第2章人體工程學(xué)基礎(chǔ)

第2章人體工程學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)人機(jī)工程學(xué)的研究方法第二節(jié)人體生理學(xué)知識第三節(jié)人體心理學(xué)知識第四節(jié)人體測量學(xué)知識2020年9月28日1第一節(jié)人機(jī)工程學(xué)的研究方法在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)和家具設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們首先要獲得有關(guān)人體的數(shù)據(jù)。我們生活和工作使用的各種設(shè)施和器具，大到整個(gè)生活環(huán)境，小到一個(gè)開關(guān)，都與我們身體的基本特征有著密切的聯(lián)系。人體工程學(xué)根據(jù)人體的生理、心理特點(diǎn)和人體的各個(gè)部位的尺寸和人們的一切動作帶來的活動范圍等為基礎(chǔ)，推算出房間寬度、高度的關(guān)系，將人們在使用時(shí)是不是方便、效果好不好等作為設(shè)計(jì)的依據(jù)，這就是人機(jī)工程學(xué)的目的。因此，研究人機(jī)工程學(xué)，我們就必須要研究人體的生理特點(diǎn)、心理特點(diǎn)和人體尺度的測量等知識。2020年9月28日2第二節(jié)人體生理學(xué)知識一、人體感覺系統(tǒng)（五覺——視覺、聽覺、嗅覺、味覺和觸覺）二、血液循環(huán)系統(tǒng)三、人體運(yùn)動系統(tǒng)和人體力學(xué)2020年9月28日3第一節(jié)人體生理學(xué)知識一、人體感覺系統(tǒng)

人體感覺系統(tǒng)由神經(jīng)系統(tǒng)和感官器官組成.（一）神經(jīng)系統(tǒng)

神經(jīng)系統(tǒng)是人體生命活動的調(diào)節(jié)中樞。一般的反射活動，是在脊髓上發(fā)生的，而大腦皮層則能發(fā)生高級的反射，具有思維和意識的功能2020年9月28日4第一節(jié)人體生理學(xué)知識大腦是人體的最高司令部，分左右兩個(gè)半球。大腦對人體的管理是一種交叉倒置關(guān)系。即左半大腦支配右半身運(yùn)動，右半大腦控制左半運(yùn)動，大腦上部管理人體下半身，而下半個(gè)大腦正好相反。人的大腦，左半球偏重于語言功能，右半球則偏重于有關(guān)空間概念的功能。

2020年9月28日5（二）視覺的生理基礎(chǔ)眼睛是人體最精密最靈敏的感覺器，外部環(huán)境80%的信息是通過眼睛來感知的。眼睛是由眼球、眼眶、結(jié)膜、淚器和眼外肌等組成。來自視野的光線由眼睛聚焦，從而在眼睛后面的視網(wǎng)膜上形成一個(gè)相當(dāng)準(zhǔn)確的視野的倒像。這種光學(xué)效應(yīng)，絕大部分來源于角膜的曲度，對遠(yuǎn)近物體的焦點(diǎn)作細(xì)微的調(diào)整，則是借助改變水晶體的形狀來實(shí)現(xiàn)的。2020年9月28日6視覺是由眼睛、視神經(jīng)及視覺中樞共同完成的。2020年9月28日7（二）視覺的生理基礎(chǔ)（1）視力——一般用能分辨視覺對象的最小視角（分）的倒數(shù)來表示。如：能分辨的最小視角為1′時(shí)，其視力為1，最小視角為0.5′時(shí)，其視力為2.常用的視力表是用E或C等字母的辨認(rèn)而制作的。（2）眼睛的聚焦能力——眼睛的晶狀體的厚度能隨視距而自我調(diào)節(jié)的能力。晶狀體可自動改變曲率而實(shí)現(xiàn)自動聚焦。隨著年齡的增加或視覺疲勞的出現(xiàn)，晶狀體屈曲能力下降，而使近點(diǎn)距離增大，即為遠(yuǎn)視。2020年9月28日8

（3）視野注視一點(diǎn)，使視軸固定時(shí)所能看到的范圍稱為靜視野。視野因視野區(qū)域的色彩不同而不同。以綠、紅、藍(lán)、黃、白的順序依次變寬。2020年9月28日98S在一般視野內(nèi),同樣的物體,上下左右看起來大小往往也不同.一般上部和下部會產(chǎn)生過大視覺的傾向.如8和S視野的研究--------操作控制及視覺空間設(shè)計(jì)重要的--------3°以內(nèi)一般的--------20°-40°次要的--------40°-60°2020年9月28日10（4）明適應(yīng)和暗適應(yīng)

