地铁车厢的人因学分析及改善.docx

1、地铁车厢的人因学分析及改善课程设计说明书课 程 名 称： 人因工程学 题 目： 地铁车厢的人因工程学分析及改善 专 业： 工业工程 班 级： 12-1 姓 名： 学 号： 指导教师姓名： 设计起止日期： 2014年12月22日2015年01月04日 一、设计题目及说明（一）题目地铁车厢的人因学分析及改善（二）说明 我国城市化进程日益加快, 城市人口日益增加,这就对城市的交通提出了较高的要求。地铁车辆与其他城市交通工具相比, 具有运量大、速度快、安全、准时、节省能源以及不污染环境等优点。我国各大城市为应对交通拥挤的状况，纷纷提出建设地铁的规划。同时由于生活水平的提高,人们对乘坐舒适性和安全性的要

2、求也随之提高,这就对地铁车辆车厢设计的舒适性和安全性方面提出了更高的要求。鉴于此，借鉴国外的车厢设计经验，将人机工程学应用于我国的地铁车辆内装设计中，提高我国地铁地铁车辆的内装设计水平就成为急需解决的问题。本文运用人因工程学的主要原则与理论对地铁车厢的扶手材料、高度和拉环的高度以及座椅的舒适度，特殊乘客的座位设计等各个方面进行分析与改善。本着“以人为本”的人性化设计理念设计出满足乘客高层次要求的产品。背景：第17周和第18周是我们的人因工程课程设计周,我们的题目跟地铁车厢直接相关，让我们更深切的去了解地铁车厢的环境，给予了我们去分析与改善的机会。地铁系统是一个特殊而且空间环境复杂的系统，由于它

3、每天承载着巨大的运输任务，而且运营时间较长，所以在使用过程中就暴露除了一些问题，例如：部分设施的设计不够人性化、不耐脏，易磨损，空间美感不足等等。所以在注重车辆的经济效益的同时, 更要考虑车厢内部设计的优劣和乘客座椅的空间感对人们的乘坐舒适性的影响。 因此,为了在提高乘坐舒适性的同时最大限度地提高车辆运行的经济效益, 确定合适的内装设备的尺寸界限, 就成为地铁车厢设计的主要问题。这次课程设计我们就哈尔滨地铁车厢的概况进行分析，就车厢内部空间和人体舒适度之间权衡问题，研究多个方面，包括座椅的优化布置以及尺寸与舒适度之间的关系等问题和扶手的高度以及扶手表面材料等方面，通过比较各方面因素的关系，为其

4、现状找到一个合适的解决方案。二、现状调研（一）地铁车厢的现状描述当今社会，人民的生活水平日益提高，对于出行交通工具的选择也是以舒适经济为主。地铁当然以环境好，速度快深受大众的喜爱。目前哈尔滨地铁地铁在人因要素方面的运用还存在一些问题，这些问题给乘客带来了许多乘车的不便。在现在的生活中，人们对生活的质量要求有所提高，对舒适度和安全性的要求也日益提高。所以，对车厢的舒适度的加以改善是目前急需解决的问题。经过我们的实地考察，我们发现，从目前的布局来看，哈尔滨的地铁车厢还存在着许多问题，以下是地铁车厢存在的一些实际问题。 图1 地铁座椅 图2 座椅存在的问题 经过实地考察调研，目前，哈尔滨地铁座椅距地

5、面高度450mm，深度400mm,宽度410mm,椅背高390mm。如图1、2所示，椅面深度，宽度不够，不符合人体尺寸，材料为塑料材质，易冷，不防滑，靠背角度为90度，易造成人体疲劳。 图3 拉手问题 在地铁车厢内，拉手距地面高度1620mm;竖扶手高度2000mm,粗细30mm;横扶手距地面高度1800mm;如图3所示，横扶手垂直距离与人过近，总体设计没有全面考虑考虑到各个身高阶段的人体尺寸，扶手材料为金属，易冷，不防滑，有安全隐患。 在现有的地铁体系中，车辆长度为19米，宽度是2.8米，高度3.8米，安全标志明显，散射灯光光线柔和，使人觉得舒服。但没有残疾人及设置孕妇专坐，这会让这些需要照

