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基于人因工程的学校阶梯教室课桌椅设计与改进

基于人因工程的学校阶梯教室课桌椅设计与改进

基于人因工程的学校阶梯教室课桌椅设计与改进

一、学校课桌椅调查分析的背景
      教室是老师授课、学生学习知识的场所,作为学校最基础的教学设施,教室里的任何组成设备,都与我们平时的学习生活息息相关,尤其是教室课桌椅,是否坐着舒适,是否有良好的活动空间,以及是否有好的视线能看到黑板,对我们来说是有直接影响的。
      学校翔宇楼里的教室都是大型的阶梯教室,大约有160个座位左右,能容下四个班的学生人数。但在平常的学习生活中,我发现学校的教室里还是存在不少不符合人因工程学原理的问题的,例如,就我们最常用的课桌椅而言,椅子坐上去会感觉腰部的不舒适(尤其是长时间就坐),同时感觉教室里座位间的间距比较小,人多的时候坐着就感觉很拥挤,没有舒适的工作空间等等。所以我们小组成员决定对学校的教室进行一次实地考察,以翔宇105教室为例,通过实地考察,发现教室里存在的一些问题,并测量一些数据,拍一些照片,通过上网查阅资料,根据收集到的数据进行分析,发现问题与不足,并利用人因工程学的知识提出合理的改进建议。
二、阶梯教室课桌椅设计的不足
      随着高等教育的普及,越来越多的高校采取了扩招政策。扩招政策虽然
带来了许多有益的东西,比如增加升学率,降低社会竞争压力等诸如此类的社会因素。但扩招同样也带来了一些负面影响因素,我们认为这些因素中最为显著的便是学校有限的教育资源与庞大的学生人数之间的矛盾。为此,各大高校采用了阶梯教室这棵救命稻草,从而缓解了学生人数带来的空间压力。阶梯教室的作用虽然很显著,但也存在诸多不足。我们通过对中国计量学院翔宇楼的一间阶梯教室进行实地测量,与标准数据进行比较,整理出了以下阶梯教室中课桌椅设计的不足之处。
      (1)桌面宽度不够。所测量的桌面宽度数据如下图所示,这样的宽度使得学生在自习时将书本(尤其是较大较厚的书)放在上面时变得有些拥挤,容易在做作业时产生疲劳感。

      (2)桌子长度不够。如下图所示,可以明显的看到当两个同学保持上课听讲时双手交叉叠放在桌面上的姿势时,左面靠近走道的同学由于桌子长度不够而手臂悬空,两位同学间间隔较小,显得拥挤,这是桌子长度不够所导致的。
      (3)桌子的底部到地面的距离不够。如下图所示,桌子底部到地面的距离决定了学生在坐下与起立时的方便程度,倘若距离不够,一些高个子的学生就座时就显得不方便。

      (4)前后桌间的距离没有达到舒适的程度。如下图所示,前后桌间的距离较宽,会使同学在学习时身体前倾角度较大,使腰部易疲劳,降低学习效率。

      (5)椅子的综合设计没有满足人因学中人体结构特征的要求。在椅子的设计中,没有充分考虑人体的结构特征,靠背接近垂直,靠背位置有些低,座椅面偏低并且有时候因为固定的问题向下偏一定的角度,这些椅子的问题会导致学生坐下学习时间过长的情况下产生腰部酸痛与腿部的酸麻感。
三、教室课桌椅的优化与改进
      (1)人体坐姿分析: 在坐姿状态下,人身体的主要支撑来自脊柱、骨盆、腿和脚。人体正常的腰部是松弛状态下侧卧的曲线形状。在这种状态下各椎骨之间间距正常椎间盘上的压力轻微而均匀椎间盘对韧带几乎没有推力作用人体感觉最舒适。如下图所示为人体在不同姿态下所产生的腰椎弯曲弧线。分析可知曲线C所表示的姿势最接近于正常的腰曲弧线躯干与大腿之间角度在120º左右。所以我们在设计学生椅子的靠背时,应充分考虑到c曲线的形状,最好做到与此形状一致。
      (2)现有座椅测量分析(主要针对高校阶梯教室的固定座椅)
表1 高校固定式课椅的主要尺寸(mm)
尺寸名称 尺 寸
座面高(h4)
座面有效深(t4) 
靠背上缘距座面高(h5)
靠背点距座面高(ω)
靠背下缘距座面高(t5)
坐人侧桌缘与靠背点
之间水平距离
每套课桌椅前后长810~850 410±10
360
≥340
210
170