人眼由亮處向暗處轉(zhuǎn)移的過程稱為暗適應(yīng).反之為明適應(yīng).都是對外界刺激的適應(yīng)形式。明適應(yīng)比暗適應(yīng)的速度快。前者一般1分鐘左右可完成，后者則可長達(dá)30分鐘。在進(jìn)行視覺環(huán)境設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮視覺區(qū)光環(huán)境的均一性，特別是對于視覺作業(yè)區(qū)要避免過度的明暗差，以減少視覺疲勞，保證作業(yè)安全。2020年9月28日112020年9月28日122020年9月28日13（5）色覺光是一種電磁波，不同的波長的光刺激視網(wǎng)膜可產(chǎn)生不同的色覺。（6）向光性是人類的本能和視覺的特性。有了光就增加了希望，增強(qiáng)了安全感，縮短了人際距離2020年9月28日14向光性擴(kuò)大2020年9月28日15向光性引導(dǎo)提高2020年9月28日16向光性展示掩蓋2020年9月28日17（三）聽覺的生理基礎(chǔ)

1.聲音的刺激:人耳能聽到的聲音頻率約為20~20000Hz,聲音是由物體振動所引起的，振動在彈性介質(zhì)如氣體、液體或固體中傳播所產(chǎn)生的彈性波稱為聲波。2.聽力：聲音的強(qiáng)弱常用聲壓級表示，單位是分貝。人的聽力是隨著年齡的增加而逐漸降低的。2020年9月28日182020年9月28日193.雙耳效應(yīng)人耳具有立體聲效應(yīng)，或稱為雙耳效應(yīng)，在50~70dB（杜比）時(shí)這種效應(yīng)取決于下列條件：(1).根據(jù)時(shí)差和響度差，人耳能正確的判斷聲源方向。（時(shí)差指聲源傳至兩耳所需的時(shí)間差）(2).頭部掩蔽和反射效應(yīng)，由于頭部的阻擋和衰減，造成兩耳聲音頻譜的差異。聲音的掩蔽的指一個(gè)聲音被另一聲音所掩蓋的現(xiàn)象.（三）聽覺的生理基礎(chǔ)2020年9月28日20（四）嗅覺的生理基礎(chǔ)能感知其刺激作用的則主要依靠人的嗅覺器官，即鼻子。人的鼻子是由外鼻、鼻腔和副鼻竇三部分組成的。當(dāng)有氣味的化學(xué)微粒從吸入的空氣中到達(dá)嗅粘膜，嗅神經(jīng)纖維受刺激后即傳達(dá)室入大腦嗅覺中樞，從而辨別出物體的氣味。一般人可辨別出約二百種不同的氣味。長時(shí)間連續(xù)嗅一種氣味，人會逐漸聞不到此種氣味，這是感覺器官的適應(yīng)的現(xiàn)象，也叫嗅覺中樞疲勞

2020年9月28日21（五）膚覺的生理基礎(chǔ)感知室內(nèi)熱環(huán)境的質(zhì)量，空氣的溫度和濕度的在大小分布及流動情況，感知室內(nèi)空間、家具、設(shè)備等各個(gè)界面給人體的刺激程度，振動大小、冷暖程度、質(zhì)感強(qiáng)度等，感知物體的形狀和大小等，除視覺器官外，主要依靠人體的膚覺及觸覺器官---------皮膚。1.膚覺是人體很重要的一種感覺。人體有觸覺、溫度覺和痛覺三種膚覺。

