火车硬座车厢方面人机学研究课程设计

　人因工程学课程设计

　课程设计说明书

　课

　程名称：

　人因工程学

　题

　目：

　火车硬座车厢方面的人机学研究

　专

　业：

　工业工程

　人因工程学课程设计

　目

　录

　一、设计题目及说明

　2（一）题目

　1（二）说明

　1二、现状调研

　2（一）现状调查

　3（二）调查问卷

　5三、调研结果分析

　11（一）结果显示

　11（二）结果分析

　12四、改善方案

　14（一）座椅改善

　141.1改善背景

　141.2改善原理

　141.3人的坐姿状态

　151.4坐姿受力

　161.5人体尺寸数据获得

　171.6具体尺寸设计

　18（二）热水供应系统设计

　20（三）茶几的改进

　21（四）火车照明设计

　21（五）车厢内色彩设计

　23（六）行李架的改进

　24（七）车厢中小推车的改进

　24（八）卫生间的改进

　24（九）火车车厢中的温度改进

　259.1影响分析

　259.2具体改进措施

　25（十）车厢内部空气质量的改进

　26五、结论

　27六、参考文献

　28

　人因工程学课程设计

　一、设计题目及说明

　（一）题目

　火车硬座车厢的人机学研究

　(二)说明

　随着寒假的来临，越来越多的学生开始考虑回家的事情。如何选择交通工具便成为了学生首先需要考虑的问题，选择飞机，不经济；长途客车，又不可取。而火车从发明到现在经过了一个多世纪的发展，

　发展到今天，已经成为最大众的交通工具。它具有载客量大、安全性高、价格具有层次性、旅客可选空间大等特点。因此便当之无愧成为了大学生的首选，

　然而就火车硬座和卧铺的选择又成为学生头疼的问题，选择卧铺虽然很舒适，但价格却有点昂贵，一次就得花好几百元，不划算；选择硬座价格最为便宜，是很经济实惠，但对于那些需要坐十几二十个小时的学生时间久了的话会感到不舒适和疲惫，

　让人非常难受，本来怀着高兴的心情回家的却因为火车上的一些问题被破坏了。

　随着社会的进步，旅客对火车硬座的要求随着科学技术的进步而提高，这就涉及到人因要素的运用是否合理。所以我们就火车硬座车厢中的一些不合理的设计和存在的问题与不足，从人因工程学的角度对其进行重新设计与改良，使火车硬座更加舒适，让其满足人因学方面的因素，使更多的人选择去选择火车硬座，同时让他们的旅途也可以更加愉快舒适。

　1

　二、现状调研车厢门空调供电开水处1

　2

　茶几

　4

　3

　5

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　人因工程学课程设计

　连接处车厢门

　灯光

　列车员室

　照明

　列车长

　办公席

　7

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　卫生间

　洗手间车厢门

　车厢门连接处

　图1

　2

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　(一)现状调查当今社会，对于长途旅行，中国人选择的交通工具主要还是以火车为主，而这其中更大一部分人还是选择火车硬座出行，因为它经济实惠。目前我国火车硬座车厢在人因要素方面的运用还存在一些问题，下面就是现在火车硬座车厢出现的一些问题。

　图2座椅之间茶几的问题

　图3座椅舒适度的问题

　图4车厢中过热问题图5座位间距离过近

　3

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　图6行李架上行李的安全问题

　图7孕妇乘车问题

　图8火车上排队上厕所现象

　图9火车上频繁来往的小吃车

　图10火车安全问题

　4

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　关于火车硬座车厢舒适度调查问卷（请联系自己的实际情况认真填写下列选项，谢谢配合！

　）1、您的性别（

　）A.男性

　B.

　女性2、您的年龄（

　）A.20岁以下B.20—35岁C.35—50岁D.50岁及以上3、您对硬座座位舒适度有何要求（

　）

　A.舒服些

　B.

　保持现状

　4、您是否感觉现有座位间距离过近（

　）

　A.是

　B.

　否

　5、您觉得座位中间的茶几需要改进吗（

　）

　A.需要

　B.

　无所谓

　C.

　不需要

　6、您觉得车厢内的热水供应设备设计得合理吗（

　）

　A.合理

　B.

　还可以

　C.

　不合理

　7、您对频繁来往的送餐车和小吃车有什么看法（

　）

　A.挺好的B.

　不关我的事

　C.

　厌烦

　8、您认为车厢的照明会影响您夜间休息吗（

　）

　A.已经影响

　B.

　还行

　C.

　不影响

　9、您会担心放在行李架上行李的安全吗（

　）

　A.担心

　B.

　不担心

　10、您认为车厢内的卫生间需要改善吗（

　）

　A.需要

　B.

　随便

　C.

　不需要

　11、您是否感觉火车车厢的温度过热或者过冷（

　）

　A.是

　B.

