高鐵座椅設(shè)計(jì)

仇志龍 滿(mǎn)蓉 王璽

摘 要：高速鐵路客車(chē)作為一種便捷高效的出行方式，成為了大眾出行的優(yōu)先選擇，其乘坐舒適性也得到人們?cè)絹?lái)越高的關(guān)注。在一段旅程中，客車(chē)上座椅設(shè)計(jì)的好壞極大的影響著人們的乘坐舒適度，進(jìn)而影響人們?cè)诔俗蛙?chē)時(shí)的心情與休息的質(zhì)量。本文就高鐵座椅設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：高鐵座椅；設(shè)計(jì)；頭枕；靠背

引言

二十一世紀(jì)，中國(guó)人民開(kāi)始步入高鐵時(shí)代。隨著我國(guó)社會(huì)的不斷發(fā)展，人們不單單滿(mǎn)足于高鐵給我們帶來(lái)的速度和節(jié)省的時(shí)間，對(duì)于列車(chē)座椅的舒適程度也提出了新的要求。

一、高速鐵路列車(chē)座椅的基本人體尺寸分析

高速鐵路列車(chē)座椅具有使用人員多，公共性高這些特性，考慮到這些特性，在設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)充分考慮到大多數(shù)人的人體尺寸，座椅的尺寸選擇應(yīng)當(dāng)具有最大的通用性。目前我國(guó)的高速鐵路（CHR）座椅設(shè)計(jì)參數(shù)主要依據(jù)表1而來(lái)。

椅面高度應(yīng)以小腿加足高的第五百分位數(shù)值進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于高速鐵路列車(chē)座椅，要滿(mǎn)足乘客休息的需求，腿能向前伸展，以放松肌肉，座高為在380～450之間比較適合我國(guó)大部分人的人體尺寸，表1中420/410的座高符合設(shè)計(jì)要求。座寬的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)通常以女性群體尺寸的上限（即女性臀寬第95百分位數(shù)值346）為設(shè)計(jì)依據(jù)，以滿(mǎn)足大多數(shù)人的需要。在空間允許的情況下，以寬為好，上表中座寬為430/435，符合基本的設(shè)計(jì)要求。座位深度以略小于坐姿時(shí)大腿水平長(zhǎng)度為宜，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3326規(guī)定椅子座深為340～440mm，高速鐵路列車(chē)座椅深度應(yīng)能適應(yīng)身材較小者，座位的深度應(yīng)以座椅深度的第5百分位數(shù)值進(jìn)行計(jì)算.對(duì)比人體數(shù)據(jù)，二等車(chē)座椅深度在此范圍內(nèi)，一等座略超出。扶手的高度以手肘得到支撐并不造成聳肩為好，宜取略低于人體坐姿肘高的數(shù)值。現(xiàn)有的座椅設(shè)計(jì)扶手高度略低，仍屬舒適范圍。

通過(guò)上述分析，現(xiàn)有高速鐵路列車(chē)座椅的尺寸基本符合人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)參數(shù)要求，但是座椅僅僅滿(mǎn)足基本的尺寸要求是不夠的，這并不能保證座椅的舒適。通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，大量乘客在長(zhǎng)時(shí)間乘坐高速鐵路列車(chē)時(shí)，仍會(huì)明顯感到腰部和頸部肌肉酸痛等不適。其主要原因在于一些更為細(xì)小的參數(shù)等不符合中國(guó)人的人體生理曲度，在保證脊柱正常曲度和實(shí)現(xiàn)頭部有效支撐方面未能充分發(fā)揮作用。

