基于人因工程的教室桌椅設計及布局

張茜

(廣東海洋大學 工程學院，廣東 湛江 524088)

基于人因工程的教室桌椅設計及布局

張茜

(廣東海洋大學 工程學院，廣東 湛江 524088)

教室就是為教師提供一個傳授知識，為學生們提供學習知識的場所。創造一個宜人的環境是關系到老師教學和學生學習效率的關鍵因素。談到教室環境，就必然少不了課桌桌椅的設計和擺放，也就是桌椅設計和桌椅在教室空間中的擺放問題。為了使桌椅更舒適，除了要考慮經濟、使用、充分利用空間、美觀等要求外，還必須要考慮人因工程方面的原則。使課桌桌椅的外形尺寸符合使用者的人體尺寸，保證學生能夠在較為舒適的環境下開展學習和工作，在一定的時間內不會出現疲勞，煩躁多動等不適感，并且學校也能夠長期使用桌椅，達到可持續發展的社會要求。文章就廣東海洋大學第二教學樓以及階梯教室（鐘海樓）的課桌桌椅進行分析研究和改進。

教室；桌椅設計；桌椅布局

良好的坐姿有利于身心愉悅，對于大學生來說，更有利于學生高效地學習和工作。良好的坐姿能夠將壓力分布到各脊椎骨之間的椎間盤上，并將最適當、最均勻的靜負荷量分布于所附著的肌肉組織上，從而減輕作業疲勞。良好的坐姿除了取決于作業者自身的作業姿勢以外，桌椅本身的物理設計是否符合使用者的人體生物力學特性也是一個重要因素，是人因工程學所研究的領域。課桌椅是學校的主要設備之一，是每個在校學生必須使用的工具之一。

良好的桌椅布置可以使教室有限的空間進行最大化地利用，符合工業工程對于環境和效率的要求。另一方面，看起來寬敞敞亮，活動空間大小適當的教室有利于人身體的健康，心情的愉悅，增加了人們的舒適感，正是人因工程原理最后的理想效果。同樣地，通過對桌椅布局的設計，不但有利于建立良好的教室環境，而且還能最大限度地保證學生在教室的活動空間和安全系數。間接地，學生在擁擠或狹窄的空間中，很有可能發生沖撞和摩擦，這樣引起了不必要的矛盾，對學生的人身安全也是一種巨大的威脅和挑戰。

簡單來講，筆者發現的不合理處有如下幾點。學校使用的這種課桌桌椅，是前面一排的椅子連著后面一排的桌椅并固定在地面上，這樣可以節省另外安排獨立桌子所耗費的支架成本，也能夠防止椅子來回活動造成損壞和丟失的現象發生。椅子不來回抽動，就必須保證固定的同排桌椅之間的距離足夠使用者腿部大彎地從其中間通過，所以桌子寬度變小了，椅子和桌子之間的距離也拉大了。但是問題就在于，課桌桌子的寬度明顯不夠，在擺放較大書籍的時候在坐姿端正的狀態下看到書本的下半部分是很困難的，寬度不夠也會導致在正確坐姿的前提下腿的自由活動空間不夠，經常會碰到前一排后面椅子的椅背。同時，因為桌椅之間的距離過大，為了保證能夠看到桌面上的書本并且勾畫，就要身體前傾或者是只坐一半甚至是三分之一的椅子，導致坐用者很難保證屁股接觸椅子的面積大小，受力不均久了會壓迫到腰椎，也對頸椎有很大的影響。