　否

　12、如果您是一位站票乘客，是否能保持身体始终平衡（

　）

　A.能

　B.

　不能

　13、您认为车厢内是否有必要设置老幼病残孕专用坐席（

　）

　A.需要

　B.

　不需要

　14、您认为火车硬座车厢内还有什么方面需要改进，

　请提出您的意见：

　5

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　题号

　选项A人数/

　选项B人数/

　选项C人数/

　选项D人数/

　比例

　比例

　比例

　比例

　1

　34/68%

　16/32%

　2

　8/16%

　38/76%

　3/6%

　1/2%

　3

　45/90%

　5/10%

　4

　46/92%

　4/8%

　5

　45/90%

　5/10%

　0

　6

　1/2%

　22/44%

　27/54%

　7

　4/8%

　6/12%

　40/80%

　8

　17/34%

　26/52%

　7/14%

　9

　46/92%

　4/8%

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　48/96%

　1/2%

　1/2%

　11

　43/86%

　7/14%

　12

　17/34%

　33/66%

　13

　44/88%

　6/12%

　1

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　三、调研结果分析（一）结果显示：根据问卷对68%的男性，32%的女性，8%35-50岁及以上，26%20-35岁，16%20岁以下的人群进行调查的反馈结果，可以看出以下问题。项目

　问题

　思考90%的人认为硬座座位坐

　硬座的舒适度

　的时间长了感觉很难受，

　不舒服

　92%的人认为座位间距过

　座位间距离

　近，在心理上感觉不舒服

　90%的人认为座位间的茶

　茶几状况

　几太小，不能够支持外围

　乘客的物品摆放

　54%的人认为热水供应设

　热水供应设备

　备不能较好的控制水温，

　时常太烫或者太冷

　80%的人认为送餐车和小

　送餐车和小吃车

　吃车来往频繁，影响了人

　的休息和心情

　52%的人认为车厢照明已

　经影响乘客的夜间休息，

　车厢照明

　光线太亮或太暗，不能满

　足不同乘客的需求

　92%的人认为行李放在行

　李架上不安全，需要经常

　行李安全

　查看，不能放心，有的乘

　客还没有位置放置行李，

　被其他乘客抢占位置

　1、我们从以上10个方面对火车硬座车厢进行研究，分别从火车车厢中的硬座的舒适度，间距，车厢的照明，热水的供应，车厢内部温度的控制，茶几的长度以及行李架的安全性问题，来往手推车过于频繁的现象，站票乘客稳定性的考虑，以及厕所排队，老幼病残孕乘车安全性问题进行了研究。2、查阅书籍及网络，了解存在的问题与人因工程学的联系。3、设计将在原有硬座车厢的尺寸下保持面积不变的条件下进行改进。针对火车硬座车厢上述的种种缺陷，我们小组从人因工程学的角度提出以下具体的改进方案和措施。

　96%的人认为车厢内的卫

　车厢内的卫生间

　生间数量太少，有时需等

　待好久

　86%的人认为硬座车厢中

　车厢温度

　空气温度偏高，令人感到

　气闷，不舒服

　66%的人认为站票乘客不

　站票乘客的身体平衡

　能始终保持身体平衡，而

　且站票乘客人数太多

　88%的人认为坐席设置时

　老幼病残孕专用坐席

　没有考虑到特殊人群

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　（二）结果分析：1）对于火车硬座车厢座位的舒适度问题，应考虑老年人，小孩等弱势群体的身材，体质，身体状态，健康状况的实际需求，用人因学中学到的人体尺寸描述，对座位进行改进，考虑人长时间坐车，休息时舒适度的要求，对座位的形状尺寸，材质进行改进。此外，考虑人本身的个人领域，人心理空间的需求以及人本身的紧身距离，近身距离的要求来进行改进。2）火车硬座车厢内座位和茶几目前存在的主要问题是座位和茶几之间的距离太小，以至于进出不方便；茶几不够大，与对面的人距离太近，在心理上感到不舒服。目前茶几的长度不足以满足所供应乘客的实际需求，现实中往往除堆放一个人的个人用品外，再无其他地方摆放东西，更没有提供人休息时依靠和支撑的作用。本次研究可根据乘客需求，在加长茶几的长度的基础上，不妨碍人的进出，对茶几的牢固性，稳定性等方面进行设计。3）对于车厢内部的热水供应系统，热水供应设备过低，不符合人因学要求，人常常弓着腰等待接水。另一问题是热水的水温过热，常出现烫伤、烫坏现象，冲泡面，接热水时会出现纸盒软化，杯体过热，热水溢出烫坏现象。为避免这种现象的出现，考虑人因学要求，立姿的作业域以及不同身高的人体尺寸要求，对热水供应设备进行改进。4）对于频繁来往的小推车，大多数人表示出厌烦情绪，在出现春运，学生放假的高峰期的情况时，站票人数过多，来往的手推车移动起来就很困难，既给乘客带来不便，也给车务人员带来麻烦。而且手推车来往过于频繁，常常是一次下来，一无所获，这是对人力的浪费，也打扰乘客们的休息。我们可以根据需求，对这一现象进行改进，减少人力的浪费。5）根据车厢内部照明情况的统计，可以得出灯光的照明系统已经影响乘客们的休息，如何解决夜间乘客的休息以及夜间乘客的工作需求的问题成为我们要研究的方向。根据人因工程学第五章，环境照明与色彩调节的学习，我们知道照明的亮度，照明的方式以及有色光的运用均会给乘客的工作休息带来影响。我们可以试图将照明与色彩的运用相结合，一般照明与间接照明交叉使用。满足乘客中不同人群的不同需求。6）行李作为人们长途出行的必需品，行李的安全常常是人们出行最为担心的因素之一。如何让人们出行安全放心，从根本上解决人们的担心成为火车硬座内部设计的首要任务。火车车厢中，常出现行李错拿，丢失，重要物品的遗失既给人们的经济带来损失，同时也对人们的生活带来不便。然而行李的摆放也是火车乘务人员最为担心的事情之一，物品堆放随意，堆叠，在火车出现震荡拐弯时，也会出现行李摔落，砸伤甚至砸死的不幸事例。这既是乘客的损失，也是火车本

