基于體壓分布測試的貴妃椅靠背傾角的人體舒適性研究

【摘要】：通過體壓測試系統和主觀評價，本文分析了貴妃椅靠背的傾斜角度對坐姿舒適性的影響。測試結果的客觀分析和主觀評價分析結果皆顯示貴妃椅靠背的傾斜角度對坐姿舒適性是有極大影響的。貴妃椅的靠背傾斜度分別在在100°、110°、120°的時候，體壓分布結果和被測試者的主觀評價基本一致。當靠背傾斜角度達到110°左右的時候，人體的各部位舒適性最佳。

【關鍵詞】：體壓分布；貴妃椅；靠背；傾角；坐姿舒適性

貴妃椅既可以當作不錯的沙發又可以當作短暫休息的床來使用，并且它優雅的氣息超脫于普通的折疊沙發之上。座椅靠背上的壓力分布，應當是肩胛骨和腰椎骨兩個部位最高[1]，不同用途的座椅，兩點支撐的作用是不一樣的，目前國內外還沒有研究過貴妃椅的坐姿舒適性。但貴妃椅作為一種重要的家具類別，對其進行坐姿舒適性的研究顯得尤為重要。

體壓分布對研究人體坐姿舒適性有著重要的指示作用。早期的體壓分布研究主要用于醫療器械的研究，目的是為了減少長期坐臥在床的癱瘓病人因局部壓力過大造成的疼痛甚至局部皮膚潰爛等病癥，因為人椅界面如果局部壓力過大會造成人體軟組織變形從而引發不舒適感[2]。在人機工學越來越發達的今天，人體壓力分布技術越來越多的應用到各項領域當中，坐臥時，人體局部長期受壓過大會引起頸椎、肩胛骨或腰椎發生病變，嚴重影響人類身體健康。隨著人體工程學的發展，國內外做了很多沙發及各類座椅的靠背實驗研究，研究表明合理的腰部和肩部支撐可以減少坐姿條件下不舒適的產生。貴妃椅帶有較長的座面，可以將雙腿完全平放在座面上，所以使用貴妃椅的時候，人體各部位受力跟普通沙發不同，但是對貴妃椅的舒適性研究較為缺乏。作者利用體壓分布測量系統BPMS，采用主客觀測試相結合的方法對貴妃椅靠背傾角進行了人體坐姿舒適的研究，為貴妃椅靠背面的優化設計和貴妃椅舒適度評價提供了理論依據。

1、實驗過程

1.1 材料

1.1.1 實驗對象

年齡22a±3a，身高165cm±10cm，體重60kg±10kg的女生八名。要求被試者身體健康，無肌肉骨骼疾病史，試驗前24h未進行劇烈體力活動，無肌肉疲勞現象。

1.1.2 設備

實驗選用Tekscan 公司提供的體壓分布測量系統（BPMS），該系統采用柔性薄膜網格狀觸覺壓力傳感器[3]。選用座面高度為500mm的實驗床模擬貴妃椅，坐墊和靠背硬度分別為89N和35N。

1.2 方法

1.2.1 客觀實驗

在保持貴妃椅靠背高度不變的情況下，靠背傾斜角度分別固定在100°、110°、120°的地方，實驗室要求被試者自然后傾地正靠在貴妃椅上，眼睛平視正前方，雙肩放松，雙腿大致平行平放在放于座面上，雙手重疊放在腹部上。對被試者進行靠背接觸面體壓分布測試。

1.2.2 主觀評價

采用“語義微分法”，通過受試者的主觀狀態和感受來評定坐靠在貴妃椅上的舒適性。評定包括滑脫感、穩定性、頸部、肩部、背部、腰部的局部舒適心和總體舒適性等7項評價內容。選用七級評定標準，1～7分別對應每項主觀評價：非常小、較小、小、一般、大、較大、非常大。

1.2.3 BPMS數據采集

將BPMS測量薄膜置于被試者背部和貴妃椅靠墊之間測量人與靠墊之間的壓力分布，測試過程大概5min，200幀，提取平均接觸壓力、接觸面積、峰值接觸壓力三項內容。

1.2.3 分析方法

傳感數據通過生成圖片（圖1、圖2），直接導入電腦生成excel 數據，這個數據作為基礎數據。利用相關軟件求出體壓指標[4]：接觸面積、平均接觸壓力、峰值接觸壓力、平均壓力分布梯度、峰值壓力分布梯度，同時對被試者的主觀評價結果進行統計分析[5]，求出體壓指標與主觀感受的相關系數，分析其相關趨勢[6-10]。

人體體壓指標隨著靠背傾斜角度的變化而變化。由圖1可以看出，人體背部跟靠背的接觸面積隨靠背的傾斜角度增大而增大，這是因為隨著靠背傾角的增大，人體上身的下沉量隨著仰角的增大而增大，因此，總接觸面積呈現遞增的趨勢。

由圖2和圖3可以看出，當靠背角度從100°變到110°的時候，人體背部跟靠背的接觸壓力和峰值接觸壓力都隨靠背傾斜角度增大而減小，而當靠背角度從110°變到120°的時候，接觸壓力和峰值接觸壓力隨著靠背傾斜角度增大而增大。即靠背角度在110°左右人體背部和靠背之間的接觸壓力和峰值接觸壓力最小。

2.2 主觀評價結果

通過求被試者的主觀評價數據的平均值，將結果列于表2。由表2知，人體主觀舒適度隨貴妃椅靠背的傾斜角度變化而變化。（1）靠背傾角變大，人的滑脫感增大，這可能是因為靠背傾角增大后臀部與座面間的垂直分力減小所致，與之相應的穩定性有所降低。（2）隨著靠背傾斜角度增大，頸部、肩部、背部、腰部的舒適感都呈上升狀態，而且100°到110°比110°到120°上升的多。這可能是因為當靠背傾角增大，人體背部和靠背間的接觸面積增大，使得各部位舒適性相應提升，而110°過后由于滑脫感的增大減小了舒適性增大的程度。（3）人體坐姿的總體舒適性也隨著靠背角度的增大而增強。

2.3 主觀舒適感評價與客觀測試結果之間的相關性

將主觀評價所得的結果與客觀測試的結果進行相關性分析，結果列于表3。由表3可知，人體背部與貴妃椅靠背面的接觸面積和背部舒適感呈顯著的正向相關性，即靠背面上的接觸面積越大，背部舒適性越大，這主要是由于隨著靠背面傾斜角度的增大，靠背面垂直方向受力增大，減小了人體自身所受的重力，而背部又在靠背重心，所以背部舒適性增大。腰部舒適感和峰值接觸壓力呈顯著的負向相關性。即峰值接觸壓力越大，人體腰部舒適性越低。

腰部作為人體和靠背間“兩個支撐點”其中之一，當靠背面所承受的峰值壓力增大，腰部分擔的壓力相應增大，其舒適性降低。

3、結論

貴妃椅靠背傾角變大的時候，人體各部位的舒適性都會相應增大，但是因為人們坐在貴妃椅上的時候雙腳不能接觸地面，過大的傾角容易給人不穩定的感覺，當靠背傾角超過110°的時候，人體的坐姿穩定性開始降低，滑脫感增大，當靠背傾角在110°左右的時候人體舒適性最好。背部舒適性和接觸面積密切相關，可以通過增大接觸面積來提高背部舒適性；腰部舒適性和峰值接觸壓力密切相關，可以通過降低峰值接觸壓力的方式來提高腰部舒適性。

參考文獻：

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