2.2 人体尺寸在设计中的运用

人体尺寸数据可用于指导工程设计、产品设计及劳动安全保护设计；也可作为评估上述各项设计的依据，以便协调人机关系。

2.2.1 人体尺寸参数选用中的若干问题

1.测量值与实际使用值的某些差异

为了正确地应用人体尺寸，必须对人体尺寸的名称、定义及测量方法有准确的了解。人体测量是在一种规定的姿态下进行的，某些情况下这种姿态是肌肉比较紧张的状态，但人在作业时（如控制室中的坐姿作业），身体常会处在比较舒适的放松状态，如图2-2中虚线所示（实线为测量态）。立姿的放松态使上肢功能前伸长度的变化超过100mm，而眼高等要减小10mm；坐姿时的坐高、眼高可减小60mm，一般取44mm。在实践中，测量态和放松态分别适用于不同的使用目的。若涉及工作的一般身体姿势，则以放松态为宜。例如，操作者在一个位置上要持续很长时间，则为其所提供的空间，除应考虑放松态外，还应使其能够完全挺直。

在使用人体尺寸表时会发现，手长、前臂长、上臂长之和大于肩到手指的（实测）长度。出现这种矛盾，是由于人体关节的结构造成的，它们不像机器的铰链那样绕着一根轴旋转，而是有许多不同的活动曲线。因此，当需要把人体尺寸相加（减）时，建议不要根据人体尺寸表上的数值，而要使用人体模板，模板考虑了人体尺寸和关节的结合问题。

2.性别造成的差异

女子身高比男子矮，但在实践中，有时不宜把女子当作较矮的男子来对待。女子与男子相比，即使在身高相同的情况下，身体各部分的比例也是不同的。同整个身体相比，女子的手臂和腿较短，躯干和头占的比例较大，肩较窄，骨盆较宽，脂肪厚度及其在身体上的分布与男子有明显差异，在腿长度尺寸起主要作用的场合，如坐姿操作的岗位，以及以女子为主的工作岗位，应充分考虑女子的人体尺寸。

3.年龄造成的差异

体形随年龄变化最为显著的时期是儿童期和青年期，人体尺寸的增长过程，女子在18岁结束，男子在20岁结束，但直到30岁才最终停止生长。此后人体尺寸，尤其是身高，随着年龄的增长而缩减，而成人体重和某些宽度及周长的尺寸却随着年龄的增长而增加。在采用人体尺寸时，必须判断这种工作位置适合于哪些年龄组。在使用人体尺寸数据表时，应注意不同年龄组尺寸数据的差别。

4.年代造成的差异

随着人类社会的发展、卫生知识的普及、生活水平的提高和体育活动的蓬勃开展，人类的成长和发育也发生了变化。统计资料表明，近20年来，世界各国人的身高平均每10年增加10mm。若使用三四十年前的测量数据，将是不适宜的。在使用测量数据时，应考虑其测量年代，并加以适当修正。

5.地区性造成的差异

不同的国家、不同的地区、不同的民族人体尺寸差异较大，在出口和进口各种设备时，必须充分考虑各个国家人体尺寸上的差异。一般来说，我国与日本和东南亚各国在人体尺寸上比较接近，而与欧美国家相差较大。同一国家不同地区的人体尺寸也有差异，表2-7所列数据是我国6个区域年龄为18～60岁男子和18～55岁女子的身高尺寸。随着国际间、区域间各种交流活动的扩大，不同国家、地区、民族的人使用同一设备和设施的情况越来越多，宜使用国际标准或国家标准中所给出的数值。

6.社会条件造成的差异

从劳动科学和社会医学的调查中得知，不同职业、不同社会阶层的居民，在体型和生长方面有较大区别。尤其是一些人由于长期的职业活动或职业偏爱，身体的某些部分会因受到特殊的锻炼而改变了体型，他们的某些身体特点与人们的平均值不同。例如，体力劳动者与脑力劳动者在体型和身体某些尺寸方面就有较大的差别。除在身高和躯干与腿的比例上有差别外，在头部、腹部、身体各部分周长及全身脂肪的分布上也有差别。由于这个问题的复杂性及所掌握的尺寸差别还不够充分，迄今还不能提供普遍适用的定量的尺寸指标。在为特定职业设计工作岗位、工具和用品时，需从这类人员中抽样进行人体尺寸的测量，以确保设计的适宜性。