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　身设计出现了纰漏，同时也使人们对火车出行安全带来担忧情绪。7）卫生间是方便人们生活的设施之一，然而火车硬座车厢中的卫生间的状况却是层出不穷。车厢内卫生间空位过少，厕所门外排队现象严重，有时需等几十分钟甚至更长时间，对等待者是一种折磨，需对其进行改进。8）对于火车硬座车厢内部的温度问题，车厢内部温度过高或过低不适宜的现象尤为严重。冬季，温度过低然而车厢内部的温度却特别高，常出现人们过热，车厢内部过热，穿半截袖，车厢外部却是地冷寒天，内外的冷热温差严重，常常给人们健康带来危害。夏季，车厢内部的温度却过低，需要盖被才能缓解过冷现象。根据人因学中气温的冷热、干湿程度、气流速度的适宜情况可得出：标准测定舒适温度一般处于18℃~24℃，舒适湿度40%~60%,湿度应处于β=188—7.2T（湿度为β%，室内温度为T℃），而气流速度的最佳流动速度为

　0.3m/s。9）站票乘客的稳定性问题，大多数人认为人不可能始终保持身体平衡，在客流量较大期间，站票乘客如何尽可能保证身体的稳定性以及舒适问题成为我们需要考虑的首要任务。近些年的有关事例表明，站票乘客的摔倒，出现危险的事故也屡见不鲜。根据人因工程学中人站姿时的第95百分位人体尺寸数据设计方便人们可支撑依靠的设备方便人们的平稳，保证乘客安全。10）对于老幼病残孕等弱势群体的出行安全问题，大多数人认为应该设有专用座椅照顾弱势群体的出行安全，照顾其舒适度，避免意外事情出现。根据人因工程学要求，设计出舒适、安全、方便的专用座椅来适合弱势群体。11）除调查问卷中出现的情况外，被调查者还就火车硬座车厢中的其他方面提出需要改进的方面：①火车硬座内的味道不好，特别是在夏天天气很热，火车内通风不好的时候，火车内总是有一阵阵的汗味，除此之外，有些不文明的乘客还把鞋给脱了，更造成火车内气味的不舒畅，不仅造成空气中的压抑，还使乘客的心情更加烦躁；②有些人的乘坐时间比较长，手机或者MP3等其他用电设备不足以支撑到旅途结束，而又没有带移动电源或备用电池，因此希望火车上能设置充电插头，以便在手机没电又有工作或生活需要时能充电；③两边座位中间的过道太窄，在人带的行李较多或者体型较大时不易通过，有时会被卡在过道中间，不能通过，造成乘客的尴尬。过道大些不仅能使乘客顺利通过，还能使乘客的活动空间增大，特别是在有站票乘客的情况下；④再有就是车厢内的色彩设计，车厢内的颜色时间看久了会使人感到疲劳和不舒适，座椅用的是深绿色，明度低，会使人联想到坚硬的东西，一看到就产生一种对硬的恐惧，与内心想要的舒适相冲突，从而产生心理疲劳，间接导致身体的疲劳，需要改进。根据如上所述的调研分析，我们针对以上问题进行改进。四、改善方案

