火车座椅人机工程学改进
[摘要]
我国地域广阔, 人口众多，虽然人们生活水平不断提高，人们对生活质量的要求也越来越高，但在相当长的一段时间内, 普通客车仍将是广大人民群众出门远行的主要交通工具。不过当前车厢内部超员问题极其严重，乘车是不方便的苦恼。因此很有必要对我国列车座椅进行人机工程学的设计分析。本论文将通过列车座椅的资料收集和现状分析，列车座椅设计，列车座椅设计人机工程学分析及评价，从而得出列车座椅的设计要点：形态方面，追求与列车车厢内部环境协调；色彩方面，采用让乘客感觉舒适、亲切的颜色；材料工艺方面，力求使座椅设计制作简单化、标准化；功能方面，临时应急座椅的设计，能在一定程度上减缓站票旅客的痛苦；人机方面，更符合人体正常坐姿状态下的身体曲线的靠背设计和更合理的座面高度。在以满足基本乘坐要求的基础上向舒适化、人性化发展，从而达到尽可能减少旅客出行疲劳的目的。
[关键词]
火车座椅 人机工程学
[正文]
首先，我们来分析一下人体的坐姿以及坐姿与座椅的关系。 一、坐姿分析 （一）坐姿状态
乘客处于坐姿状态时，支持人体的主要结构是脊柱、骨盆、腿和脚等。其中腰椎、骶骨和椎间盘及软组织承受着人体上半身大部分负荷，同时还要承受弯腰扭转等动作负荷。从图1可以看到人体脊柱侧面有四个生理弯曲：颈曲、胸曲、腰曲及骶曲。坐姿状态的差异影响了身体对脊柱的压力，为了乘坐舒适必须保证人体处于正常生理曲线状态，列车座椅应全方位提供给坐姿人体头部、颈部、背部、腰部、肘部、腿部和足部的合理支撑。
图1
（2）坐姿受力
人体骨盆下面有两块粗壮的圆骨，称为坐骨结节，能比周围肌肉承受更大的压力。当座面呈水平状态时，两坐骨结节外侧的股骨处于正常的位置未受压迫，当座面呈凹形状态时，会迫使股骨向上转移而造成髋部肌肉承受反常压力，人体会下意识涌动臀部或者求助肘部和肩部分散受力，从而引起不适。同时过软的座面使腿部压力过大，影响了大腿血液循环和神经传导而感到不适。医学论证显示，座垫应根据臀部不同部位承受不同压力的原则来设计，即在坐骨处压力最大，向四周逐渐减小，至大腿部位时压力将至最低。图2是座垫倾斜5°～10°时较为理想的座垫体压分布曲线，其中各封闭曲线为等压力线，所标数字的压力单位为kPa 。
图2
(二) 、人体尺寸数据获取 （1） 人体测量标识
人体测量一般包括形态测量、生理测量、运动测量三个方面. 根据座椅设计研究需要，采用抽样测量法将其中的形态测量和生理测量作为主要测试项目.
根据座椅类家具设计所需人体尺寸作为测点和测量项目. 身高是最基本的人体尺寸数据，选取这一基本尺寸作为基准，用H 表示，建立H 与人体坐姿各尺寸之间的比例关系. 其中，人体坐姿尺寸包括:1.坐高;2. 坐姿颈椎点高;3. 坐姿眼高;4. 坐姿肩高;5. 坐姿肘高;6. 坐
姿大腿厚;7. 坐姿膝高;8. 小腿加足高;9. 坐深;10. 坐姿下肢长共10项标识，见图
图3 人体坐姿尺寸示意图
（2）人体测量对象
通过对近1 500 名大学生人体样本多项标识进行调查和实测，选取有效样本并将所采集的数据进行统计分析，按照测量项目列表，男女身高尺寸分布情况及数据分别如图4、图5所示。
图4 女性身高分布图 图5 男性身高分布图
(三) 、坐姿的优点和缺点
（1）优 点
a. 可免除站立时人体的足踝、膝部、臀部和脊椎等关节部位受到静肌力，减少人体能耗，消除疲劳
b. 坐姿比站立更有利于血液循环
c. 有利于保持身体的稳定，这对精细作业更适
d. 在脚操作场合，坐姿保持身体处在稳定的姿势，有利于作业。 (2)缺点
a. 限制了人体活动范围，尤其是需要上肢出力的场合，往往需要站立作业，而频繁的
起坐交替也会导致废劳。
b. 长期维持坐姿也会影响人体健康，招致腹肌松弛，脊椎非正常弯曲，以及对某些内脏器官造成损害，如消化器官与呼吸器官
c. 坐姿太久也会造成下肢肿胀，静脉压力增加．大腿局部受到压力，增加血液回流阻力，引起不适感。
(四) 、坐姿矫形学生理
（1） 正常的姿势下，脊柱的腰椎部分前凸，而至骶骨时则后凹。在良好的坐姿状态下，压力适当地分布于各椎间盘上，肌肉组织上承受均匀的静负荷。
（2） 当处于非自然姿时，椎间盘内压力分布不正常，形成的压力梯度，严重的会将椎间盘从腰椎之间挤出来，压迫中枢神, 产生腰部酸痛、疲劳等不适感。躯干完全挺直的坐姿使脊椎严重弯曲，因椎间盘上压力不能正常分布，身体上部的负荷加在腰椎部，引起不适，因此90度角的靠背椅是不良的设计
,
躯干前倾的姿势会使本来前凸的腰椎拉直甚至反向后凹，这种姿势因而也极不舒服，影响了胸椎和颈椎
的正常弯曲，使颈、背部疲劳
,
故良好的坐姿：腰与大腿成
135
度，腰椎部有支撑。
F E D C B A
G
(五) 、肌肉活动度
脊椎骨依据其附近的肌肉和腱连接，椎骨的定位正是借助于肌腱的作用力。一旦脊椎偏离自然状态，肌腱组织就会受到相互压力(拉或压) 的作用，使肌肉活动度增加，招致疲
劳酸痛。
3组不同坐姿的2－3腰椎背棘直肌肌电图
在挺直坐姿下，腰椎部位肌肉活动度高，因为腰椎前向拉直使肌肉组织紧张受力。
提供靠背支承腰椎后，活动力则明显减小；
躯干前倾时，背上方和肩部肌肉活动度高，以桌面作为前倾时手臂的支承并不能
降低活动度。
根据矫形学原理和肌肉活动度分析可得出下列结论：
A 躯干挺直或前倾的坐姿很容易引起疲劳 B 设置适当的靠背可使疲劳降
C 大于90度的靠背可防止骨盆的旋转，增加坐姿稳定性 且使坐姿更接近自然状态
二．座椅设计
（一）设计原则和分类
1. 座椅的形式与尺度及其功用有关 2. 座椅的尺度必须参照人体测量学数据确定
3. 身体的主要重量应由臀部坐骨结节承担 4. 座椅前缘处，大腿与椅子之间压力应尽量减小
5. 腰椎下部应提供支承，设置适当的靠背以降低背部紧张度
6. 椅垫必须有足够的垫料和适当的硬度，使其有助于体重压力均匀地分布于坐骨结节区域
（二）当考虑坐姿动机时，座椅基本分为三类：
1. 休息为目的的安乐
设计重点在于使人体得到最大的舒适感，消除身体的紧张与疲劳。
合理的设计应使人体的压力感减至最小。
2. 作业场所的工作椅
稳定性是主要因素，腰部应有适当的支持，重量要均匀分布于座垫(或座面) 上，同时要适当考虑人体的活动性，操作的灵活性与方便等。
3. 多用椅
这类座椅以多种功能为设计重点。它可能与桌子配合，可能是工作、休息兼用，也可能是作为备用椅可以折叠收藏起来。
（三）设计细则
1. 座高：休息用安乐椅38—45cm ，工作椅43—50cm
a. 适当的座高应使大腿保持水平，小腿垂直，双脚平放于地面。
b. 座面不能过高，否则小腿悬空时，大腿受椅面前缘压迫，使坐者感到不适，长时
前缘应比人体膝窝高度低3—5cm ，且有半径为2.5—5cm 的弧度。
c. 座面亦不能太低，否则腿长的人骨盆后倾，正常的腰椎曲线被拉直，致使腰酸不适。 d. 休息椅应使腿能向前方伸展，以放松肌肉，也有助于身体的稳定