2.2.2 使用者群体的满足度

1.以人为中心的设计类型

在工程和产品设计中，必须考虑“人的因素”，以人为核心的设计类型主要有以下3种。

1）专用结构

根据各人的实际身材进行设计，此为“量体裁衣”式，如时装设计、残疾人的个人用具设计等。这种产品为单件式生产，成本高昂，无通用性。

2）局部通用结构

针对某一类型的人或将人群的身材分为若干档次，以某类人或各档次的人通用为原则进行设计。例如，儿童用品可按1岁、2岁、3岁等划分档次。这类产品或设施供指定的人群使用，或根据各人的实际身材进行选用。

3）通用结构

以统计学的人体测量尺寸为依据，根据设施及产品的功能要求，进行通用性结构设计，如各种公共设施、工作场所、机器设备、工具及生活用具等，它应能适应大多数人的身材特点。

一般所说的人机工程设计，主要是考虑通用结构的设计，也是本节论述的重点。

2.满足度

满足度是指所设计的工程或产品在尺寸上能适合特定使用者群体中多少人的使用，常以百分率表示。人体大小各不相同，设计一般不可能满足所有使用者的需要，若简单地采用平均值作为设计依据是不适宜的。如果用第50百分位数设计门的高度，则有一半人会有碰头的危险。那么一项设计究竟以满足多少使用者群体为好？一种观点认为至少应满足99%的人的需要，即按第1百分位数（P1）和/或第99百分位数（P99）设计，使未被照顾到的人尽可能少。此观点适用于安全技术设计。在实际设计中，要顾及全部使用者是困难的，也不一定是必要的。通常以满足90%的人的需要为设计目标，即最常用的使用者群体范围是P5和P95，即满足90%或95%的人的需要。由人体测量数据分析可知，P5～P95仅占身高极限尺寸范围的1/4，如按此范围进行设计，显然要简易、经济和合理得多。

3.使用者群体范围

使用者群体是指工程或产品的全部使用人员。通过分析男子、女子的人体测量值可以发现，大身材的女子与中等身材的男子身高相近，而小身材的男子与中等身材的女子身高相近。由图2-3所示曲线可见，中国18～55岁女子P50身高为1570mm，而18～60岁男子P5身高为1583mm；女子P95身高为1659mm，而男子P50身高为1678mm。根据这一情况，可将男女的身高共分为4个等级，即矮、小、中等、大，见表2-8。

2.2.3 人体尺寸百分位数在设计中的应用原则

在设备（或工程）设计中，按人体尺寸确定相关实体结构与空间尺寸的原则如下所述。

1.按活动和作业特征确定尺寸

1）包容或被包容范围

包容与被包容是指人与周围空间之间的关系。当以人为中心时，包容人体（或某部分）的空间为包容空间，被人体（或某部分）所包容的空间为被包容空间。

（1）包容空间的设计：应使空间能包容大多数人，并实现指定的功能。这种情况下人体尺寸百分位数应取P95。其主要矛盾是要求能容得下大身材的人，这样小身材的人也就包括在内了。属于包容空间的结构有：门，各种交通工具的舱室、舱口，床，担架，通道，设备间距，各种姿势的最小作业区域，各种设备及设施的维修空间（使用维修工具，并易于达到设备的故障部位），手臂、腿、身体等的自由活动空间等。

（2）被包容空间（或被包容体）的设计：空间能为大多数人所包容，并实现指定的功能。其主要矛盾是要求小身材的人能包得住这个空间，这时人体尺寸百分位数应取P5。例如，桌面高度应能使小身材的人自然地放置前臂，并进行写字等作业；椅子则应保证小身材的人坐下时，脚能着实地踏在地板上，如两足悬空，会使大腿的软组织和坐骨神经过分受压并限制血液流动而导致“麻木”，而高个子坐矮椅子，只需把腿伸向前方即可，是不会感到不适的。需经常跨越的围栏高度应以小身材的人为准。需由两手搬运的转运箱及仪器设备的宽度也属被包容尺寸，如图2-4（a）所示。

图2-4（b）所示为工作台、椅子与人之间的包容关系。图中A为包容（人）尺寸；B为被（人）包容尺寸。各尺寸可分别按上述原则处理。图2-4（c）所示为人钻过作业用窗孔的尺寸关系，孔口需考虑容身空间；而被包容尺寸B也可作为设计需跨越的栅栏高度的依据。