　13

　人因工程学课程设计

　（一）、座椅的改善

　1.1改善背景

　火车的硬座座椅的材料是用的铁板焊接的支架，再在外面包一层人造皮革，铁皮与皮革之间用海绵塞在其中。根据坐垫的压力分布不均匀原则：座椅的坐垫上的压力应按照臀部不同部位承受不同压力的原则来设计，即坐骨结节处压力最大，向四周逐渐减小，至大腿部位时压力降至最低。得知，坐垫太硬，不符合坐垫的设计原则，人在上面坐久了就会疲劳。座椅的设计就是简单的“T”字形，“T”字的尺寸为：中间的背靠垂直，高度75cm，背靠厚度为12cm，三人座位的长约140cm，宽约45cm。根据1989年

　图11原有火车座位图7月1日实施的GB1000—1988《中国成年人人体尺寸》得知，人坐在座椅上非常难受，原因有：1、背靠成直角，不符合人体脊柱S形曲线，容易造成受压分布不均，时间久了就会疲劳，并且对人的脊柱造成损伤，腰部酸疼；

　2、背靠高度高于普通人的上身，乘客坐下后头无法后仰，时间久了会造成颈部疲劳和损伤；3、两排座椅之间，仅有

　50cm左右的距离，很多乘客只有相互交叉着腿才能坐下，且是两腿几乎平座，影响人的下肢的血液循环，造成腿部麻木，时间久了就造成腿的疲劳和损伤。而本设计利用人机工程学原理，能最大限度使人不感到疲惫，具有安全舒适的优点。能满足人们出行舒适的需要，

　增加客流量。并且对现有椅子改造的成本也比较小。本次设计就是运用人机工程学原理使座椅不仅满足人们的基本乘坐要求还要向舒适化、人性化发展，从而最大限度尽可能减少旅客出行的疲劳，

　使旅客的旅行更加舒适愉快。1.2改善原理在长时间的列车运行过程中乘客的乘坐姿势是不断改变的，要求也随之变化。为使坐姿舒适，座椅设计需要遵守以下基本原则：座椅曲面符合人体生物力学要求，使座椅能减轻人体脊柱形变压力和臀

　14

　人因工程学课程设计

　部压力，如可灵活调整头靠、颈靠、肩靠、腰靠等。座椅形状满足人体自然姿势的需求，可通过座椅形体改变使乘客坐姿放松，如座面和靠背的倾角调整，座椅下部提供足够空间便于放脚等。座椅尺寸与人体相适应，为保证座椅能最大程度适应不同群体和特定个体的要求，应以人体尺寸统计结果为座椅尺寸依据，取中间值并尽可能留出一定范围照顾处于最大值或最小值的乘客自行调节，如座高、椅宽等。座椅构件设计和材料选择应合理。牢固、稳定，防止坐者倾倒、滑倒。1.3人的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。下图可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12

　人体脊柱构造正常的人体腰曲是微微前突的，为使坐姿下的腰曲变形最小，座椅应在腰椎部提供支撑。无腰靠或腰靠不明显会使正常的腰椎呈后突状，腰靠过分凸出将使腰椎呈前突形状。腰椎后突和过分前突都是非正常状态，因此现代座椅设计常常在人体坐姿状态下的第4～5腰椎位置高度处设置形状合理的座椅腰靠弧面，在第5～6胸椎位置高度处设置肩靠曲形，同时在人体颈后配备座椅头枕，在维持正常的椎曲形状的同时能有效防止列车紧急刹车或突然加速启动时可能造成

　15

　人因工程学课程设计

　的乘客脊椎伤害。1.4坐姿受力人体骨盆下面有两块粗壮的圆骨，叫坐骨结节，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。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。右图是座垫倾斜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，所标数字压力单位为

　kPa。

　图13坐垫体压分布

　图14

　坐姿人体尺寸

　16

　人因工程学课程设计

　1.5人体尺寸数据获取人体测量一般包括静态人体尺寸测量，动态人体尺寸测量两部分。在坐姿状态下，乘客的身体重量主要由座位面来承担，

　另一些则传递给靠背、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。下图根据我国国标得到坐姿人体尺寸具体数据。

