人體工程學在船舶內裝設計中的應用

章俊

摘要：本文就船舶內裝設計過程中遇到的若干問題進行分析，并采用人體工程學原理提出解決方案及設計原則。

關鍵詞：船舶；內裝設計；人體工程學；解決方案

1.前言

人體工程學是20世紀40年代后期發展起來的一門技術科學，由于人體工程學適用于不同的領域，故也產生了許多不同的表達方式和名稱，我國常用的名稱有：人類工效學、人體工程學、人機工程學、人類工程學、工程心理學等。

考慮船舶內裝設計的特點，本文采用人體工程學這個名稱，它是研究人與工程系統及其環境相關的科學。

在船舶設計和建造滿足法規、公約、規格書的基礎上，船東往往從安全、便利、舒適等角度提出報驗意見，而這些正是人體工程學所涉及的內容。

本文就貨船內裝設計過程中遇到的若干問題進行分析，在滿足規范的前提下，運用人體工程學原理研討解決方案。

2.室內梯道的踏步凈高與頂棚凈高

室內梯道的踏步凈高，指室內斜梯踏步表面距其上方物件（天花板或結構）的暢通豎直高度，該范圍內不應有任何凸出物。

室內梯道的頂棚凈高，指室內斜梯底部地面距其上方物件（天花板或結構）的凈空高度。

室內梯道的踏步凈高與頂棚凈高的確定依據：

（1）《人體工程學圖解——設計中的人體因素》中建議：梯道上頭頂的連續空間最小為2 235 mm；頂棚起點距地面凈高為2438mm。如圖1所；

（2）《船舶造型與艙室設計》中建議：梯道踏步凈空高度為2 150～2 300 mm；對室內梯道的頂棚凈高則未作說明；

（3）《船舶人體工程學應用指南》中建議：所有梯道至少保持2 130 mm的暢通凈空高度；對室內梯道的頂棚凈高也未作說明；

（4）在船舶生產設計中，甲板層高作為定值，室內梯道區域會跨過1～2個肋位，強肋位往往在甲板面下設T型梁結構。另外，受管路、電纜布置影響，室內梯道的頂棚凈高很難設計得很高；而受各種因素局限，室內梯道的頂棚凈高一般在2 150 mm左右。

以筆者工作經驗，室內梯道的頂棚凈高設計為2 100mm、2200mm時，往往會遇到船東不滿意的情況，問題在室內梯道頂棚與室內梯道天花板的交界處，即梯道頂棚起點，船東說下樓時感覺在這個地方會碰頭，每次要低下頭才敢通過。

筆者（身高1.75 m）曾親自去上述室內梯道現場感受過，刻意不低頭、目光平視，感覺前方的天花板距離自己較近，但只要邁下一級踏步就會感覺順利過去了，所以會碰頭其實是個錯覺，這涉及人體工程學中的心理裕量問題。

要使人在下樓梯時不產生碰頭的心理感受，加大室內梯道的踏步凈高是最直接的解決措施。但如果室內梯道的頂棚凈高受局限，室內梯道的踏步凈高也隨之受限，在這樣的情況下如何確定梯道頂棚的起點位置就成為一個關鍵。

按人體工程學的“人體尺寸”概念：由于人的個體和群體差異，人體尺寸有很大的變化，設計時幾乎不用平均數，而采用在一定范圍內進行數值分段，將身高或肩寬等在尺寸上分為一百等分，設計上要滿足所有人的要求不太可能，也沒有必要，但必須滿足大多數人的要求。《人體工程學與室內設計》中建議選用第95百分位的尺寸，如設計通行間距時選用95%的人能夠通過的走道，而只有5%的人通行有困難；

（5）鑒于《GB 10000-88中國成年人人體尺寸》是較早的標準，而人體尺寸數據具有較強的時效性（一般每10年就需修訂一次），這些年來中國人的平均身高是增加了，故筆者在室內梯道模擬簡圖中的人員身高選用第99百分位的尺寸：1 814 mm。由于上述數據是在不穿鞋的情況，而船員工作時都是穿著鞋的，于是還需加上鞋高來修正，即人穿鞋時的身高尺寸為：1814+36=1850mm。

