高鐵座椅設(shè)計

仇志龍 滿蓉 王璽

摘 要：高速鐵路客車作為一種便捷高效的出行方式，成為了大眾出行的優(yōu)先選擇，其乘坐舒適性也得到人們越來越高的關(guān)注。在一段旅程中，客車上座椅設(shè)計的好壞極大的影響著人們的乘坐舒適度，進(jìn)而影響人們在乘坐客車時的心情與休息的質(zhì)量。本文就高鐵座椅設(shè)計進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：高鐵座椅；設(shè)計；頭枕；靠背

引言

二十一世紀(jì)，中國人民開始步入高鐵時代。隨著我國社會的不斷發(fā)展，人們不單單滿足于高鐵給我們帶來的速度和節(jié)省的時間，對于列車座椅的舒適程度也提出了新的要求。

一、高速鐵路列車座椅的基本人體尺寸分析

高速鐵路列車座椅具有使用人員多，公共性高這些特性，考慮到這些特性，在設(shè)計中應(yīng)當(dāng)充分考慮到大多數(shù)人的人體尺寸，座椅的尺寸選擇應(yīng)當(dāng)具有最大的通用性。目前我國的高速鐵路（CHR）座椅設(shè)計參數(shù)主要依據(jù)表1而來。

椅面高度應(yīng)以小腿加足高的第五百分位數(shù)值進(jìn)行設(shè)計。對于高速鐵路列車座椅，要滿足乘客休息的需求，腿能向前伸展，以放松肌肉，座高為在380～450之間比較適合我國大部分人的人體尺寸，表1中420/410的座高符合設(shè)計要求。座寬的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)通常以女性群體尺寸的上限（即女性臀寬第95百分位數(shù)值346）為設(shè)計依據(jù)，以滿足大多數(shù)人的需要。在空間允許的情況下，以寬為好，上表中座寬為430/435，符合基本的設(shè)計要求。座位深度以略小于坐姿時大腿水平長度為宜，國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3326規(guī)定椅子座深為340～440mm，高速鐵路列車座椅深度應(yīng)能適應(yīng)身材較小者，座位的深度應(yīng)以座椅深度的第5百分位數(shù)值進(jìn)行計算.對比人體數(shù)據(jù)，二等車座椅深度在此范圍內(nèi)，一等座略超出。扶手的高度以手肘得到支撐并不造成聳肩為好，宜取略低于人體坐姿肘高的數(shù)值。現(xiàn)有的座椅設(shè)計扶手高度略低，仍屬舒適范圍。

通過上述分析，現(xiàn)有高速鐵路列車座椅的尺寸基本符合人機(jī)工程學(xué)設(shè)計參數(shù)要求，但是座椅僅僅滿足基本的尺寸要求是不夠的，這并不能保證座椅的舒適。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，大量乘客在長時間乘坐高速鐵路列車時，仍會明顯感到腰部和頸部肌肉酸痛等不適。其主要原因在于一些更為細(xì)小的參數(shù)等不符合中國人的人體生理曲度，在保證脊柱正常曲度和實現(xiàn)頭部有效支撐方面未能充分發(fā)揮作用。

二、現(xiàn)有高速鐵路列車座椅設(shè)計的問題分析與措施

乘坐高度列車時，人們通常處于坐姿狀態(tài)，脊椎是支撐人體的主要結(jié)構(gòu)，其中腰椎、骶骨和椎間盤及軟組織支撐人體上半身大部分的負(fù)荷，同時還承受彎腰扭動等動作負(fù)荷。人體在保持坐姿時脊椎側(cè)面有頸、胸、腰、骶四個生理彎曲，這種生理彎曲使得椎間盤之間具有最佳的壓力分布以及最佳的椎骨間肌肉靜態(tài)負(fù)荷水平。當(dāng)座椅的設(shè)計不符合這種自然彎曲時，就會引起腰部各部壓力變化，使人感到肌肉酸痛。因此，高速鐵路列車的座椅設(shè)計中應(yīng)當(dāng)充分考慮人體脊椎的生理特點(diǎn)，椅背曲線的設(shè)計要符合人體脊椎生理曲線，使得乘客乘坐座椅時腰背部的肌肉得到充分的放松。現(xiàn)有的高速鐵路列車座椅在乘坐時主要不舒適的部位集中于腰部和頸部，高速鐵路列車座椅采用高靠背，靠背的曲線較為平直，未能貼合人體脊椎的自然彎曲，無法起到支撐的作用。長時間乘坐腰部和頸部感到明顯不適。

（1）頭枕略高導(dǎo)致頸部壓迫、不可調(diào)。現(xiàn)有的高速鐵路列車座椅設(shè)計存在的問題有二：一，現(xiàn)有座椅椅背高度略高，許多身高較矮的乘客乘坐時，座椅的上緣正好頂在枕骨突出處導(dǎo)致頭部前傾，頸部受壓，頸部肌肉難以放松。二，座椅的靠背傾角可調(diào)節(jié)，但靠背不能貼合頸部的位置，給予頸部支撐，降低了座椅的舒適性。