　坐姿人体尺寸数据

　年龄分组与百分位

　男（16～60）

　女（18～55）

　数

　1

　5

　10

　50

　90

　95

　1

　5

　10

　50

　90

　95

　测量项目

　3.1

　坐高/mm

　836

　858

　870

　908

　947

　958

　789

　809

　819

　855

　891

　901

　3.2坐姿颈椎点高/mm

　599

　615

　624

　657

　691

　701

　563

　579

　587

　617

　648

　657

　3.3

　坐姿眼高/mm

　729

　749

　761

　798

　836

　847

　678

　695

　704

　739

　773

　783

　3.4

　坐姿肩高/mm

　539

　557

　566

　598

　631

　659

　504

　518

　526

　556

　585

　594

　3.5

　坐姿肘高/mm

　214

　228

　235

　263

　291

　298

　201

　215

　223

　251

　277

　284

　3.6

　坐姿大腿厚/mm

　103

　112

　116

　130

　146

　151

　107

　113

　117

　130

　146

　151

　3.7

　坐姿膝高/mm

　441

　456

　461

　493

　523

　532

　410

　424

　431

　458

　485

　493

　3.8

　小腿加足高/mm

　372

　383

　389

　413

　439

　448

　331

　342

　350

　382

　399

　405

　3.9

　坐深/mm

　407

　421

　429

　457

　486

　494

　388

　401

　408

　433

　461

　469

　3.10臀膝距/mm

　499

　515

　524

　554

　585

　595

　481

　495

　502

　529

　561

　570

　3.11坐姿下肢长/mm

　892

　921

　937

　992

　1046

　1063

　826

　851

　865

　912

　960

　975

　正常人着装身材尺寸修正值

　项目

　尺寸修正量

　修正原因

　坐姿眼高/mm

　3

　裤高

　坐姿臀宽/mm

　13

　衣

　坐姿两肘间宽/mm

　20

　衣

　小腿加足高/mm

　36

　裤厚鞋厚

　坐姿肩高/mm

　10

　衣

　17

　人因工程学课程设计

　坐深/mm

　坐姿肘高/mm足长/mm

　

　3330

　

　裤厚

　裤厚

　鞋长

　1.6具体尺寸设计：1）座高设计座高是地面至就坐后座面上坐骨支承处的高度。按我国人体尺寸，可取380~450mm，略低于腿部膝关节，有利于小腿着力于整个脚掌支撑起身体负荷。座椅选择男性第50百分位作为产品尺寸设计依据较为合理，人体尺寸数据均是在裸体或穿单薄内衣条件下测量的，在设计时应考虑功能修正量。根据坐姿人体尺寸数据表，取男性小腿加足高第

　50百分位+功能修正量（小腿加足高）413mm+36mm=449mm。（2）座宽设计座宽即单人座面的左右距离，必须满足臀部就坐所需尺度，以女性臀宽尺寸的第95百分位进行设计。列车座椅主要是两人椅和三人椅，

　根据中国成年人体尺寸中的女性臀宽第95百分位数382mm。二人椅时，取女性臀宽第

　95百分位数+功能修正量（坐姿臀宽）

　382mm×2+13mm=777mm，考虑到克服人心理上的“空间压抑感”等心理感受，再追加100mm的心理修正量即777mm+100mm=877mm。但考虑设计已超出实际座位长度，

　扶手的设计可以抵消人的心理修正量，

　最终尺寸为777mm+180mm=957mm。三人椅同样考虑到扶手宽度可抵消人的心理修正量，最终尺寸为1172mm+240mm=1410mm。3）座深设计座椅的深度要设计成使人的腰背自然地倚靠在靠背上时椅面前缘不会抵到小腿。按照我国成人的人体尺寸测量数据，椅子的深度取

　400~430mm,因为火车是大众的交通工具，所以极大值设计原则，硬座座椅深度取为

　430mm。4）靠背高度靠背一般由肩靠、腰靠、头枕三部分组成，肩靠高度应达到肩胛下角位置，根据坐姿人体尺寸，取男性坐姿肩高第

　50百分位数+功能修正量（坐姿肩高）598mm+10mm=608mm，腰靠高度应达到坐姿肘高左右，根据坐姿人体尺寸数据取男性坐姿肘高第50百分位数+功能修正量（坐姿肘高）263mm+3mm=266mm。头枕支撑头部向后仰以减轻颈部肌肉受力，头枕高度应达到坐姿眼高高度，根据坐姿人体尺寸数据取男性坐姿眼高第

　50百分位数+功能修正量（坐姿眼高）798mm+3mm=801mm。靠背整体高度为头枕高度加头枕修正厚度即

　18

　人因工程学课程设计

　801mm+50mm=851mm。

　（5）靠背角度

　增加靠背倾角能增强

　人体舒适感。靠背倾角越

　大，人体获得的休息程度

　越高。列车上，旅客大多

　处于休息状态，如果倾角

　小于100°，使人感到疲

　劳；靠背倾角超过120°

　时，将占用后排旅客乘坐

　空间，影响正常使用。从

　脊柱正常形态来看，可调

　节范围是105°～135°。

　考虑到列车车厢空间大小

　及人体舒适度问题，采用

　背面斜度105°既达到人

　体舒适要求又节省空间。

　图15

　坐姿角度

　（6）椅垫厚度

　与坐面接触最紧密的是坐骨结节两个点，在这两个点周围约250mm2范围承受人体约70%的重量，所以人感觉臀部酸痛。若加上软垫，可增加接触面积，从而减少压力分布不均。一般坐垫高度是

　20mm。7）座间距座椅间距主要考虑乘客起坐方便、腿部舒适性以及人与人本身的近身距离45㎝~120㎝。但考虑经济可行性，如果是2+2，走道空间是大了，但遇到春运暑运走道上挤满人会超载，情况会更严重，对行车安全及轨道地基是不利的；如果是3+3就没法走道。所以，3+2是最科学合理的。

