高校实验室的安全人机分析与设计(计算书)

吉林化工学院

毕业设计(计算书)

中文题目：高校实验室的安全人机分析与设计

外文题目：Analysis and design of human computer in the laboratory of University

性质: □√毕业设计□毕业论文

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摘要

本文是应用安全人机工程学方法对某实验室的内部环境进行分析与研究，并在分析的基础上进行合理的人机工程学优化设计。通过观察法和实测法对通风橱的整体和局部方面进行了测量，考虑到坐姿人体模板功能设计要求、中国成年人人体尺寸、工作空间人体尺和人与光环境等相关要求和规定，应用安全人机工程原理的方法，从“人-物-环”三要素进行分析评价。通过对“人-机-环”三要素的分析确定实验室内部环境中的不利因素，查找不足，针对实验室中实验台台面、物料台、储物柜以及操作空间，通风橱一些小的部位，药品柜以及墙面颜色照明等内部环境中存在的不利因素提出有针对性的解决措施，并进行合理设计，完善人机系统的功能。

关键词：实验室；人机工程；内部环境；完善

Abstract

The quality of university laboratory construction and management has a direct impact on the realization of the integration of production, learning and research, but there are many problems in the current situation of university laboratory construction and management. In order to further improve the level of teaching and scientific research, it is necessary to strengthen and improve the construction and management of laboratory. In this paper, analyzes the universities of science and engineering laboratories there may be security risks, mainly from the human factors and physical factors such as human, a good lab environment can not only improve the efficiency, to enable students to successfully test, but also to enable students to fall in love with laboratory, also has a great influence on students' body and mind, and of laboratory safety system construction, in order to avoid the unsafe factors of the occurrence and develop safety, first aid training and measures to strengthen the safety education are discussed, which provides the reference for the further improvement of laboratory safety in Colleges and universities.

Key words: Laboratory; safety hidden trouble; construction; man machine

目录

摘要.............................................................. I Abstract.......................................................... III 第1章绪论.. (1)

1.1 高校实验室存在的主要问题 (2)

1.2 实验室内部设施的现状 (4)

1.2.1实验台现状 (4)

1.2.2通风橱现状 (4)

1.3 实验室内部情感的现状 (5)

1.3.1实验室内的颜色 (5)

1.3.2实验室照明 (6)

1.3.3材料与材质 (6)

第2章设计的标准以及依据 (8)

2.1 中国成年人人体尺寸 (8)

2.1.1主题内容与适用范围 (8)

2.1.2引用标准 (8)

2.1.3使用人体尺寸数据注意事项 (8)

2.1.4人体尺寸数据及部位 (9)

2.2 工作空间人体尺寸 (15)

2.2.1主题内容与适用范围 (15)

2.2.2引用标准 (15)

2.2.3人体尺寸数据 (15)

2.3 在产品设计中应用人体尺寸百分位数的通则 (17)

2.3.1主题内容与适用范围 (17)

2.3.2引用标准 (17)

2.3.3术语 (17)

2.3.4产品尺寸设计分类 (18)

2.3.5人体尺寸百分位数的选择 (18)

第3章实验室内部环境的优化与设计 (20)

3.1 实验台的优化设计 (20)

3.1.1操作台面的设计 (20)

3.1.2实验台操作空间及视野的优化设计 (22)

3.1.3实验台座椅设计 (24)

3.2 通风橱的优化设计 (27)

3.2.1通风橱的柜体优化设计 (27)

3.2.2通风橱视窗的优化设计 (29)

3.2.3通风橱排气通道的设计 (30)

3.3 药品柜的优化设计 (30)

3.3.1药品柜的现状 (30)

3.3.2药品柜的改进 (31)

3.4 内部情感的优化设计 (31)

3.4.1实验室内色彩的设计 (31)

3.4.2实验室内照明的设计 (32)

3.4.3 实验室材料的选择 (32)

结论 (34)

致谢 (35)

参考文献 (36)

第1章绪论

本文是应用安全人机工程学方法对逸夫楼除尘实验室的内部环境进行分析与研究，并在分析的基础上进行合理的人机工程学优化设计。通过观察法和实测法对通风橱的整体和局部方面进行了测量，考虑到坐姿人体模板功能设计要求、中国成年人人体尺寸、工作空间人体尺和人与光环境等相关要求和规定，应用安全人机工程原理的方法，从“人-物-环”三要素进行分析评价。通过对“人-机-环”三要素的分析确定实验室内部环境中的不利因素，查找不足，针对实验室中存在的不利因素提出有针对性的解决措施，并进行合理设计，完善人机系统的功能。

