[科普中国]-人体工程学

定义

按照国际人类工效学学会（IEA）所下的定义，人体工程学是一门“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各种因素；研究人和机器及环境的相互作用；研究人在工作中、家庭生活中和休假时怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题的学科1”。日本千叶大学小原教授认为：人体工程学是探知人体的工作能力及其极限，从而使人们所从事的工作趋向适应人体解剖学、生理学、心理学的各种特征。”

起源人体工程学起源于欧美，原先是在工业社会中，开始大量生产和使用机械设施的情况下，探求人与机械之间的协调关系，作为独立学科有40多年的历史。第二次世界大战中的军事科学技术，开始运用人体工程学的原理和方法，在坦克、飞机的内舱设计中，如何使人在舱内有效地操作和战斗，并尽可能使人长时间地在小空间内减少疲劳，即处理好：人-机-环境的协调关系。及至第二次世界大战后，各国把人体工程学的实践和研究成果，迅速有效地运用到空间技术、工业生产、建筑及室内设计中去，1960年创建了国际人体工程学协会。

及至当今，社会发展向后工业社会、信息社会过渡，重视“以人为本”，为人服务，人体工程学强调从人自身出发，在以人为主体的前提下研究人们的一切生活、生产活动中综合分析的新思路。

其实人-物-环境是密切地联系在一起的一个系统，今后“可望运用人体工程学主动地、高效率地支配生活环境”。

2003年来，人体工程学联系到室内设计，其含义为：以人为主体，运用人体计测、生理、心理计测等手段和方法，研究人体结构功能、心理、力学等方面与室内环境之间的合理协调关系，以适合人的身心活动要求，取得最佳的使用效能，其目标应是安全、健康、高效能和舒适。人体工程学与有关学科以及人体工程学中人、室内环境和设施的相互关系。2

研究内容早期的人体工程学主要研究人和工程机械的关系，即人机关系。其内容有人体结构尺寸和功能尺寸，操作装置，控制盘的视觉显示，这就涉及到了心理学，人体解剖学和人体测量学等，继而研究人和环境的相互作用，即人-环境关系，这有涉及到了心理学，环境心理学等。至今，人体工程学的研究内容仍在发展，并不统一。

发展前景在迅速发展的设计行业里，人体工程学发展速度非常快，特别是室内设计行业。

人体工程学的发展前景广阔，未来将向杭州清风学院提出的多元化、人性化、智能化方向发展。

常用术语人体工程学：人体工程学是研究"人一机一环境"系统中人、机、环境三大要素之间的关系，为解决该系统中人的效能、健康问题提供理论与方法的科学。

肘部高度：指从地面到人的前臂与上臂接合处可弯曲部分的距离。

挺直坐高：是指人挺直坐着时，座椅表面到头顶的垂直距离。

构造尺寸：是指静态的人体尺寸，它是人体处于固定的标准状态下测量的。

功能尺寸：是指动态的人体尺寸，是人在进行某种功能活动时肢体所能达到的空间范围，它是动态的人体状态下测得。是由关节的活动、转动所产生的角度与肢体的长度协调产生的范围尺寸，它对于解决许多带有空间范围、位置的问题很有用。

