公務機乘客視覺操縱與微環境舒適性工效設計研究

何奕德，孫有朝，劉永兵，郭媛媛，劉宇婕，郭菲

(1.南京航空航天大學 民航學院，南京 211106；2.航空工業成都飛機工業(集團)有限責任公司 試飛站，成都 610092；3.航空工業成都飛機工業(集團)有限責任公司 技術中心，成都 610092)

1 引言

在行政事務和商務活動中用作交通工具的飛機被稱為公務機。與民用飛機不同的是，公務機具有省時、高效、安全、隱私性強、彰顯尊貴等特點。公務機客艙設計更需要充分考慮公務需求，在保證公務機客艙安全的前提下，舒適的視覺、操縱(可達性措施)、微環境有助于提升乘客的飛行體驗和機組的工作效率。

公務機乘客舒適性可被定義為乘客在客艙環境中效率高、感到滿意的狀態。這種狀態由多種影響因素組成的動態平衡，這些因素包括空間尺寸、熱環境、座椅結構、對光的敏感程度，對失重狀態的承受程度等。

關于公務機客艙環境工效設計，較多學者在總體布置、顯示裝置、控制器件、視覺舒適等方面進行了大量研究。郭菲等建立了公務機客艙空間尺寸的人機工效設計準則[1]；馬智[2]提出了一種快速的飛機駕駛艙人機工效(視覺、操縱)綜合設計方法；王洪瑤[3]針對飛機駕駛艙人機界面做人因工程學的分析。潘玲玲等[4]研究了視覺舒適性對光照環境的關系；衛旭駿等[5]基于眼動分析研究了不同光環境對司機專注度的影響；陸星羽等[6]分析了民機客艙環境下照明燈照射角度、光源物理量對于不同行為的光環境舒適度；陸瀚等[7]建立了公務機客艙座椅舒適性、坐姿可達性綜合評價模型；林家泉等[8]研究了飛機客艙內人體熱舒適性，建立了具有溫度調節能力的簡化人體模型；許松林等[9]分析了影響民用支線飛機客艙空間舒適性的主要因素；孔云志[10]從生物力學角度評價了飛機駕駛艙坐姿舒適性；王黎靜等[11]分析了飛機電子化駕駛艙中的部分控制器的可達性。

基于我國公務機市場需求和研制定位，盡管公務機座位設置<19座，但其起飛重量>8620kg，適用于歐洲、美國和我國適航規章25部中原則性和定性的人機工效學相關要求[12-14]。本文在充分遵守相關適航條款指令的基礎上，進一步從設計和符合性方法角度，結合當前主流典型民用飛機和公務機的客艙內飾等關于視覺、可達性、舒適性工效的相關成果，給出提高公務機乘客舒適度的視覺(光環境、大小、色彩、材質、造型)、操縱(站立、坐姿、控制面板)和微環境(通風、增壓)方面的工效設計，為公務機客艙工效設計提供技術支持。

2 客艙工效制定過程分析依據

歐洲航空安全局、美國聯邦航空管理局、中國民航局在25部適航規章中分別提出了相關的功能要求。

2.1 應急照明相關規章差異分析

CS/FAR/CCAR 25.812[12-14]對獨立于主照明系統的應急照明系統作出規定，包括應急出口標示和位置標示、客艙一般照明光源、機內應急出口區域的光源、地板附近應急撤離通道標記、機外應急照明等。

在現行標準下，主過道、橫向走道、客艙走道和應急出口的應急照明能夠滿足應急撤離需求，但是未考慮熱煙氣飄浮充滿客艙、遮蔽燈光、影響乘客安全的情況。

當客艙走道1.2米以上的光源完全被遮蔽時，應急撤離標記應使乘客在黑夜下能夠目視識別客艙走道的應急撤離通道、僅參照標記便能迅速識別應急撤離通道出口。

2.2 可達性措施相關規章差異分析

CS/FAR/CCAR 25.611[12-14]對可達性措施提出了4項要求：(1)進行必需的元件/系統檢查、更換、調整和潤滑，保證持續適航；(2)檢查方法對于檢查間隔切實可行；(3)如果無損檢查有效并在維護手冊中有檢查程序，則對無法目視檢查的結構元件進行無損檢查；(4)電氣線路互聯系統應位置相近，方便進行持續適航所需的檢查更換。

2.3 通風與增壓相關規章差異分析

CS/FAR/CCAR 25.831對通風系統舒適性提出了要求：

為保證飛機具有對人體無害的艙內環境條件(溫度和濕度)，旅客能夠呼吸到足夠的新鮮空氣，而不會受到一氧化碳和二氧化碳等氣體的污染，在駕駛艙發生煙霧的情況下，防止飛行員窒息或失去判斷艙外情況的能力而制定本條款。通風系統應該能提供足量的未污染空氣，通常情況下至少向每乘員提供250g/min新鮮空氣；一氧化碳在空氣中濃度不超過1/20000；二氧化碳濃度不超過0.5%體積含量(海平面當量)[12-14]。

