作业环境的人体因素

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2·肢体的活动范围 人的肢体围绕关节转动而划出的范围(图3-3)，也就是肢 体活动所占用的空间范围，一般只考虑比较常见的情况。 人在工作中有各种姿态，他们的动作空间不同。人在工 作台、机器前操作时最经常使用的是上肢，此时的动作在某 一限定范围内均呈弧形，而形成包括左右水平面和上下垂直 面动作范围一定的领域，叫做人的作业域。 作业空间：由作业域扩展到人-机系统的全体所需的最 小空间。一般来说，作业域是包括在作业空间中的。作业域 是二维的，作业空间是三维的(图 3-5)。 人们工作时，由于姿态不同其作业域也不同。把人们经 常采取的姿态归纳起来基本上是四种:站、坐、跪和躺。从 下面的图中可以看出常见的各种姿态的作业域。(图3-6)
在室内空间中，那些与人们具体的活动有关的空间位置 我们称之为行为或作业环境，如学习环境、会客环境等.
3·1 人体活动与动作空间 人们在实际的工作,生活中,在一定的空间范围内处于一种
运动的状态，人的动作空间主要分为两类: 一类是人体处于静态时的肢体的动作空间，就是肢体的
活动范围。人们的肢体围绕着躯体做各种动作;这些由肢体的 活动所划出的限定范围即是肢体的活动范围。它是由肢体活 动的角度及肢体的长度相关组成的。肢体的活动范围实际上 它也就是人在某种姿态下肢体所能触及的空间范围。因为这 一概念也常常被用来解决人们在工作各种作业环境中的工作 位置的空间问题。所以称为"作业域"。
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3·3 人体作业效率
根据人的体能特点，最大效率地发挥人的肌体能力，减
少体能的消耗，是作业环境设计的一个重要问题。
3·3·1肌肉的施力
从能量的角度分析，肌肉收缩时产生的能量的总量包括机
械能和热能两部分。机械能可转换为有用的功，而热能对作
业无用。所谓肌肉收缩的机械效率，是指肌力做功与肌肉收
缩产能总量之比。人体肌肉作业的效率通常只有20%~25%，
人体活动空间大于作业域，对工业生产，军事设施中的 人的作业空间确定很有用，因此也叫作业空间．人体的活动 大体上可分为：手足活动，姿态的变换，人体移动，与活动 相关的物体．
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2·基本姿态 人体的活动时有不同的姿态，归纳的基本姿态有四种: 立位、坐位、跪位和卧位。当人采取某种姿态时即占用一定
的空间，通过对基本姿态的研究，我们可以了解人在一定的
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3·2·4避免静态肌肉施力 无论是设计机器设备、仪器、工具还是进行作业设计和
工作空间设计，都应遵循避免静态肌肉施力这一人体工程学
的基本设计原则。例如，应避免使操作者在控制机器时长时
间地抓握物体。当静态施力无法避免时，肌肉施力的大小应 低于该肌肉最大肌力的15%。在动态作业中，如果作业动作 是简单的重复性动作，则肌肉施力的大小也不得超过该肌肉 最大肌力的30%。 避免静态肌肉施力的几个设计要点: l·避免弯腰或其他不自然的身体姿势; 2·避免长时间地抬手作业。抬手过高不仅引起疲劳，而且降 低操作精度和影响人的技能的发挥。
拉手:在垂直作业域中，人要取东西，伸手就能拿到是最 方便的。人要想伸手而毫不费力地抓到的东西之一就是拉手， 拉手位置与身高有关，开门的人老少皆有。身高相差悬殊， 往往找不到惟一适合的位置。欧洲有的门上装两个拉手以供 成人和儿童使用。
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3.1.2 人体活动与活动空间 １．人体的活动空间
生活中人们总是在变换着姿态，并且变换本身也随着活 动的需而移动位置，这种姿态的变换和变换移动所占用的空 间既构成了人体活动空间．