种族差异：不同的国家，不同的种族，因地理环境、生活习惯、遗传特质的不同，人体尺寸的差异是十分明显的。

百分位：百分位表示具有某一人体尺寸和小于该尺寸的人占统计对象总人数的百分比。

正态分布：大部分属于中间值，只有一小部分属于过大和过小的值，它们分布在范围的两端。

身高：指人身体直立、眼睛向前平视时从地面到头顶的垂直距离。

正常坐高：是指人放松坐着时，从座椅表面到头顶的垂直距离。

眼高（站立）：是指人身体直立、眼睛向前平视时从地面到内眼角的垂直距离。

眼高：是指人的内眼角到座椅表面的垂直距离。

肩高：是指从座椅表面到脖子与肩峰之间的肩中部位置的垂直距离。

肩宽：是指两个三角肌外侧的最大水平距离。

两肘宽：是指两肋屈曲、自然靠近身体、前臂平伸时两肋外则面之间的水平距离。

肘高：是指从座椅表面到肘部尖端的垂直距离。

大腿厚度：是指从座椅表面到大腿与腹部交接处的大腿端部之间的垂直距离。

膝盖高度：是指从地面到膝盖骨中点的垂直距离。

膝腘高度：是指人挺直身体坐着时，从地面到膝盖背后(腿弯)的垂直距离。测量时膝盖与髁骨垂直方向对正，赤裸的大腿底面与膝盖背面(褪弯)接触座椅表面。

臀部－膝腿部长度：是由臀部最后面到小腿背面的水平距离。

臀部－膝盖长度：是从臀部最后面到膝盖骨前面的水平距离。

臀部－足尖长度：是从臀部最后面到脚趾尖端的水平距离。

垂直手握高度：是指人站立、手握横杆，然后使横杆上升到不便人感到不舒服或拉得过紧的限度为止，此时从地面到横杆顶部的乖直距离。

侧向手握距离：是指人直立、右手侧向平伸握住横杆·一直伸展到没有感到不舒服或拉得过紧的位置，这时从人体中线到横杆外侧面的水平距离。

向前手握距离：这个距离是指人肩膀靠墙直立，手臂向前平伸，食指与拇指尖接触，这时从墙到拇指梢的水平距离。

肢体活动范围：肢体的活动空间实际上它也就是人在某种姿态下肢体所能触及的空间范围。因为这一概念也常常被用来解决人们在工作各种作业环境的问题。所以也称为"作业域"。

作业域：人们在工作各种作业环境中在某种姿态下肢体所能触及的空间范围。

人体活动空间：现实生活中人们并非总是保持一种姿势不变，人们总是在变换着姿势，并且人体本身也随着活动的需要而移动位置，这种姿势的变换和人体移动所占用的空间构成了人体活动空间。

姿态变换：姿态的变换集中于正立姿态与其它可能姿态之间的变换，姿态的变换所占用的空间并不一定等于变换前的姿态和变换后的姿态占用空间的重叠。

肌肉施力：无论是人体自身的平衡稳定或人体的运动，都离不开肌肉的机能。肌肉的机能是收缩和产生肌力，肌力可以作用于骨，通过人体结构再作用于其他物体上，称为肌肉施力。肌肉施力有两种方式：（1）动态肌肉施力：（2）静态肌肉施力。

睡眠深度：休息的好坏取决于神经抑制的深度也就是睡眠的深度。睡眠深度与活动的频率有直接关系，频率越高，睡眠深度越浅。

视野：视野是指眼睛固定于一点时所能看到的范围。

绝对亮度：眼睛能感觉到光的光强度。

相对亮度：相对亮度是指光强度与背景的对比关系，称为相对值。

辨别值：光的辨别难易与光和背景之间的差别有关，即明度差。。

视力：视力是眼睛测小物体和分辨细节的能力，它随着被观察物体的大小、光谱、相对亮度和观察时间的不同而变化。

残像：眼睛在经过强光刺激后，会有影像残留于视网膜上，这是由于视网膜的化学作用残留引起的。残像的问题主要是影响观察，因此应尽量避免强光和玄光的出现。。

暗适应：人眼中有两种感觉细胞：锥体和杆体。锥体在明亮时起作用，而杆体对弱光敏感，人在突然进入黑暗环境时，锥体失去了感觉功能，而杆体还不能立即工作，因而需要一定的适应时间。

色彩还原：光色会影响人对物体本来色彩的观察，造成失真。影响人对物体的印象。日光色是色彩还原的最佳光源，食物用暖色光、蔬菜用黄色光比较好。

噪声：最简单的定义是：噪声是干扰声音。凡是干扰人的活动（包括心理活动）的声音都是噪声，这是从噪声的作用来对噪声下定义的；噪声还能引起人强烈的心理反应，如果一个声音引起了人的烦恼，即使是音乐的声音，也会被人称为噪声，例如某人在专心读书，任何声音对他而言都可能时噪声。因此，也可以是人对声音的反应这个角度来定义噪声。噪声是引起烦恼的声音。。