2）可及范围

这是指人为了执行工作任务，手及脚的可及范围。控制台上的操作系统需由人在水平方向进行操作、调整与控制，各种操作手柄、按钮、开关应设置在人手（或足）的可及范围之内。为保证大多数人均能进行操作，可及范围应按小身材的人进行设计，即采用P5作为设计依据，这些操作元件当然也落在大身材人的可及范围之内。对于设置在垂直面上的各种操纵机构，手动控制器的最高位置应使P5的人在直立状态下能够触及，最低位置应使P95的人不弯腰也能触及。对于像橱柜之类的办公用具或家具，其最上层应考虑小身材的人也能够使用。

可及范围实质上也属于被包容空间范畴。

3）适中操作范围

上述包容空间和可及范围均要求活动空间适应人的极限状态。对于某些频繁使用的操作器，则希望人能在最舒适的状态下进行操作，这样才不易疲劳，并达到准确和高效，这种作业区称作最佳作业区。最佳作业区的设置应采用P50作为设计依据，因为在P50附近，人的分布频数最高，可使多数人处于舒适、高效的作业状态下。例如，门把手的高度；各种用途柜台的高度；门铃、插座、电灯开关等的高度；电子产品中仪表板上一些重要的、使用频繁的或需进行精细操作的开关、旋钮、按钮等控制器的位置；各类机械主要操作手柄的位置；一些与安全有关的应急操纵手柄的位置等，均应处于适中作业区之内。

4）可调范围

按P50设计的同一种设施对于某个具体使用者来说仍不一定是最舒适和高效的，因为即使对于同一高度的人，也存在身体各部分比例的差异，如有的人各部分比例相对匀称，有的人腿长躯干短，有的人则腿短躯干长。对于工作于流水作业线上的人，为适应长时间、快节奏工作的需要，应使每个工作者都处于一种最舒适和高效的工作状态，有关部位应采用可调式结构。

需使用可调式结构的场合是比较多的，例如，座椅高度应是可调的（相应的踏脚板也应是可调的），让使用者能脚踏实地地踏在地面或脚踏板上，使大腿与小腿间呈90°～110°夹角，调节椅子高度也可使人适应固定工作台的高度；绘图作业中，不仅椅子是可调的，而且绘图桌的高度及角度均是可调的，以使人在坐姿或立姿状态下均可使用，对大型图纸的各个图区，人均能以舒适的姿势进行作图；流水线上采用可移动的夹具，可将零部件移到适当位置进行操作，而不至于使操作者手臂动作感到困难或过分疲劳。其他如制动系统、安全装置、控制装置等，为保证操作的安全、准确、高效，也往往设计成可调式结构。

可调式结构的设计一般以P50为基准，向两端扩展到P5和P95，对90%的人都适用（在调节范围内）。若采用P1～P99，虽然适用面展宽了（达98%），但常常是不经济的。对P5～P95的人适用，椅子调节范围为71mm；若要对P1～P99的人适用，则椅子调节范围为96mm，也就是说，为了多满足8%的人的需要，调节范围需增加35%，这显然是不经济的。

调节方式可有两种，一是连续可调（带有升降机构的椅子），二是分级可调。

2.按使用者群体特征确定尺寸

1）按性别确定

（1）使用者以男子为主的场合：按男子尺寸确定，对被包容尺寸可兼顾到女子的P50。

（2）使用者以女子为主的场合：按女子尺寸确定，对包容尺寸可兼顾到男子的P50。

（3）男女共用的场合：其百分位数选用原则见表2-9。其中最佳操作范围可取男子P50与女子P50的平均值。

2）按年龄确定

（1）通用设施：采用男子18～60岁和女子18～55岁年龄段的尺寸。

（2）士兵用军用设施或以年轻人为主的设施：采用18～25岁或26～35岁年龄段的尺寸。

（3）中、老年人用设施：采用男子35～60岁和女子35～55岁年龄段的尺寸。

（4）儿童（3～10岁）用设施：在这一年龄段，男孩与女孩的人体尺寸差别很小，同一数据对男孩、女孩均适用。

（5）中、小学生用设施：在10～18岁这一年龄段，同一年龄的男子与女子之间的人体尺寸差距开始拉大，其上限可达成人的P95以上。对中、小学生用设施的设计，应充分注意到这一点。如GB/T 3976—2002《学校课桌椅功能尺寸》中，规定了1～9号的几种型号。

