人體工學(xué)座椅模塊化設(shè)計(jì)探索

楊東君

摘要：本文以人體工學(xué)座椅的座面與靠背為研究對(duì)象，是以人體臀部和背部的生理曲線為依據(jù)，通過對(duì)人體施加在座椅上的作用力分布情況的分析，得出椅子模塊化分體面的固定方向，并形成對(duì)臀部和背部進(jìn)行包裹的模塊化座面和背靠面。通過模塊化設(shè)計(jì)的人體工學(xué)座椅，對(duì)就坐者在保證就坐舒適度的同時(shí)提高健康性，即椅子座面和背靠面的凹凸形態(tài)能有效引導(dǎo)就坐者養(yǎng)成正確的坐姿習(xí)慣。

關(guān)鍵詞：人體工學(xué);椅子;模塊化設(shè)計(jì);分體面

我國作為椅子制造大國，卻沒有與制造水平相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)水平，這與我國的椅子生產(chǎn)流程和使用的材料都有關(guān)系[1]，現(xiàn)有的各類人體工學(xué)座椅，幾乎都使用網(wǎng)布或海綿軟墊作為人椅接觸面材料來制作座面和背靠面，并依賴座面和背靠面的柔軟特性來適應(yīng)人體曲線輪廓，從而獲得較好的就坐感受[2]。但傳統(tǒng)人體工學(xué)椅子的座面和背靠面通常都依據(jù)人體曲線形態(tài)采用一體成型設(shè)計(jì)，使得這些椅子的就坐體驗(yàn)雷同，外觀形態(tài)千篇一律[3]。除此之外，傳統(tǒng)人體工學(xué)座椅因受設(shè)計(jì)、材料和工藝的限制，椅子存在諸多弊端，如久坐散熱不良，實(shí)時(shí)改變坐姿不便，以及不能引導(dǎo)就坐者養(yǎng)成正確的坐姿習(xí)慣等[4-5]。為了解決這些問題，本文探索設(shè)計(jì)一種模塊化分體設(shè)計(jì)，將座面和背靠面進(jìn)行模塊化分體設(shè)計(jì)，使座面和背靠面更好適應(yīng)人體的生理曲線，同時(shí)，模塊化的凹凸形態(tài)通過對(duì)人體的力反饋?zhàn)饔媚苡行СC正和引導(dǎo)就坐者的坐姿習(xí)慣。

1 人體工學(xué)座椅概述

人體工學(xué)座椅是以“人體工程學(xué)”理論為基礎(chǔ)，通過對(duì)人們?cè)谑褂靡巫拥倪^程中的各個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行測量統(tǒng)計(jì)和匯總，并根據(jù)這些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)合設(shè)計(jì)美學(xué)和工藝技術(shù)在人機(jī)交互理論的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)研發(fā)的椅子。人體工程學(xué)座椅不僅能夠滿足人們坐的需求，更能夠享受到在“坐”的過程中的舒適與健康，這是工業(yè)設(shè)計(jì)的“以人為本”的原則。人體工程學(xué)座椅主要采用環(huán)保材料，具有可調(diào)節(jié)性，適合不同體型人的需求。

2 人體工學(xué)座椅模塊化設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀

通過文獻(xiàn)檢索和查新過程，檢索到有部分產(chǎn)品具有模塊化形態(tài)特征，這些模塊化形態(tài)都或多或少地對(duì)于就坐體驗(yàn)產(chǎn)生不同的影響，以下對(duì)部分檢索文獻(xiàn)進(jìn)行概述。

文獻(xiàn)1 ：德國Progress健康雙背椅， 這是物理學(xué)家 Dr.Brunig教授設(shè)計(jì)的人體工學(xué)座椅，這款座椅最獨(dú)特之處在于椅背采用了分體設(shè)計(jì)，即所謂的雙背設(shè)計(jì)，它在坐感上有較為優(yōu)越的舒適性，曾被看成是健康椅子設(shè)計(jì)的一種革命性嘗試，其獨(dú)特的雙背設(shè)計(jì)可以將腰脊壓力轉(zhuǎn)化成向上的托力而不會(huì)壓迫到脊椎，就像是有人用手將使用者的腰背向上托起一樣。這款座椅已經(jīng)有了模塊化設(shè)計(jì)意識(shí)，將背靠面一分為二設(shè)計(jì)成兩個(gè)分體模塊，但由于分體模塊太少，沒有構(gòu)成一個(gè)更為合理的生理曲面。