　19

　人因工程学课程设计

　图16改善后座椅图

　（二）、热水供应系统的设计

　热水供应系统的设计应考虑人体立姿尺寸，

　方便大多数人群的使用，设备不应过低，避免小孩无意碰到。采用水温控制及自动感应系统对热水系统进行改进。取女性第95百分位数（手功能高）+功能修正量（站姿眼高）=757mm+36mm=783mm。人体立姿尺寸表

　年龄分组

　男（16～60）

　女（18～55）

　与百分位数

　1

　5

　10

　50

　90

　95

　1

　5

　10

　50

　90

　95

　测量项目

　眼高

　1491

　1474

　1495

　1568

　1643

　1664

　1337

　1371

　1388

　1454

　1522

　1579

　肩高

　1244

　1281

　1299

　1367

　1437

　1455

　1166

　1195

　1211

　1271

　1333

　1355

　20

　人因工程学课程设计

　肘高手功能高会阴高

　胫骨点高

　

　925

　954

　968

　1024

　1079

　1128

　873

　899

　913

　960

　1009

　1023

　656

　680

　693

　741

　787

　801

　630

　650

　662

　704

　764

　757

　701

　728

　741

　790

　840

　856

　648

　673

　686

　732

　779

　792

　394

　409

　417

　444

　472

　481

　363

　377

　384

　410

　437

　444

　水温控制及自动感应系统控制面板

　车

　车厢

　厢壁

　壁

　图17

　热水供应的改善(三)、茶几的改进

　火车在座位中间安置茶几，茶几上可以放置旅客的食品。但列车茶几小，靠窗的一边大，向行道逐渐变小。靠窗的旅客还可以趴在上面休息，对于靠行道的旅客就只有坐在座位上休息了。运用人机工程学理论，改进茶几，满足大家的使用和休息需要。出于安全的考虑，把茶几设计成折叠式。由于前面设计的一个椅面的宽度为398mm，两人联排的座椅，茶几的中间一块板长应小于398mm×2=796mm，就取800mm，宽度取350mm。这样设计增加了乘客空间利用率，不用茶几时可以折叠起来，便于乘客出入，而且茶几宽度一致，便于所有乘客休息。

　（四）、火车照明设计

　21

　人因工程学课程设计

　图17

　视网膜不同部位的适应时间

　图18

　标准的相对视觉灵敏度根据眼睛的适应来进行空间照明设计，

　眼睛要根据周围的亮度进行适应的现象与安全性和舒适性有很大关系，

　必须加以注意。白天坐在行驶的火车车厢内的乘客，习惯了白天亮度，在进入隧道后，为了准确地看见物体，就要在入口内一段不太长的区间内大幅度提高亮度，

　以使眼睛能够很快适应。因此，在进行车厢内照明装置时要求运用亮度高的照明工具，

　虽然现在火车车厢内的照明装置长时间开启，但亮度很难符合人眼适应的要求，

　必须改换亮度高的照明装置。

　出于节能考虑，我们可以设计一种能够感应并且能计时自动调节亮度的智能照明装置。当人眼适应之后，大概

　10min的时间由这种专业照明工具自动调节降低其亮度，而在火车行驶出隧道后它又根据人眼适应的特点自动调节亮度，

　使人眼能在明暗

　22

　人因工程学课程设计

　环境中自然过度适应，以减少眼睛的疲劳。照明设计中需要注意的重点之一，就是灯光的颜色。灯光颜色用色温来表示，在决定某一场所的灯光颜色时，主要考虑下述原因：照明的场所，在一天之中的不同时间段里使用的照明，

　色温的选择是不一样的。根据这一要求，我们在进行火车车厢内照明的设计时要考虑乘客平时的生活工作习惯。在白天尽量使用适合工作活动的光，

　即使用最多的白昼光色灯，

　色温为4000~5000K的白色；在夜间，就应使用安静稳重的灯光，用色温低的灯光照明，显得明亮温暖，使为工作家庭而奔走的人感受家的温馨，在一定意义上消除旅途的疲倦感。

　（五）、车厢内的色彩设计色彩对人是有影响的。色彩能引起人的情绪变化，实验证明，令人赏心悦目的色彩，通过人的视觉器官传入色素细胞以后，对神经系统会产生良好的刺激，有利于人的心血管系统、消化系统，在此过程中使人体分泌出某种有益于健康的生理活性物质，可以调节血液的流量和神经的传导，使人保持朝气蓬勃的精神状态；反之，杂乱刺目的色彩，会损坏人的健康和正常的心理情绪。不仅如此，人们对色彩也是有偏好的。调查一下色的偏好，会发现人们普遍喜欢蓝色和白色，不喜欢不鲜明的颜色。想有效地利用色的偏好，就要用平均色彩偏好的调查结果来进行色彩设计，而且要在使用该空间的人的色彩偏好调查的基础上，