e. 工作椅使人以较直立的姿势坐于其上，双脚平放于地面，故其座高比休息椅稍大 f. 当作业面固定时，椅高上限应根据身材较矮的作业者的要求来确定，因为工作椅的高度显然与作业面高度有关，工作椅最好高度可调，以适应不同作业者
2. 座宽：43—45cm
a. 座宽必须能容纳身材粗壮的人。对单人使用的座椅，参考尺寸是臀宽，以女性群体
尺寸上限为设计根据，
b. 对成排相邻放置的座椅，如剧场观众椅，则座宽应以肘间距的群体上限位为设计基准，以避免拥挤压迫感。
c. 座宽亦不能太大，如长时间坐姿作业，双臂应得到应有的支承，如座宽太大，则肘部必须向两侧伸展以寻求支承，这样会引起肩部疲劳。
3. 座深：休息用椅40—43cm ，工作用椅35—40cm
a. 指椅面前缘至后缘的距离，该尺寸不能太大。正确的座深应使靠背方便地支持腰椎部位
b. 如座深大于身材矮小者的大腿长（臀部至膝窝距），座面前缘将压迫膝窝处压力敏
感部位，这样若要得到靠背的支持，则必须改变腰部正常曲线；否则，坐者必须向座缘处移动以避免压迫膝窝，却得不到靠背的支持
c. 为适应绝大多数使用者，座深应按较小百分位的群体设计，这样身材矮小者坐着舒
适，身体高大的人只要小腿能得到稳定的支持，也不会在大腿部位引起压力疲劳。
4. 座面倾角：休息椅19—20度，工作椅小于3度
a. 座面倾角指座面与水平面所夹角度
间这样坐着血液循环受阻，小腿麻木肿胀。因此，座高一般按低身材人群设计，建议座面
b. 座面后倾的作用有两点：
①是由于重力，躯干后移，使背部抵靠椅背，获得支持，可以降低背肌静压。 ②是防止坐者从座缘滑出座面。后者在振动颠簸的环境中尤为重要，如汽车鸳驶用座椅及长途汽车的乘客座椅
c. 从座椅的功能来区分:
①休息椅座面倾角大，有利于身心松弛，大座面倾角与靠背倾角构成近于平躺的休息姿势。
②对工作座椅而言，因作业空间一般在身体前侧，如座面过份后倾，脊椎因身体前屈作业而会被拉直，破坏正常的腰椎曲线，形成一种费力的姿势，因此倾角不能太大，一般为3度以下
d. 研究还表明：
采用座面适当前倾设计的工作椅会更适合于工作，尤其是办公室工作，比如对写字和绘图用椅的设计，当要求座高较高时，对于倾斜式绘图桌用椅，前倾角应达到15度以上，如果背靠角为90。，则相当于座面与靠背夹角为l05度，这是坐姿的最小舒适角度，靠背对于脊椎部还能起适度的支持作用，肌肉紧张较小，背部压力在椎骨上分布也较均匀。
5. 靠背的高度与宽度
a. 因为人体背部处于自然形态时最舒适，此时腰椎部分前凸，座椅设计要从座面与靠背之间的角度和适当的腰椎支持来尽力保证。成年人腰椎部中心位置约在座位上方23—26cm 处，腰椎支点应略高于此尺度，以支持背部重量。
b. 靠背由肩靠和腰靠两部份构成，大部份工作场合，腰靠最主要。
c. 靠背的最大高度可达48—63cm ，最大宽度可达35—48cm 。靠背的尺寸主要由臀部底面到肩部的高度(决定靠背高) 和肩宽(决定靠背宽) 有关，确定高度时还必须计入座椅的有效厚度。
d. 为了使背部下方骶骨和臀部有适当的后凸空间，座面上方与靠背下部之间应有凹入或留一开口部分，其高度至少为12.5—20cm
6. 靠背角度 ：103一112度
指座面与靠背的夹角，其目的与座面角度相似
从脊柱正常形态来看，该角为115度较为合适。实际应用中，
建议取：阅读用椅101—l04度，休息椅105—108度
7. 扶手高：座垫有效厚度以上21—22cm
a. 在不妨碍执行某些待定作业的情况下，一般座椅应考虑设置扶手。扶手的主要功
用是使手臂有所依托，减轻手臂下垂重力对肩部的作用，使人体处于较稳定的状态。它也可以作为起身站立或变换坐姿的起点。
b. 扶手不能太高，否则迫使肘部抬高，肩部与颈部肌肉拉伸；但如过低则实际上使臂部得不到支撑，或者躯干必须偏斜，以寻求一侧的支承
8. 椅垫
a. 人体在坐姿状态下，与座面紧密接触的实际上只是臀部的两块坐骨结节，其上只有少量的肌肉，人体重且的75％左右由约25cm2的坐骨周围的部位来支承，这样久坐足以产生压力疲劳，导致臀部痛楚麻木感。
b. 测试研究表明，坐于座垫上的臀部压力值大为降低，而接触支承面积也由900cm2增大到1050cm2，使压力分散。
c. 椅垫的另一优点是能使身体采取一种较稳定的姿势，因为身体可以适应地陷入座垫。
产生的压力 kg
5 10 15 20 25 30 35 40 45
座面上的距离 cm
座椅设计实例（多功能座椅）
座椅侧面轮廓（每格100 × 100 mm）
公座椅、工作面、搁脚板的配合尺寸（mm ）公座椅、工作面、搁脚板的配合尺寸（mm ）中靠背办公座椅、工作面、搁脚板的
高靠背办公座椅、工作面、搁脚板的配合尺寸(mm)
各种座椅的设计范例
座椅设计的重点在于适合于大多数人的体型, 使它保持在最舒适、最有效的坐姿状态, 并避免不必要的负荷。但座椅造形样式非常繁杂, 其设计特性互有不同, 这里列举数种座椅设计范例, 应用上述座椅设计的一般原则, 说明各种座椅的特点。
1、办公椅
Grandjean[9 ]曾对办公室里的文书操作员所用的座椅进行研究, 他们利用一种自己设计的特定座椅机(seating machine) , 让受测者坐在上面, 依其人体所需求的舒适条件调整座椅的各部位尺度, 直到最满意程度为止, 最后记载其最终的数据, 经过分析研究判断后得出如图1 所示的舒适的座椅原型。
图1 舒适座椅原型
图1
、多用途椅
图2 舒适的多用途椅原型
图2
Grandjean 等的研究, 是以25 位男性和25位女性为样本, 使其坐在12 种不同设计的多用途椅后, 要求受测者检验这些椅子对其本身人体上11 个部位所产生的压力状况, 评价其舒适程度, 另外每一位受测者以配对比较法, 将每张椅子与其它椅子进行对比, 评价其总体舒适度。研究结果, 选出了两张公认最好的座椅原型, 如图2 所示。其中所列的各部位尺寸值, 就是分析所有相关资料后所得出的结果, 数据中包括了整个座面上的2～4cm 泡棉垫。
3、休息与阅读用椅
用于休息和阅读的座椅, 其特性应与那些用于活动力较多的座椅不同。Grandjean 等进行了一项研究, 他们利用一种可调整式的座椅机, 让受测者依其所需的舒服感作各种座
2
椅尺寸的调整, 座椅机最后可调整到任何期望的形态, 结果发现大多数的受测者都对表1 所示各种角度和尺寸值的座椅较为感到满意。这两种座椅的外形轮廓如图3 所示, 虚线表示扶手及可能的完整外形, 座椅的表面包括有6cm 厚的椅垫, 两种座椅都提供有完整的靠背支撑, 尤其是脊柱下方(腰弯部位) 的凸出部位是其设计特点。
表1 休息与阅读用椅的尺寸范围 阅读用休息用
座面倾斜23～24° 25～26° 靠背倾斜101～104° 105～108° 座面高度(cm) 39～40 37～38
图3 舒适的休息与阅读用椅外形轮廓
图3
