消防車乘員室空氣呼吸器座椅設(shè)計(jì)研究

劉依文 于東玖 張浩

摘要：文章通過研究國(guó)內(nèi)外消防車乘員室的設(shè)計(jì)案例，調(diào)研分析國(guó)內(nèi)消防車乘員室空氣呼吸器座椅設(shè)計(jì)、使用現(xiàn)狀，以人機(jī)工程學(xué)理論為基礎(chǔ)，對(duì)現(xiàn)有消防車乘員室座椅存在的問題作出設(shè)計(jì)優(yōu)化分析與項(xiàng)目改良應(yīng)用。希望此次項(xiàng)目的研究能夠從設(shè)計(jì)思維的角度來提高消防車乘員室座椅舒適性，從而提高消防員的作戰(zhàn)效率，引起制造企業(yè)對(duì)設(shè)計(jì)的重視，提升社會(huì)對(duì)消防員這一職業(yè)的關(guān)注度。

關(guān)鍵詞：消防車 空氣呼吸器 座椅設(shè)計(jì) 人機(jī)工程

引言

消防車的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜、嚴(yán)密的任務(wù)，車體局部的設(shè)計(jì)也會(huì)影響到消防員執(zhí)行任務(wù)的效率性與安全性。國(guó)內(nèi)企業(yè)消防車設(shè)計(jì)總體起步較晚，設(shè)計(jì)思考的自主性已取得一定的成果，但是消防車乘員室的研究投入相較于其他直接與救援現(xiàn)場(chǎng)有直接聯(lián)系的車體部分所較被忽視的，國(guó)內(nèi)企業(yè)往往更多考慮如何節(jié)省成本而犧牲細(xì)節(jié)上的設(shè)計(jì)優(yōu)化。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，消防戰(zhàn)士面臨的火災(zāi)救援情形復(fù)雜多變，消防員相應(yīng)要承受的心理壓力也隨之加大，對(duì)消防車的設(shè)計(jì)要求也相應(yīng)提高，不僅體現(xiàn)在技術(shù)的發(fā)展革新，合理的人機(jī)尺寸對(duì)提高消防作戰(zhàn)效率也至關(guān)重要，如乘員室座椅部分的人機(jī)合理性、細(xì)節(jié)接觸操作的便利性等從-開始就影響到消防員的作戰(zhàn)心理與乘車安全，進(jìn)而影響后續(xù)作戰(zhàn)的效率。若消防員長(zhǎng)時(shí)間的緊張和勞累得不到有效緩解，會(huì)引發(fā)低活度的生理狀態(tài)，精神萎靡，形成“火場(chǎng)疲勞”。文中通過整理分析國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀消防車的乘員室設(shè)計(jì)，結(jié)合對(duì)現(xiàn)有消防車售后使用的調(diào)研，提出我國(guó)現(xiàn)有乘員室空呼器座椅普遍存在的缺陷與不足，以座椅人體工學(xué)理論為基礎(chǔ)，融入情感化設(shè)計(jì)，對(duì)乘員室空呼器座椅的設(shè)計(jì)提出改進(jìn)分析，提高空呼器座椅的舒適度與安全性。

一、空氣呼吸器座椅簡(jiǎn)介

空氣呼吸器座椅即消防車乘員室裝配有空氣呼吸器（以下簡(jiǎn)稱“空呼器”）的座椅（如圖1）。消防車座椅一般具備以下幾個(gè)部分：安全帶、空呼器架、坐墊、頭靠、背部支撐、儲(chǔ)物箱、對(duì)講機(jī)、空氣呼吸器等。

空呼器是消防隊(duì)員在滅火救援任務(wù)時(shí)佩戴的呼吸保護(hù)裝備，屬于消防隊(duì)員11項(xiàng)個(gè)人防護(hù)裝具之一。空呼器平時(shí)裝配在座椅靠背處，消防員出任務(wù)上車后需要提前自行佩戴在背部然后進(jìn)入救護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，這能極大減少抵達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)到實(shí)施救援之間的時(shí)間。在這種分秒必爭(zhēng)的任務(wù)中，縮短撲救時(shí)間可以挽救更多生命和財(cái)產(chǎn)。在滅火救援任務(wù)日趨復(fù)雜的當(dāng)下，消防部隊(duì)所承擔(dān)任務(wù)的艱巨性和危險(xiǎn)性也不斷增加，空呼器在滅火救援任務(wù)和保護(hù)消防人員的安全方面起到了非常重要的作用。常見的空呼器尺寸有6.8L和9L。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)于空呼器佩戴系統(tǒng)的靜態(tài)和運(yùn)動(dòng)舒適性等方面設(shè)計(jì)研究相對(duì)已很深入，但部分帶有空呼器座椅的消防車，在消防員乘坐座椅的舒適度以及空呼器取用操作的人機(jī)合理性還存在許多需要考究的地方。對(duì)于空呼器座椅的操作功能的設(shè)計(jì)，并沒有明確的要求標(biāo)準(zhǔn)，廣義舒適性同時(shí)包括居住性、視野性、手伸及性和方便的操作性以及上下車方便性等。車輛在不同情況下行駛時(shí)，人體對(duì)座椅的要求也不相同，消防車乘員室座椅系統(tǒng)的舒適性應(yīng)是乘坐者——消防員所最想要滿足的要求。