3）按国家、民族、地区确定

供某国使用的产品或设施，可按国际标准的数据设计，也可按该国人体尺寸设计；对具有民族特色并主要供某民族使用或纯地区性的产品或设施，若分别按该民族或该地区的人体测量值设计，则会更适中和更经济些。

2.2.4 人体尺寸参数在设计中的修正

1.人体尺寸修正量

人体尺寸测量值（见2.1.2节、2.1.3节）均为裸体测量所得，在产品或工程设计时，人体尺寸百分位数只是一项基准值，需要做某些修正后才能成为有实用价值的功能尺寸。修正量有功能修正量和心理修正量两种。

（1）功能修正量：为了保证实现产品或工程的某项功能，而对作为设计依据的人体尺寸百分位数所做的尺寸修正量。功能修正量可分为静态功能修正量和动态功能修正量。

（2）心理修正量：为了消除空间压抑感、约束感、恐惧感，或为了追求美观等心理需要而做的尺寸修正量。

2.静态功能修正量

1）穿戴修正量

（1）着衣修正量。坐姿时的坐高、眼高、肩高、肘高加6mm，胸厚加10mm，臀膝距加20mm。

（2）穿鞋修正量。身高、眼高、肩高、肘高加25mm。

（3）不同穿戴的（尺寸增大）修正量见表2-10。

2）姿态修正量

相对于人体测量态，人体比较舒适的放松态立姿时的身高、眼高等减10mm；坐姿时的坐高、眼高等减44mm；上肢功能前伸长加100mm（见图2-2）。

3）与作业相关的修正量

功能尺寸的确定与作业特点有关。例如，在确定各种操作器的布置位置时，应以上肢前伸长为依据，但这是中指尖的位置，因此，对操纵按钮、旋钮、滑板推钮、按钮开关、手柄等的不同操作功能应做如下修正。

（1）按压按钮减12mm。

（2）“推”和“拨”类开关，减25mm。

（3）手三指（拇指、食指、中指）抓捏，如操作旋钮，减50mm。

（4）手握轴操纵手柄减100mm。

3.动态功能修正量

这是与作业不直接相关的修正量，通常是指人的必要的活动间隙和活动空间。例如，人在作业中若始终保持一种姿势则很容易感到疲劳，需经常调整姿势、伸展四肢。例如，在确定工作岗位所占面积时，不仅需要考虑与作业相关的空间尺寸，而且需要考虑与作业无关的空间尺寸。每个工作人员在工作岗位上的自由活动面积不得小于1.5m2，且自由活动场地宽度不得小于1m；人行通道及门的设计需考虑人走动时头上方留有动态安全余量（如40mm），左右晃动量两侧各50mm；工作台下面要留出膝和脚的活动空间，腿与工作台下边缘之间至少应留出20～30mm的自由空间等。

4.心理修正量

由于人的心理因素会影响到工作效率及工作质量，因此在工程及产品设计中必须予以充分考虑。在应用人体测量数据时，应根据实际情况并考虑人的心理因素，留有合理的间隙余量，对包容空间尺寸及安全技术方面尤其如此。除必须充分考虑紧凑性与经济性的场合之外，在可能情况下适当加大间隙余量是有益的。

（1）一些大型建筑的门、过道、安全通道及自由活动空间等，宽敞些能免除空间压抑感，给人以舒展感。

（2）办公桌间的间距除考虑人体尺寸界限和通道外，还应考虑相互干扰因素和心理因素。

（3）在人的前方应适当留出空间，以免使人产生“碰壁”感和压抑感。

（4）许多场合除以人体静态尺寸为基础外，还应考虑人体动态尺寸，并留出一定余量，以免在动作时产生约束感。例如，对于设施的维修空间，除作业必要空间外，适当增大间隙还可以提高维修效率。

（5）安全设施的安全距离在可能情况下适当加大，可提高安全感，有利于提高工作效率。

（6）高空作业的相关设施应充分考虑高空所引起的心理感受，以免因恐惧心理而影响正常作业，如加高周围的栏杆（而不仅是略高于人的质心高）等。

（7）某些情况下还应考虑必要的纯从审美心理出发的造型修正量。

2.2.5 产品（工程）功能尺寸的确定

1.功能尺寸的确定

功能尺寸的确定既需保证产品的性能，又需考虑对人的适应性。功能尺寸可分为两类：最小功能尺寸和最佳功能尺寸。从人机工程学出发，在确定产品或工程的功能尺寸时，需考虑人体尺寸百分位数，并加上必要的修正量。其计算公式如下：