同時，還應注意到人上下樓梯時身體是前傾的，一般取傾角為7.5°，此時人的豎直高度為1 850×cos7.5°=1 834 mm；

（6）人上下樓梯時，眼睛看到前方的梯道頂棚距自己較近，會產生會碰頭的感覺，因此需考慮人體工程學中的心理裕量，一般取90 mm。

人頭頂距眼睛的豎直高度約100～110 mm，本模擬圖中取110mm。

人腳落在斜梯的踏步上，足中心與踏步前緣的距離取100mm。

（7）《國際消防安全系統規則》中規定：客船的梯道傾斜角應不大于45°；貨船的梯道傾斜角一般是45°，但不得大于50°。本文僅涉及傾角不大于45°的室內斜梯，故模擬圖中室內斜梯傾角定為45°。

船用斜梯，其踏步的高度應不大于250 mm，但不小于200mm，模擬圖中取250mm。

根據上述尺寸繪制的室內梯道模擬圖，見圖2。

由圖2可知：室內梯道的斜梯傾角為45°時，為使梯道頂棚在人（身高1 850mm）的心理裕度（90mm）之外，梯道頂棚凈高不宜低于2 200 mm，梯道頂棚起點距斜梯第1級踏步水平距離不小于217 mm，取整為220 mm。

為此，筆者這里提出一個簡稱“梯道頂棚220”的設計原則：對傾角不大于45°的室內斜梯，梯道頂棚起點距地面凈高應≥2 200 mm；同時，梯道第1級踏步頂點距頂棚起點的水平距離應≥220 mm。

運用上述原則，筆者設繪了此情況下的室內梯道頂棚布置，并放人身高1 850 mm的人物進行驗證模擬，驗證結果是可行的，見圖3。

如果船東、船員是歐美人，則“梯道頂棚220”的設計原則應加100 mm予以修正。

如果受條件制約，梯道頂棚起點距地面凈高<2 200mm，則需加大梯道第1級踏步頂點距頂棚起點的水平距離。例如，梯道頂棚起點距地面凈高是2100mm，則梯道第1級踏步頂點距頂棚起點的水平距離應≥320mm。

3.室外斜梯平臺通道的通行凈寬

船舶上建各甲板層一般在甲板室圍壁外設一個平臺來布置室外斜梯，本文將其稱為室外斜梯平臺。

室外斜梯平臺在靠近甲板室的—側開梯口，梯口外側設欄桿，室外梯平臺的外邊緣也設欄桿，人自斜梯登上本層甲板后，要去往更上一層甲板，就要經過這個兩側均有欄桿的通道，這個通道稱為室外梯平臺通道。

傾角50°的上建室外斜梯，室外斜梯平臺梯口長度一般≥1 800 mm，圍繞梯口在平臺上焊一圈攔桿扁鐵，于是梯口外側的欄桿長度一般≥2 000mm。

梯口外側的這一段欄桿是獨立的，該段欄桿一般設3根欄桿柱，首尾兩根欄桿柱均帶有斜撐，影響實際的通行凈寬，如圖4所示。

室外斜梯平臺通道凈寬的確定依據：

（1）室外梯平臺通道一般會作為上建區域的脫險通道，根據國際海事組織（IMO）的《國際消防安全系統規則》：貨船用作脫險通道的梯道和走廊的凈寬度應不小于700 mm，并在其一側應裝有扶手，凈寬度為1 800 mm及以上的梯道和走廊應在其兩側裝有扶手；

（2）《船舶人體工程學應用指南》中，對一人通行的走道寬度建議≥710 mm，但未說明人抬擔架時所需的通道寬度；

（3）《人體工程學圖解——設計中的人體因素》中對人在幾種情況下所需求的最小通道寬度（610～915 mm）進行了說明，其中人在腋下拄雙拐時所需最小通道寬度為915mm，可作為人抬擔架時所需通道寬度的參考值；