6、顾的群体体感到非常不方便，甚至不安全。(二)调查问卷 在这次课程设计中，我们在地铁车厢内向乘坐地铁的40名乘客进行了车厢舒适度的调查，从他们的切身感受的中，我们发现了目前哈尔滨地铁的几个问题，并针对问题提出了改善方案，具体内容见调研结果分析,调查问卷见附表。 三、调研结果分析根据调查结果加以分析，以下是一些哈尔滨地铁在运营实践中主要存在着以下一些实际的问题。我们可以通过表格及饼状图进行分析。表1 调查统计表项目选项及所占比例您的性别是？男 55%女 45%您觉得座椅高度怎么样？合适 88%不合适 12%您是否觉得座椅之间的距离过近？是 25%不是 75%您觉得拉手的高度是否合适？舒适 15%不

7、舒适 85%您觉得横扶手的高度是否让胳膊觉得舒服？舒适 15%不舒适 85%您希望扶手外部包裹的是？硬质材质8%柔软材质 92%在您的乘坐过程中觉得座椅的靠背的角度多少合适？90-95 8%96-102 82%103-110 10%是否需要在每个车厢设置残疾人座位？需要 88%不需要 12%您觉得是否应该有孕妇专坐？需要 90%不需要 10%无所谓 0%您觉得座椅的深度合适吗？略深 17%略浅 73%合适 10%您觉得座椅的靠背的高度您觉得适合吗？微高 7%合适 10%微低 78%太低5%车厢内的温度？合适 83%太热 5%有些凉12%在乘坐过程中是否觉得座椅椅面材料让您感觉到不适？是 88%

8、不是 12%（一）车厢内应增加残疾人专座 图4 残疾人专座 车厢内的乘客大致分为两类：一类是行动方便的人，一类是行动不方便的人。在哈尔滨的地铁设计中设计师们已经关注到了这些需要照顾的特殊群体，为他们设置了专用区域。这个区域内设有轮椅区、轮椅扶手、安全带、安全扣等，残疾人在乘坐地铁时可以将轮椅安全固定在扶手上提高乘坐舒适度和安全性。但经过实地考察发现，不坐轮椅的乘客比坐轮椅的乘客人数要多得多，哈尔滨系统没有在每个车厢为这些残疾人设置特定区域，这会让这些“特殊人群”感到不方便。经过问卷调查，如图4，人们希望在车厢内设置残疾人专区，所以在报告中我们会应用人机工程学的知识对残疾人专区进行设计，确保这些

9、“特殊群体”可以像正常人一样顺利出行，对他们体现出人文的关怀，温暖出行。（二）车厢内缺乏孕妇专坐 图5 孕妇专座 经过实地调研发现，在现有的哈尔滨地铁体系中，没有为孕妇设置孕妇专坐，这对于她们这些需要特殊照顾的人来说乘坐地铁很不方便。由于每天客流量较大以及孕妇自身的身体原因，她们不适合站在地铁车厢内，但车厢内的座椅尺寸并不适合她们乘坐，所以设置孕妇专坐是急需解决的问题。对调研结果进行统计发现见图5，大家都觉得都觉得应该设置孕妇专坐，发扬以人为本的精神。（三）车厢内座椅的人体尺寸问题 图6 椅背角度图7 座椅深度图8 座椅高度 公共场所的座椅的设计重点主要在于使人体得到最大的舒适感，消除身体的紧

10、张与疲劳。通过问卷调查结果的分析可以发现乘客由于其自身性格、喜爱偏好等因素的不同对地铁座椅的评价和感受也是不同的，但是可以在这些差异中找到共通点，当前的地铁座椅设计在很大程度上还有可以提升的空间，根据乘客的需求来看，可以在地铁座椅的深度、靠背角度等方面加以改进，从而让乘客感到更加舒适。（四）椅面舒适度问题图9 椅面舒适度 根据图9可以看出，有89%的人觉得椅面材料给他们带来了不适的感觉。当乘客坐在座椅上时皮肤能真切的感受到座椅材料座椅材料传递的温度、硬度、肌理光滑度等生理感觉，这些感受传输到大脑又表现出不同的触觉情感。所以，椅面舒适度在设计座椅的方面是一个很重要的因素。（五）车厢内部横竖扶手、