综合以上各方面的探讨, 我们大致可得出座椅设计的基本原则: (1) 座椅的型式和尺度与坐的目的或动机有关; (2) 座椅的尺度必须与相对的人体测量值配合;
(3) 座椅的设计必须能提供坐在其上的人体有足够的支撑与稳定作用; (4) 座椅的设计必须能使坐在其上的人体改变其姿势;
(5) 靠背, 特别是在腰部的支撑, 可降低脊柱所产生的紧张压力;
(6) 座垫必须有充分的衬垫和适当的硬度, 使之有助于将人体重量的压力分布于坐骨结节附近。
三、下面我们主要介绍我国列车座椅中存在的问题并加以改正
座椅作为硬座车厢最基础也是最重要的设施部件，直接支撑起人体乘坐, 同时还起到缓和人与车厢之间的振动的作用，其设计的优良直接影响到乘客出行感受。我国客车硬座车厢座椅也经过了数次改良设计,
但仍未能很好的满足乘客长时间旅行对于乘坐舒适性的
高要求, 究其原因在于没有充分地发挥出座椅造型与功能需求相适应，具体表现在座椅人机工程方面考虑的不成熟、不深入，因此未能达到预期效果。其中最明显的例子就是：一直到现在，我国的列车硬座座椅仍在采用90°靠背座椅。
列车上的座椅直接关系到旅客乘坐的舒适度。我国铁路客车上座椅从木腿木椅，到铁腿人造革蒙面椅，后又采用玻璃钢座椅。之后在准高速一等车和高质空调车上采用了可躺式座椅，在“九五”期间一些新研制的动车组的一等车上普遍采用了可躺式座椅。目前我国列车座椅设计较为优秀的应属动车组内设置的座椅了，在设计中除了参考国外优秀的列车座椅，国内动车组座椅也是一个很好的学习对象。动车组的座椅全部为软座，可以随意调节宽度和斜度，只要轻踩椅子下面的踏板，座椅就能旋转掉头，使旅客面对的方向始终与列车运行方向保持一致，避免列车在快速运行时，旅客出现头晕现象。座椅扶手内配备了可折叠的茶几，便于书写或放置东西。优秀的行为水平的设计应该是以人为中心的，把重点放在理解和满足真实使用产品的人的需要上，动车组座椅的设计就很好地做到了这一点，而反观我国的列车硬座座椅就不那么人性化了。 （一） 列车座椅的资料收集 1列车硬座座椅的结构
列车硬座座椅主要由坐垫、靠背、支架、蒙皮、支座组成。 2 列车硬座座椅的材料
蒙皮材料：我国列车硬座主要采用人造革和各类织物作为蒙皮。早期的硬座座椅采用的是人造革，后来它逐渐被轻薄透气、方便换洗、价格便宜的织物面料所取代。
坐垫和靠背材料：坐垫、靠背主要由泡沫和骨架组成。我国硬座座椅骨架早期是木制的，后来发展成钢材和木材的复合材料。
3 典型普通列车上的硬座
下面是我针对几种普通列车的硬座车厢进行的调查，以此来了解我国列车硬座的大致
情况。 （1）慢车
座椅仍在采用人造革作为面套，这种材质的透气性不好，再加上这趟列车没有空调，车厢内空气流通性差，平时都会觉得闷热，就更别提炎热的夏季了，总会感觉背部汗涔涔的。再者，其靠背虽略有曲线，但是很小，靠背与坐面基本呈直角，且其高度对于成年男性来说都有点过高了，就更不用说身材较娇小的女性了。 （2）普快列车
座椅面套采用的也是人造革，完全是直角式靠背，一点曲线也没有，像这样的列车座椅现在已经被淘汰了一部分了，余下的部分也将逐渐被淘汰更新。 (3)空调快速列车
它的座椅在设计上更为合理。首先，靠背设计了腰靠，其曲线更符合人在坐姿状态下的背部曲线，能减轻腰部的负担；其次，它采用织物面料作为面套，这不仅提高了座椅的透气性，还方便换洗。 (4)新空调特快列车
特快列车的座椅无论在外形上，还是在面套的质量与颜色选择上都比之前介绍的几种列车上的座椅要好些。
（二）、 普通列车乘客调查 1 乘客调查
根据中国铁道科学研究院关于京沪线铁路客流分析显示。 1.1旅行目的和旅客职业关系
就旅行目的而言，目前在京沪线出行的旅客中，出差的客流最多，占46.25%；其次是旅游、探亲、做生意的客流，分别为12.64%、11.38%、8.92%（见表1-1）。
就旅客职业而言，企业管理人员最多，占22.60%；其次是科技人员、经商人员，分
别占17.62%、14.28%。
在出差(46.25%)的客流中，企业管理人员和科技人员最多(分别占 16.06%，2.04%)；我国的列车硬座将朝着舒适化、人性化的方向发展。
随着技术发展，社会进步，人们在乘坐列车时不仅要求安全可靠，快速高效，而且也而在旅游的客流中，主要是工人、企业管理人员、科技人员以及学生。可见京沪线的客流层次较高，大部分为出差的企业管理人员和科技人员，其次是旅游的乘客和做生意的经商人员，这些旅客的自身素质较高。
1.2旅客年龄和旅行目的的关系
在出行的客流中，年龄在20岁-30岁间的旅客所占比例最大，为37.25%；其次是30岁-4O 岁、40岁-50岁的旅客，分别占29.63%，16.49%；而60岁以上和小于20岁的旅客所占比例最少，为3.81%和3.58%。
在20岁-30岁(37.25%)的客流中，主要是出差的旅客，占了14.23%；其次 是旅游、探亲、学习实习的旅客，分别占5.83%，4.59%， 4.20%。在30-40岁、40-50岁的客流中，仍然是出差的旅客占了绝大部分，其次是做生意、探亲的客流。
客流年龄集中在20岁-50岁间，特别是20岁-30岁的旅客最多，而且大部分是工作需要出差的旅客。
因此，我们可以看出，普通列车的用户主要是经常出差的公司职员、出门打工的人、学生和旅游探亲的人。
2 乘客需求
在火车座椅结构上他们希望座椅的靠背能再向后仰一些，因为长时间坐立会让腰部感觉疼痛，如果能向后仰就会将一部分的力分担到后背，让腰部得到休息。头靠的位置也往后仰而不是向前，因为做长途车在车上睡觉是很常见的事，向后仰一点的头靠可以让头部的位置比较固定，不会前后左右晃。希望座椅的高度能矮一点，长时间坐火车经常都会有腿肿的情况，座椅矮一些会舒服些。
3 列车硬座的未来发展趋势
追求舒适性，座椅就是满足这一追求的关键性部件。
未来的列车座椅应该更人性化。产品的人性化设计能给人们带来趣味性和娱乐性，能满足消费者精神文化的需求，产品结构的人性化设计让人们的生活更加舒适。
（三）、列车座椅设计分析 1 现有产品缺点分析
经过前一段时间的市场调研，乘客调查、及对现有列车硬座多方面的了解，我现在对列车硬座的情况已经有了一个基本的了解。
现总结如下：
1.1我国硬座车厢时常超员，座椅相对来说太少；
1.2靠背设计不合理；首先，虽然有些座椅在设计时考虑到了腰靠，但是其高度却偏低了，没能很好地发挥作用不说，还把人的身体向前推去，背部腰以上的地方也不能很好地靠在靠背上，不能保持良好的坐姿，压力不能均匀地分布于椎间盘上，肌肉组织上承受的静负荷不均匀，使乘客产生腰部酸痛、疲劳等不不适感；其次，座椅的头靠向前倾，头无法后仰，导致颈椎不适。
1.3座椅与茶桌没有形成一比一配置；
1.4座椅面套的颜色太过杂乱，其头靠处的套布颜色多为白色，不耐脏；为了装套方便，面套缝制过于宽松，不能很好地固定在座位上，坐在上面的人很容易向前滑动；