觸覺是由微弱的機(jī)械刺激及皮膚淺層的觸覺感受器而引起的。人能利用觸覺來判斷物體的形狀、大小及硬度等。人的觸覺敏感度因部位而異。2020年9月28日22溫度覺分為冷覺和熱覺。感受器在皮膚溫度高于30℃時(shí),開始產(chǎn)生興奮沖動,47℃時(shí)為最高.在連續(xù)的溫冷刺激下,溫度覺會出現(xiàn)適應(yīng)現(xiàn)象.選擇導(dǎo)熱系數(shù)小的材料.這樣能提高接觸時(shí)的舒適感（五）膚覺的生理基礎(chǔ)2020年9月28日23.痛覺是皮膚感覺的一種.各組織器官內(nèi)都有一些特殊的游離的神經(jīng)末稍，在一定刺激下產(chǎn)生痛覺。這樣的神經(jīng)末稍在皮膚中的分布部位叫做痛點(diǎn)，每平厘米內(nèi)約有100-200個(gè)痛點(diǎn)，整個(gè)人體皮膚表面可達(dá)100萬個(gè)痛點(diǎn)。皮膚對人體有防護(hù)功能，可緩沖人體受到的碰撞，可防止內(nèi)臟和骨骼受到外界的直接分侵害。皮膚有散熱和保溫的作用，具有呼吸的功能。（五）膚覺的生理基礎(chǔ)2020年9月28日24人體感覺系統(tǒng)的各個(gè)感官,均有各自明確的生理功能,在接受外部環(huán)境刺激的同時(shí),又具有復(fù)雜的生理機(jī)制,通過神經(jīng)系統(tǒng)共同或參與認(rèn)識事物,故這也是心理活動的基礎(chǔ).2020年9月28日25二、血液循環(huán)系統(tǒng)家具尺度是否科學(xué)，室外內(nèi)界面材料是否合理，室內(nèi)氣流組織好壞，都有會影響人體血液循環(huán)，影響健康。人的血液在全身始終沿著一定的管道、按照一定的方向流動著。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意：（1）使用的家具，尺度要合理（2）室內(nèi)地面材料的蓄熱系數(shù)不可太?。?）設(shè)置采暖和空調(diào)方式，要考慮人體血液循環(huán)的特點(diǎn)，以保障人體健康。2020年9月28日26三、人體運(yùn)動系統(tǒng)和人體力學(xué)人體運(yùn)動系統(tǒng)的生理特點(diǎn)，關(guān)系到人的姿勢、人體的功能尺寸和人體活動的空間尺度，從而影響家具、設(shè)備、操作裝置和支撐物的設(shè)計(jì)。（一）運(yùn)動系統(tǒng)人體的運(yùn)動系統(tǒng)是由骨骼、關(guān)節(jié)和肌肉組成。1、骨骼系統(tǒng)骨骼是人體的支架。支撐著人體，決定了身體的基本形。作業(yè)姿勢與脊柱運(yùn)動的關(guān)系直接影響生理負(fù)荷和作業(yè)效率。家具設(shè)計(jì)與脊柱的姿勢有非常密切的關(guān)系。2020年9月28日27骨骼是人體的支架，是家具設(shè)計(jì)測定人體比例、人體尺度的基本依據(jù)，骨骼中骨與骨的連接處產(chǎn)生關(guān)節(jié)，人體通過不同類型和形狀的關(guān)節(jié)進(jìn)行著屈伸、回旋等各種不同和動作，由這些局部的動作的組合形成人體各種姿態(tài)。家具要適應(yīng)人體活動及承托人體動作的姿態(tài)，就必須研究人體各種姿態(tài)下的骨關(guān)節(jié)運(yùn)動與家具的關(guān)系。

2020年9月28日282、肌肉系統(tǒng)