11、拉手的人体尺寸问题图10 横扶手高度图11 拉手高度 拉手和扶手作为车厢内的重要部分，在车厢晃动时对于帮助乘客保持身体平衡起到很大的作用，公共交通工具的扶手和拉手的设计原则主要考虑两个方面：抓握舒适和不碰头。根据图10，图11可看出，哈尔滨地铁的拉手和横式扶手让身材矮小和身材高大的人们使用起来很不方便，很费力气，这样容易使得人体在惯性的状态下更加疲劳疲劳，甚至会造成伤害。 经过实地测量可以得到以下参数：哈尔滨地铁的拉手高度是1620mm,与之相连的横式拉杆的高度是1800mm,竖扶手的高度是2000mm。而根据GB 10000-1988中国成年人人体尺寸中5%的女性身高是1484mm，50%的

12、男性身高是1678mm,加上这20多年来的中国人身高数据的增长50mm，即使再加上尺寸修正量（由于鞋底高度造成的偏差）25-37mm,所计算得到的数据也比现在的横式扶手和拉手的高度低，所以对于身材矮小的人乘客在乘坐地铁时常常苦不堪言。（六）车厢内横竖扶手防滑不强问题图12 扶手外部包裹材料 在人机设计中，人体舒适度也是一种必需考虑的因子。车厢内部的竖式扶手的用途比拉手和横式拉杆更广，因为竖式扶手可以满足任意高度的乘客。但是扶手同样也存在人因问题。哈尔滨的地铁车厢的扶手材料主要是不锈钢管，使用这种材料的初衷是为了防火，但是这种材料最然具备了防火材料，但当使用者手中出汗时，钢管仍然显得十分光滑，令

13、人无法牢牢抓握。并且由于哈尔滨冬季气温寒冷人们在抓握时会有金属冰冷感，所以，从图12中能看出，人们希望扶手表面包裹柔软材质。四、改善方案（一）改善车厢内部座椅人体尺寸问题 1.改善背景 座椅的人机尺度是建立在人机工程学的基础上，以人体测量数据为依据，保证设计的合理性，使其各项尺寸能够满足生理上的舒适安全感。 由于哈尔滨的人口众多导致地铁客流量较大，在地铁车辆中普遍采用的是无扶手座椅，以此来增加载客量。座椅没有坐垫，只是简单地“L”型。“L”的尺寸为：距地面高度450mm，座深400mm,座宽410mm，椅背高390mm,靠背角度为90度。根据1989年7月1日实施的GB10001988中国成年

14、人人体尺寸得知，人坐在座椅上非常难受，原因有：背靠成直角，不符合人体脊柱S形曲线，容易造成受压分布不均，时间久了就会疲劳，并且对人的脊柱造成损伤，腰部酸疼；椅面深度不够或过长会使人不能很好地依靠在椅背上，会感觉到腰部疲惫；椅面材料太滑，增加疲惫感。 而本设计利用人机工程学原理，能最大限度使人不感到疲惫，具有安全舒适的优点，能满足人们出行舒适的需要。并且对现有椅子改造的成本也比较小。本次设计就是运用人机工程学原理使座椅不仅满足人们的基本乘坐要求还要向舒适化、人性化发展，从而最大限度减少出行的疲劳，使旅客的旅行更加舒适愉快。 2.改善原理 在地铁运行过程中乘客的乘坐姿势是不断改变的，要求也随之变化