420
810~850

以上是关于课桌椅的国家设计标准,只设计到学生正常学习用途,且为一般性标准。
表2 男(18~60岁)坐姿人体尺寸(mm)
 百分位数
 1 5 10 50 90 95 99
坐高 
坐姿颈椎点高
坐姿眼高
坐姿肩高
坐姿肘高
坐姿大腿厚
坐姿膝高
小腿加足高
坐深
臀膝距
坐姿下肢长 836     858     870        908       947      958      979
599     615     624        657       691      701      719
729     749     761        798       836      847      868
539     557     566        598       631      641      659
214     228     235        263       291      298      321
103     112     116        130       146      151      160
441     456     464        493       523      532      549
372     383     389        413       439      448      463
407     421     429        457       486      494      510
499     515     524        554       585      595      613
892     921     937        992      1 046      1 063    1 096
表3 身高尺寸(cm)
 男    女
总人数 581 419
平均身高 170.97   158.84
标注差 5.74    4.74
比例 58% 42%
表4 身高段比例(cm)
 男 比例 女 比例
140~149 0 0.0% 3 0.7%
150~159 14 2.4% 224 53.5%
160~169 182 31.3% 182 43.4%
170~179 344 59.2% 9 2.1%
180~189 40 6.9% 1 0.2%
190~199 1 0.2% 0 0.0%
总计 581 100.0% 419 100.0%
我们对学校现有座椅进行了相关尺寸的测量,得到数据如下:
课椅尺寸(单位:mm)
坐高 靠背宽度 坐深 腰靠长 腰靠厚 腰靠高 椅面倾角 靠背倾角
347 515 348 ---- ---- ---- 0° 99°

      (3) 课椅的优化设计方案
实测课椅坐高为347 mm,由表一可知坐高并未满足国家相关标准。为了满足男女的要求,查表1~表4,取男性第50百分位数的小腿加足高值为最终的课椅坐高413 mm;实测靠背宽为515mm,对于左右连接排列成行的座位,应参照坐姿“两肘肩宽”的第95百分位数进行设计,座椅靠背宽不宜小500 mm,所以靠背宽度合理;课椅坐深取值348 mm;对于课椅腰靠,学校大部分椅子只是靠近肩部的一小块靠背,这样的设计虽然能降低成本,但从人因学角度来看,这样的设计并未达到要求,我们建议采用的腰背为整体的一块,并与坐椅面相连的腰靠。腰靠的整体曲线度应尽可能接近上述所提的人体坐姿曲线中的c曲线。在尺寸设计方面,我们认为,需要采用中靠背支撑胸椎下半部,所以腰靠高取值为410.0 mm;课椅腰靠长尽量设计成同坐宽同一宽度,取值为510.0 mm;腰靠厚设计为40.0 mm,可以承受一定的负荷;椅面倾角取9°,考虑到学生休息时靠在椅背上。采用休息用椅角度设计,取103°。
     (4)课桌的优化设计方案
通过观查我们发现,我校大多数教室的桌椅都是椅面可翻转连式桌椅。但根据有关研究结果表明,分离式课桌椅通常比连式更合乎工效学要求。分离式桌椅高差适当,且学生可根据自身体格因素调整椅座距,斜面课桌还可减少伏案学习的颈前倾角,有利于阅读和书写,可避免学习时头部过度前倾,但斜面过大也容易使书本滑落,因而适宜的规格是桌面坡度为100~120。连式桌椅空间设置主要工效学问题是桌椅高差和椅座距均偏大,与学生体格不协调,此种不良界面可造成伏案坐姿的躯干前倾角加大,眼桌距缩小和坐点前移,使躯干和四肢肌负荷加重,臀腿部承重压强加大,学生作业能力会出现下降,也易致视力疲劳。桌子高度的设计,可以根据椅面得高度,加上大腿厚度来确定。桌子长度的最小值,应该等于前臂加手前伸长的长度×2.宽度的尺寸可根据具体教室面积所确定出的前后桌椅间距来确定。

 

来源:本站 时间:2016-08-01 11:49:22