触觉：皮肤的感觉即为触觉，皮肤能反应机械刺激、化学刺激、电击、温度和压力等。

心理空间：人们并不仅仅以生理的尺度去衡量空间，对空间的满意程度及使用方式还决定于人们的心理尺度，这就是心理空间。空间对人的心理影响很大，其表现形式也有很多种。

个人空间：每个人都有自己的个人空间，这是直接在每个人的周围的空间，通常是具有看不见的边界，在边界以内不允许外人进来。它可以随着人移动，它还具有灵活的伸缩性。。

领域性：领域性是从动物的行为研究中借用过来的，它是指动物的个体或群体常常生活在自然界的固定位置或区域，各自保持自己的一定的生活领域，以减少对于生活环境的相互竞争。

人际距离：人与人之间的距离的大小取决于人们所在的社会集团（文化背景）和所处情况的不同而相异。与熟人还是生人，人的身份不同（平级人员较近，上下级较远。）身份越相似，距离越近。赫尔把人际距离分为四种：密友、普通朋友、社交、其他人.。

恐高症：登临高处，会引起人血压和心跳的变化，人们登临的高度越高，恐惧心理越重。在这种情况下，许多在一般情况是合理的或足够安全的设施也会被人们认为不够安全。

幽闭恐惧：幽闭恐惧在人们的日常生活中经历中多少是会遇到的，有的人重些，有的人轻些。如坐在只有双门的轿车后坐上、乘电梯、坐在飞机狭窄的舱里，总是有一种危机感。会莫名其妙的认为发生问题会跑不出去。原因在于对自己的生命抱有危机感，这些并非是胡思乱想，而是有其道理的。原因在于这几个空间形式断绝了人们与外界的直接联系。3

人体基础数据人体基础数据主要有下列三个方面，即有关人体构造、人体尺度以及人体的动作域等的有关数据。

人体构造

与人体工程学关系最紧密的是运动系统中的骨骼、关节和肌肉，这三部分在神经系统支配下，使人体各部分完成一系列的运动。骨骼由颅骨、躯干骨、四肢骨三部分组成，脊柱可完成多种运动，是人体的支柱，关节起骨间连接且能活动的作用，肌肉中的骨骼肌受神经系统指挥收缩或舒张，使人体各部分协调动作。

人体尺度人体尺度是人体工程学研究的最基本的数据之一。

人体动作域人们在室内各种工作和生活活动范围的大小，即动作域，它是确定室内空间尺度的重要依据因素之一。以各种计测方法测定的人体动作域，也是人体工程学研究的基础数据。如果说人体尺度是静态的、相对固定的数据，人体动作域的尺度则为动态的，其动态尺度与活动情景状态有关。

室内设计时人体尺度具体数据尺寸的选用，应考虑在不同空间与围护的状态下，人们动作和活动的安全，以及对大多数人的适宜尺寸，并强调其中以安全为前提。

例如：对门洞高度、楼梯通行净高、栏杆扶手高度等，应取男性人体高度的上限，并适当加以人体动态时的余量进行设计；对踏步高度、上搁板或挂构高度等，应按女性人体的平均高度进行设计。

