的角度来达到动态平衡的要求,工作者在工作时依靠不同角度的靠背,也可满足各种工作性质的需要。这一结构的特点不仅可以自由伸展躯干与大腿间的角度,还可以使腰部曲线恢复自然,减少背部的不适感,缓解长时间坐在椅子上的疲劳。

五爪式椅脚设计

在使用过程和经济上的考虑。电脑椅脚设计逐渐由多爪式取代了圆盘式。首先,四爪式椅脚由于触地面积较小,稳定性较差,容易被推翻;五爪式椅脚的触地面积要大于四爪式大约20%左右,极大地提高了稳定性和使用安全性;而六爪式椅脚虽提高了稳定性,增大了触地面积,但由于椅脚过多,通常会绊住使用者的脚,使用并不方便。所以从稳定性和经济性的角度考虑,最适合莫过于五爪式椅脚设计(见图6、图7)。




柔质可调扶手设计

椅子扶手上部应该采用柔软的材质,要求具有舒软质地,触感良好、耐磨损、不破裂。即使不小心产生碰撞摩擦时,也可以避免彼此“伤害”。此外,扶手应该是可调的,这样电脑工作者就可以根据自己敲击键盘或者其他工作时的习惯,调节到适合自己的扶手高度,减少手臂的疲劳感。通过以上的改善设计,就可以大为改善人体对电脑椅的各种需求,把身体从腰酸背疼、颈椎酸痛中解救出来,使工作者达到满意的工作状态。

此外。除图5中设计的电脑椅,图6、图7所示的电脑椅的设计也是十分优秀的,集功能、外形于一体。图8为一组电脑椅连续动态时的对比图。这些改善后的电脑椅设计,都充分体现着人体工程学的思想。

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结语

通过对电脑椅设计研究的分析,展现一种新的人机互动关系。新型的结构形式。根据坐姿的生理形态和体压分布,对电脑椅的设计采用了人体工程学的方法进行探讨,提出更符合人体生态曲线的座椅结构设计。总体来说,设计电脑椅必须要充分考虑人体工程学的原理,设计出即美观又能够满足“电脑族”对电脑椅的需求,有效地降低“电脑族”职业病的发生,增加舒适性,提高工作效率。




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