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基于人體工程學的電腦椅設計

發布時間:2020-08-27 18:05:52

人體工程學研究與測試實驗室

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近年來,隨著計算機的推廣,“電腦族”在不斷壯大,越來越多的員工需要在電腦前完成工作。而許多年輕人的習慣是坐在電腦前不間斷地連續作戰。當然,也包括現在的很多大學生喜歡在電腦前坐好幾小時在線學習,甚至視頻游戲。所以,時間一長,就會出現視力模糊、腰酸背疼、頭頸酸痛的現象。這便有了所謂的“電腦族”的“職業病”。

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因此,電腦椅設計除了大方美觀之外,更重要的是運用人體工程學的原理,設計出滿足人的各種需要的電腦椅,才可以真正滿足人的身體和心理需求,讓人們坐在上面會得到更好的需求,從而達到最佳的工作狀態。目前我國的電腦座椅品種繁多,款式和顏色不乏新穎豐富,細細觀察這些產品,完全從人體工程學角度設計的卻寥寥無幾,大部分還停留在傳統結構上面。

一些國外進口和模仿國外品牌設計的電腦椅,雖有部分按人體工程學原理設計合理的地方,但只是照搬,設計方面并不完善,使用后同樣會給健康帶來不良影響。所以要設計出健康合理的電腦椅,就必須依據人體工程學原理對電腦椅設計上存在的缺陷進行研究分析,在理論上解決電腦椅存在的問題,筆者對人體坐姿和生理特征進行了研究和分析,為電腦椅設計提供科學的理論依據和設計標準。符合人體工程學原理設計的電腦椅,大為改善人體對電腦椅的各種需求,降低職業病的發生,提高工作效率,使工作者達到滿意的工作狀態。

目前電腦椅設計的不足

目前在中國,有很多工作單位為工作人員提供的并不是專門的電腦椅,許多工作人員的電腦椅是用傳統的靠背椅子來代替,日常生活中最常見的靠背椅子,見圖1。還有一些工作人員的電腦椅雖擁有良好的材質、漂亮的外形,高昂的價格,但在使用功能方面并不完善,存在許多問題,比如不能調節,不能旋轉,容易疲勞等,見圖2;此外,在辦公室、家庭生活中有些電腦椅功能全面,并具有升降旋轉功能,但其設計并不符合人體坐姿生理特性的要求,見圖3。




電腦椅設計的另一個不足是由于一些老套、方程式般套路的辦公空間已經無法滿足人們的需要。因此,色彩多樣、造型別致、易于使用等重視個性發展、關注人性化的辦公椅(當然也包括電腦椅的設計)越來越多,但有些設計只有設計造型或只有功能,缺乏人體工程學的要求。這樣,便不能使身體從腰酸背疼中解救出來。

簡言之,很多設計不是沒有良好的高度調節裝置,就是沒有符合要求的腰靠背靠,或者椅墊過軟,椅輪不靈活。電腦椅設計不當,加上人體坐姿不正確,會導致人體早期疲勞,長期下去,就可能導致累積傷害。

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電腦椅設計原理

以上分析了許多電腦椅中存在的不足,因此,如何才能設計出良好的電腦椅呢?首先就要從電腦椅設計的原理出發。電腦椅設計不僅要在制造工藝和生產方面可行,符合安全的要求,更重要的是設計思想要體現人體工程學、解剖學,使人坐著舒適。減少疲勞度,提高工作效率,這才是我們的最終目標。

人的坐姿生理特性分析

在坐姿狀態下,身體的主要支持來自脊柱、骨盆、腳和腿。其中,腰椎、骶骨和椎間盤及軟組織承受坐姿時上身大部分的負荷。在正常的姿勢下,脊柱的腰椎部分前凸,而到骶骨時則后凹,各椎間盤分布不同的壓力,肌肉組織上均勻分布壓力。當處于非自然姿勢時,椎間盤內壓力分布不正常,產生腰部酸痛、疲勞的不適感。舒適的坐姿應該保持腰部曲線弧處于正常狀態,在這個狀態下,各椎骨之間的距離才算正常,椎間盤上均勻而輕微的分散壓力,腰筋處于松弛狀態,從大腿到上身的血管才不受壓迫,保證正常的血液循環。

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正確的坐姿


最舒適的坐姿是臀部離開靠背稍微向前移,使上身稍微向后傾斜并保持身體與腿的夾角在90度一115度,一般來說大腿與小腿之間的角度為100度~120度,小腿與腳掌為85度~95度,假設保持這種狀態,人體就能感受到比較舒適的坐姿。

由研究得知,當直腰坐著時,脊柱的變形較大,肌肉負荷也大。當放松坐著時,背部肌肉負荷較小,有利于整個身體的平衡,感覺比較舒服。但是,這時便會增大椎間盤的內壓力。所以,肌肉和椎間盤對坐姿的要求是矛盾的。因此,應該適當變換直腰坐著和放松坐著兩種姿勢。這樣,既可以改善椎間盤的營養供求狀況,又可使肌肉得以放松(見圖4,圖中A為眼高;B為肘高/工作面高;C為坐姿時小腿加足高;D為大腿空間;E為上部容膝空間;F為腳活動空間;G為工作臺面厚;a為視線傾角)

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電腦椅設計的一般原則

理想的電腦椅,能夠合理地分布電腦工作者的身體質量,使上臂不負擔身體的質量,肌肉放松,工作時上身穩定性好,隨時變換坐姿,使工作者享有舒適的感受。

總體來說,設計的時候應該依據人體工程學的需要考慮到以下原則:

(1)電腦椅的形式、尺度和它的使用相關;

(2)根據人體測量的準確數據進行設計;

(3)臀部坐骨結節承擔身體的主要質量,休息時腰背部也應承擔部分質量;

(4)降低大腿對椅子面的壓力;

(5)需要設計靠背、腰靠和扶手;

(6)可以自由變換體位;

(7)椅墊需要有一定厚度、硬度和透氣性,確保體重均勻地分布及坐骨結節區域。

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應用人體工程學改善設計電腦椅


人體工程學是研究人在某種工作環境中的解剖學、生理學和心理學等方面的因素;研究人和機器及環境的相互作用;研究在工作中、家庭生活與閑暇時怎樣考慮人的健康、安全、舒適和工作效率的學科。

據國外調查研究,采用性能優良的椅子就可以使作業人員每天提高1.2倍的工作效率。因此,通過改善設計計電腦椅便顯得尤為重要了,見圖5。

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“S形”靠背

有助于脊椎自然曲線保持良好形態不變形,同時椅背符合人體工程學的腰椎靠墊,當電腦工作者坐下時,能很貼切地保持腰椎IDE自然曲線,以得到更多的舒適、健康的狀態,提高了工作效率。

三度曲面椅座


依據人體工程學原理設計的三度曲面式椅座使大腿底面、臀部和椅面的接觸面積增大,從而降低并分散這些部位的壓力。臀部略為后傾3度~5度,有助于骨盆位置的穩定,避免臀部向前滑動。另外,要有下滑式的椅前,這樣可以使大腿下側的壓迫減輕,保證腿部血液循環的暢通。

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人體工程學椅墊

椅墊的設計應符合人體工程學,如果椅墊很柔軟,密度比較低便無法穩定整體身體、良好地支撐身體,使坐姿產生變形,就會出現肌肉疲勞的現象。所以,一個理想的椅墊必須具有高密度、好彈性、密度均勻、不老化、不變形、不易燃和無毒等特性。

高度可調的裝置

快、準、輕的高度調節裝置,椅座的高度必須調整得非常恰當。過高的椅座會使腿懸空,大腿底面負荷增大,壓迫腿部血管,導致血液循環不暢、坐姿不良等。過低的椅高,相對于桌面來說就會顯得過矮,從而抬高胳膊,長時間便會使肩膀和手產生疼痛感。設計采用單手操作,不離開椅座即可調節高度的可調裝置,準確而迅速地移動椅座高度,使得椅子的運用范圍、彈性及機動性都大大提升,使用者可配合自身的身高、工作性質及環境等因素。適時而又輕松地調整椅座高度。

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符合動態要求

工作者往往需要長時間以不同坐姿坐在電腦椅上進行工作,所以良好的電腦椅必須能夠符合人體的動態要求。例如接電話、敲擊鍵盤、與客人聊天等。合適的電腦椅符合人體的動態要求,不單是設計可旋轉的椅座,還應該加入可調節式的椅背,這種結構可通過調整靠背的角度來達到動態平衡的要求,工作者在工作時依靠不同角度的靠背,也可滿足各種工作性質的需要。這一結構的特點不僅可以自由伸展軀干與大腿間的角度,還可以使腰部曲線恢復自然,減少背部的不適感,緩解長時間坐在椅子上的疲勞。

五爪式椅腳設計

在使用過程和經濟上的考慮。電腦椅腳設計逐漸由多爪式取代了圓盤式。首先,四爪式椅腳由于觸地面積較小,穩定性較差,容易被推翻;五爪式椅腳的觸地面積要大于四爪式大約20%左右,極大地提高了穩定性和使用安全性;而六爪式椅腳雖提高了穩定性,增大了觸地面積,但由于椅腳過多,通常會絆住使用者的腳,使用并不方便。所以從穩定性和經濟性的角度考慮,最適合莫過于五爪式椅腳設計(見圖6、圖7)。




柔質可調扶手設計

椅子扶手上部應該采用柔軟的材質,要求具有舒軟質地,觸感良好、耐磨損、不破裂。即使不小心產生碰撞摩擦時,也可以避免彼此“傷害”。此外,扶手應該是可調的,這樣電腦工作者就可以根據自己敲擊鍵盤或者其他工作時的習慣,調節到適合自己的扶手高度,減少手臂的疲勞感。通過以上的改善設計,就可以大為改善人體對電腦椅的各種需求,把身體從腰酸背疼、頸椎酸痛中解救出來,使工作者達到滿意的工作狀態。

此外。除圖5中設計的電腦椅,圖6、圖7所示的電腦椅的設計也是十分優秀的,集功能、外形于一體。圖8為一組電腦椅連續動態時的對比圖。這些改善后的電腦椅設計,都充分體現著人體工程學的思想。

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結語

通過對電腦椅設計研究的分析,展現一種新的人機互動關系。新型的結構形式。根據坐姿的生理形態和體壓分布,對電腦椅的設計采用了人體工程學的方法進行探討,提出更符合人體生態曲線的座椅結構設計??傮w來說,設計電腦椅必須要充分考慮人體工程學的原理,設計出即美觀又能夠滿足“電腦族”對電腦椅的需求,有效地降低“電腦族”職業病的發生,增加舒適性,提高工作效率。




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