（4）《室內設計資料集》對人提行李時所需通道寬度是910～1 060 mm。

筆者認為，對室外梯平臺通道，阻礙其通行凈寬的關鍵是欄桿柱的斜撐。但《載重線公約》規定了欄桿柱的斜撐不能隨意取消，于是筆者考慮將妨礙通行凈寬的欄桿柱的斜撐換為肘板。

國際船級社協會對欄桿柱撐條的替代裝置有規定，中國船級社《法定檢驗實施指南》對此規定有明確說明。

筆者采用代換每第3根欄桿柱的斜撐，符合上述規定中“替代至少每第3根支柱處由撐條支持的裝置第（a）項”，于是按K·bs≥2.9·bs來設計肘板下端長度。

值得注意的是，通常上建區域的甲板厚度<20mm，欄桿柱的斜撐換為肘板后，如果還需按上述規定在甲板下方對應加焊100×12的扁鋼，則會導致大量的現場仰焊工作，勞動強度大，施焊質量也難以保證。為此，筆者采用在欄桿柱下方設15 mm厚的墊板，一般上建區域甲板厚度≥6 mm，這樣墊板厚+甲板厚≥21 mm>20mm，所以就不必加焊扁鋼了。

基于以上考慮，筆者設繪了每第3根欄桿柱的斜撐代換為肘板的方案，使實際的通行凈寬大為改善，獲得了CCS驗船師的認可，船東也很滿意，見圖5。

4.分羅經木墊的高度設計

船舶駕駛室兩翼的方位分羅經用來觀測羅經差，所以必須高出舷墻，而普通人的身高，在觀察六分儀時比較困難，可能看不見水線，因此需要加一個墊高的底座，即在分羅經底端設一個環繞分羅經的木墊。

按我司設計分工，分羅經由設計電裝確定參數并向專業的設備商訂購，因為每型船的羅經設計參數不一致，不同設備商供貨也不同，實際裝船的分羅經的高度往往并不一樣，這導致了分羅經木墊的高度無法設計為一個固定值。如果確立一個高度的設計原則或計算公式，在設計分羅經木墊時作為參考就方便很多。《人體工程學與室內設計》中建議：常用高度一般選用第50百分位的尺寸，如門鈴、把手、電燈開關的高度。

筆者在分羅經木墊模擬圖中：

（1）普通人的眼高，選用《GB 10000-88中國成年人人體尺寸》中第50百分位的尺寸：1 568 mm；人穿鞋時的眼高尺寸：1 568+36=1 604 mm；

（2）《GB 10000-88中國成年人人體尺寸》中第50百分位選用成年男子的身高尺寸：1 678 mm。

統計數據表明，1997年中國成年男子的平均身高已達1 692 mm，相較《GB 10000-88中國成年人人體尺寸》中的成年男子平均身高增加了14 mm，那么眼高的平均值也相應增加。為此，筆者把分羅經木墊模擬圖中普通人的眼高設為1 620 mm；

（3）人頭部在端正狀態時，視線范圍是水平視線上下30°，人若稍稍低頭，則視線范圍可以擴大到60°。

為避免個子高的人站上木墊要拱肩低頭地觀看分羅經（即面板在人視線60°范圍外）導致不舒服，筆者另設繪了一張高個子人的分羅經木墊模擬圖，用來模擬驗證。

筆者選取了《GB 10000-88中國成年人人體尺寸》中第99百分位的尺寸：1 705 mm；人穿鞋時的眼高尺寸為：1 705+36=1 741 mm，取整為1 740mm。

由上述分析可知：站上同一高度的木墊，如果普通身高的中國成年男子（水平視線高度1 620 mm）俯視30°可以看見面板，那高個的中國成年男子（水平視線高度1 740 mm）稍稍低頭（俯視42°）也可以看見面板，如圖6所示。

綜上所述，分羅經木墊高度的計算公式如下：

H=（h+220）-1 620=h-1 400（mm）。式中：h——羅經面板距甲板面高（mm）。

5.結語

本文所述案例及其解決方案、設計原則，在我司320 000 DWT VLCC、100 000 DWT半潛船的內裝生產設計中均有運用，獲得了船東、船檢的認可及好評。