1.5现在的硬座座椅座面高度在444左右，对于大多数乘客来说这个高度有点偏高了； 1.6坐垫每一处的高度、填充的泡沫的厚度都是相同的，不符合坐垫设计的压力分布不均匀原则，坐一会儿就感觉很不舒服了。
2列车座椅人机工程学分析
座椅要在运动车厢中满足人体乘坐舒适性，必须有效克服座椅振动和保持人体坐姿受力平衡，这是优良设计的前提和关键。
2.1 列车座椅设计的人机因素
从人机工程学的角度来看，影响座椅设计的主要因素有：人体的坐姿状态、坐姿受力和坐姿尺寸三个方面，座椅设计不能良好的解决这些因素是产生乘坐疲劳和疼痛的缘由。
430mm 和405mm, 而座垫面的高度稍小于此尺寸有利于小腿着力于整个脚掌支撑起身体负荷，在此我选择座面高度为410mm 。而座宽即单人座面的左右距离, 必须满足臀部横宽所需要的尺度, 一般座宽500mm 左右即可符合要求。座面深即座面的前后距离, 应能保证臀部能够得到全部支撑, 其深度相当于臀部至腿部漆关节全长的3 /4,约为400-450mm 。座面后端可略向下倾斜5°左右。
2.1.1坐姿状态
乘客处于坐姿状态时, 支持人体的主要结构是脊柱、骨盆、腿和脚等。其中腰椎、骶骨和椎间盘及软组织承受着人体上半身大部分负荷, 同时还要承受弯腰扭转等动作负荷。人体脊柱侧面有四个生理弯曲：颈曲、胸曲、腰曲及骶曲。坐姿状态的差异影响了身体对脊柱的压力, 为了乘坐舒适必须保证人体处于正常生理曲线状态, 列车座椅应全方位提供给坐姿人体头部、颈部、背部、腰部、肘部、腿部和足部的合理支撑。
2.1.2坐姿受力
人体脊椎骨是依靠其附近的肌肉和腱连接的, 一旦脊椎偏离自然状态, 肌腱组织就会受到相互压力(拉或压) 的作用, 使肌肉活动度增加导致疲劳酸痛。
人体骨盆下面有两块粗壮的圆骨, 称为坐骨结节, 能比周围肌肉承受更大的压力。 2.1.3坐姿尺寸
在坐姿状态下, 乘客的身体重量主要由座面来承担, 另一些则传递给了靠背、扶手、地板或桌面等受力支撑物, 因此坐姿人体尺寸测量是座椅设计的主要依据。与列车硬座座椅设计相关的人体测量主要尺寸:
2.1.4座面
座高是座面至地面的垂直距离。列车硬座车厢的乘客主要是年龄在20-50岁之间的成年人，在设计应参考这部分人的身体尺寸。表3-1为我国成年人坐姿人体尺寸。人体小腿加足高的平均高度为：男性为410mm ，女性为385mm ，加上鞋底厚度20mm ，即男女分别为
坐姿人体尺寸
表1 男性身高及坐姿尺寸的统计结果 mm
表
2 女性身高及坐姿尺寸的统计结果 mm
2.2靠背
靠背一般由肩靠、腰靠及头枕三部分组成, 肩靠高度应达到肩胛下角位置, 离座面高度为500～650之间, 腰靠离座面高度为200～260mm 之间。头枕支撑头部向后仰以减轻颈部肌肉受力, 其离座面高度约在700mm 左右。靠背整体高度为850～950mm 之间。座面与靠背夹角是使人体腹部与大腿之间的血管不受压迫、血流畅通的必要条件, 正常状态下座面与靠背夹角多为115°的钝角状态, 可调节范围是105°～135°, 以满足坐姿时人体躯干与大腿舒适。
座椅的部件主要包括：支架、椅面、腰靠、扶手、头靠。 主要参数包括：座高X 1、座宽X 2、座深X 3、腰靠长X 4、腰靠宽X 5、头靠长X 6、头靠宽X 7、扶手高X 8、坐面倾角α、腰靠倾角β。根据座椅设计的主要参数，需要参考的主要人体尺寸包括：膝盖高度H 1、肘部高度H 2、大腿厚度H 3、臀部宽度W 1、臀部至膝盖长度L 1、上身长L 2、坐姿的肩中部宽度
W 2、头到椅面的高度H 4、头长L 3、头宽W 3。
表3 参考公式
表4 尺寸修正
3人机关系
座椅的各部分尺寸是否合理，是否满足人体工程学的要求，直接影响了座椅的舒适性。为单向式倾斜设计可能会好一些，或者可以稍微增加靠背和坐椅平面之间的倾斜度，形成一个“∧”形。至于靠背的高度，可降低10 厘米，然后在坐椅的顶部设计可伸缩的靠枕，因为肩膀足有两个头部的宽度，这样可以供两个人轻微后仰，在形成默契的情况下就不会目前的列车硬座座椅在人机有关系方面存在着一些不足， 如靠背的线条不合理、座椅面偏高等问题，针对这些问题我都进行了改进，座面由原来的444mm 改为现在的410mm ，靠背的曲线也更合理，把原来偏低的腰靠部分向上提了一点距离，使腰靠真正产生作用。经过改进，列车硬座座椅舒适度有了提高。
(四) 、列车座椅的改进
经过实际测量，得出的现在火车座位高度、宽度、间距的数据如下图：
坐椅靠背高约75 厘米，大部分旅客落座后，头部都露不出来；靠背厚度在12 厘米左右，3 人座位的长度在140 厘米左右，宽约50 厘米；相对的两排座位之间，仅有45 厘米左右的距离
人机工程认为，直角靠背不符合人体脊柱S 形曲线，容易造成受压分布不均，时间久了肯定会疲劳。现在国际上通行的靠背倾斜度在100°~110°。那么，如何改进呢？我认
彼此碰到，至于座位之间的宽度，也可以适当加大。
下图是我设计的改良后的火车座位图：
把座位的倾角由90 度调整为100~110 度，符合人体生理情况，适当降低座位的高度， 并且在每个人的座位上端增加一个可拖动靠枕，这样人们就可以根据自己的需要调整靠枕的高度，找到最舒服的姿势。另外，由于降低了座位的高度，并且我将座位上设计成平面，
这样就不会出现乘客和乘客相互碰头的情况了。
另外，火车上的托盘也存在一定的问题，在3 个人一排的座位上，托盘的长度只能延伸到第二个人，里第三个人比较远，这就给乘客带来了不方便。
如下图
我认为可以把托盘进行一下简单的改进，把他由原来的固定式，改为半固定式 如图
在原有托盘的基础上，增加一个可抽出部分，并内藏支架，当人全部坐下后，便把托盘全部抽出，放下支架，当有人走动的时候，收起支架，这样既不影响正常的走动，也增加了托盘的长度，给旅客带来方便。
考虑到坐垫及靠垫的材料也是影响旅客舒适性的重要因素，因此面料的正确选择也是
非常重要的。坐垫及靠垫材料的选择要满足透气和散热的性能，查找相关资料可得
:
从表中可以得出如下结论：座椅的坐垫及靠垫一般普遍采用聚氨酯泡沫，这是因为它
容易从表面迅速散发水蒸气和透气好。如果材料单纯追求透气性好，就是用天然纤维和化
纤交织的弹性材料——聚氨酯纤维，后者具有纤维状的壁面，也具有流畅的通气环境，性能优于聚氨泡沫。所以一般选用聚氨酯纤维。
以上虽然是很小的改进，但我想对于那些坐长途火车的乘客们来说却是非常有用，至少这些设计可以为原本已经很疲劳的身体减轻点负担。随着社会的发展以及科技的不断进步, 人的生活方式也在发生着变化, 人们会不断地产生新的需求, 摒弃旧的习惯, 因此, 座椅的人性化设计也是一个不断进化的过程。在这个过程中, 首先要求设计人员在头脑中树立“人的因素第一”的观念, 并用这种独特的设理念来观察事物, 用敏锐的思维捕捉生活细节, 这样才能真正地了乘客在使用时的感受及其产生的新需求; 其次, 设计人员不能够脱离乘客, 应以乘客的诉求作为设计的重点, 解决人在使用过程中遇到的问题和困难, 从而设计出更人性化的座椅。
