中小型游樂設備防護設計在人機工程學中的應用

（1.廣州南方學院,廣東廣州 510000;2.華強方特文化科技集團股份有限公司,廣東深圳 518000）

一、前言

常見的中小型游樂設備大致可分為：軌道類、旋轉類、升降類和碰撞類這幾種，因為游樂設備大多都是提供給青少年游玩的，所以它的外觀造型設計都非常的豐富，以此來吸引青少年以及成人的游玩樂趣。而在游樂設備設計的時候往往需要我們打破外觀對我們的誤導，首先考慮的是游樂設備的內在的乘坐空間、安全防護、布局的設計。無論是人還是產品都無法在孤立的情況下提供一種恰如其分的造型形式，因而產品的形態也只能從人與產品間的關系中去尋求造型尺度的合理依據，于是人機工程學的運用就成了我們在進行產品形態設計的主要因素。同理在游樂設備設計的時候，我們同樣去思考兒童、成人與設備之間的關系，如何設計才能讓乘客安全、舒適的體驗我們的設備。

二、中小型游樂設備的特征

游樂設施品類繁多，但歸根結底是運用機械、液壓、電子、光學、聲學等技術讓乘客體驗開汽車、坐火車、乘飛機、上天入地、太空飛行、失重等滋味，加上外觀造型設計和環境設計，從而使游客得到生理和心理上的滿足。那游樂設備區別于一般的產品之外更重要的是需要更高的“安全系數”，其中的安全措施包含了：安全帶、安全壓桿、擋桿等。而游樂設備在運營的過程中均有強烈的震動和碰撞，所以為了給游客一個安全的體驗環境，都需要進行合理的防護設計。基本上所有的防護設計都會圍繞游樂設備座椅展開，所以座椅將是游樂設備防護設計的重中之重，首先我們需要簡單了解下游樂設備座椅的特點：1.游樂設備的座椅一般都呈包裹形態；2.座椅表面會設計一些卡位用來限制身體的活動；3.會有輔助安全措施包含座椅壓桿、座椅安全帶、座椅扶手以及座椅軟包。

我們需要從座椅的這幾個特征出發，結合人機工程學中的要點來進行我們的游樂設備設計。

三、游樂設備座椅相關的人機要點

涉及座椅，人體工程學座椅的設計原則包括三個主要的要素：脊柱、肌肉、坐姿行為，體壓分布也算考慮的一個因素。游樂設備的座椅就更加需要按照合理的人體結構來進行設計。

1.座椅高度的分析與人機尺寸運用

一般來講，椅面的高度與國標GB/T 10000-1988坐姿人體尺寸中的“小托加足高”接近或稍小時，有利于獲得合理的椅面體壓分布。但是涉及游樂設備的座椅與這里稍微有點不同，所有的刺激性游樂設備出于安全考慮都是需要乘客小托加足高低于坐高，這樣才能懸空，設備在停止運行的過程中才不會因為受重致使我們的腿部產生形變造成損傷。所以高于小腿加足高是我們的參考因素之一。

我們在設計的時候取決于游樂設備針對的年齡層次來選擇我們所參考的人機尺寸來合理地設計我們的座椅距離地面的高度。

2.座椅軟包設計與人機尺寸運用

游樂設備的座椅較普通座椅還是有一定的區別，游樂設備對于身體的保護性要有更高的要求，因此座椅可能不會像普通座椅那樣坐的非常的舒適，這就需要在座椅中加入軟包理念，才可保證安全性的同時也帶來舒適性。而座椅一般都是考慮人體的腰椎間盤壓力影響來思考座椅的整體趨勢設計，確定了整體的趨勢才可能對軟包的形狀進行深入設計。我們需先了解人體的椎間盤壓力分布特征。人在不同狀態下的椎間盤壓力是不同的。以站姿為標準，平躺時為站立時的24%，標準坐姿為站立時的140%，放松狀態下為站立時的190%。相應的座椅靠背仰角、支撐對第三腰椎間盤壓力的影響：大于90度大約在110度時，并且對腰椎有支撐時壓力最小。

通過上面可以看出當座椅夾角不同的時候，我們人體脊椎所承受的力是不一樣，為了讓我們的脊椎不會輕易地變形，需要在空隙中加入支撐設計，同理我們游樂設備的座椅設計過程中，整體需成包裹形態緊緊地將我們的臀部卡在座椅里面，為了起到包裹的作用，那我們的座椅軟包形態設計就需要符合我們脊柱在特定坐姿下的彎曲設計，起到支撐我們的腰椎的作用，而大部分游樂設備的座椅靠背角度都不會太高于90°，因為角度過大會增大整個座椅的安全保護范圍所以90°以內是最合適的。游樂設備座椅的夾角90°的情況下，我們可在空隙處加厚我們的軟包設計，可以讓軟包貼合我們的脊柱，起到保護作用。

3.座椅防護壓桿與人機尺寸應用

壓桿是游樂設備中較常見的安全防護裝置，一般的壓桿種類包含：肩部壓桿、胸部壓桿、腿部壓桿，我們在設計壓桿的時候需要考慮整體座椅的空間，肩部和胸部壓桿下壓的位置和到靠背的距離，我們需要結合該游樂設備針對的人群來進行分析，不同的年齡階段的肩部和胸部尺寸會有差別，我們需要滿足最大尺寸的同時還要考慮，最小范圍的尺寸會不會導致壓桿無法形成安全防護，產生較大的縫隙，會給乘客造成安全隱患。結合上述，考慮到衣服的修正量和不同年齡段的尺寸，我們需要從這些數據當中去分析具體什么樣的數據范圍適合作為肩部和胸部壓桿的參考值，該值需確保以下幾個前提：1.滿足多個年齡層次的乘客使用此壓桿滿足防護作用；2.保證極限瘦小的人體體驗也會產生防護的作用，這就需要我們權衡多個角度的數據，經過我們的推銷也就可以逐漸清晰我們的壓桿具體需要設計成什么樣子，以此為基礎在不斷地去優化壓桿，添加符合人體構造的造型因素來增加壓桿的舒適性和安全性。