1 問題總體分析

1.1 總體設計思路

總體設計如圖1所示。首先進行理論資料的收集，對周邊學生進行問卷調查后進行適當分析。之后進行實地測量尺寸。根據計測的目標對象進行計算，最后產生出新方案。

圖1 總體設計思路

1.2 現狀問題分析

（1）優化設計要解決的問題。①解決桌面設計不合理處，如桌面狹窄寬度不夠沒有足夠的空間放置書本文具，導致學生閱讀書本的局限和困難；桌面長度不夠導致翻開的書本占用到了別人的桌面，影響周圍同學。②空間距離不夠，腿部放置區間不夠導致坐用者在夠得著桌面的時候伸不開腿；夠得著桌面的時候無法保證坐用者臀部與椅子面的接觸面積。③桌椅之間的空隙不夠大無法使學生在腿伸直的情況下通過。④階梯教室和平坡教室的桌椅型號相同，桌椅的高度不配合，使坐用者姿勢長期保持不合理，吃力的情況。⑤前后排桌椅對齊，前排身高較高的同學遮擋住了后排同學的視線。

（2）產品優化設計后所具有具有的效果。①課桌桌面有足夠的空間放置打開著的書本和文具水杯的情況下，能夠保證桌面不會因為過寬阻擋了過路學生從某排座椅之間正常穿行（所謂的正常穿行是指，腿部伸直不打彎，不磕碰到桌椅腿腳）。②桌子下方空間足夠放置腿腳，不會使膝蓋磕碰到前排同學的椅子靠背處。③階梯教室和平坡教室座椅型號有所區別，階梯教室桌椅高度應高于普通教室桌椅高度一個臺階（階梯教室的臺階）的距離。④前后排同學座椅插空錯開放置，前排同學的身高高低盡量不影響后排同學學習，不遮擋后排同學看黑板的視線。

（3）教室桌椅設計物理數據收集分析。①測量地點：在第二教學樓B2 203以及鐘海樓（階梯教室）03022進行測量。②測量工具：優質軟尺。③測量結果如表1所示。

表1 廣東海洋大學固定式課桌椅實測關鍵尺寸 mm

1.3 教室桌椅設計問卷調查數據收集分析

調查方式：通過問卷星調查問卷方式進行線上調查以及紙質版調查問卷進行線下調查。

調查地點：線上調查是互聯網以及線下調查是在三飯門口，學生商業中心（商中）。

調查表詳情（如表2、圖2所示）

調查結果匯總分析：共發出40份紙質版調查問卷，回收40份，作廢0份。在3個微信群里發出鏈接，收到問卷回執38份，作廢0份。總共78人參與調查。

表2 廣東海洋大學桌椅設計及布局現狀調查統計表

圖2 廣東海洋大學桌椅設計及布局現狀調查分析條狀統計圖

海大學生使用桌椅實際情況圖如圖3所示。箭頭指示坐用者受力情況，重力摩擦力等沒有標出。

圖3 海大學生使用桌椅實際情況圖

1.4 人體參數對比分析

根據海大學生的性別比例具體情況，女生比例42.3%，男生占總人數的57.7%，如圖4所示。在計算座椅尺寸的時候，平均值按這個比例來求。如表3所示。

圖4 海大學生的性別比例圖

表3 高校固定式課桌椅的主要尺寸 mm

2 課桌桌椅優化設計方案

（1）優化尺寸匯總數據。①（以書上百分位數為95的數據進行設計，滿足大多數人身體情況的數據）小腿加足高確定座椅面的高度：P（95）=448*57.7%+405*42.3%=429. 81mm。對于桌椅類的高度，國家已有標準規定，椅凳類家具的座面高度可以有400mm、420mm、440mm三個規格，所以選擇420mm。坐姿肘高平均值P（95）=298*57.7% +284*42.3%=292.08mm。為了閱讀及寫作時坐姿眼高與桌面的距離，及寫字時的舒適性，在此基礎上再加50mm～100mm。最終，將桌面的高度定為：429.81+292.08+50= 771.89mm，加上鐘海樓階梯教室臺階的距離120mm（也就是保證座椅和桌子高度測量在一個水平面上）。根據數據中的坐姿臀寬，及節約空間等多方面因素的考慮，最終將椅面寬度定為440mm。根據該組同學的坐姿肘寬及教室整體布局的美觀，將課桌寬度定為600mm。相應地，靠背寬度為600mm。將該組椅面深度設定為450mm，如果桌椅高度搭配得不合理，會直接影響著人的坐姿，不利于使用者的健康。為此，國標還規定了寫字桌臺面下的空間高不小于580mm，空間寬度不小于520mm，這是為了保證人在使用時兩腿能有足夠的活動空間，所以綜合考慮，把桌下容膝高度定為650mm。此外，根據桌面的高度，以及座椅的高度，將靠背高度定為340mm。綜合考慮，我們將課桌深度定為450mm。②最大最小運用原則。該準則要求根據具體設計目的，選用最小或者最大的人體參數。人體身高通常用于通道和門的最小高度設計，為盡可能使所有人（99%以上）通過時不會發生撞頭的情況，通道和門的最小高度設計應使用百分位身高數據。而操作力的設計則應該按照最小操縱力準則設計。如門鈴這樣的物件設計時就要采用平均尺寸原則，設計時候以50%為依據。