CS/FAR/CCAR 25.841對增壓客艙舒適性提出了要求：

為確保在最大審定高度發生導致減壓的故障后，機組會保持警惕并使飛機安全飛行和著陸，保護艙內旅客不受缺氧影響。即使一些旅客沒有得到補氧，仍然不會受到永久生理(大腦)傷害而制定本條款。

正常運行條件下，在最大使用高度上保持客艙壓力高度不能超過2438米；超過18 m(60SLft)的變化，變化速率應該限制在152SLm/min(500SLft/min)減壓(增加高度)，91SLm/min(300SLft/min)增壓(降低高度)[12-14]。

3 舒適性工效設計方法

基于上述適航規章要求，在綜合考慮其他軍標、國標的基礎上，形成公務機客艙顯示器、舷窗、照明、站姿/坐姿/控制面板、微環境舒適性等設計效果。

3.1 視覺舒適性工效設計

公務機視覺設計應相互協調，使客艙整體風格統一，并可以根據客戶需求進行定制。例如醫療急救適宜用白色，因為白色在視覺心理上的暗示是沉靜，有利于病人的休養；休閑娛樂區域一般不宜以顯亮的顏色為主，一般應以中性色為主，給人以和諧、溫情的感覺。商務、會議用途一般以奢華、簡單大方為基調，應以冷色調，簡單線條為主，并用少量明亮暖色加以調和。綜合乘客一般視覺特性，建立公務機乘客視覺設計時需考慮的要素如表1所示。

表1 公務艙視覺設計要素

3.2 操縱舒適性工效設計

考慮MIL-STD-1472G和GJB/Z 131-2002[15-16]，對站姿、坐姿、工作臺面、設施設備形成可達性措施要求：

(1)站姿、坐姿

側面工作區應當≥76 cm寬，40 cm深；桌面和寫字板應當離地面74～79 cm；在工作面下提供膝和腳的空間，尺寸≥64 cm高，51 cm寬，46 cm深。如果有固定的或可操縱的擱腳板，相應增加高度；對于在頂端需要水平視野的操縱臺，關鍵的可視報警顯示器應安裝在座面上方≥57 cm處。

應為身體部分提供足夠的支撐框架。桌椅的空間尺寸，需既滿足乘客的正常通行，又保證桌面處于乘客的可達范圍。座椅應不降低使用者在警覺、認知、強度或靈巧方面的能力，不造成損傷或疼痛。各類裝置安裝高度如表2所示。

表2 裝置安裝高度

(2)工作臺面

如安裝操縱桿等控制器，工作臺面應高于地面1020～1070 mm；如不安裝，應高于地面915±15 mm。水平工作臺面和控制儀表板組裝時，應保證有足夠工作空間(最小深度250 mm)，并可以接觸控制儀表板(最大深度400 mm)，如圖1所示，其中，C、J：身體通過深度；D：站立用空間；E：容足空間；F：天花板高度；G、H：上肢可及最大深度；I：行走空間寬度。

圖1 站姿工作空間尺寸

(3)設備設施

1)與顯示器最佳距離為635 mm；短期觀察顯示器的距離應≥400 mm。

2)控制器經常使用的，安裝在離正常位置半徑≤400 mm內；偶爾使用的，安裝在凹槽內，離正常位置半徑≤500 mm內，減少擾動及防止誤操作；不常使用的，安裝在側面，離正常位置半徑≤700 mm內，防止意外觸動；操作者應在任何角度均能觀察到控制器，以便檢查其狀態。

3)盥洗室應裝有嵌入式掛衣鉤，高度應在乘客處于站姿位置時手臂可達到范圍內，一般為1600～1800 mm；盥洗室門打開時，不應阻擋乘客在過道中通行；梳妝臺面高度按照男子立位肘高，設為820 mm～920 mm，盡可能選取中間范圍；梳妝臺臺面寬度在400～500 mm，向內深度為300～400 mm；馬桶座蓋表面離地面高度為430～480 mm；盥洗室扶手的有效長度一般為200 mm，扶手內緣距板面40～50 mm。

4)廚房廢物箱安裝最小尺寸應能使直徑110 mm，長305 mm的香檳瓶自由通過導向板進入廢物箱；廚房框架結構應該由部件和各裝配件構成，并能通過飛機登機門。

3.3 微環境舒適性工效設計

考慮MIL-STD-1472G和GJB/Z 131-2002[15-17]，對溫濕度、空氣質量、振動/噪聲、壓力、心理形成了舒適性要求：

(1)溫濕度

客艙溫度以16-18℃為宜。不同工作狀態、場所的舒適溫度如表3所示。

表3 舒適溫度(℃)標準

氣濕以空氣的相對濕度表示，以45%-60%為宜。相對濕度<30%時人感到口干，>80%時人皮膚感到不適。哮喘病人對于濕度的感覺比常人靈敏，他們在相對濕度<30%或>60%時有強烈的不適。夏/冬季舒適氣流及溫濕度如表4所示。