肌肉是人體運(yùn)動系統(tǒng)的動力，人的全身有639塊肌肉，占體重的40%。

在人體保持一種姿態(tài)不變的情況下，肌肉則處于長期的緊張狀態(tài)而極易產(chǎn)生疲勞，因此人們需要經(jīng)常變換活動的姿態(tài)，使各部分的肌肉收縮得以輪換休息；另外肌肉的營養(yǎng)是靠血液循環(huán)來維持的，如果血液循環(huán)受到壓迫而阻斷，則肌肉的活動就將產(chǎn)生障礙。因此家具設(shè)計(jì)中，特別是坐臥性家具，要研究家具與人體肌肉承壓面的關(guān)系。2020年9月28日29肌力——由肌肉收縮而產(chǎn)生的。它的大小取決于肌纖維的數(shù)量、體積、性質(zhì)、收縮前的長度及中樞神經(jīng)的興奮狀態(tài)。肌力因人而異。（1）握力2020年9月28日30（2）背肌力即伸膝半彎腰姿勢時(shí)，兩手垂直向上的最大拉力2020年9月28日31（3）作業(yè)與肌力肌力是人體各種動作和維持人體各種姿勢的動力源。如何有效地發(fā)揮肌力，減少肌疲勞、提高效率是人體工程學(xué)的研究課題之一。故在室內(nèi)設(shè)計(jì)及家具設(shè)計(jì)中要考慮各種作業(yè)姿勢2020年9月28日32如立姿時(shí)，手臂與上身呈70℃時(shí)，力量為最大。2020年9月28日33坐姿時(shí)，手臂的推力和拉力在不同的角度和方向上大小也不同。向上用力大于向下用力2020年9月28日34向內(nèi)用力大于向外用力。2020年9月28日352020年9月28日36（二）人體力學(xué)1.人體骨骼力學(xué)模型人體運(yùn)動系統(tǒng)的各個(gè)組成部分，造就了人的空間形態(tài)，也維持了人的內(nèi)力和重力平衡。它類似一個(gè)鋼筋混凝土空間結(jié)構(gòu)。骨骼好比鋼筋，肌肉好比混凝土。它們共同作用，不僅支撐了人體各個(gè)器官，還承擔(dān)了外來的負(fù)荷。而各種力的傳遞就是通過關(guān)節(jié)或韌帶來實(shí)現(xiàn)的。圖1-6為人體骨骼力學(xué)模型。2020年9月28日372．人體姿勢人體的靜態(tài)姿勢主要有以下幾種形式，根據(jù)人體測量學(xué)所制定的規(guī)范，每個(gè)人的立姿、坐姿、蹲姿、跪姿和臥姿的基本形態(tài)及其結(jié)構(gòu)尺寸幾乎是不變的。唯獨(dú)彎姿，由于人體活動的功能不同，彎姿也不定形，其空間的功能尺寸也不同。3．力的傳遞由于人體姿勢不同，人體內(nèi)力和重力傳遞的路線也不同，圖1-9是人體重力傳遞簡圖。2020年9月28日38圖1-10是不同姿勢的支撐面的壓力分布簡圖。從圖中可見，各支撐面的壓力線分布不同，壓力大小也不同，故在支撐面設(shè)計(jì)時(shí)，如家具的椅面、床墊等，應(yīng)使力均勻分布，即變集中荷載為均布荷載，以滿足人體的舒適要求。2020年9月28日39圖1-11為負(fù)荷時(shí)，不同姿勢引起的脊椎骨內(nèi)力的分布情況，由此可見，合適的工作面高度，可減少脊椎骨不必要的彎曲，以免引起腰肌勞損。2020年9月28日404．運(yùn)動和疲勞人的室內(nèi)活動和家務(wù)勞動引起的人體運(yùn)動，要耗費(fèi)大量的體能。與室內(nèi)設(shè)計(jì)相關(guān)的主要是與運(yùn)動有關(guān)的局部尺寸，如何使其距離、高度有一個(gè)適合人體運(yùn)動需要的合理尺寸，以減少肌力和體能的損耗，也就是減少疲勞，這也是運(yùn)動中的工效。2020年9月28日41支架的高度不足支架的高度合適2020年9月28日425、身體的動作速度與頻率人體的四肢在不斷的運(yùn)動，動作速度是有限的。作業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮人的這種特性，不可超出人體的極限值。肌肉的收縮速度不同，不同的肢體的動作速度及頻率也不同。2020年9月28日432020年9月28日44運(yùn)動準(zhǔn)確性

運(yùn)動速度與準(zhǔn)確性：速度越慢，準(zhǔn)確性越高

2020年9月28日45表2-6人體各部位動作速度及頻率限度2020年9月28日466、反應(yīng)時(shí)間反應(yīng)時(shí)間是表示敏捷性的指標(biāo)之一。

它是外界刺激通過人體感覺器官、神經(jīng)系統(tǒng)傳至大腦中樞加工處理后，大腦、發(fā)出指令再由神經(jīng)系統(tǒng)傳至效果器，使肌肉收縮發(fā)出動作所需的時(shí)間之總和。2020年9月28日47反應(yīng)時(shí)間（RT）又稱為反應(yīng)潛伏期，它是指刺激和反應(yīng)的時(shí)間間距。它由反應(yīng)知覺時(shí)間（tz）和動作時(shí)間（td）組成。RT=tz+td。2020年9月28日48影響反應(yīng)時(shí)間的主要因素1.不同的感覺器官反應(yīng)時(shí)間不同。2.反應(yīng)時(shí)間與刺激信號的性質(zhì)及強(qiáng)度有關(guān)3.刺激環(huán)境影響反應(yīng)時(shí)間4.人的動作方向5.人的主體因素也影響反應(yīng)時(shí)間2020年9月28日491.不同的感覺器官反應(yīng)時(shí)間不同。觸覺反應(yīng)時(shí)間最短以觸覺與聽覺最優(yōu)，視覺次之。觸覺〈聽覺〈視覺〈冷覺〈溫覺〈嗅覺〈