二、現(xiàn)有高速鐵路列車(chē)座椅設(shè)計(jì)的問(wèn)題分析與措施

乘坐高度列車(chē)時(shí)，人們通常處于坐姿狀態(tài)，脊椎是支撐人體的主要結(jié)構(gòu)，其中腰椎、骶骨和椎間盤(pán)及軟組織支撐人體上半身大部分的負(fù)荷，同時(shí)還承受彎腰扭動(dòng)等動(dòng)作負(fù)荷。人體在保持坐姿時(shí)脊椎側(cè)面有頸、胸、腰、骶四個(gè)生理彎曲，這種生理彎曲使得椎間盤(pán)之間具有最佳的壓力分布以及最佳的椎骨間肌肉靜態(tài)負(fù)荷水平。當(dāng)座椅的設(shè)計(jì)不符合這種自然彎曲時(shí)，就會(huì)引起腰部各部壓力變化，使人感到肌肉酸痛。因此，高速鐵路列車(chē)的座椅設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)充分考慮人體脊椎的生理特點(diǎn)，椅背曲線(xiàn)的設(shè)計(jì)要符合人體脊椎生理曲線(xiàn)，使得乘客乘坐座椅時(shí)腰背部的肌肉得到充分的放松。現(xiàn)有的高速鐵路列車(chē)座椅在乘坐時(shí)主要不舒適的部位集中于腰部和頸部，高速鐵路列車(chē)座椅采用高靠背，靠背的曲線(xiàn)較為平直，未能貼合人體脊椎的自然彎曲，無(wú)法起到支撐的作用。長(zhǎng)時(shí)間乘坐腰部和頸部感到明顯不適。

（1）頭枕略高導(dǎo)致頸部壓迫、不可調(diào)。現(xiàn)有的高速鐵路列車(chē)座椅設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題有二：一，現(xiàn)有座椅椅背高度略高，許多身高較矮的乘客乘坐時(shí)，座椅的上緣正好頂在枕骨突出處導(dǎo)致頭部前傾，頸部受壓，頸部肌肉難以放松。二，座椅的靠背傾角可調(diào)節(jié)，但靠背不能貼合頸部的位置，給予頸部支撐，降低了座椅的舒適性。

（2）頭枕設(shè)計(jì)的人機(jī)分析。頭枕的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)充分考慮人體的尺寸和乘客乘坐高鐵時(shí)的舒適性，保證乘客得到更好的休息。頭枕的高度應(yīng)在頸椎之上枕骨下部，使人體在后傾的休息坐姿頸部得到支撐和保護(hù)，提高舒適性。這部分尺寸應(yīng)當(dāng)參考成年人人體坐姿頸椎點(diǎn)高女性第五百分位到男性第九十五百分位即579～701。頭枕的寬度應(yīng)當(dāng)為成年人人體頭最大寬加上人體活動(dòng)的余量。人體頸椎的活動(dòng)范圍是：頸椎的前屈、后伸（俗稱(chēng)低頭、仰頭）分別為45°，左、右側(cè)屈各為45°。所以頭枕的設(shè)計(jì)不僅能夠給予頸椎支持，而且要保證頸椎活動(dòng)不受限制。這部分?jǐn)?shù)據(jù)要大于中國(guó)成年人人體頭最大寬男性第九十五百分位即164，多數(shù)沒(méi)有獨(dú)立頭枕都與椅背同寬。頭枕的形狀多采用貼合頸部曲線(xiàn)的弧面，形狀多為長(zhǎng)條狀，在頭枕的兩側(cè)做出凸起，使乘客倚靠在一側(cè)睡覺(jué)時(shí)頭部可以有依托。

（3）較好的頭枕設(shè)計(jì)方案分析。德國(guó)的ICE列車(chē)，有較好的頭枕設(shè)計(jì)。根據(jù)人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)V形頭枕，更貼合頸椎曲線(xiàn)，頭枕獨(dú)立可調(diào)節(jié)，不僅能滿(mǎn)足不同身高乘客的需求，還能隨著姿勢(shì)的變化調(diào)節(jié)，大大的增加了座椅的通用性和舒適性。