生理计测根据人体在进行各种活动时，有关生理状态变化的情况，通过计测手段，予以客观的、科学的测定，以分析人在活动时的能量和负荷大小。

人体生理计测方法主要有：

肌电图方法

把人体活动时肌肉张缩的状态以电流图记录，从而可以定量地确定人体该项活动强度和负荷。

能量代谢率方法

由于人体活动消耗能量而相应引起的耗氧量值，与其平时耗氧量相比，以此测定活动状态的强度，能量代谢率的计算式，以及不同活动的能量代谢率（RMR）。其计算式如下：

运动时氧耗量—安静时氧耗量

能量代谢率（RMR）〓 ———————————————

基础代谢率耗量

精神反射电流方法

对人体因活动而排出的汗液量作电流测定，从而定量地了解外界精神因素的强度，据此确定人体活动时的负荷大小。

心理计测心理计测采用的有精神物理学测量法及尺度法等。

精神物理学测量法

用物理学的方法，测定人体神经的最小刺激量，以及感觉刺激量的最小差异。

尺度法

以顺序在心理学中划分量度，例如在一直线上划分线段，依顺序标定评语

可由专家或一般人，相应地对美丑、新旧、优劣进行评测。

室内设计由于人体工程学是一门新兴的学科，人体工程学在室内环境设计中应用的深度和广度，有待于进一步认真开发，已有开展的应用方面如下：

一、确定人和人际在室内活动所需空间的主要依据

根据人体工程学中的有关计测数据，从人的尺度、动作域、心理空间以及人际交往的空间等，以确定空间范围。

二、确定家具、设施的形体、尺度及其使用范围的主要依据

家具设施为人所使用，因此它们的形体、尺度必须以人体尺度为主要依据；同时，人们为了使用这些家具和设施，其周围必须留有活动和使用的最小余地，这些要求都由人体工程科学地予以解决。室内空间越小，停留时间越长，对这方面内容测试的要求也越高，例如舒美娜运用德国科学睡眠在床垫中，车厢、船舱、机舱等交通工具内部空间的设计。

三、提供适应人体的室内物理环境的最佳参数

室内物理环境主要有室内热环境、声环境、光环境、重力环境、辐射环境等，室内设计时有了上述要求的科学的参数后，在设计时就有可能有正确的决策。

四、对视觉要素的计测为室内视觉环境设计提供科学依据

人眼的视力、视野、光觉、色觉是视觉的要素，人体工程学通过计测得到的数据，对室内光照设计、室内色彩设计、视觉最佳区域等提供了科学的依据。 室内环境中人的心理与行为

人在室内环境中，其心理与行为尽管有个体之间的差异，但从总体上分析仍然具有共性，仍然具有以相同或类似的方式作出反应的特点，这也正是我们进行设计的基础。

下面我们列举几项室内环境中人们的心理与行为方面的情况：

1、领域性与人际距离

领域性原是动物在环境中为取得食物、繁衍生息等的一种适应生存的行为方式。人与动物毕竟在语言表达、理性思考、意志决策与社会性等方面有本质的区别，但人在室内环境中的生活、生产活动，也总是力求其活动不被外界干扰或妨碍。不同的活动有其必须的生理和心理范围与领域，人们不希望轻易地被外来的人与物所打破。

室内环境中个人空间常需与人际交流、接触时所需的距离统盘考虑。人际接触实际上根据不同的接触对象和在不同的场合，在距离上各有差异。赫尔以动物的环境和行为的研究经验为基础，提出了人际距离的概念，根据人际关系的密切程度、行为特征确定人际距离，即分为：密切距离；人体距离；社会距离；公众距离。

每类距离中，根据不同的行为性质再分为接近相与远方相。例如在密切距离中，亲密、对对方有可嗅觉和辐射热感觉为接近相；可与对方接触握手为远方相。当然对于不同民族、宗教信仰、性别、职业和文化程度等因素，人际距离也会有所不同。

2、私密性与尽端趋向

如果说领域性主要在于空间范围，则私密性更涉及在相应空间范围内包括视线、声音等方面的隔绝要求。私密性在居住类室内空间中要求更为突出。

日常生活中人们还会非常明显地观察到，集体宿舍里先进入宿舍的人，如果允许自己挑选床位，他们总愿意挑选在房间尽端的床铺，可能是由于生活、就寝时相对地较少受干扰。同样情况也见之于就餐人对餐厅中餐桌座位的挑选，相对地人们最不愿意选择近门处及人流频繁通过处的座位，餐厅中靠墙卡座的设置，由于在室内空间中形成更多的“尽端”，也就更符合散客就餐时“尽端趋向”的心理要求。