　慎重地进行色彩设计。通过评价实验得到的三维颜色的印象如下图。

　图19

　根据评价实验得到的三维颜色的印象由上述分析可知，喜欢蓝色和白色的人群居多，从色彩对人情绪的影响可知，蓝色有使高烧病人退烧和稳定情绪的作用。

　就当前列车的车厢内部颜色看来，

　墙

　23

　人因工程学课程设计

　体应使用纯白色，人看久了不会觉得疲劳。而列车的座椅用的是深绿色，明度低，会使人联想到坚硬的东西，产生一种对硬的恐惧，与内心想要的舒适相冲突，从而产生心理疲劳，间接导致身体的疲劳。若换成明度较高的蓝色，再配合座位的设计，给人一种柔软感，使乘客一眼看过去就有一种心理的释放，想要去享受那种稳定的情绪，有效地消除旅途疲劳。最后是地板的着色，选用红褐色，虽然明度较低，但该色彩容易使人血压升高，不宜出现在人流量巨大且空间狭小的火车车厢内，容易造成非受迫行的冲突，建议使用明度较低的蓝色地毯，给人一种放松的舒适感，稳定乘客的情绪，减少乘客之间的摩擦，使整个旅途变得愉悦轻松。

　（六）、行李架的改进

　现有的行李架存放物品不安全，且常出现物品坠落的情况。为避免这种现象的出现，我们可以设计出一种带有密码的封闭式行李架。密码可以是磁条读取式，根据火车票的实名制，每个人的数据条形码不同，行李存取箱根据磁条读取进行开闭。依据每个人的最终目的地，限定磁条密码锁使用时间，时间一到自动消磁。

　条形码区

　条形码区

　图20改善后行李架图（七）、火车中小推车的改进

　关于频繁来往的手推车，人们会感到厌烦情绪。对于这种现象，我们可以设计一种遥控式送餐，点小吃，通过手控仪器输出，信号输入给火车列车餐厅，送餐车整点进行送达。点餐仪器可以是触屏手写式，在屏幕上写下想要买的东西，乘务人员根据仪器信号进行送达。（八）、卫生间的改进

　现有的卫生间采用男女分位，男士卫生间常常空无一人，而女士卫生间却是排着长长的队。根据这一现象，我们把男女分位取消，根据厕所显示有无人，防止等待现象。

　24

　人因工程学课程设计

　（九）、火车车厢中的温度改进9.1、影响分析（1）火车车厢空气气温的控制存在很多弊端，温度过高时会对人体造成很大伤害：高温的影响类别

　热指标

　总体影响极热

　55℃

　持续的热暴露级可能引起热中暑很热

　41～55℃

　长期的热暴露和

　/或体力劳动可能引起中暑、热痉挛或热衰竭热32～41℃长期的热暴露和/或体力劳动可能引起中暑、热痉挛或热衰竭很温暖

　27～32℃

　长期的热暴露和

　/或体力劳动可能引起疲劳（2）当车厢夜间温度过低且持续时间过长时，人很容易着凉。9.2、具体改进措施（1）随时监控车厢总体温度，适时调节车厢。可以运用完全神经网络控制技术（也称直接神经网络控制，它包括神经网络反馈控制、神经网络自适应控制、神经网络非线性控制等。它的特点是其辨识、估计、计算、控制等都由神经网络完成的）来控制车厢的主空调。（2）火车车厢的行李架上可以模仿汽车的空调安装方式，安装辅助冷暖空调，乘客可以根据自己的需要调节局部温度，以适合不同人群的各自需要。（3）改造车窗，运用外界空气气温改善车厢温度，每个车窗在加固防护网的基础上，增加开关窗，当列车严重超员后空调效果变差，就打开车窗。为了方便旅客向车外瞭望观光，车窗下半部的真空玻璃应保持固定，只活动上半部分的玻璃。（4）车厢内的温控系统根据人体各个部位对热舒适的不同感受程度来调节温度，车厢温度实行分级分层调节。下表可以作为调节的参考数据。

　舒适条件下人体的皮肤温度

　部位

　皮肤温度（℃）

　头、胸、背、腹、臀

　34.6

　大腿、上臂

　33.0

　小腿、前臀

　30.8

　手、足

　28.6

　25

　人因工程学课程设计

　（十）、车厢内部空气质量的改进根据相关调查表明，列车内部空气质量是现行交通工具之中最差的。

　对全封闭型列车硬座车厢内微小气候的空气离子浓度、可吸入颗粒物浓度和二氧化碳(CO2)浓度进行了检测的结果为：空气负离子浓度

　120~270个/cm3；可吸入颗粒物浓度0.31~0.46mg/m3；CO2浓度0.09~0.46%；单极系数1.04~2.07，车厢空气质量的检出总合格率仅为