最小功能尺寸=人体尺寸百分位数+功能修正量（2-1）

最佳功能尺寸=人体尺寸百分位数+功能修正量+心理修正量（2-2）

式中，最小功能尺寸是指为了保证实现产品或工程的某项功能，在设计时所确定的最小尺寸；最佳功能尺寸是指为了方便、舒适地实现产品或工程的某项功能，而在设计时所确定的尺寸。

2.人体尺寸百分位数的确定

1）确定尺寸类型

分析该结构的功能尺寸属于包容还是被包容尺寸，确定其可及范围、最佳范围、可调范围、使用者群体范围等（或所属的产品类型），解决结构尺寸的属性定位问题。

2）确定百分位数

对于一般通用结构可采用P5、P95；对于安全防护结构采用P1、P99；在某些情况下从经济性出发也可采用P10、P90，但应注意不会导致“大身材人”和“小身材人”的过分不适。是采用人体尺寸的上限还是下限，可参考表2-9所示选用原则确定。

3.修正量的确定

功能修正量与心理修正量一般用试验方法求得。对于一些通用要素的修正量，已有试验数据可直接引用，如着衣修正量、穿鞋修正量、姿势修正量等。另外，各行各业都有一些与作业无关及与作业有关的工作岗位尺寸的经验数据可供借鉴（但需进行审核）。然而修正量的项目内容及数据，必须从对具体工程和产品的功能及人的工作或使用方式等的分析出发，运用试验方法，模拟实际情况进行测试，通过对试验结果的统计分析确定修正量；而心理修正量则是通过对被试者的主观评价量表的评分结果进行统计分析而求得的。

4.功能尺寸确定举例

以与人立姿的静态、动态身高有关的空间高度尺寸为例进行介绍。

1）最小空间高度的确定

国际通用的人体作业的最小空间高度尺寸为1910mm，则适于人走动的通道的最小高度（动态最小功能尺寸）应是最小空间高度尺寸加上40mm的动态功能修正量，即通道的最小高度=1910mm+40mm=1950mm。

2）船舶舱室净高的确定

就船舱的高度而论，日本造船学会的问卷调查得出，“低得还可以忍受”的舱室净高为1950mm，正好与通道的最小高度相符，说明这是动态状态下的最小功能高度。就作为居室的舱室而言，人的心理感受是“还可忍受”，但是比较压抑，如果加上适当的心理修正量则会感到舒畅些。据日本造船学会的调查分析，舱室净高的心理余量是90mm，由此按式（2-2）可得舱室净高的最佳功能尺寸为1950mm+90mm=2040mm。

当然，若将2040mm作为民居的房屋高度，则又会显得压抑，而需要加高。

2.2.6 人体模板及其应用

人体模板是一种代表人体外形轮廓及运动功能特点的模板。这种模板一般是二维模板，用薄片材料制成人体的几个部分，在关节处连接，构成各关节均可活动的二维人体模板。

人体模板可用于与人体有关的工作空间、操作位置的辅助技术制图、辅助设计、辅助演示及其人机工程的评价，是设计或评价中确定人体主要尺寸的有效辅助手段，应用于人机系统设计中。在某些国家，成套的标准人体模板也已作为一种设计的辅助工具出售。模板尺寸设计宜采用1:10的通用比例，特殊场合也可采用1:5和1:1的比例。GB/T 15759—1995《人体模板设计和使用要求》介绍了立姿模板按身高尺寸的分级和4个身高等级立姿模板设计尺寸。

GB/T 14779—1993《坐姿人体模板功能设计要求》给出了坐姿人体模板身高尺寸分级、坐姿人体模板功能尺寸设计、坐姿人体模板关节角度的调节范围。

图2-5所示为坐姿人体模板侧视图（GB/T 14779—1993）。

图2-6所示为工作台作业岗位的坐姿模板，图2-6（a）所示为固定工作台上视频作业岗位的坐姿模板，据此可确定显示屏及键盘的合理位置、工作台面高度、脚踏板高度等；图2-6（b）所示为操作员（第5百分位数）在控制台上操作的坐姿模板。