3、依托的安全感

生活活动在室内空间的人们，从心理感受来说，并不是越开阔、越宽广越好，人们通常在大型室内空间中更愿意有所“依托”物体。

在火车站和地铁车站的候车厅或站台上，人们并不较多地停留在最容易上车的地方，而是愿意待在柱子边，人群相对散落地汇集在厅内、站台上的柱子附近，适当地与人流通道保持距离。在柱边人们感到有了“依托”，更具安全感。

4、从众与趋光心理

从一些公共场所内发生的非常事故中观察到，紧急情况时人们往往会盲目跟从人群中领头几个急速跑动的人的去向，不管其去向是否是安全疏散口。当火警或烟雾开始弥漫时，人们无心注视标志及文字的内容，甚至对此缺乏信赖，往往是更为直觉地跟着领头的几个人跑动，以致成为整个人群的流向。上述情况即属从众心理。同时，人们在室内空间中流动时，具有从暗处往较明亮处流动的趋向，紧急情况时语言诉引导会优于文字的引导。

上述心理和行为现象提示设计者在创造公共场所室内环境时，首先应注意空间与照明等的导向，标志与文字的引导固然也很重要，但从紧急情况时的心理与行为来看，对空间、照明、音响等需予以高度重视。

5、空间形状的心理感受

由各个界面围合而成的室内空间，其形状特征常会使活动于其中的人们产生不同的心理感受。著名建筑师贝聿铭曾对他的作品--具有三角形斜向空间的华盛顿艺术馆新馆--有很好的论述，贝聿铭认为三角形、多灭点的斜向空间常给人以动态和富有变化的心理感受。

三、环境心理学在室内设计中的应用

运用环境心理学的原理，在室内设计中的应用面极广，暂且列举下述几点：

1、室内环境设计应符合人们的行为模式和心理特征

例如现代大型商场的室内设计，顾客的购物行为已从单一的购物，发展为购物--游览--休闲--信息--服务等行为。购物要求尽可能接近商品，亲手挑选比较，由此自选及开架布局的商场结合茶座、游乐、托儿等应运而生。

2、认知环境和心理行为模式对组织室内空间的提示

从环境中接受初始的刺激的是感觉器官，评价环境或作出相应行为反应的判断是大脑，因此，“可以说对环境的认知是由感觉器官和大脑一起进行工作的”。认知环境结合上述心理行为模式的种种表现，设计者能够比通常单纯从使用功能、人体尺度等起始的设计依据，有了组织空间、确定其尺度范围和形状、选择其光照和色调等更为深刻的提示。

3、室内环境设计应考虑使用者的个性与环境的相互关系

环境心理学从总体上既肯定人们对外界环境的认知有相同或类似的反应，同时也十分重视作为使用者的人的个性对环境设计提出的要求，充分理解使用者的行为、个性，在塑造环境时予以充分尊重，但也可以适当地动用环境对人的行为的“引导”，对个性的影响，甚至一定程度意义上的“制约”，在设计中辩证地掌握合理的分寸

研究方法人体工程学的研究广泛采用了人体科学和生物科学等相关学科的研究方法及手段，也采用了系统工程、控制理论、统计学等其他学科的一些研究方法，而且本学科的研究也建立了一些独特的新方法。使用这些方法来研究以下问题：测量人体各部分静态和动态数据；调查、询问或直接观察人在作业时的行为和反应特征；对时间和动作的分析研究；测量人在作业前后以及作业过程中的心理状态和各种生理指标的动态变化；观察和分析作业过程和工艺流程中存在的问题；分析差错和意外事故的原因；进行模型实验或用电子计算机进行模拟实验；运用数学和统计学的方法找出各变量之间的相互关系，以便从中得出正确的结论或发展成有关理论。

常用的研究方法有：

1.观察法

为了研究系统中人和机器的工作状态，常采用各种各样的观察方法，如工人操作动作的分析，功能分析和工艺流程分析等都属观察法。

2.实测法

实测法是一种借助于仪器设备进行实际测量的方法。例如，对人体静态和动态参数的测量，对人体生理参数的测量或者是对系统参数、作业环境参数的测量等。

3.实验法

这是当运用实测法受到限制时采用的一种研究方法，一般在实验室中进行，也可以在作业现场进行。例如，为了获得人对各种不同的显示仪表的认读速度和差错率的数据，一般实验室进行试验；为了了解色彩环境对人的心理、生理和工作效率的影响，由于需要进行长时间研究和多人次的观测，才能获得比较真实的数据，通常在作业现场进行实验。