二、空氣呼吸器座椅的使用研究

（一）空呼器座椅一般使用情況

以下針對(duì)消防車乘員室的一般使用情況作出了一些必要的基礎(chǔ)知識(shí)整理。

消防員在進(jìn)行救援任務(wù)前需要穿戴防護(hù)服，而防護(hù)服主要有以下幾樣：頭盔、消防靴、防護(hù)衣服和長(zhǎng)褲、腰帶、手套、GPS定位報(bào)警器等。（如圖2）所示的為常見的兩種防護(hù)服。防護(hù)服沒有季節(jié)之分，由四層結(jié)構(gòu)組成，材質(zhì)較普通衣物硬，身體貼合度低。頭盔、消防靴、防護(hù)服穿戴后，消防員整體身體的體積會(huì)增大。消防車乘員室有別于普通車輛的座椅室，乘員室活動(dòng)的空間很小，一般都是并排座位在三個(gè)以上的空間布局，或者兩排相對(duì)的并排座位。消防員需要在車上完成空呼器佩戴、火場(chǎng)通訊、飲水這些動(dòng)作，因此消防員的乘坐更需要合理的座椅人機(jī)尺寸j以及舒適的操作體驗(yàn)。

（二）國(guó)內(nèi)外乘員室設(shè)計(jì)研究

（如表1）是國(guó)外代表性品牌乘員室的調(diào)研整理。

通過對(duì)國(guó)內(nèi)一些消防公司調(diào)研，目前對(duì)于此類座椅的研究存在許多問題，整理總結(jié)（如表2）。

在國(guó)內(nèi)外消防車乘員室調(diào)研中，國(guó)外優(yōu)秀品牌消防車的乘員室，其工藝、操作功能、細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)等幾乎都可以成為其亮點(diǎn)，座椅人機(jī)尺寸非常合理。國(guó)內(nèi)的消防車乘員室設(shè)計(jì)整體水平較國(guó)外低，基本停留在滿足基礎(chǔ)功能需求、盡量節(jié)省設(shè)計(jì)成本的階段。比如實(shí)地調(diào)研的國(guó)內(nèi)某品牌，在消防員不背有空呼器時(shí)，座椅靠背基本不能起到作用；當(dāng)靠背方向?yàn)樾熊嚪较驎r(shí)，靠背絕對(duì)禁止使用，否則在急剎車時(shí)，慣性極易導(dǎo)致消防員腰部受傷。座椅人機(jī)尺寸不合理也是調(diào)研中發(fā)現(xiàn)的明顯問題，如消防員穿戴好防護(hù)服，佩戴空呼器后整體體積增大，當(dāng)坐墊的深度不夠時(shí)，臀部大腿的支撐面積小，會(huì)加快消防員疲勞速度。所以基礎(chǔ)功能、功能細(xì)節(jié)、便捷操作、視覺設(shè)計(jì)、情感化設(shè)計(jì)等應(yīng)該都要成為消防車設(shè)計(jì)需要考慮和設(shè)計(jì)到位的部分。調(diào)研中發(fā)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)主流消防車乘員在6-7人，而國(guó)外最多可載員8-9人。因此我們必須根據(jù)國(guó)內(nèi)實(shí)際情況，對(duì)消防車乘員室進(jìn)行一定的優(yōu)化改進(jìn)。設(shè)計(jì)思維融入消防車乘員室的設(shè)計(jì)，是能夠使得車內(nèi)空間有效利用、提高消防作戰(zhàn)效率，提升品牌市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的有效方法。

三、空氣呼吸器座椅設(shè)計(jì)優(yōu)化分析

經(jīng)過調(diào)研，座椅設(shè)計(jì)是否符合人機(jī)尺寸，關(guān)系到乘員室內(nèi)部空間的利用率和乘坐的舒適性，還影響著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，它已成為影響公司生存的一個(gè)重要因素。以下通過參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，座椅設(shè)計(jì)的人機(jī)工程和消防員調(diào)研的使用體驗(yàn)來對(duì)乘員室座椅頭枕、靠背、坐深、坐高及坐墊軟硬度等提出設(shè)計(jì)優(yōu)化。