6·常用工具，如钳子、手柄、工具和其他零部件、材料 等，都应按其使用的频率或操作频率安放在人的附近。
7·当手不得不在较高位置作业时，应使用支承物来托住 肘关节、前臂或者手。支承物的表面应为毛布或其他较柔软 而且不发凉的材料，支撑物应可调，以适合不同体格的人。 脚的支撑物不仅应托住脚的重量，而且应允许脚做适当的移 动。
A空间是人体活动空间，是由人体活动的生理因素决 定的，也称生理空间。它包括(1)人体空间;(2)家具空 间;(3)人和物之活动空间。
B空间是空余的空间，是由人的心理因素决定的，也 称心理空间。
A空间与B空间之和即为完整的室内空间。
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3·2 肢体的运动与肌肉施力 人体的一切活动都是通过人体的运动系统实现的。运动 系统由三个主要部分组成:骨骼、关节和肌肉，运动系统的 运动作用实际是肌肉收缩牵动骨骼绕关节的转动，所以人体 活动能力决定于肌肉。肌肉的机能是收缩和产生肌力，肌力 可以作用于骨，通过人体结构再作用于其他物体上，称为肌 肉施力。
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3·2·2 静态肌肉施力 肌肉施力有两种方式:(1)动态肌肉施力:(2)静态肌肉施力 (图3-30)。血液输送动态和静态施力的基本区别之一在于 它们对血液流动的影响。
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3·2·3 静态施力举例 人站立时，从腿部、臀部、腰部到颈部，有许多块肌肉 长时地静态施力。无论人的身体姿势怎样，都存在部分肌肉 静态受力，只是程度不同而已。人坐下时，解除了腿部静态 受力，躺下时，几乎可以解除所有的肌肉静态受力状况，所 以躺下是最佳的休息姿势。还必须说明，并不是每项工作都 可明确地划分静态施力与动态施力之间的界线的，通常某项 作业既有静态施力又有动态施力。由于静态施力的作业方式 比较“费力”，因此当两种作业方式同时存在时，首先要处 理好静态作业。 静态施力的划分可以参照下列标准: (1)持续10秒以上，肌肉施大力; (2)持续lmin以上，肌肉中等施力; (3)持续4min以上，肌肉施小力(约为个人最大肌力的1/8)。
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几乎所有的工业和职业劳动都包括不同程度的静态施力， 例如:
(1)工作时，向前弯腰或者向两侧; (2)用手臂夹持物体; (3)工作时，手臂水平抬起; (4)一只脚支撑体重，另一只脚控制机器; (5)长时间站立在一个位置上。
病症静态肌肉施力一方面加速肌肉疲劳过程，引起难忍 的酸痛。另一方面，长期受静态施力的影响，就会发生永久 性疼痛的病症，不仅肌肉酸痛，而且扩散到关节、腿和其他 组织，因而损伤关节、软骨和腿。静态负荷太大，可引起下 列病症:(1)关节部位炎症; (2)健膜炎; (3)健端炎症; (4)关节慢 性病变;(5)椎间盘病症。
姿态的手足活动时占用的空间的大小。每个姿态对应一个尺 寸群(图3-17)。
3·姿态变换 姿态的变换集中于正立姿势与其他的可能姿态之间的变
换，姿态的变换所占用的空间并不一定等于变换前的姿态和
变换后的姿态占用空间的重叠，因为人体在进行姿态的改变 时，由于力的平衡司题，会有其他的肢体伴随运动。(图319)。
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图3-23
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3·1·3 影晌活动空间的因素 人的工作空间可以有许多不同的身体位置。在此只能考 虑比较常见的工作位置。活动空间受到下列因素的影响: 1·动作的方式:是静止的还是动态，是持续的还是间隔的; 2·在各种姿态下工作的时间:由于持续时间的不同，可能带来 体力的变化会使人在动作姿态上产生变化; 3.工作的过程和用具:额外的附加设备会占用空间;