4.模拟和模型实验法

由于机器系统一般比较复杂，因而在进行人机系统研究时常采用模拟的方法。模拟方法包括对各种技术和装置的模拟，如操作训练模拟器、机械模型以及各种人体模型等。通过这类模拟方法可以对某些操作系统进行仿真实验，得到从实验室研究外推所需的更符合实际的数据。因为模拟器和模型通常比其模拟的真实系统价格便宜得多，但又可以进行符合实际的研究，所以应用较多。

5.计算机数值仿真法

由于人机系统中的操作者是具有主观意志的生命体，用传统的物理模拟和模型方法研究人机系统，往往不能完全反映系统中生命体的特征，其结果与实际相比必有一定误差。另外，随着现代人机系统越来越复杂，采用物理模拟和模型的方法研究复杂的人机系统，不仅成本高、周期长，而且模拟和模型装置一经定型，就很难作修改变动。为此，一些更为理想和有效的方法逐渐被研究出来，其中的计算机数值仿真法已成为人体工程学研究的一种现代方法。数值仿真是在计算机上利用系统的数学模型进行仿真性实验研究。研究者可对尚处于设计阶段的未来系统进行仿真，并就系统中的人、机、环境三要素的功能特点及其相互间的协调性进行分析，从而预知所设计产品的性能，并进行改进设计。应用数值仿真研究，能大大缩短设计周期，并降低成本。

6.分析法

分析法是上述各种方法中获得了一定的资料和数据后采用的一种研究方法。人体工程学研究常采用以下几种分析方法：

（1）瞬间操作分析法。生产过程一般是连续的，人和机械之间的信息传递也是连续的。但要分析这种连续传递的信息很困难，因而只能用间歇性的分析测定法，即采用统计学中的随机采样法，对操作者和机械之间在每一间隔时刻的信息进行测定后，再用统计推理的方法加以整理，从而获得人机环境系统的有益资料。

（2）知觉与运动信息分析法。人机之间存在一个反馈系统，即外界给人的信息，首先由感知器官传到神经中枢，经大脑处理后，产生反映信号再传递给肢体对机械进行操作，被操作的机械又将信息反馈给操作者，从而形成一个反馈系统。知觉与运动信息分析法，就是对此反馈系统进行测定分析，然后用信息传递理论来阐述人机间信息传递的数量关系。

（3）动作负荷分析法。在规定操作所必须的最小间隔时间条件下，采用电子计算机技术来分析操作者连续操作的情况，从而推算操作者工作的负荷程度。另外，对操作者在单位时间内工作的负荷进行分析，可以获得用单位时间的作业负荷率来表示操作者的全部工作负荷。

（4）频率分析法。对人家系统中的机械系统使用频率和操作者的操作动作频率进行测定分析，其结果可以获得作为调整操作人员负荷参数的依据。

（5）危象分析法。对事故或者近似事故的危象进行分析，特别有助于识别容易诱发错误的情况，同时也能方便的查找出系统中存在的而又需用较复杂的研究方法才能发现的问题。

（6）相关分析法。在分析方法中，常常要研究两种变量，即自变量和因变量。用相关分析法能够确定两个以上的变量之间是否存在统计关系。利用变量之间的统计关系可以对变量进行描述和预测，或者从中找出合乎规律的东西。例如对人的身高和体重进行相关分析，便可以用身高参数来描述人的体重。统计学的发展和计算机的应用使相关分析法成为人机工程学研究的一种常用方法。

（7）调查研究法。人体工程学专家还采用各种调查方法来抽样分析操作者或使用者的意见和建议。这种方法包括简单的访问，专门调查、精细的评分、心理和生理学分析判断以及间接意见与建议分析等。