（2）優化設計說明。①適當調高桌面高度，使得坐用者能夠在自然坐立的情況下手臂保持自然或者接近自然的狀態。滿足座椅設計要求中的“應盡可能使就坐者保持自然的或者接近自然的姿勢，并且要使就坐者可以不時地變換自己的坐姿”。②縮短桌子和椅子之間的間距，使得坐用者在臀部接觸椅面三分之二面積的前提下還能夠觸到桌面。符合生物力學原理，座椅的形態有利于人體重力的合理分布，有利于減輕背部和頸椎的疲勞與變形。③因為空間有限，還要保證留有同學們在下課或者活動的時候在桌椅之間有足夠的空間穿行，所以將桌面改成了可以向下折疊，在坐用者落座后能夠向上翻起整個桌板，靠下面的支架形成三角支撐，牢固穩定。符合座椅設計原則中的最后一項“牢固、穩定，防止就坐者傾翻滑倒。”

（3）優化設計尺寸匯總。如表4所示。

表4 優化設計尺寸匯總

（4）理想實體示意圖。如圖5所示。

圖5 理想實體示意圖

3 結語

這個設計是基于工業工程和人因工程中的舒適經濟高效的主要思想來刻畫的，意在通過數據和示意圖向讀者展示筆者的課桌桌椅設計思路。這個課題著眼點落在了每天息息相關的課桌桌椅上面，在這個設計中極大地展現出了所學理論和生活實際相結合的作用。在學習中，運用了參數測量、數據調查、走訪咨詢、翻閱文獻，融匯所學知識以貫通的方法，從中獲取了大量靈感。另外，特別感謝廣東海洋大學給予的大力支持。

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［10］孫桓，陳作模，葛文杰.機械原理［M］.高等教育出版社，2010.

Thedesign and Layout of Classroom Desks and Chairs Based on Human Factors Engineering

ZHANG Qian
（Engineer College，Guangdong Ocean University，Zhanjiang，Guangdong 524088，China）

The classroom isa place of teaching for teachersand learning for the students.Creating a pleasantenvironment is a key factor of the teaching of teachers and the efficiencystudents'learning.When it comes to the classroom environment，it is necessary to talk about the design and placementofdesksand chairs，thatis，the design and placementofdesksand chairs in the classroom space.In order tomake the desks and chairs designmore reasonable，we notonly consider the requirements such as price，use，fulluse ofspace，beautifuldesign and so on，butalsotake the principlesofhuman factors engineeringinto account.The shape and the size of the desksand chairsshould conform to the user'sbody size to ensure thatstudentsare able to carry out the study and work in amore comfortable environmentwithin a certain period of time without fatigue，irritability，hyperactivity and such discom forts.Therefore，the sustainable social development requirementsaremeet.Thisarticle analyzes the desksand chairs of No.2 teaching buildings and ladder classroom (bell tower)of guangdong ocean university and puts forward some improvements.

classroom；the design ofdesksand chairs；the layoutofdesksand chairs

TS664.01

A

2095-980X(2016)08-0077-04

2016-07-14

張茜（1995-），女，大學本科，主要研究方向：工業工程。