火车座椅人机工程学改进
[摘要]
我国地域广阔, 人口众多，虽然人们生活水平不断提高，人们对生活质量的要求也越来越高，但在相当长的一段时间内, 普通客车仍将是广大人民群众出门远行的主要交通工具。不过当前车厢内部超员问题极其严重，乘车是不方便的苦恼。因此很有必要对我国列车座椅进行人机工程学的设计分析。本论文将通过列车座椅的资料收集和现状分析，列车座椅设计，列车座椅设计人机工程学分析及评价，从而得出列车座椅的设计要点：形态方面，追求与列车车厢内部环境协调；色彩方面，采用让乘客感觉舒适、亲切的颜色；材料工艺方面，力求使座椅设计制作简单化、标准化；功能方面，临时应急座椅的设计，能在一定程度上减缓站票旅客的痛苦；人机方面，更符合人体正常坐姿状态下的身体曲线的靠背设计和更合理的座面高度。在以满足基本乘坐要求的基础上向舒适化、人性化发展，从而达到尽可能减少旅客出行疲劳的目的。
[关键词]
火车座椅 人机工程学
[正文]
首先，我们来分析一下人体的坐姿以及坐姿与座椅的关系。 一、坐姿分析 （一）坐姿状态
乘客处于坐姿状态时，支持人体的主要结构是脊柱、骨盆、腿和脚等。其中腰椎、骶骨和椎间盘及软组织承受着人体上半身大部分负荷，同时还要承受弯腰扭转等动作负荷。从图1可以看到人体脊柱侧面有四个生理弯曲：颈曲、胸曲、腰曲及骶曲。坐姿状态的差异影响了身体对脊柱的压力，为了乘坐舒适必须保证人体处于正常生理曲线状态，列车座椅应全方位提供给坐姿人体头部、颈部、背部、腰部、肘部、腿部和足部的合理支撑。
图1
（2）坐姿受力
人体骨盆下面有两块粗壮的圆骨，称为坐骨结节，能比周围肌肉承受更大的压力。当座面呈水平状态时，两坐骨结节外侧的股骨处于正常的位置未受压迫，当座面呈凹形状态时，会迫使股骨向上转移而造成髋部肌肉承受反常压力，人体会下意识涌动臀部或者求助肘部和肩部分散受力，从而引起不适。同时过软的座面使腿部压力过大，影响了大腿血液循环和神经传导而感到不适。医学论证显示，座垫应根据臀部不同部位承受不同压力的原则来设计，即在坐骨处压力最大，向四周逐渐减小，至大腿部位时压力将至最低。图2是座垫倾斜5°～10°时较为理想的座垫体压分布曲线，其中各封闭曲线为等压力线，所标数字的压力单位为kPa 。
图2
(二) 、人体尺寸数据获取 （1） 人体测量标识
人体测量一般包括形态测量、生理测量、运动测量三个方面. 根据座椅设计研究需要，采用抽样测量法将其中的形态测量和生理测量作为主要测试项目.
根据座椅类家具设计所需人体尺寸作为测点和测量项目. 身高是最基本的人体尺寸数据，选取这一基本尺寸作为基准，用H 表示，建立H 与人体坐姿各尺寸之间的比例关系. 其中，人体坐姿尺寸包括:1.坐高;2. 坐姿颈椎点高;3. 坐姿眼高;4. 坐姿肩高;5. 坐姿肘高;6. 坐
姿大腿厚;7. 坐姿膝高;8. 小腿加足高;9. 坐深;10. 坐姿下肢长共10项标识，见图
图3 人体坐姿尺寸示意图
（2）人体测量对象
通过对近1 500 名大学生人体样本多项标识进行调查和实测，选取有效样本并将所采集的数据进行统计分析，按照测量项目列表，男女身高尺寸分布情况及数据分别如图4、图5所示。
图4 女性身高分布图 图5 男性身高分布图
(三) 、坐姿的优点和缺点
（1）优 点
a. 可免除站立时人体的足踝、膝部、臀部和脊椎等关节部位受到静肌力，减少人体能耗，消除疲劳
b. 坐姿比站立更有利于血液循环
c. 有利于保持身体的稳定，这对精细作业更适
d. 在脚操作场合，坐姿保持身体处在稳定的姿势，有利于作业。 (2)缺点
a. 限制了人体活动范围，尤其是需要上肢出力的场合，往往需要站立作业，而频繁的
起坐交替也会导致废劳。
b. 长期维持坐姿也会影响人体健康，招致腹肌松弛，脊椎非正常弯曲，以及对某些内脏器官造成损害，如消化器官与呼吸器官
c. 坐姿太久也会造成下肢肿胀，静脉压力增加．大腿局部受到压力，增加血液回流阻力，引起不适感。
(四) 、坐姿矫形学生理
（1） 正常的姿势下，脊柱的腰椎部分前凸，而至骶骨时则后凹。在良好的坐姿状态下，压力适当地分布于各椎间盘上，肌肉组织上承受均匀的静负荷。
（2） 当处于非自然姿时，椎间盘内压力分布不正常，形成的压力梯度，严重的会将椎间盘从腰椎之间挤出来，压迫中枢神, 产生腰部酸痛、疲劳等不适感。躯干完全挺直的坐姿使脊椎严重弯曲，因椎间盘上压力不能正常分布，身体上部的负荷加在腰椎部，引起不适，因此90度角的靠背椅是不良的设计
,
躯干前倾的姿势会使本来前凸的腰椎拉直甚至反向后凹，这种姿势因而也极不舒服，影响了胸椎和颈椎
的正常弯曲，使颈、背部疲劳
,
故良好的坐姿：腰与大腿成
135
度，腰椎部有支撑。
F E D C B A
G
(五) 、肌肉活动度
脊椎骨依据其附近的肌肉和腱连接，椎骨的定位正是借助于肌腱的作用力。一旦脊椎偏离自然状态，肌腱组织就会受到相互压力(拉或压) 的作用，使肌肉活动度增加，招致疲
劳酸痛。
3组不同坐姿的2－3腰椎背棘直肌肌电图
在挺直坐姿下，腰椎部位肌肉活动度高，因为腰椎前向拉直使肌肉组织紧张受力。
提供靠背支承腰椎后，活动力则明显减小；
躯干前倾时，背上方和肩部肌肉活动度高，以桌面作为前倾时手臂的支承并不能
降低活动度。
根据矫形学原理和肌肉活动度分析可得出下列结论：
A 躯干挺直或前倾的坐姿很容易引起疲劳 B 设置适当的靠背可使疲劳降
C 大于90度的靠背可防止骨盆的旋转，增加坐姿稳定性 且使坐姿更接近自然状态
二．座椅设计
（一）设计原则和分类
1. 座椅的形式与尺度及其功用有关 2. 座椅的尺度必须参照人体测量学数据确定
3. 身体的主要重量应由臀部坐骨结节承担 4. 座椅前缘处，大腿与椅子之间压力应尽量减小
5. 腰椎下部应提供支承，设置适当的靠背以降低背部紧张度
6. 椅垫必须有足够的垫料和适当的硬度，使其有助于体重压力均匀地分布于坐骨结节区域
（二）当考虑坐姿动机时，座椅基本分为三类：
1. 休息为目的的安乐
设计重点在于使人体得到最大的舒适感，消除身体的紧张与疲劳。
合理的设计应使人体的压力感减至最小。
2. 作业场所的工作椅
稳定性是主要因素，腰部应有适当的支持，重量要均匀分布于座垫(或座面) 上，同时要适当考虑人体的活动性，操作的灵活性与方便等。
3. 多用椅
这类座椅以多种功能为设计重点。它可能与桌子配合，可能是工作、休息兼用，也可能是作为备用椅可以折叠收藏起来。
（三）设计细则
1. 座高：休息用安乐椅38—45cm ，工作椅43—50cm
a. 适当的座高应使大腿保持水平，小腿垂直，双脚平放于地面。
b. 座面不能过高，否则小腿悬空时，大腿受椅面前缘压迫，使坐者感到不适，长时
前缘应比人体膝窝高度低3—5cm ，且有半径为2.5—5cm 的弧度。
c. 座面亦不能太低，否则腿长的人骨盆后倾，正常的腰椎曲线被拉直，致使腰酸不适。 d. 休息椅应使腿能向前方伸展，以放松肌肉，也有助于身体的稳定