　14.3%。针对上述情况，我们提出以下几点改善意见：1、改善车厢的通风换气问题，可以通过改造车窗和增加天窗来实现。在每个车窗加固防护网的基础上，

　增加一些开关窗；车厢顶部可以增设一些天窗。

　在列车行驶过程中通过打开车窗和天窗来实现车厢的通风换气，

　来增加空气的对流频率和保证空气的质量。为了方便旅客向车外瞭望观光，

　车窗下半部的真空玻璃可以保持固定，只活动上半部分的玻璃。2、提高车厢空气的含氧量，可以在每节车厢配置一套供氧系统。当车厢氧气含量较低和不足的情况时，可以开启该系统以增加车厢的氧气含量，保证乘客的氧气需求。3、在每节车厢安装空气净化系统来改善车厢的空气质量。可以运用较为先进供应负离子空气净化器，来实现空气质量的改善。图21供应负离子空气进化器

　26

　人因工程学课程设计

　五、总结

　我们小组在本次人因工程课程设计中，对现有的火车硬座车厢进行改进，运用人因工程的相关理论和知识，在充分考虑人的生理、心理特点和需求的多样性情况下，我们针对火车硬座车厢的设计弊端作出了相应的改善和改进。不仅设计出舒适、安全的座椅、折叠茶几及合理的座椅间距、热水供应系统、多空位卫生间、磁条读取式行李架，同时还对车厢的照明情况和车厢内墙体、座位和地板的色彩做了相关的改进和改善工作。从而设计出一个舒适硬座的车厢，大大降低了乘客乘车的疲劳，提高了乘客的满意度。本次设计我们除了对火车硬座车厢的座位做了改进，同时也秉着创新思维，以高科技技术手段为理论，大胆而又切实的设计了新型行李架、以及乘客自主点餐系统，以及折叠式茶几，这些创新性的设计完全以服务群众为目的，相信在不久的将来随着经济的飞速发展，实现这些改善不会是一件难事。通过改善，未来乘客乘车出行将不是一件痛苦的事，舒适的座椅，适宜的温度，舒心的色彩运用，安全的乘车环境以及恰到好处的设施应用，会给我们带来一次次愉快的旅途时光。至于本次改进，也存在着一些问题，座椅间间距改进问题，是我们尚未解决的问题，怎样才能在既不减少乘客座位的情况下，又能照顾到每一位乘客的近身距离要求，真正的减少乘客乘车的警惕性是我们今后仍需探索的方面。在此设计中，我们阅读了30篇以上的参考文献，查阅了大量的相关资料，做了许多实际调查。通过设计，我们知道了在课堂上所学的人因工程知识是如何应用到实际的设计中，怎样将理论与实际相结合。通过本次课程设计，让我们对相关理论知识有了更深的体会，同时也对将书本知识转化为方便群众的改善依据有了了解。虽然我们在设计的过程中遇到了一些问题，但是通过进一步深入的学习和研讨，我们都对其作出了相应改善和改进。这样的过程，不仅加深了我们对人因工程知识的了解，更拓展了我们的知识面，让我们更为真切的感受生活，留心观察每一个设施，每一处需要改善的地方。只有更好，没有最好的思维会推动着我们在知识的海洋里不断向前、精益求精、永无止境的学习。本次课程设计，不只是对学生学习情况的考核，也是一个培养同学们探索、发现、质疑、改善、完备精神的过程，通过本次课程设计，我相信同学们都能拥有一种对待科学、对待知识的谨慎态度，对待问题、对待困难的质疑精神，以及解决问题、攻坚克难的勇敢精神。通过本次设计，相信同学们在日后的学习生活中能乘风波浪，不断提高。

　27

　人因工程学课程设计

　六、参考文献

　⑴张宏林，人因工程学，高等教育出版社，2005⑵马广韬，田炜，孙海义，《基于人体静态尺寸的座椅设计》⑶国家技术监督局GB10000-1988.中国成年人人体尺寸⑷姚建，田冬梅.安全人机工程学.北京.煤炭工业出版社，2012⑸郭伏，钱省三．人因工程学［M］．北京：机械工程出版社，2008⑹孙林岩．人因工程［M］．北京：中国科技技术出版社，2005⑺刘卫华，郭宪民，黄虎．制冷空调技术及进展［M］．北京：机械工业出版社，2005⑻龙升照．人-机-环境系统工程研究进展［M］．北京：海洋出版社，2005⑼龙升照，黄端生，陈道木，曾固．人-机-环境系统工程理论及应用基础［M］．北京：科学出版社，2004⑽日本建筑学会．光和色彩的环境设计［

　M］．北京：机械工程出版社，

　2005⑾中岛龙兴，近田玲子．照明设计入门［M］．北京：中国建筑工业出版社，2005

　28

　人因工程学课程设计

　内部资料仅供参考

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