表4 夏/冬季舒適氣流及溫濕度

(2)空氣質量

空氣質量最直接的評價標準是氧含量和有害氣體濃度。成年人在安靜條件下，每分鐘由外界攝入的氧量約為0.25L(STPD)，同時排出的二氧化碳量約為0.201L(STPD)。供氣進入客艙前加裝臭氧變換器可使其轉化為O2。為防止有害氣體濃度持續升高，應有新風不斷送入客艙。正常情況下，每人每小時需要0.7～0.9 kg，或3 m3左右的新風。

(3)振動/噪聲

健康、合適、舒適、知覺的振動范圍為0.5-80 Hz；在客艙空間中距聲源1.5 m范圍外，若需保持通話或者交流的聲音強度應≤75 dB；在操作空間范圍內，距聲源1.5 m范圍外，若需保持通話或者交流的聲音強度應≤65 dB；在較小空間內，若需保持通話或者交流的聲音強度應≤45 dB；在需要安靜的環境中，聲音強度應≤35 dB。

(4)壓力

客艙壓力過低將直接導致氧氣濃度低，引發缺氧；同時由于人體含有氣體的空腔，體內的氣體壓強和外界壓強不平衡，引起身體不適，例如高空胃脹氣，耳膜受壓。人體的無癥狀客艙高度為0到1.5 km。從3 km開始，血氧濃度約90%屬于不明顯缺氧，呼吸系統和循環系統已開始出現代償反應。飛行客艙高度不能過小，應保持一定的余壓值。壓力降低速度應≤21.3～42.7Pa/s；壓力增加速度應≤18～21.3 Pa/s。

(5)座椅空間

當陌生人間的距離<450 mm時，人的私密性就會受到挑戰，舒適性降低。確定座椅空間尺寸時應考慮人的心理可接受距離。

4 討論

以某型公務機為對象，針對某型公務機客艙進行人機工效評估，分析客艙顯示器、舷窗、盥洗室/廚房/客艙/衣帽間/行李艙照明、應急照明、廚房容足空間、儲物箱高度、工作臺面距壁板距離、對座座椅靠背距離、沙發長度、壁板厚度、座椅旁控制按鈕間距。

盥洗室具備頂部照明、采用自然光優化照明，廚房具備頂部照明和光帶照明，客艙光帶照明布置合理，衣帽間、行李艙具備專用照明燈，應急出口具備標記、位置標示和區域照明。根據公務機客艙視覺、操縱、微環境舒適性工效要求，形成4項工效評估建議，包括：

(1)客艙顯示器處于客艙座椅旁的壁板上，在視界范圍內。但高度過矮，當對座座椅上坐滿乘客時，影響顯示器可視性；舷窗高度可適當調高，以便乘客使用舷窗觀察外部。

(2)單個頂燈易形成光柱和局部暗區，應增加多個頂燈進行重點照明；應在乘客座位上方偏前位置安裝閱讀燈，避免人體遮擋產生的陰影，或位于其他乘客視野而產生眩光；衣帽間和行李艙專用照明燈產生的熱量應不損壞儲藏的物品和衣物；應在過道兩側均勻設置走道燈，指示乘客快速撤離。

(3)應適當增大博古架工作面與后方障礙物的距離、增加廚房吊柜高度、縮短對座座椅距離、增加壁板厚度、增大沙發長度；同時調整廚房工作臺深度，方便機組操縱。

(4)座椅旁控制按鈕距座面距離符合設計準則中的要求；座椅旁控制器處于5%女性及95%男性的可達性范圍內，但不在自然伸展區，處于需活動上肢才可到達的區域，可適當進行微調，增加操縱舒適性。

針對案例中的4項評估結果，結合公務機客艙乘客舒適性需求，基于本文建立的公務機乘客視覺、操縱、微環境舒適性的設計準則，建議參照如下工效優化：

(1)應在滿足強度、結構等的條件下調整舷窗高度，滿足乘客觀賞風景的需求；選擇小尺寸顯示器，避免顯示器下方乘客有不適感或者存在顯示器被遮擋等情況，滿足乘客視覺舒適性要求；

(2)綜合考慮照度、對比度等因素，應增加盥洗、梳妝臺等功能區重點照明，避免造成視覺不適和功能不便。

(3)在整體符合設計范圍內，應適當增大容足空間，提高站姿、坐姿、控制面板操縱舒適性。

(4)嚴格參照溫濕度、空氣質量、振動/噪聲、壓力、座椅空間的舒適性要求，保證公務機客艙微環境舒適性。

5 總結

本文提出的公務機客艙人眼視野、色彩搭配、照明亮度、材質選擇、錯視空間、站姿/坐姿/控制面板、控制按鈕、微環境等舒適性相關要求，可為公務機客艙人機工效設計提供技術支持。針對客艙顯示器位置、舷窗高度、盥洗室采光、廚房光帶設計、客艙個性化照明、衣帽間行李艙功能性照明、應急出口導向照明、站立、坐姿、控制面板、控制按鈕，提出了具體的工效設計評估建議，有效保證了公務機客艙視覺效果、操縱便捷、乘坐舒適和市場競爭力。