e. 工作椅使人以较直立的姿势坐于其上，双脚平放于地面，故其座高比休息椅稍大 f. 当作业面固定时，椅高上限应根据身材较矮的作业者的要求来确定，因为工作椅的高度显然与作业面高度有关，工作椅最好高度可调，以适应不同作业者
2. 座宽：43—45cm
a. 座宽必须能容纳身材粗壮的人。对单人使用的座椅，参考尺寸是臀宽，以女性群体
尺寸上限为设计根据，
b. 对成排相邻放置的座椅，如剧场观众椅，则座宽应以肘间距的群体上限位为设计基准，以避免拥挤压迫感。
c. 座宽亦不能太大，如长时间坐姿作业，双臂应得到应有的支承，如座宽太大，则肘部必须向两侧伸展以寻求支承，这样会引起肩部疲劳。
3. 座深：休息用椅40—43cm ，工作用椅35—40cm
a. 指椅面前缘至后缘的距离，该尺寸不能太大。正确的座深应使靠背方便地支持腰椎部位
b. 如座深大于身材矮小者的大腿长（臀部至膝窝距），座面前缘将压迫膝窝处压力敏
感部位，这样若要得到靠背的支持，则必须改变腰部正常曲线；否则，坐者必须向座缘处移动以避免压迫膝窝，却得不到靠背的支持
c. 为适应绝大多数使用者，座深应按较小百分位的群体设计，这样身材矮小者坐着舒
适，身体高大的人只要小腿能得到稳定的支持，也不会在大腿部位引起压力疲劳。
4. 座面倾角：休息椅19—20度，工作椅小于3度
a. 座面倾角指座面与水平面所夹角度
间这样坐着血液循环受阻，小腿麻木肿胀。因此，座高一般按低身材人群设计，建议座面
b. 座面后倾的作用有两点：
①是由于重力，躯干后移，使背部抵靠椅背，获得支持，可以降低背肌静压。 ②是防止坐者从座缘滑出座面。后者在振动颠簸的环境中尤为重要，如汽车鸳驶用座椅及长途汽车的乘客座椅
c. 从座椅的功能来区分:
①休息椅座面倾角大，有利于身心松弛，大座面倾角与靠背倾角构成近于平躺的休息姿势。
②对工作座椅而言，因作业空间一般在身体前侧，如座面过份后倾，脊椎因身体前屈作业而会被拉直，破坏正常的腰椎曲线，形成一种费力的姿势，因此倾角不能太大，一般为3度以下
d. 研究还表明：
采用座面适当前倾设计的工作椅会更适合于工作，尤其是办公室工作，比如对写字和绘图用椅的设计，当要求座高较高时，对于倾斜式绘图桌用椅，前倾角应达到15度以上，如果背靠角为90。，则相当于座面与靠背夹角为l05度，这是坐姿的最小舒适角度，靠背对于脊椎部还能起适度的支持作用，肌肉紧张较小，背部压力在椎骨上分布也较均匀。
5. 靠背的高度与宽度
a. 因为人体背部处于自然形态时最舒适，此时腰椎部分前凸，座椅设计要从座面与靠背之间的角度和适当的腰椎支持来尽力保证。成年人腰椎部中心位置约在座位上方23—26cm 处，腰椎支点应略高于此尺度，以支持背部重量。
b. 靠背由肩靠和腰靠两部份构成，大部份工作场合，腰靠最主要。
c. 靠背的最大高度可达48—63cm ，最大宽度可达35—48cm 。靠背的尺寸主要由臀部底面到肩部的高度(决定靠背高) 和肩宽(决定靠背宽) 有关，确定高度时还必须计入座椅的有效厚度。
d. 为了使背部下方骶骨和臀部有适当的后凸空间，座面上方与靠背下部之间应有凹入或留一开口部分，其高度至少为12.5—20cm
6. 靠背角度 ：103一112度
指座面与靠背的夹角，其目的与座面角度相似
从脊柱正常形态来看，该角为115度较为合适。实际应用中，
建议取：阅读用椅101—l04度，休息椅105—108度
7. 扶手高：座垫有效厚度以上21—22cm
a. 在不妨碍执行某些待定作业的情况下，一般座椅应考虑设置扶手。扶手的主要功
用是使手臂有所依托，减轻手臂下垂重力对肩部的作用，使人体处于较稳定的状态。它也可以作为起身站立或变换坐姿的起点。
b. 扶手不能太高，否则迫使肘部抬高，肩部与颈部肌肉拉伸；但如过低则实际上使臂部得不到支撑，或者躯干必须偏斜，以寻求一侧的支承
8. 椅垫
a. 人体在坐姿状态下，与座面紧密接触的实际上只是臀部的两块坐骨结节，其上只有少量的肌肉，人体重且的75％左右由约25cm2的坐骨周围的部位来支承，这样久坐足以产生压力疲劳，导致臀部痛楚麻木感。
b. 测试研究表明，坐于座垫上的臀部压力值大为降低，而接触支承面积也由900cm2增大到1050cm2，使压力分散。
c. 椅垫的另一优点是能使身体采取一种较稳定的姿势，因为身体可以适应地陷入座垫。
产生的压力 kg
5 10 15 20 25 30 35 40 45
座面上的距离 cm
座椅设计实例（多功能座椅）
座椅侧面轮廓（每格100 × 100 mm）
公座椅、工作面、搁脚板的配合尺寸（mm ）公座椅、工作面、搁脚板的配合尺寸（mm ）中靠背办公座椅、工作面、搁脚板的
高靠背办公座椅、工作面、搁脚板的配合尺寸(mm)
各种座椅的设计范例
座椅设计的重点在于适合于大多数人的体型, 使它保持在最舒适、最有效的坐姿状态, 并避免不必要的负荷。但座椅造形样式非常繁杂, 其设计特性互有不同, 这里列举数种座椅设计范例, 应用上述座椅设计的一般原则, 说明各种座椅的特点。
1、办公椅
Grandjean[9 ]曾对办公室里的文书操作员所用的座椅进行研究, 他们利用一种自己设计的特定座椅机(seating machine) , 让受测者坐在上面, 依其人体所需求的舒适条件调整座椅的各部位尺度, 直到最满意程度为止, 最后记载其最终的数据, 经过分析研究判断后得出如图1 所示的舒适的座椅原型。
图1 舒适座椅原型
图1
、多用途椅
图2 舒适的多用途椅原型
图2
Grandjean 等的研究, 是以25 位男性和25位女性为样本, 使其坐在12 种不同设计的多用途椅后, 要求受测者检验这些椅子对其本身人体上11 个部位所产生的压力状况, 评价其舒适程度, 另外每一位受测者以配对比较法, 将每张椅子与其它椅子进行对比, 评价其总体舒适度。研究结果, 选出了两张公认最好的座椅原型, 如图2 所示。其中所列的各部位尺寸值, 就是分析所有相关资料后所得出的结果, 数据中包括了整个座面上的2～4cm 泡棉垫。
3、休息与阅读用椅
用于休息和阅读的座椅, 其特性应与那些用于活动力较多的座椅不同。Grandjean 等进行了一项研究, 他们利用一种可调整式的座椅机, 让受测者依其所需的舒服感作各种座
2
椅尺寸的调整, 座椅机最后可调整到任何期望的形态, 结果发现大多数的受测者都对表1 所示各种角度和尺寸值的座椅较为感到满意。这两种座椅的外形轮廓如图3 所示, 虚线表示扶手及可能的完整外形, 座椅的表面包括有6cm 厚的椅垫, 两种座椅都提供有完整的靠背支撑, 尤其是脊柱下方(腰弯部位) 的凸出部位是其设计特点。
表1 休息与阅读用椅的尺寸范围 阅读用休息用
座面倾斜23～24° 25～26° 靠背倾斜101～104° 105～108° 座面高度(cm) 39～40 37～38
图3 舒适的休息与阅读用椅外形轮廓
图3