座高：消防員乘員室的座椅使用定義，應(yīng)是介于工作使用和休閑使用之間的一種定位。消防員在座椅上不僅需要完成工作任務(wù)，也需要得到一定的休閑與放松。消防員在座椅上完成就工作用椅而言，其高度應(yīng)是剛好能使人雙腿平行于地面，背部以較直立姿勢(shì)就坐。消防員空呼器座椅在確保舒適度的同時(shí)，不能太過低矮而影響消防員赴現(xiàn)場(chǎng)出任務(wù)時(shí)理性、警惕的心理，也不能太高而加重神經(jīng)的緊張、與情緒的不穩(wěn)定。其高度參考參考標(biāo)準(zhǔn)《GB 10000-88中國(guó)成年人人體尺寸》，考慮到具體的使用對(duì)象為消防官兵，其身高95%以上均在1.68左右，因此普通乘員室座椅高度以及消防員平均身高，適值在400mm～450mm。

座寬：乘員室座椅寬度必定應(yīng)是以最適合消防員這類人群對(duì)應(yīng)的臀部寬度，有別于普通車型乘員室座椅以女性測(cè)量數(shù)據(jù)為根據(jù)，空呼器座椅的座椅寬度應(yīng)以大多數(shù)男性一線消防員為測(cè)量依據(jù)。消防員出戰(zhàn)身著寬大防護(hù)服、以及在座椅進(jìn)行裝備的穿戴與其他操作的空間寬度，使得座椅間隔的寬度成為乘員室座椅人機(jī)尺度必須考慮的部分。寬值在450mm左右。

座深：消防車空呼器座椅的座深較為特別，因其靠背處要背裝一個(gè)空呼器，實(shí)為是沒有靠背的裝備安裝架。使用的最常見問題是，整裝的消防員座深不夠，靠背無法使用且容易慣性導(dǎo)致身體向前滑動(dòng)。合理計(jì)算，除去靠背空呼器所占空間，坐深至少應(yīng)在400mm以上。

靠背：座椅的靠背主要作用是降低上身支撐，降低疲勞，提供舒適度。脊椎在站立和坐姿狀態(tài)下的形態(tài)也各不相同，坐姿狀態(tài)下要盡量保持脊椎弧形處于正常狀態(tài)。座椅的靠背要提供正確的脊椎彎曲弧度，在不裝配空呼器的時(shí)候，座椅也能做到正常使用?？蘸羝髯蔚目勘骋揽康氖强蘸羝餮b備上的背板。佩戴系統(tǒng)形狀要與背部和腰部形狀貼合，且軟硬適度。太軟的背板不便于分散氣瓶對(duì)背部和腰部的壓力，受力集中容易誘發(fā)疲勞。根據(jù)人體模型的支撐效果，座椅靠背其合理高度在570～610mm。

頭枕：座椅頭枕除了體供舒適感，最主要還是安全作用。當(dāng)發(fā)生碰撞事故時(shí)，頭枕可以限制乘員頭部相對(duì)于其軀干后移，減輕頸椎可能受到的損傷的程度。國(guó)家也已出版了一些國(guó)標(biāo)對(duì)汽車座椅的頭枕和座椅尺寸提出的具體要求?？空韽?qiáng)調(diào)弧度盡量與人體完全貼服，符合人體工學(xué)設(shè)計(jì)；柔軟度以及透氣性要佳，才能有效緩解消防員的疲勞感；由于消防車乘員座椅的特殊性，某些車型也會(huì)將靠枕作為固定空呼器的裝置。

乘員室空間應(yīng)盡量使得視野通透沒有封閉感，保持能夠多角度看到車廂外的情況。乘員室的儲(chǔ)物對(duì)于消防工作也是極為重要的部分，合理地利用儲(chǔ)物空間，才能容納更多的消防員的自身防護(hù)裝備如備用瓶、防毒面具等，以及必備的飲用水。