本次设计是在安全人机工程的基础上进行设计的。文章阐述了安全人机工程学的定义、研究内容与对象，以及研究方法与意义。通过安全人机工程学的方法，计划建立一个合理的、更好的在人机之间的的分配功能，使人与机器，有效地发挥作用，最大限度地提供安全和舒适的环境，以保护人们的健康，舒适和愉快的活动，并提高效率。

学校是培养创新人才的摇篮，在科学技术上，学校实验室是教学和科研的基地，是学校的重要组成部分，是学校教学和科研的重要基地，其建设与管理，直接影响到实验教学、科研和学生的培养。因此学校实验室内部环境的设计与改进也要适应时代的发展。

实验室是进行实验的地方，它是科学技术的产出地。实验室的发展过程：从东汉时期炼金、炼丹的人工作场所，到唐代炼丹术士发明了火药的地方，都是很简单的私人小作坊，进行实验的场所就是实验室的原型，所以最早的实验室都是私人实验室的形式。随着社会生产力的提高和技术的变化，科学实验的规模迅速扩大，在第17世纪，科学界的社团组织已经逐渐显现。这标志着实验室随着社会改变步伐进行变革。随着社会的进步和科学技术的发展，人们越来越认识到人才的作用，在科学研究、实验室功能也逐渐向科学研究和人才培养结合转型，逐步形成了一个教学实验室。在第19世纪初，格拉斯哥大学的一位化学教授托马斯建立了第一个化学教学实验室。后来，英国物理学家威廉教授在学校设立第一个教学的物理实验室，同时，各个高校逐步建立了教学实验室，逐步向科学研究、人才培养和产品开发和整合，形成了现代教学实验室。

现在许多大学的实验室都是教师和研究生在日常工作的场所。可以说，实验室是科学的摇篮，是科学研究的基础。高校生产、学习、科研一体化的实现，直接取决于高校实验室建设和管理工作的质量。众所周知，第二十一世纪以来，高等教育作为一种社会文化的高级人才培养场所，应与时俱进，运用新的管理思想和方法，旨在培养社会需求的高级人才。高等教育肩负着培养高素质人才和创新人才的重要使命，提高高等教育的管理水平，是提高高校教学质量的重要保证。这是高等教育自身发展规律的需要，也是办好人民满意的高等教育需要，提高他们的就业能力和创业精神，是建设创新型国家、构建社会主义和谐社会的需要。因此，加强高校实验室建设和管理是十分必要的。

在现代高等教育体制改革和发展的过程中，随着高校管理体制改革的不断深化，高等教育市场化、产业化、经济一体化的趋势日益明显。实验室在高校中的地位和作用越来越重要，实验室具有的职能和作用在发展，人们对实验室中的内涵和本质也在不断深化，对实验室管理的认识不断加深，对实验室管理理念的认识也在变化。

在理工科高等院校实验室中对各种各样的化学物质和易燃易爆的压力容器，放射性和放射性物质等危险品的管理尤其重要。如果有轻微的疏忽，就可能造成巨大的财产损失和人身安全，同时也直接影响到学校的教学、科研工作的开展。因此，对理工科院校的安全管理是非常重要和迫切的。实验室安全问题的核心内容是如何在实验过程中避免人身伤害、设备损坏和环境破坏，从而达到最大限度地保护人、财、物、环境。因此，分析实验室安全事故的成因，总结以往的事故教训，建立安全防范措施，建立应急预案，是十分重要的。1.1高校实验室存在的主要问题

高校实验室是学校开展各种教学的重要组成部分，是学校进行科研实验、技术开发和实验教学的硬件支撑，并且对于培养大学生的创新意识、动手能力和自主解决问题的能力起着十分重要的作用。近年来，随着各高校办学规模的日趋扩大，办学格局的逐步完善，实验室建设的任务尤为重要。实验室的建设，无论是新建、扩建、改造工程，它不仅是购买合理的实验室仪器和设备，而且还考虑了实验室的总体规划，合理布局和平面设计，以及供电，供水，供气，通风，排气，安全设施，环境保护等基础问题和基本条件。因此，实验室的设计是一项复杂而