文獻(xiàn)2：中國保友pofit智能電腦椅，保友的這款智能電腦椅是目前國內(nèi)設(shè)計(jì)較優(yōu)秀的人體工學(xué)座椅，該款電腦椅創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了獨(dú)立的彈性腰靠結(jié)構(gòu)，能夠根據(jù)就坐者不同的體重和體型來調(diào)節(jié)合適的支撐力度，這款椅子將椅背分為上下兩個(gè)獨(dú)立模塊化形態(tài)，兩個(gè)模塊按照人體曲線形態(tài)固定方向，其中腰部模塊對(duì)脊柱的支撐很有力，寬大的背部模塊對(duì)就坐者肩部也有很好的保護(hù)，這款椅子優(yōu)秀的椅背分體設(shè)計(jì)對(duì)就坐者背腰部的保護(hù)要好于健康雙背椅。

3 人體工學(xué)座椅模塊化設(shè)計(jì)思路

在人體工學(xué)座椅的設(shè)計(jì)原則上，我們首先解決的座椅的舒適問題，據(jù)觀察發(fā)現(xiàn)人在椅子上每8—10分鐘就會(huì)下意識(shí)調(diào)整一次就坐姿勢，這樣才能感到舒適[6]。來自醫(yī)學(xué)的觀點(diǎn)也表明人的脊椎保持自然狀態(tài)就是最舒適的，且不停變換坐姿對(duì)于身體是很有益處的，所以，無論是什么坐姿，無論我們感覺多么舒適，都不是最理想的健康坐姿，最好的坐姿就是不斷變化的坐姿，自然和舒適存在于動(dòng)態(tài)之中，任何長時(shí)間保持的靜態(tài)坐姿都將損害脊椎和骨盆的健康。此外，工作中我們也需要在椅子上完成一些必要的動(dòng)作，比如提取資料、接聽電話、從地面拾取物品、操作鍵盤和鼠標(biāo)以及與訪客交談等，這些都表明椅子必須能夠符合動(dòng)態(tài)要求?；诖?，采用模塊化設(shè)計(jì)方式將椅面分割為多個(gè)模塊，各模塊相對(duì)獨(dú)立并保持距離，這種模塊化椅面形態(tài)在人椅交互的過程中，更能給人以清晰的力反饋。比起傳統(tǒng)一體形態(tài)的較軟椅面，使用者更容易并且在心理上也更愿意不停地調(diào)整和變換坐姿，以滿足長時(shí)間的健康就坐需要。

3.1 模塊化形態(tài)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)人體工學(xué)座椅時(shí)，首先在尺寸上要符合人體工程學(xué)的要求，其次在形態(tài)上要符合人體生理曲線。在椅子背靠面要有腰部凸起，以支撐腰部保持原有的曲線，減輕軀干對(duì)于脊柱的壓力，在椅子座面也要有適合臀部生理曲線的曲面形態(tài)，能合理分散身體對(duì)于臀部和大腿的壓力 [7]。所以模塊化椅子座面和背靠面的曲面形態(tài)都應(yīng)依據(jù)人體生理曲線和人體壓力分布曲線狀態(tài)來建立，椅面人體壓力分布曲線圖見圖1，以此壓力分布曲線圖為依據(jù)，結(jié)合人體脊柱的自然生理曲線，利用小平面可構(gòu)成大曲面的造型原理，以模塊化分體方式將座面和背靠面分成多個(gè)分體面。其中，椅子座面由七個(gè)分體面組成，椅子背靠面由十個(gè)分體面組成，這些分體面根據(jù)人體曲線確定各自的朝向，并在與人體接觸的座面和背靠面上形成適應(yīng)人體曲線的分體曲面，構(gòu)建出符合人體生理曲線的人體工學(xué)三度曲面。模塊化椅面設(shè)計(jì)形態(tài)見圖2，使用者就坐時(shí)背部能很貼切地保持腰椎的自然曲線，并避免坐的時(shí)候人的腰椎曲線不自然的變形，座面和背靠面都以對(duì)稱性的左右兩組分體面組成，使得人體靠上去以后，背靠面可以主動(dòng)包覆支撐上半身，背靠面上部較寬可以有效保護(hù)肩胛骨，背靠面中縫讓背部的骨架保持挺直，腰部凸起讓脊椎間盤受力至最低。