15、。为使坐姿舒适，座椅设计需要遵守以下基本原则： (1)座椅应使就坐者保持舒适坐姿，靠背结构和尺寸应给予腰部以充分支撑，使脊柱接近于正常自然弯曲的状态。 (2)座椅形状满足人体自然姿势的需求，可通过座椅形体改变使乘客坐姿放松，如座面和靠背的倾角调整等。 (3)座椅尺寸与人体相适应，为保证座椅能最大程度适应不同群体和特定个体的要求，应以人体尺寸统计结果为座椅尺寸依据，取中间值并尽可能留出一定范围照顾处于最大值或最小值的乘客自行调节，如座高、座宽，座深等。 (4)座椅构件设计和材料选择应合理 。 (5)牢固、稳定，防止坐者倾倒、滑倒。 3.人的坐姿状态乘客处于坐姿状态时，支持人体的主要结构是脊柱、骨

16、盆、腿和脚等。其中腰椎、骶骨和椎间盘及软组织承受着人体上半身大部分负荷，同时还要承受弯腰扭转等动作负荷。下图可看到人体脊柱侧面有四个生理弯曲：颈曲、胸曲、腰曲及骶曲。从人体的侧面观察，脊柱成 “S”形弯曲状态。脊柱的这种弯曲形状使椎间盘之间具有最佳的压力分布,以及最佳的椎骨间肌肉静态负荷水平。因此当座椅或坐姿使就的脊柱偏离上述自然弯曲状态时就会引起椎间盘、韧带和肌肉的受力发生变化，使人感到不舒服，时间长了，还会引起腰部疼痛。 图13 人体脊柱构造 4.研究所用尺寸人体测量一般包括静态人体尺寸测量、动态人体尺寸测量两部分。在坐姿状态下，乘客的身体重量主要由座位面来承担，另一些则传递给靠背、扶手、

17、地板或桌面支撑物，因此坐姿人体尺寸测量是座椅设计的主要依据。表2 需要的人体尺寸数据 单位（mm）年龄分组 与百分位数 测量项目男（1660）女（1855）15105090951510509095坐高836858870908947958789809819855891901坐姿肩高539557566598631659504518526556585594坐姿肘高214228235263291298201215223251277284坐姿大腿厚103112116130146151107113117130146151坐姿膝高441456461493523532410424431458485493小腿加

18、足高372383389413439448331342350382399405坐深407421429457486494388401408433461469坐姿下肢长89292193799210461063826851865912960975坐姿臀宽284295300321347335295310318344374382表3 正常人着装身材尺寸修正值项目尺寸修正量修正原因坐姿眼高/mm3裤高坐姿臀宽/mm13衣厚坐姿两肘间宽/mm20衣厚小腿加足高/mm36裤厚鞋厚坐姿肩高/mm10衣厚坐深/mm3裤厚坐姿肘高/mm3裤厚足长/mm30鞋长 5.具体尺寸设计 (1)座椅宽度 座椅的宽度和座椅的深度

19、共同决定了座椅的支撑面大小，实现座椅的基本功能。座椅的宽度需要保证人体臀部有足够的支撑且在臀部两侧有一定的活动空间，以方便调整坐姿。其尺寸主要依据主要是根据人体坐姿臀宽来决定的。为了能够适合于大多数人，尺寸应选用较高的百分位数据。以坐姿臀宽为参考，女性的尺寸高于男性，所以可以采用95%百分位的女性臀宽测量值382mm为参考标准，加上人体着衣肩宽和臀宽修正量13mm，座椅的宽度应大于395mm。另外纵向布置的座椅是以6人椅为一个单元的设计，一个单元总的宽度尺寸范围是由车厢的尺寸限定的，B型地铁车辆提供的一个单元的宽度的尺寸是2580mm，所以在这里我们取值430mm。 (2)座椅深度座椅深度是从

20、座椅前缘到座椅中心水平面上的距离。座深一方面需要能够提供适宜的面部来支撑臀部。尺寸过大或过小都会影响生理上的舒适性。若座深尺寸过大，乘客背部无法以正常曲线靠在靠背上，靠背就会失去其功能性，且乘客的膝膕处会受到压迫；若座深尺寸过小，乘客大腿前沿的软组织不能接触到座椅前沿，由于得不到支撑而会产生压迫和不适的感觉。座椅深度可以取成年女性和男性坐深的第50百分位数值433-457mm，加上坐深的功能修正量3mm。因此座深的参考取值范围是436-460mm。在这里取450mm。 （3）靠背倾角 靠背倾角是指座椅的坐垫椅面与靠背之间形成的夹角。根据现在有关座椅的一些人机工程学研究表示，靠背倾角在95度-1