繁琐的系统工程，如何设计符合人机工程学的实验室，是我国高校面临的重要问题。

目前，随着高校新课程的不断实施以及教学方式的改变，对实验设施的要求越来越高，现有实验设施已难以满足需要。在现有的高校实验室中，存在许多不完善的状况，主要表现在以下几个方面。

1、实验室内的设备设施不符合当地学生身体要求

在新建的实验室中，设计者没有考虑到当地学生的身体状况，选购的实验设备尺寸不符合当地学生的身体要求。每个地区的学生身体情况时有所不同的，北方的学生身体相对于南方学生来说相对高大一些。设计者在选购实验室设备时，只是选择适合实验室的设备，而不是选择适合使用者的设备，这对以后的实验有着很大的影响。

2、电路系统的设计不能满足实验室的要求

很多实验室在建设初期没有充分考虑实验室用电量问题，使得实验室同时使用很多设备的电路不能正常运转，常常处于超负荷状态。为了日常实验能够正常进行，不都不进行电路改造，在实验室内布满了各种各样的接线板和违章的电线线路，管线非常混乱。这样既不美观，又给实验室的安全带来了隐患。

3、给排水系统不能满足实验室的要求

随着高校教育事业的迅猛发展，许多实验室都在不断添置更多现代化仪器设备，原来的给排水系统根本不能满足这些仪器设备的要求。还有就是很多高校实验室没有配置专门的有毒有害液体排放的系统，很多学生在试验过后直接将有毒液体连同洗涤用水一起排放掉，对地下水有着很大的污染。

4、通风系统不能满足实验室的要求

实验室通风系统设计尤为重要，良好的通风涉及人身安全、环境污染、能源浪费等因素。然而许多高校实验通风系统都不符合要求，预留风机存放的地方和管道井都不是很理想。为了节省资金，许多高校实验室整个实验楼使用一个大风机，而不是每个实验室使用一个风机，这样的通风效果根本达不到要求，室内、走道各种刺鼻的气味非常大，严重影响了实验人员的身心健康。

5、实验室设计不专业

现在许多高校的实验室都是“办公室式”的实验室，而没有进行专业实验室

设计规划机构对实验室进行设计规划，这些实验室存在着很大安全隐患。实验室仪器设备不能正常运行，实验数据的准确性得不到有效的保证，实验人员和实验室周边环境的安全得不到可靠的保障。

1.2实验室内部设施的现状

1.2.1实验台现状

实验台是实验室室内的核心和重点，传统的实验台在最初设计时只考虑了工程功能的实现，而忽略了人机工程的设计和使用者的感受，给实验操作带来诸多不便。主要存在以下几点问题：

1、有些实验台没有统一的面板，长时间的操作实验容易造成视觉疲劳，而且有些实验台面板的材质不符合要求，腐蚀性的药品滴落在面板上容易造成面板变色或者随坏。

2、仪器仪表随意散乱堆放，尤其是玻璃仪器，随意放在台面上很容易滑落到地面上导致破碎，造成不必要的损失；药品摆放毫无条理，容易引起人的视觉疲劳，产生误操作；

3、有的实验台仪表显示的位置过高或过低，不方便度数，造成实验数据误差大；有的实验台线路繁杂、反复交叉，造成实验观察不便；

4、实验台没有单独的照明系统，只能依靠实验室天花板的白炽灯进行照明，有时操作者会挡住一些光线，不利于观察实验的进度以及实验的现象；

5、操作者使用的座椅过于简陋，没有靠背，长时间的使用很容易造成疲劳，这影响操作者的心情，直接影响实验结果。

1.2.2通风橱现状

实验室通风是实验室设计中不可缺少的一个组成部分。为了使实验室工作人员不吸入或咽入一些有毒的、可致病的或毒性不明的化学物质和有机体、实验室中应有良好的通风。为阻止一些蒸气、气体和微粒（烟雾、煤烟、灰尘和气悬体）的吸收，污染物质须用通风柜、通风罩或局部通风的方法除去。通风橱是实验室中最常用的一种局部排风设备，种类繁多，由于其结构不同，使用的条件不同，其排风效果也不相同。通风橱的性能好环，主要取决于通过通风柜空气移动的速度。通风橱的主要存在以下几点问题：