腿部壓桿又和肩部、胸部壓桿有一些區別，字面意思上就是腿部壓桿主要是限制我們的下半身，從而起到防護作用，腿部壓桿與我們人體的大腿厚度尺寸息息相關。

結合上述，同理我們需要按照最大值和最小值進行綜合考慮，得出一個最安全的數值，保證兒童不會溜出去的前提下，還要對成人可以壓下去起到防護作用。

4.座椅安全帶防護人機分析

游樂設備安全帶種類大致可分為：兩點安全帶、三點安全帶、多點安全帶，兩點安全帶多用于刺激性較小的項目，三點安全帶用于刺激性較大的。

兩點安全帶的設定需要考慮到人體腹部的尺寸，安全帶過長會導致帶子對乘客乘坐的體驗，安全帶過短又會對功能這一塊無法滿足，所以我們要綜合考慮座椅寬度和人體腹部的厚度，得出最適合的安全帶長度。

游樂設備的三點安全帶一般第三點在座椅下方，下方的安全帶需要按照座椅深度來預測尺寸長度，保證安全帶的防護性，多點以上的游樂設備一般都需要將安全帶做成一個防護帶來固定身體，多見于攀登或者彈跳之類的項目。

綜合以上幾點整個游樂設備的安全防護基本都聚焦于座椅這一塊，所以座椅初期的設計需要考慮到上述我們提到，座椅本體尺寸的人機工程學，座椅上的壓桿的相對位置關系和座椅間的空隙相關的人機工程學，在整個游樂設備的安全防護設計過程中，最重要的就是其中的座椅，座椅與我們常坐的座椅是有一定的區別的，以下是一些座椅的例子。

游樂設備的座椅設計到多個方面，首先是座椅本身，基本所有的游樂設備座椅都有很強的包裹感設計，椅面和靠背基本不會大于90°，部分座椅的椅面前端會有限位，該限位的作用就是防止乘客在體驗的過程中下滑造成不必要的安全事故，壓桿的造型也是多種多樣，但是都離不開對人機的分析，其形狀、下壓角度和大小都決定著其對乘客的保護程度，不貼和乘客身體的壓桿，很容易會造成乘客沒有被限制，會帶給乘客過大的活動范圍空間，在運行過程中就會產生很多意外，例如乘客左右探身體，很容會撞傷，因為每一個座椅在運行過程中都會有一個安全包絡線，超出這個范圍就會有危險，所有的安全防護都需在合理的范圍內。

所有的防護設計還需考慮人體的活動輻射范圍，扶手的設計也與人機工程學息息相關，過高的扶手設計會影響人的椅靠，過低的扶手又起不到一定的輔助作用，所以扶手一定要參考人體的坐姿尺寸分析，采用的合適的高度進行設計。

其實在座椅設計中，形式和尺寸是一方面，但是安全防護是全面的，所以什么樣的材料也會影響其產生的防護作用，也是我們要著重考慮的一方面，座椅的本身材料在游樂設備中都是有一定的防火要求的，所以座椅本體玻璃鋼的材料在游樂設備中被廣泛地運用，其本身的防火性能、柔韌性和耐腐蝕性都比較符合這個行業的要求，與身體接觸的地方又需要軟性的材料來代替，增加緩沖作用保護身體，正是多方面的合理使用才可以將游樂設備的安全防護設計做到極致。

四、結論

隨著游樂設備在國內越來越普及，安全防護設計也越來越受到了國家的重視，雖然我國兒童樂園游樂設施、種類、形式等方面發展迅速，但是國內娛樂設施的安全環保情況也值得注意。我國出臺的相關游樂設備標準大多適用于從事高空、高速以及可能危及人身安全的游藝游樂設施的設計、生產、銷售、安裝、運營的安全管理，然而像充氣城堡、旋轉木馬、小型海盜船等其監管仍存在法律真空，室內娛樂設施存在著安全及衛生方面的監管漏洞。這也是我們設計的時候更加需要注意的。

2016年3月14日，中國游藝機游樂園協會發布了我國首個《室內兒童軟體游樂設備安全技術規范》團體標準，并于同年6月14日實施，這對于提高室內軟體游樂設備產品的設計、規范室內兒童游樂設備的安全運營與服務質量、維護兒童安全都具有重要的意義。

所有的游樂設備發生事故的原因，很大一部分都是因為在設計的時候人機工程設計上的缺乏，沒有經過嚴格的用戶測試導致發生的，這些不合理的安全防護設計如果不經過監測就推向市場，很有可能會釀成比較嚴重的后果。

因此在游樂設備的設計上，我們一定要步步為營，一定要從人機尺寸本體出發，嚴格要求每一個尺寸的合理設計，不論是造型還是材料都需要依靠人機工程學為基礎，一步步去合理設計，結合人機尺寸充分考慮各方面因素，努力讓我們的游樂設備整體更人性化，更安全、美觀和舒適，建立起游樂設備安全意識和監測制度，保證其安全可靠，減少事故的發生，帶給大家一個美好的游樂體驗。