椅子座面和背靠面的這種曲面形態(tài)可以矯正因長期坐姿不良造成的脊柱側(cè)彎，不致駝背或脊椎側(cè)彎，原因是這種由模塊化分體方式構(gòu)成的具有一定方向的多面體座面和背靠面，能夠明顯地對(duì)人體產(chǎn)生力反饋。如果就坐者不以正確姿勢就坐，例如扭曲脊柱的坐姿，由于椅面與人體生理曲線未對(duì)應(yīng)，在人椅的相互作用力下，就坐者身體將產(chǎn)生明顯的不適感，從而迫使就坐者變換坐姿，這樣便能在長期的工作中引導(dǎo)就坐者養(yǎng)成正確的坐姿習(xí)慣。此外，由于人椅接觸面是朝向不同方向的多個(gè)分體面，并不像海綿坐墊那樣把就坐者臀部包裹得較緊，就坐者更能方便地實(shí)時(shí)調(diào)整不同的坐姿。座椅的模塊化分體面之間的縫隙還能有效分散因就坐而產(chǎn)生的熱量，緩解悶熱坐感。

3.2 模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在椅子模塊化分體面設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善椅子各部分細(xì)節(jié)的造型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。如圖3模塊化座椅結(jié)構(gòu)爆炸圖，將椅子背靠面中上部的分體面向上向后作漸變延伸，可形成一個(gè)舒緩的頭靠部分;將位于腰部的龍骨向左右兩邊延伸至肘部，并結(jié)合四個(gè)較小的分體面形成椅子扶手;在座面和背靠面上，每個(gè)分體面都通過四個(gè)連接點(diǎn)與設(shè)于其后的龍骨連接固定。這樣，位于座面上的七個(gè)分體面連接固定在設(shè)于座面下的六根龍骨上，位于背靠面上的七個(gè)分體面連接固定在設(shè)于背靠面之后的八根龍骨上。頭靠由三個(gè)較小的分體面組成，這三個(gè)分體面直接固定在椅子支架上。所有龍骨也都與椅子支架連接固定，支架與椅子底盤固定，并向下連接氣棒、五星腳和滾輪，構(gòu)成一個(gè)完整的具有模塊化設(shè)計(jì)形態(tài)的人體工學(xué)座椅，見圖4 模塊化座椅三視圖。

4 結(jié)語

人的坐姿不同于睡姿，人在坐著的時(shí)候根據(jù)工作的需要不可能保持一種姿勢，而且任何一種舒服的坐姿時(shí)間久了都會(huì)疲勞。所以最佳坐姿是動(dòng)態(tài)的，提高座椅健康性的唯一方法是在不停地滿足動(dòng)態(tài)坐姿的同時(shí)盡量延長就坐時(shí)間，那么，在就坐者不停變換坐姿的過程中為了避免其不良坐姿的形成，以及能有效引導(dǎo)健康坐姿習(xí)慣的養(yǎng)成，是設(shè)計(jì)出真正滿足健康需要的人體工學(xué)座椅的正確思路?；诖耍疚囊阅K化分體設(shè)計(jì)方式為思路，對(duì)椅子座面和背靠面進(jìn)行解構(gòu)，拋棄傳統(tǒng)的一體成型方式，將整體打散，進(jìn)行分體設(shè)計(jì)，由多個(gè)分體面根據(jù)人體曲線和人椅受力分析獲得組合形態(tài)，這種模塊化形態(tài)能相對(duì)舒適地包裹人體接觸面，并提供一種全新的區(qū)別于傳統(tǒng)人體工學(xué)座椅的就坐體驗(yàn)。同時(shí)，這種模塊化人體工學(xué)座椅在舒適性和健康性上取得了一個(gè)更科學(xué)合理的平衡點(diǎn)，不僅方便就坐者實(shí)時(shí)調(diào)整坐姿，其模塊化造型產(chǎn)生的優(yōu)良的力反饋，能使就坐者養(yǎng)成良好的坐姿習(xí)慣。希望針對(duì)人體工學(xué)座椅模塊化設(shè)計(jì)的探討能為今后的座椅設(shè)計(jì)提供新的設(shè)計(jì)思路。