1、设计方面不足

操作板的位置过高，当人们需要调节通风橱功能是需要把手抬很高，这很大程度上造成了使用者的疲劳感。

橱窗两把手间的距离过大，当两只手同时握住橱窗向上或向下拉动时，不能合理的用力，造成手臂的疲劳感。

通风橱里面的排气通道石油三块板子组成，缝隙比较小，不能达到良好的排气效果，而且只有一个排气口，有总风机进行排气，不能有效地将通风橱内的有害气体排出，排气效果不佳。

可拉动橱窗的位置过低，当有个别高个子使用者使用时，会阻挡一些实现，不能快速有效地进行试验。

可拉动橱窗上玻璃板间的缝隙过大，实验过程中可能会有部分有害气体从缝隙中流出，对操作者的身体健康造成一定的影响。

操作台高度过高，对于一些身材矮小的人来说，不能够有效地进行试验，对实验过程和实验结果都有一定的影响。

2、安全方面的不足

电源插座设置在通风橱的外面，每次使用电器设备时，要把电源线插在外面，如果电源线过粗，会导致橱窗不能完全的拉下来，会留有一定的缝隙，造成有害气体的流出。

橱窗的玻璃强度不够大，容易破碎造成人员伤亡，而且玻璃橱窗上的凹口比较锋利，使用不当时会造成手部受伤，且凹口过浅，不利于拉动玻璃挡板。

3、使用过程中的不足

没有容足空间，当使用者站在通风橱前面时，人们习惯的把膝盖靠在通风橱的柜门上，这样会比较舒服，但是这是脚正好顶在通风橱的最下端，身体不能完全的靠在通风橱上，造成不适。

1.3实验室内部情感的现状

1.3.1实验室内的颜色

色彩，它不是一个抽象的概念，它和室内每一物体的材料、质地紧密地联系在一起,人们常常有这个概念，在绿色的田野里，即使在很远的地方，也能很容易发现穿红色服装的人，虽然还不雕辨别是男是女，是老是少，但也充分说明色

彩具有强烈的信号，起到第一印象的观感作用。当我们在打扮得五彩缤纷的大厅里联欢时，会倍增欢乐井充满节日的气氛，我们在游山玩水的时候，若不巧遇上阴天，面对阴暗灰淡的景色会觉得扫兴。这些都表明，色彩能支配人的感情。不同的颜色会给人们带来不同的心理感受。

色彩是一个实验室内部空间受限闯入视线范围的情感因素，对实验操作者的心理影响也是最大的。目前实验室的主要色调有：实验室墙壁的白色，实验台与通风橱的灰色，实验台和通风橱操作台面的黑色，以及药品柜和通风橱柜门的蓝色。

目前大部分实验室墙壁都为白色，以白色为单一色可以使空间变大，气氛温暖，而且具有明快、简洁、纯净、清爽的感觉。但是实验室是个特殊的环境，有时需要操作者长时间的在实验室室内进行科学研究，长时间的白色墙壁会使人们的视觉及神经压迫，让人感到枯燥、没有活力。黑色是一个很强大的色彩。它可以很庄重和有高雅，而且可以让其它颜色(亮色)突显出来。黑色的操作台面很容易观察到实验的变化，更好的观察实验的进度。但是过多的黑色会使人感到空虚沉闷得难以接受。蓝色是一种令人产生遐想的色彩，另一方面，它也是相当严肃的色彩，这种强烈的色彩，在某种程度上可隐藏其他色彩的不足，是一种搭配方便的颜色。蓝色的通风橱和实验台柜门可以调节神经，有镇静安神的作用。1.3.2实验室照明

照明是设计到电学和光学的一门综合技术，是建筑电气中重要的应用领域之一。实验室照明的目的是给学生和老师创造一个良好的实验环境。一个良好的照明环境能降低实验操作人员的视觉疲劳，使学生的注意力集中，提高实验效率。

目前实验室的主要照明设施是两排白炽灯，以及通风橱顶部的照明灯，实验时不能全方位的照明。

1.3.3材料与材质

不同的材料会令人感受到不同的视觉效果和心理感受。即使同一形态，采用不同的材料也会使人产生不同的效果和感受。如：同是面材，金属板使人感觉冰冷、坚硬；玻璃板使人觉得透明、易脆；木板让人感到温暖、舒适；塑料板让人感到柔韧、时髦。表面光洁而细腻的肌理让人觉得华丽、薄脆；表面平滑而无光的肌理给人以含蓄、安宁的感觉；表面粗糙而有光的肌理让人感觉既沉重又生动；