（2）頭枕設(shè)計的人機(jī)分析。頭枕的設(shè)計應(yīng)當(dāng)充分考慮人體的尺寸和乘客乘坐高鐵時的舒適性，保證乘客得到更好的休息。頭枕的高度應(yīng)在頸椎之上枕骨下部，使人體在后傾的休息坐姿頸部得到支撐和保護(hù)，提高舒適性。這部分尺寸應(yīng)當(dāng)參考成年人人體坐姿頸椎點(diǎn)高女性第五百分位到男性第九十五百分位即579～701。頭枕的寬度應(yīng)當(dāng)為成年人人體頭最大寬加上人體活動的余量。人體頸椎的活動范圍是：頸椎的前屈、后伸（俗稱低頭、仰頭）分別為45°，左、右側(cè)屈各為45°。所以頭枕的設(shè)計不僅能夠給予頸椎支持，而且要保證頸椎活動不受限制。這部分?jǐn)?shù)據(jù)要大于中國成年人人體頭最大寬男性第九十五百分位即164，多數(shù)沒有獨(dú)立頭枕都與椅背同寬。頭枕的形狀多采用貼合頸部曲線的弧面，形狀多為長條狀，在頭枕的兩側(cè)做出凸起，使乘客倚靠在一側(cè)睡覺時頭部可以有依托。

（3）較好的頭枕設(shè)計方案分析。德國的ICE列車，有較好的頭枕設(shè)計。根據(jù)人機(jī)工程學(xué)設(shè)計V形頭枕，更貼合頸椎曲線，頭枕獨(dú)立可調(diào)節(jié)，不僅能滿足不同身高乘客的需求，還能隨著姿勢的變化調(diào)節(jié)，大大的增加了座椅的通用性和舒適性。

（4）腰靠設(shè)計中存在的問題分析及解決方案。①現(xiàn)有腰靠曲線設(shè)計不符合脊椎生理彎曲，我國現(xiàn)有的高速鐵路列車座椅與法國ICE列車，我國現(xiàn)有列車座椅的靠背中下部側(cè)面曲線較為平直，頭枕和腰靠均不明顯。ICE列車座椅則有比較明顯的弧線設(shè)計，貼合人體脊柱的自然弧度，保證乘坐姿勢近似于正常的腰椎弧線，給腰背部提供依托使得腰部肌肉放松，從而減緩疲勞的發(fā)生；②腰靠設(shè)計的人機(jī)分析。人體的脊椎由立姿改變?yōu)樽撕螅棺档那€發(fā)生了變化，脊椎的變形主要集中在腰椎處，腰椎由立姿時的前凸變?yōu)樽藭r的后凸，腰椎的后凸直接導(dǎo)致腰間盤承受的壓力增大。乘客乘車長時間保持坐姿，腰椎承擔(dān)了上身大部分壓力，應(yīng)當(dāng)在此位置給予腰靠支撐。沒有腰靠將只靠肌肉來維持腰曲弧形，勢必引起腰部肌肉疲勞和損傷，當(dāng)人長時間保持一個坐姿不動而出現(xiàn)肌肉緊張時，稍稍轉(zhuǎn)動身體位置可以促進(jìn)生物電的活動，使肌肉放松而重新獲得休息。考慮到長途旅行乘客經(jīng)常更換動作來調(diào)節(jié)身體各部位的壓力以及個體之間的人體尺寸差異，腰靠的位置也應(yīng)當(dāng)可調(diào)節(jié)，以適應(yīng)乘客不同姿勢和個體的需要；③腰靠設(shè)計的解決方案。貼合脊椎生理彎曲的曲線，是腰靠設(shè)計的基本原則，但是在中國南北方和民族間人體的高度、體型間差異較大，要滿足不同人乘坐需求的腰靠最優(yōu)是調(diào)節(jié)弧度的腰靠。考慮的曲線和高度的可調(diào)節(jié)，汽車駕駛座椅采用的氣囊式腰靠可以完全滿足要求，但是高速列車作為一種大眾運(yùn)輸，接待乘客量大，必須具有很強(qiáng)的耐用性，氣墊式腰靠不具有很強(qiáng)的耐用性，所以新型的座椅設(shè)計應(yīng)當(dāng)采用簡單并且耐用的機(jī)構(gòu)。

三、結(jié)束語

我國現(xiàn)有高速鐵路列車座椅大多是借鑒國外案例設(shè)計完成，一些細(xì)節(jié)設(shè)計還未能完全符合中國人自己的身體特點(diǎn)，文中所提到的靠枕和腰靠設(shè)計只是其中較為突出的問題。要全面解決座椅的舒適性，取得中國人客觀詳實的人體數(shù)據(jù)樣本才是最為基礎(chǔ)和關(guān)鍵的，在此基礎(chǔ)上，通過科學(xué)的設(shè)計增加可調(diào)節(jié)頭枕、腰靠，滿足人體自然姿勢的需求，才能有效提高座椅的舒適性，改善現(xiàn)在乘客乘坐高速鐵路列車腰酸頸痛的現(xiàn)狀。

參考文獻(xiàn)：

[1]王鴿. 高速列車座椅靠背的曲面優(yōu)化設(shè)計研究[D].東華大學(xué)，2017.

[2]汪麗娜. 基于SPD的高鐵椅面舒適度研究[D].東華大學(xué)，2017.

[3]吳聞宇. 高速列車座椅特征提取與全局舒適度研究[D].東南大學(xué)，2015.

[4]李超軍，崔正亮，熊旺，湯印，唐勇.多功能高鐵座椅防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計[J].硅谷，2013，5（01）：67-68+36.