作业环境的人体因素
(一）基 本 要求：人体活动与空间、肢体的施力及人的作业 效率等问题，并能合理运用常用的人体尺寸及人体活动的相 关尺寸从事空间设计、家具设计。 (二）重点与难点： 重点：人体活动与空间，肢体的施力, 人体作业效率 难点：肢体的运动与肌肉施力
(三）教学内容： 3·1 人体活动与动作空间 3·2 肢体的运动与肌肉施力 3·3。 人体作业效率 3.4 提起重物 3·5 重心问题
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图3-3
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图生活中，无论是在厨房还是在办公室，总
是站或坐，手脚在一定的空间范围内做各种活动，而形成包 括左右水平面和上下垂直面的动作区域(图3-8)。手脚的作业 区若设计得不合理，不仅会引起躯体的弯曲扭动，还会降低 人的操作精度。
(1)水平作业域 水平作业域是人于台面前，在台面上左右运动手臂而形成
4·服装:服装会随时间、地点、季节等很多因素变化，而服装
的余量会有很大的不同; 5·民族习惯:如日本、朝鲜和阿拉伯民族都是席地而居，无论 是空间的尺度和形态与我们的一般情况都不同。 6·须保持一定的活动行程; 7·并非任何地方都是能触及目标的最佳位置。
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3.1.4 人体活动空间与室内空间的关系
1·室内设计一般由于建筑的空间高度是固定的，所以在 考虑人体活动空间时更多的考虑平面的空间尺寸。 2·设计机械只考虑人体的尺寸和活动空间就可以了。而 建筑与室内设计所考虑的不仅是这些。
的轨迹范围，手尽量外伸所形成的区域为最大作业域。而手 臂自然放松运动所形成的区域为通常作业域(图3-9)。如写字 板、键盘等手活动频繁的活动区应安排在此区域内。从属于 这些活动的器物则应安排在最大作业域内。由图可以看出， 以通常的手臂活动范围，桌子的宽度有40cm就够了，由于需 各种用具，所以实际的桌子要大得多。但水平作业域对于确 定台面上的各种设备和物品的摆放位置还是很有用的。如收 款台、计算机工作台、绘图桌等。
它与作业的方式、人的性别、训练等因素有关系。
一般法则对于任何形式的人体活动，只要用力较大，则人体
活动的方式应尽量与肌肉产生尽可能大的肌力所需要的活动
方式相一致，即哪种方式产生的肌力最大，就以哪种方式进
3·2·1肌肉 肌肉占人体总重量的40%左右，分布于人体的各个部位， 肌肉由肌纤维组成，每块的肌肉的两端形成肌健，肌健的强 度极高，牢牢地附着在骨骼上。肌肉收缩的能力与长度有关， 肌肉越长，收缩肌做功能力越强。人的肌力大小取决于肌肉 的横截面积的大小。 肌肉在收缩的过程中，消耗肌肉中的化学能而产生机械 能，即肌肉的收缩是通过将化学能转换为机械能来实现的。
4·人体移动 人体移动占用的空间不应仅仅考虑人体本身占用的空间，
还应考虑连续运动过程中由于运动所必须的肢体摆动或身体 回旋余地所需的空间。
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5·人与物的关系 很多的情况下人与一定的物体发生联系，这些 物体大致可分三类: 1. 用具; 2. 家具:贮藏家具; 3. 建 筑构件:门、阶梯等; 人与物体相互作用产生的空间范围可能大于或 小于人与物各自空间之和。所以人与物占用的空间 的大小要视其活动方式及相互的影响方式决定。 例如，人在使用家具和设备时，由于家具或设 备在使用过程中的操作,移动都会产生额外的空间需 求，见图3-23. 另外有些生活产品必须以一定的空间位置来使 用，如视听音响设备等，见图3-2７。这些因素都会 产生除了人体与家具设备之外的空间要求。