21、15度范围内是处于比较舒适的状态，而，地铁座椅有短途行程性质，它应该处于一种相对舒适性，所以可在这个范围内选择倾角度较低的数值，在这里取100度为宜。 图14 靠背角度 （4）靠背高度 靠背高度是与人体相接触面的靠背根部到靠背上缘的垂直距离，主要受人体的坐姿肩高的影响。选取女性坐姿肩高第5百分位数和男性坐姿肩高的第50百分位数约值为518-598mm，加上坐姿肩高功能修正量10mm，参考尺寸范围约528-608mm，但是纵向地铁座椅是靠车窗进行安装的，且一般座椅应低于车窗位置，这里还需考虑到车窗的高度，根据实地测量，车窗高度为870mm，而地铁车辆主要针对短途行程，可以不需要像高铁座椅的足够舒

22、适性。因此，结合车窗高度以及椅面高度的尺寸来说，地铁座椅靠背的最佳高度应为420mm。 图15 改后座椅图 6.改善座椅材料的舒适度问题 （1）温度哈尔滨的地铁在座椅下面安装了电加热器，冬天时能够缓解座椅的冰凉感。塑料的导热性比较差，温度变化比较小，人类的恒定体温比较适合温差变化小的材料，所以对地铁座椅来说使用塑料材料很合适。 （2）硬度硬度是人对材料舒适度评价的一个重要因素。从触感上来说，人触摸到坚硬的材料时在潜意识里会有一种存在着危险的概念，而接触到柔软材质会消除这种危险性，觉得舒适安全。可见，人对硬度的舒适感知更多的来源于柔暖的材料。在前面提到，地铁座椅应该是相对舒适的，若材料如沙发式的

23、柔软会让乘客处于过于放松的状态且不利于高峰时段的承载作用，必定会起到反作用。因此，在材料的选择上应该是硬度较为适中的，我们觉得在地铁塑料座椅的表面加上有些厚度的纺织材料的椅垫比较合适。那么椅垫的厚度是如何选择的呢？我们知道与座面接触最紧密的是坐骨结节两个点，在这两个点周围约250平方毫米范围承受人体约70%的重量，所以人感觉臀部酸痛。若加上垫，可增加接触面积，从而减少压力分布不均。一般坐垫高度是20mm。而且，座垫的倾角会影响臀部的压力分布。座垫应根据臀部不同部位承受不同压力的原则来设计，即在坐骨处压力最大，向四周逐渐减小，至大腿部位时压力将至最低。下图是座垫倾斜510时较为理想的座垫体压分布

24、曲线，其中各封闭曲线为等压力线，所标数字压力单位为卡帕。 图15 体压分布曲线图中可看出，5度倾角的压力主要集中在坐骨结节周围，可见5度的倾角是可行的。 （3）光滑度 人的触觉对材料的光滑是十分敏感的，材料表面细小的肌理变化能够对皮肤产生刺激形成光滑或粗糙的感觉。对地铁座椅来说，光滑固然能带来整洁、流畅的视觉感，但是在乘坐过程中过于光滑的椅面会影响乘客乘坐时的稳定性，从而影响到触感的舒适性。 地铁座椅塑料材料在没有肌理变化的情况下平滑度相对较高，就极易造成乘客向下滑动的情况。而加上一层纺织材料就会有一定的粗糙感，带来的舒适稳定性也相对较高。 图16 椅面类似图（二）改善车厢内部扶手、拉手的人体

25、尺寸 1.改善背景 由图2、3和图10、11可知，地铁车厢内的扶手及栏杆基本上为无变化的竖直和水平布置，不能满足不同身高乘客的需求。靠近竖直栏杆的乘客相对好些，无论身材高矮都还“有杆可拉”，远离竖直栏杆的乘客就只能拉水平栏杆，常会出现身材较小的人够着费力，甚至够不着的情况，而身材较高的乘客在抓握相对较低的栏杆时也会出现“使不上劲”的情况。这就导致较高或者较矮的乘客在手握水平栏杆时都容易产生疲劳，在地铁开停的过程中可能会造成腕部拉伤。即便设置了拉手，在高度方面也还需重新改进。 2.改善原理 对扶手的改进，可以包括许许多多的方面，为了使每位乘客都能舒服的乘坐地铁，我们设计地铁扶手应遵循以下原则：但