（4）腰靠設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題分析及解決方案。①現(xiàn)有腰靠曲線(xiàn)設(shè)計(jì)不符合脊椎生理彎曲，我國(guó)現(xiàn)有的高速鐵路列車(chē)座椅與法國(guó)ICE列車(chē)，我國(guó)現(xiàn)有列車(chē)座椅的靠背中下部側(cè)面曲線(xiàn)較為平直，頭枕和腰靠均不明顯。ICE列車(chē)座椅則有比較明顯的弧線(xiàn)設(shè)計(jì)，貼合人體脊柱的自然弧度，保證乘坐姿勢(shì)近似于正常的腰椎弧線(xiàn)，給腰背部提供依托使得腰部肌肉放松，從而減緩疲勞的發(fā)生；②腰靠設(shè)計(jì)的人機(jī)分析。人體的脊椎由立姿改變?yōu)樽撕螅棺档那€(xiàn)發(fā)生了變化，脊椎的變形主要集中在腰椎處，腰椎由立姿時(shí)的前凸變?yōu)樽藭r(shí)的后凸，腰椎的后凸直接導(dǎo)致腰間盤(pán)承受的壓力增大。乘客乘車(chē)長(zhǎng)時(shí)間保持坐姿，腰椎承擔(dān)了上身大部分壓力，應(yīng)當(dāng)在此位置給予腰靠支撐。沒(méi)有腰靠將只靠肌肉來(lái)維持腰曲弧形，勢(shì)必引起腰部肌肉疲勞和損傷，當(dāng)人長(zhǎng)時(shí)間保持一個(gè)坐姿不動(dòng)而出現(xiàn)肌肉緊張時(shí)，稍稍轉(zhuǎn)動(dòng)身體位置可以促進(jìn)生物電的活動(dòng)，使肌肉放松而重新獲得休息。考慮到長(zhǎng)途旅行乘客經(jīng)常更換動(dòng)作來(lái)調(diào)節(jié)身體各部位的壓力以及個(gè)體之間的人體尺寸差異，腰靠的位置也應(yīng)當(dāng)可調(diào)節(jié)，以適應(yīng)乘客不同姿勢(shì)和個(gè)體的需要；③腰靠設(shè)計(jì)的解決方案。貼合脊椎生理彎曲的曲線(xiàn)，是腰靠設(shè)計(jì)的基本原則，但是在中國(guó)南北方和民族間人體的高度、體型間差異較大，要滿(mǎn)足不同人乘坐需求的腰靠最優(yōu)是調(diào)節(jié)弧度的腰靠。考慮的曲線(xiàn)和高度的可調(diào)節(jié)，汽車(chē)駕駛座椅采用的氣囊式腰靠可以完全滿(mǎn)足要求，但是高速列車(chē)作為一種大眾運(yùn)輸，接待乘客量大，必須具有很強(qiáng)的耐用性，氣墊式腰靠不具有很強(qiáng)的耐用性，所以新型的座椅設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)采用簡(jiǎn)單并且耐用的機(jī)構(gòu)。

三、結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)現(xiàn)有高速鐵路列車(chē)座椅大多是借鑒國(guó)外案例設(shè)計(jì)完成，一些細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)還未能完全符合中國(guó)人自己的身體特點(diǎn)，文中所提到的靠枕和腰靠設(shè)計(jì)只是其中較為突出的問(wèn)題。要全面解決座椅的舒適性，取得中國(guó)人客觀詳實(shí)的人體數(shù)據(jù)樣本才是最為基礎(chǔ)和關(guān)鍵的，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)科學(xué)的設(shè)計(jì)增加可調(diào)節(jié)頭枕、腰靠，滿(mǎn)足人體自然姿勢(shì)的需求，才能有效提高座椅的舒適性，改善現(xiàn)在乘客乘坐高速鐵路列車(chē)腰酸頸痛的現(xiàn)狀。

參考文獻(xiàn)：

[1]王鴿. 高速列車(chē)座椅靠背的曲面優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D].東華大學(xué)，2017.

[2]汪麗娜. 基于SPD的高鐵椅面舒適度研究[D].東華大學(xué)，2017.

[3]吳聞?dòng)? 高速列車(chē)座椅特征提取與全局舒適度研究[D].東南大學(xué)，2015.

[4]李超軍，崔正亮，熊旺，湯印，唐勇.多功能高鐵座椅防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].硅谷，2013，5（01）：67-68+36.