人體工學座椅模塊化設計探索

楊東君

摘要：本文以人體工學座椅的座面與靠背為研究對象，是以人體臀部和背部的生理曲線為依據，通過對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，并形成對臀部和背部進行包裹的模塊化座面和背靠面。通過模塊化設計的人體工學座椅，對就坐者在保證就坐舒適度的同時提高健康性，即椅子座面和背靠面的凹凸形態能有效引導就坐者養成正確的坐姿習慣。

關鍵詞：人體工學;椅子;模塊化設計;分體面

我國作為椅子制造大國，卻沒有與制造水平相對應的設計水平，這與我國的椅子生產流程和使用的材料都有關系[1]，現有的各類人體工學座椅，幾乎都使用網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人體曲線輪廓，從而獲得較好的就坐感受[2]。但傳統人體工學椅子的座面和背靠面通常都依據人體曲線形態采用一體成型設計，使得這些椅子的就坐體驗雷同，外觀形態千篇一律[3]。除此之外，傳統人體工學座椅因受設計、材料和工藝的限制，椅子存在諸多弊端，如久坐散熱不良，實時改變坐姿不便，以及不能引導就坐者養成正確的坐姿習慣等[4-5]。為了解決這些問題，本文探索設計一種模塊化分體設計，將座面和背靠面進行模塊化分體設計，使座面和背靠面更好適應人體的生理曲線，同時，模塊化的凹凸形態通過對人體的力反饋作用能有效矯正和引導就坐者的坐姿習慣。

1 人體工學座椅概述

人體工學座椅是以“人體工程學”理論為基礎，通過對人們在使用椅子的過程中的各個數據進行測量統計和匯總，并根據這些統計數據結合設計美學和工藝技術在人機交互理論的基礎上設計研發的椅子。人體工程學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，這是工業設計的“以人為本”的原則。人體工程學座椅主要采用環保材料，具有可調節性，適合不同體型人的需求。

2 人體工學座椅模塊化設計研究現狀

通過文獻檢索和查新過程，檢索到有部分產品具有模塊化形態特征，這些模塊化形態都或多或少地對于就坐體驗產生不同的影響，以下對部分檢索文獻進行概述。

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

文獻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設計較優秀的人體工學座椅，該款電腦椅創新性地設計了獨立的彈性腰靠結構，能夠根據就坐者不同的體重和體型來調節合適的支撐力度，這款椅子將椅背分為上下兩個獨立模塊化形態，兩個模塊按照人體曲線形態固定方向，其中腰部模塊對脊柱的支撐很有力，寬大的背部模塊對就坐者肩部也有很好的保護，這款椅子優秀的椅背分體設計對就坐者背腰部的保護要好于健康雙背椅。

3 人體工學座椅模塊化設計思路

在人體工學座椅的設計原則上，我們首先解決的座椅的舒適問題，據觀察發現人在椅子上每8—10分鐘就會下意識調整一次就坐姿勢，這樣才能感到舒適[6]。來自醫學的觀點也表明人的脊椎保持自然狀態就是最舒適的，且不停變換坐姿對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態之中，任何長時間保持的靜態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、操作鍵盤和鼠標以及與訪客交談等，這些都表明椅子必須能夠符合動態要求。基于此，采用模塊化設計方式將椅面分割為多個模塊，各模塊相對獨立并保持距離，這種模塊化椅面形態在人椅交互的過程中，更能給人以清晰的力反饋。比起傳統一體形態的較軟椅面，使用者更容易并且在心理上也更愿意不停地調整和變換坐姿，以滿足長時間的健康就坐需要。

3.1 模塊化形態設計

在設計人體工學座椅時，首先在尺寸上要符合人體工程學的要求，其次在形態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，能合理分散身體對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都應依據人體生理曲線和人體壓力分布曲線狀態來建立，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，結合人體脊柱的自然生理曲線，利用小平面可構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分體面。其中，椅子座面由七個分體面組成，椅子背靠面由十個分體面組成，這些分體面根據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人體曲線的分體曲面，構建出符合人體生理曲線的人體工學三度曲面。模塊化椅面設計形態見圖2，使用者就坐時背部能很貼切地保持腰椎的自然曲線，并避免坐的時候人的腰椎曲線不自然的變形，座面和背靠面都以對稱性的左右兩組分體面組成，使得人體靠上去以后，背靠面可以主動包覆支撐上半身，背靠面上部較寬可以有效保護肩胛骨，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可以矯正因長期坐姿不良造成的脊柱側彎，不致駝背或脊椎側彎，原因是這種由模塊化分體方式構成的具有一定方向的多面體座面和背靠面，能夠明顯地對人體產生力反饋。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應，在人椅的相互作用力下，就坐者身體將產生明顯的不適感，從而迫使就坐者變換坐姿，這樣便能在長期的工作中引導就坐者養成正確的坐姿習慣。此外，由于人椅接觸面是朝向不同方向的多個分體面，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時調整不同的坐姿。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生的熱量，緩解悶熱坐感。

3.2 模塊化結構設計

在椅子模塊化分體面設計的基礎上，進一步完善椅子各部分細節的造型和結構設計。如圖3模塊化座椅結構爆炸圖，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，并結合四個較小的分體面形成椅子扶手;在座面和背靠面上，每個分體面都通過四個連接點與設于其后的龍骨連接固定。這樣，位于座面上的七個分體面連接固定在設于座面下的六根龍骨上，位于背靠面上的七個分體面連接固定在設于背靠面之后的八根龍骨上。頭靠由三個較小的分體面組成，這三個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，構成一個完整的具有模塊化設計形態的人體工學座椅，見圖4 模塊化座椅三視圖。

4 結語

人的坐姿不同于睡姿，人在坐著的時候根據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間久了都會疲勞。所以最佳坐姿是動態的，提高座椅健康性的唯一方法是在不停地滿足動態坐姿的同時盡量延長就坐時間，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，以及能有效引導健康坐姿習慣的養成，是設計出真正滿足健康需要的人體工學座椅的正確思路。基于此，本文以模塊化分體設計方式為思路，對椅子座面和背靠面進行解構，拋棄傳統的一體成型方式，將整體打散，進行分體設計，由多個分體面根據人體曲線和人椅受力分析獲得組合形態，這種模塊化形態能相對舒適地包裹人體接觸面，并提供一種全新的區別于傳統人體工學座椅的就坐體驗。同時，這種模塊化人體工學座椅在舒適性和健康性上取得了一個更科學合理的平衡點，不僅方便就坐者實時調整坐姿，其模塊化造型產生的優良的力反饋，能使就坐者養成良好的坐姿習慣。希望針對人體工學座椅模塊化設計的探討能為今后的座椅設計提供新的設計思路。