综合以上各方面的探讨, 我们大致可得出座椅设计的基本原则: (1) 座椅的型式和尺度与坐的目的或动机有关; (2) 座椅的尺度必须与相对的人体测量值配合;
(3) 座椅的设计必须能提供坐在其上的人体有足够的支撑与稳定作用; (4) 座椅的设计必须能使坐在其上的人体改变其姿势;
(5) 靠背, 特别是在腰部的支撑, 可降低脊柱所产生的紧张压力;
(6) 座垫必须有充分的衬垫和适当的硬度, 使之有助于将人体重量的压力分布于坐骨结节附近。
三、下面我们主要介绍我国列车座椅中存在的问题并加以改正
座椅作为硬座车厢最基础也是最重要的设施部件，直接支撑起人体乘坐, 同时还起到缓和人与车厢之间的振动的作用，其设计的优良直接影响到乘客出行感受。我国客车硬座车厢座椅也经过了数次改良设计,
但仍未能很好的满足乘客长时间旅行对于乘坐舒适性的
高要求, 究其原因在于没有充分地发挥出座椅造型与功能需求相适应，具体表现在座椅人机工程方面考虑的不成熟、不深入，因此未能达到预期效果。其中最明显的例子就是：一直到现在，我国的列车硬座座椅仍在采用90°靠背座椅。
列车上的座椅直接关系到旅客乘坐的舒适度。我国铁路客车上座椅从木腿木椅，到铁腿人造革蒙面椅，后又采用玻璃钢座椅。之后在准高速一等车和高质空调车上采用了可躺式座椅，在“九五”期间一些新研制的动车组的一等车上普遍采用了可躺式座椅。目前我国列车座椅设计较为优秀的应属动车组内设置的座椅了，在设计中除了参考国外优秀的列车座椅，国内动车组座椅也是一个很好的学习对象。动车组的座椅全部为软座，可以随意调节宽度和斜度，只要轻踩椅子下面的踏板，座椅就能旋转掉头，使旅客面对的方向始终与列车运行方向保持一致，避免列车在快速运行时，旅客出现头晕现象。座椅扶手内配备了可折叠的茶几，便于书写或放置东西。优秀的行为水平的设计应该是以人为中心的，把重点放在理解和满足真实使用产品的人的需要上，动车组座椅的设计就很好地做到了这一点，而反观我国的列车硬座座椅就不那么人性化了。 （一） 列车座椅的资料收集 1列车硬座座椅的结构
列车硬座座椅主要由坐垫、靠背、支架、蒙皮、支座组成。 2 列车硬座座椅的材料
蒙皮材料：我国列车硬座主要采用人造革和各类织物作为蒙皮。早期的硬座座椅采用的是人造革，后来它逐渐被轻薄透气、方便换洗、价格便宜的织物面料所取代。
坐垫和靠背材料：坐垫、靠背主要由泡沫和骨架组成。我国硬座座椅骨架早期是木制的，后来发展成钢材和木材的复合材料。
3 典型普通列车上的硬座
下面是我针对几种普通列车的硬座车厢进行的调查，以此来了解我国列车硬座的大致
情况。 （1）慢车
座椅仍在采用人造革作为面套，这种材质的透气性不好，再加上这趟列车没有空调，车厢内空气流通性差，平时都会觉得闷热，就更别提炎热的夏季了，总会感觉背部汗涔涔的。再者，其靠背虽略有曲线，但是很小，靠背与坐面基本呈直角，且其高度对于成年男性来说都有点过高了，就更不用说身材较娇小的女性了。 （2）普快列车
座椅面套采用的也是人造革，完全是直角式靠背，一点曲线也没有，像这样的列车座椅现在已经被淘汰了一部分了，余下的部分也将逐渐被淘汰更新。 (3)空调快速列车
它的座椅在设计上更为合理。首先，靠背设计了腰靠，其曲线更符合人在坐姿状态下的背部曲线，能减轻腰部的负担；其次，它采用织物面料作为面套，这不仅提高了座椅的透气性，还方便换洗。 (4)新空调特快列车
特快列车的座椅无论在外形上，还是在面套的质量与颜色选择上都比之前介绍的几种列车上的座椅要好些。
（二）、 普通列车乘客调查 1 乘客调查
根据中国铁道科学研究院关于京沪线铁路客流分析显示。 1.1旅行目的和旅客职业关系
就旅行目的而言，目前在京沪线出行的旅客中，出差的客流最多，占46.25%；其次是旅游、探亲、做生意的客流，分别为12.64%、11.38%、8.92%（见表1-1）。
就旅客职业而言，企业管理人员最多，占22.60%；其次是科技人员、经商人员，分
别占17.62%、14.28%。
在出差(46.25%)的客流中，企业管理人员和科技人员最多(分别占 16.06%，2.04%)；我国的列车硬座将朝着舒适化、人性化的方向发展。
随着技术发展，社会进步，人们在乘坐列车时不仅要求安全可靠，快速高效，而且也而在旅游的客流中，主要是工人、企业管理人员、科技人员以及学生。可见京沪线的客流层次较高，大部分为出差的企业管理人员和科技人员，其次是旅游的乘客和做生意的经商人员，这些旅客的自身素质较高。
1.2旅客年龄和旅行目的的关系
在出行的客流中，年龄在20岁-30岁间的旅客所占比例最大，为37.25%；其次是30岁-4O 岁、40岁-50岁的旅客，分别占29.63%，16.49%；而60岁以上和小于20岁的旅客所占比例最少，为3.81%和3.58%。
在20岁-30岁(37.25%)的客流中，主要是出差的旅客，占了14.23%；其次 是旅游、探亲、学习实习的旅客，分别占5.83%，4.59%， 4.20%。在30-40岁、40-50岁的客流中，仍然是出差的旅客占了绝大部分，其次是做生意、探亲的客流。
客流年龄集中在20岁-50岁间，特别是20岁-30岁的旅客最多，而且大部分是工作需要出差的旅客。
因此，我们可以看出，普通列车的用户主要是经常出差的公司职员、出门打工的人、学生和旅游探亲的人。
2 乘客需求
在火车座椅结构上他们希望座椅的靠背能再向后仰一些，因为长时间坐立会让腰部感觉疼痛，如果能向后仰就会将一部分的力分担到后背，让腰部得到休息。头靠的位置也往后仰而不是向前，因为做长途车在车上睡觉是很常见的事，向后仰一点的头靠可以让头部的位置比较固定，不会前后左右晃。希望座椅的高度能矮一点，长时间坐火车经常都会有腿肿的情况，座椅矮一些会舒服些。
3 列车硬座的未来发展趋势
追求舒适性，座椅就是满足这一追求的关键性部件。
未来的列车座椅应该更人性化。产品的人性化设计能给人们带来趣味性和娱乐性，能满足消费者精神文化的需求，产品结构的人性化设计让人们的生活更加舒适。
（三）、列车座椅设计分析 1 现有产品缺点分析
经过前一段时间的市场调研，乘客调查、及对现有列车硬座多方面的了解，我现在对列车硬座的情况已经有了一个基本的了解。
现总结如下：
1.1我国硬座车厢时常超员，座椅相对来说太少；
1.2靠背设计不合理；首先，虽然有些座椅在设计时考虑到了腰靠，但是其高度却偏低了，没能很好地发挥作用不说，还把人的身体向前推去，背部腰以上的地方也不能很好地靠在靠背上，不能保持良好的坐姿，压力不能均匀地分布于椎间盘上，肌肉组织上承受的静负荷不均匀，使乘客产生腰部酸痛、疲劳等不不适感；其次，座椅的头靠向前倾，头无法后仰，导致颈椎不适。
1.3座椅与茶桌没有形成一比一配置；
1.4座椅面套的颜色太过杂乱，其头靠处的套布颜色多为白色，不耐脏；为了装套方便，面套缝制过于宽松，不能很好地固定在座位上，坐在上面的人很容易向前滑动；