表面粗糙而无光的肌理，给人感觉朴实、厚重。

目前实验室主要的材质有灰色的金属、白色和蓝色的理化板、透明的玻璃,实验台主要的材质有木板、玻璃、实芯理化板。药品柜的主要材料是玻璃和理化板。

第2章设计的标准以及依据

本次设计的依据是实验楼粉尘实验室，以该房间为样板，对其进行内部环境的设计。主要用到的标准有《中国成年人人体尺寸》(GB 10000-88)、《建筑设计防火规范》（GB 50016-2006）、《工作空间人体尺》（GB/T 13547-1992）、《坐姿人体模板功能设计要求》（GB/T 14779-1993）。

2.1中国成年人人体尺寸

2.1.1主题内容与适用范围

本标准根据人类工效学要求提供了我国成年人人体尺寸的基础数值。适用于工业产品、建筑设计、军事工业以及工业的技术改造设备更新及劳动安全保护。

标准中所列数值，代表从事工业生产的法定中国成年人（男18～60岁，女18～55岁）。

2.1.2引用标准

GB 3975 人体测量术语

GB 5703 人体测量方法

2.1.3使用人体尺寸数据注意事项

使用本标准的人体尺寸数据应注意以下要点：

1.表列数值均为裸体测量的结果，在用于设计时，应考虑全国各地区不同的着衣量而增加的余量。

2.立姿时要求自然挺胸直立，坐姿时要求端坐。如果用于其他立、坐姿势的设计（例如放松的坐姿）要增加适当修正值。

3.由于我国地域辽阔，不同地区间人体尺寸差异较大，故将全国划分为六个区域，即：东北、华北区，西北区，东南区，华中区，华南区，西南区。

注：这是根据征兵体检等局部人体测量资料划分的区域：

东北、华北区包括：黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、山东、北京、天津、河北。

西北区包括：甘肃、青海、陕西、山西、西藏、宁夏、河南、新疆。

东南区包括：安徽、江苏、上海、浙江。

华中区包括：湖南、湖北、江西。

华南区包括：广东、广西、福建。

西南区包括：贵州、四川、云南。

2.1.4人体尺寸数据及部位

本标准共列出47项人体尺寸基础数据，按男、女性别分开，且分三个年龄段：18～60岁男、18～55岁女），用七幅图分别表示项目的部位并用表列出其相应的百分位数。

1、人体主要尺寸及部位见图2-1、表2-1。

图2-1 立姿人体尺寸a（图中代号与表2-1对应）

2、立姿人体尺寸及部位见图2-2、表2-2。

图2-2 立姿人体尺寸b（图中代号与表2-2对应）

表2-2 立姿人体尺寸（单位：mm）

3、坐姿人体尺寸及部位见图2-3、表2-3。

图2-3 坐姿人体尺寸（图中代号与表2-3对应）

表2-3 坐姿人体尺寸（单位：mm ）

4、人体水平尺寸及部位见图2-4、表2-4。

图2-4 人体水平尺寸（图中代号与表2-4对应）

表2-4 人体水平尺寸（单位：mm）

5、人体头部尺寸及部位见图2-5、表2-5。

图2-5 人体头部尺寸（图中代号与表2-5对应）

6、人体手部尺寸及部位见图2-6、表2-6。

图2-6 人体手部尺寸（图中代号与表2-6对应）

表2-6 人体手部尺寸（单位：mm）

7、人体足部尺寸及部位见图2-7、表2-7。

图2-7 人体足部尺寸（图中代号与表2-7对应）

表2-7 人体足部尺寸（单位：mm）

2.2工作空间人体尺寸

2.2.1主题内容与适用范围

本标准规定了与工作空间有关的中国成年人基本静态姿势人体尺寸的数值。

本标准适用于各种与人体尺寸相关的操作、维修、安全防护等工作空间的设计及其工效学评价。

2.2.2引用标准

GB 3975 人体测量术语

GB 5703 人体测量方法

GB 10000 中国成年人人体尺寸

GB／T 12985 在产品设计中应用人体尺寸百分位数的通则

2.2.3人体尺寸数据

1、立姿人体尺寸（见图2-8、表2-8、表2-9）。

图2-8 立姿人体尺寸