四、空氣呼吸器座椅設(shè)計(jì)方案

（一）消防員空氣呼吸座椅設(shè)計(jì)定位

結(jié)合前文的研究?jī)?nèi)容，在此文中嘗試針對(duì)校企合作項(xiàng)目做出設(shè)計(jì)案例，從結(jié)構(gòu)、緩沖材質(zhì)、美觀等方面設(shè)計(jì)改善企業(yè)消防車乘員室空呼器座椅。具體需要滿足一下幾個(gè)方面：功能上滿足消防員使用過程中出現(xiàn)的兩種（背或不背空呼瓶）狀態(tài)正常的使用需求；提升產(chǎn)品可靠性，尤其是坐墊及頭枕的耐磨、耐用性方面；滿足人機(jī)設(shè)計(jì)的宜人性，即提升產(chǎn)品使用過程中的舒適度，包括：安全性、方便性、快捷性、舒適性等；滿足可生產(chǎn)性，工藝可行性、簡(jiǎn)化性、外觀厚實(shí)大氣美觀；生產(chǎn)成本合理性，基于本次研究屬于校企合作項(xiàng)目，所以將成本控盡量制在現(xiàn)行成本≤定位成本≤進(jìn)口成本的區(qū)間內(nèi)，以達(dá)到等于或甚至低于現(xiàn)有生產(chǎn)成本。

（二）案例設(shè)計(jì)

通過上述分析和設(shè)計(jì)定位，對(duì)現(xiàn)有空呼器座椅進(jìn)行了設(shè)計(jì)改良，使產(chǎn)品更好地滿足需求。座椅尺寸根據(jù)前期調(diào)研得出數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，座椅寬度為：450mm；坐深：420mm；坐高：450mm；坐墊到頭枕中心點(diǎn)高度約為600mm。在靠背方面，為了確保在不背空呼氣的狀態(tài)下也可以使用，采用菱形四邊形旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。當(dāng)把空呼瓶固定到座椅時(shí)，靠背處于（圖3-1）收起狀態(tài)，通過底部支架和頭枕下面支架固定空呼瓶，使消防員不需要負(fù)重，減少疲勞感；當(dāng)消防員準(zhǔn)備進(jìn)入作業(yè)，需要離開座椅時(shí)，通過下壓左手邊連桿，使得頭枕向上角度移動(dòng)（如圖3-2），解除空呼瓶上面的固定，使消防員背著空呼瓶安全離開座椅；在消防員結(jié)束救援任務(wù)，回到乘員室時(shí)，一般都比較疲勞，有時(shí)候可以不需要被著空呼瓶坐下，這時(shí)候可以通過打開背部可伸縮的菱形結(jié)構(gòu)靠背（如圖3-3），使背部有支撐，緩解消防員的疲勞感。

在保證以上功能的同時(shí)，整個(gè)座椅在外觀上減少金屬的裸露，坐墊、頭枕和靠背通過自結(jié)皮材質(zhì)，提高座椅的緩沖系數(shù)、耐磨系數(shù)以及產(chǎn)品的舒適性，減少消防員的使用疲勞感，使產(chǎn)品更加人性化。坐墊采用防水材質(zhì)的自結(jié)皮，好處是成本低易于清洗，消防員在完成任務(wù)后身上難免會(huì)有水漬、灰塵等贓物，若用布料坐墊很快便會(huì)弄臟。自結(jié)皮相比于一般塑料又有一定彈性，可分散大腿和臀部上的壓力，減少不舒適和疲勞舒。在有限的空間里，盡量合理減小坐墊的傾斜角度，以便給乘員更多的上下車空間。

綜合評(píng)價(jià)，這款座椅在項(xiàng)目現(xiàn)有基礎(chǔ)上，對(duì)坐墊舒適性、坐深尺寸、靠背、材料以及配色等進(jìn)行了全方位改良，但也有其一定缺點(diǎn)，如靠背無法調(diào)節(jié)最佳舒適角度，還需改進(jìn)。

結(jié)語

面對(duì)越來越復(fù)雜的火災(zāi)突發(fā)問題，消防作業(yè)中對(duì)于消防車的“設(shè)計(jì)質(zhì)量”需求也隨之提高。研究過程中發(fā)現(xiàn)，目前國(guó)內(nèi)消防車乘員室座椅的設(shè)計(jì)，針對(duì)中國(guó)消防員人體特征尺寸的座椅舒適性研究比較欠缺，對(duì)座椅及空間的舒適性評(píng)價(jià)還沒有一套客觀系統(tǒng)的體系。本文通過研究國(guó)內(nèi)外消防車乘員室的設(shè)計(jì)案例，基于人體工學(xué)的基準(zhǔn)，對(duì)現(xiàn)有消防車乘員室座椅存在的問題進(jìn)行改良，并作出設(shè)計(jì)優(yōu)化分析。對(duì)提高座椅舒適性，緩解消防員作戰(zhàn)疲勞與緊張感、提高產(chǎn)品價(jià)值有重要意義；也能夠引起制造企業(yè)對(duì)設(shè)計(jì)的重視，提升社會(huì)對(duì)消防員這一職業(yè)的關(guān)注度。