1.5现在的硬座座椅座面高度在444左右，对于大多数乘客来说这个高度有点偏高了； 1.6坐垫每一处的高度、填充的泡沫的厚度都是相同的，不符合坐垫设计的压力分布不均匀原则，坐一会儿就感觉很不舒服了。
2列车座椅人机工程学分析
座椅要在运动车厢中满足人体乘坐舒适性，必须有效克服座椅振动和保持人体坐姿受力平衡，这是优良设计的前提和关键。
2.1 列车座椅设计的人机因素
从人机工程学的角度来看，影响座椅设计的主要因素有：人体的坐姿状态、坐姿受力和坐姿尺寸三个方面，座椅设计不能良好的解决这些因素是产生乘坐疲劳和疼痛的缘由。
430mm 和405mm, 而座垫面的高度稍小于此尺寸有利于小腿着力于整个脚掌支撑起身体负荷，在此我选择座面高度为410mm 。而座宽即单人座面的左右距离, 必须满足臀部横宽所需要的尺度, 一般座宽500mm 左右即可符合要求。座面深即座面的前后距离, 应能保证臀部能够得到全部支撑, 其深度相当于臀部至腿部漆关节全长的3 /4,约为400-450mm 。座面后端可略向下倾斜5°左右。
2.1.1坐姿状态
乘客处于坐姿状态时, 支持人体的主要结构是脊柱、骨盆、腿和脚等。其中腰椎、骶骨和椎间盘及软组织承受着人体上半身大部分负荷, 同时还要承受弯腰扭转等动作负荷。人体脊柱侧面有四个生理弯曲：颈曲、胸曲、腰曲及骶曲。坐姿状态的差异影响了身体对脊柱的压力, 为了乘坐舒适必须保证人体处于正常生理曲线状态, 列车座椅应全方位提供给坐姿人体头部、颈部、背部、腰部、肘部、腿部和足部的合理支撑。
2.1.2坐姿受力
人体脊椎骨是依靠其附近的肌肉和腱连接的, 一旦脊椎偏离自然状态, 肌腱组织就会受到相互压力(拉或压) 的作用, 使肌肉活动度增加导致疲劳酸痛。
人体骨盆下面有两块粗壮的圆骨, 称为坐骨结节, 能比周围肌肉承受更大的压力。 2.1.3坐姿尺寸
在坐姿状态下, 乘客的身体重量主要由座面来承担, 另一些则传递给了靠背、扶手、地板或桌面等受力支撑物, 因此坐姿人体尺寸测量是座椅设计的主要依据。与列车硬座座椅设计相关的人体测量主要尺寸:
2.1.4座面
座高是座面至地面的垂直距离。列车硬座车厢的乘客主要是年龄在20-50岁之间的成年人，在设计应参考这部分人的身体尺寸。表3-1为我国成年人坐姿人体尺寸。人体小腿加足高的平均高度为：男性为410mm ，女性为385mm ，加上鞋底厚度20mm ，即男女分别为
坐姿人体尺寸
表1 男性身高及坐姿尺寸的统计结果 mm
表
2 女性身高及坐姿尺寸的统计结果 mm
2.2靠背
靠背一般由肩靠、腰靠及头枕三部分组成, 肩靠高度应达到肩胛下角位置, 离座面高度为500～650之间, 腰靠离座面高度为200～260mm 之间。头枕支撑头部向后仰以减轻颈部肌肉受力, 其离座面高度约在700mm 左右。靠背整体高度为850～950mm 之间。座面与靠背夹角是使人体腹部与大腿之间的血管不受压迫、血流畅通的必要条件, 正常状态下座面与靠背夹角多为115°的钝角状态, 可调节范围是105°～135°, 以满足坐姿时人体躯干与大腿舒适。
座椅的部件主要包括：支架、椅面、腰靠、扶手、头靠。 主要参数包括：座高X 1、座宽X 2、座深X 3、腰靠长X 4、腰靠宽X 5、头靠长X 6、头靠宽X 7、扶手高X 8、坐面倾角α、腰靠倾角β。根据座椅设计的主要参数，需要参考的主要人体尺寸包括：膝盖高度H 1、肘部高度H 2、大腿厚度H 3、臀部宽度W 1、臀部至膝盖长度L 1、上身长L 2、坐姿的肩中部宽度
W 2、头到椅面的高度H 4、头长L 3、头宽W 3。
表3 参考公式
表4 尺寸修正
3人机关系
座椅的各部分尺寸是否合理，是否满足人体工程学的要求，直接影响了座椅的舒适性。为单向式倾斜设计可能会好一些，或者可以稍微增加靠背和坐椅平面之间的倾斜度，形成一个“∧”形。至于靠背的高度，可降低10 厘米，然后在坐椅的顶部设计可伸缩的靠枕，因为肩膀足有两个头部的宽度，这样可以供两个人轻微后仰，在形成默契的情况下就不会目前的列车硬座座椅在人机有关系方面存在着一些不足， 如靠背的线条不合理、座椅面偏高等问题，针对这些问题我都进行了改进，座面由原来的444mm 改为现在的410mm ，靠背的曲线也更合理，把原来偏低的腰靠部分向上提了一点距离，使腰靠真正产生作用。经过改进，列车硬座座椅舒适度有了提高。
(四) 、列车座椅的改进
经过实际测量，得出的现在火车座位高度、宽度、间距的数据如下图：
坐椅靠背高约75 厘米，大部分旅客落座后，头部都露不出来；靠背厚度在12 厘米左右，3 人座位的长度在140 厘米左右，宽约50 厘米；相对的两排座位之间，仅有45 厘米左右的距离
人机工程认为，直角靠背不符合人体脊柱S 形曲线，容易造成受压分布不均，时间久了肯定会疲劳。现在国际上通行的靠背倾斜度在100°~110°。那么，如何改进呢？我认
彼此碰到，至于座位之间的宽度，也可以适当加大。
下图是我设计的改良后的火车座位图：
把座位的倾角由90 度调整为100~110 度，符合人体生理情况，适当降低座位的高度， 并且在每个人的座位上端增加一个可拖动靠枕，这样人们就可以根据自己的需要调整靠枕的高度，找到最舒服的姿势。另外，由于降低了座位的高度，并且我将座位上设计成平面，
这样就不会出现乘客和乘客相互碰头的情况了。
另外，火车上的托盘也存在一定的问题，在3 个人一排的座位上，托盘的长度只能延伸到第二个人，里第三个人比较远，这就给乘客带来了不方便。
如下图
我认为可以把托盘进行一下简单的改进，把他由原来的固定式，改为半固定式 如图
在原有托盘的基础上，增加一个可抽出部分，并内藏支架，当人全部坐下后，便把托盘全部抽出，放下支架，当有人走动的时候，收起支架，这样既不影响正常的走动，也增加了托盘的长度，给旅客带来方便。
考虑到坐垫及靠垫的材料也是影响旅客舒适性的重要因素，因此面料的正确选择也是
非常重要的。坐垫及靠垫材料的选择要满足透气和散热的性能，查找相关资料可得
:
从表中可以得出如下结论：座椅的坐垫及靠垫一般普遍采用聚氨酯泡沫，这是因为它
容易从表面迅速散发水蒸气和透气好。如果材料单纯追求透气性好，就是用天然纤维和化
纤交织的弹性材料——聚氨酯纤维，后者具有纤维状的壁面，也具有流畅的通气环境，性能优于聚氨泡沫。所以一般选用聚氨酯纤维。
以上虽然是很小的改进，但我想对于那些坐长途火车的乘客们来说却是非常有用，至少这些设计可以为原本已经很疲劳的身体减轻点负担。随着社会的发展以及科技的不断进步, 人的生活方式也在发生着变化, 人们会不断地产生新的需求, 摒弃旧的习惯, 因此, 座椅的人性化设计也是一个不断进化的过程。在这个过程中, 首先要求设计人员在头脑中树立“人的因素第一”的观念, 并用这种独特的设理念来观察事物, 用敏锐的思维捕捉生活细节, 这样才能真正地了乘客在使用时的感受及其产生的新需求; 其次, 设计人员不能够脱离乘客, 应以乘客的诉求作为设计的重点, 解决人在使用过程中遇到的问题和困难, 从而设计出更人性化的座椅。