26、由于知识的限制与技术的不可实现性，本文只针对前文提到的背景对地铁扶手进行改进。 （1）不碰头所谓的“不碰头”就是防止人在内站着、坐着或起身时，头碰到扶手或横杆而导致人受到的不必要伤害。对于高个子而言，目前的公交车扶手经常导致碰头现象，往往为了不碰头而弯腰低头，长期如此，可能导致人的心情不好，对于经常坐地铁的人来说更可能导致颈椎等的疾病发生，故而保证地铁扶手不碰头是地铁扶手改善的必要步骤。 （2）抓得到同样，在不碰头的基础上，我们设计扶手的目的就是用来抓，所以抓得到同样是一个必须考虑的问题。地铁出事故，其中有一部分就是因为有的乘客个子小，抓不到扶手，而导致在地铁开停时立姿不稳，摔倒或压在其他乘客

27、的身上，从而引起了受伤事件的发生。 （3）抓握舒服在人机设计中，人体舒适度也是一种必需考虑的因子。可以想象，哈尔滨的冬天异常寒冷，虽然每节车厢内设有两台大功率的空调，但也难抵严寒，冰冷的扶手令人难以抓握，或是夏天天气炎热手易出汗，抓握扶手容易打滑。所以给扶手外加柔软材料是必要的。3.研究所用尺寸表4 人体身高数据 单位（mm）累计百分位数/% 1 5 10 50 90 95 99男（1860岁）15431583 1604 1678 1754 1775 1814女（1855岁）1449 1484 1503 1570 1640 1659 1697表5 人体尺寸百分数选择与产品的满意度产品类型产品性

28、质作为产品尺寸设计依据的人体尺寸百分位数满意度A型涉及人的安全、健康的产品一般工业产品P99或P95（上限值）P90（上限值）99%或95%90%B型涉及人的安全、健康的产品一般工业产品P1或P5(下限值)P10（下限值）99%或95%90%累计百分位数%151050909599男（18-60岁）1815186918992003210821382203女（18-55岁）1696174117661860195219762030表6 双臂功能上举高数据 单位（mm） 4.具体尺寸设计 （1）横杆 按乘客“抓得住”的要求设计计算这个设计问题属于B型男女通用的产品尺寸（小尺寸设计）问题。 B型产品尺寸

29、设计(又称“小尺寸设计”)只需要一个人体尺寸百分位数作为尺寸下限的依据即可。根据上述人体百分位数选择原则以及表五、表六，应该有：横杆中心的高度女子功能上举高的10分位数+女子穿鞋修正量+时代修正量 由于是男、女共用，应取女子的小百分位数人体尺寸，不涉及什么安全问题，所以取女子“功能上举高”的10百分位即可。由表六查得取女子“功能上举高”的10百分位是1766mm。女子穿鞋修正量是20mm，时代修正量是50mm。所以： 横杆中心高度1766mm+20mm+50=1836mm 按乘客“不碰头”的要求设计 这个设计问题属于A型男女通用的产品尺寸（大尺寸设计）问题。 A型产品尺寸设计（又称“大尺寸设计”）只需要一个人体尺寸百分位数作为尺寸上限的依据即可。根据上述人体百分位数选择原则以及表四、表五，应该有：横杆中心的高度男子身高的99百分位数+男子穿鞋修正量+横杆半径+时代修正量 由于是男、女共用，应取男子的大百分位数人体尺寸，涉及人身安全问题，所以取男子的大百分位数人体尺寸。因此取男子第99百分位身高尺寸数据。由表四可知，男子身高第99百分位数尺寸是1814mm，男子穿鞋修正量是25mm。时代修正量是50mm，所