大学生身高调查及合理课桌椅设计

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摘要 近年来，学生身高呈不断增长的趋势，而课桌椅设计的不合理造成学生学习坐姿不正确，从而导致学生近视眼的发生、脊椎颈椎弯曲等问题。通过对大学生身高的调查，用曲线拟合预测大学生身高增长趋势，从人体工学角度出发，设计满足大学生生理、心理健康需求的课桌椅。

关键词 大学生；课桌椅；人机工学

中图分类号：G647文献标识码：A文章编号：1671-489X(2012)15-0003-04

1 引言

据各项调查表明，人类的平均身高在呈不断增长的趋势。由于时代的进步，人们对生活、学习用品是否舒适、合理，是否能满足人类生长的需要等问题越来越关注。据卫生部、教育部联合调查显示，目前我国学生近视发病率达60%，居世界第二位；患病人数达6 000万，人数居世界之首。其中，小学生近视率为32.5%，初中生为59.4%，高中生为77.3%，大学生为80%[1]。

经过长时间的观察与研究发现，近视问题更多与看书写字的课桌椅有关。通过调查问卷，了解到多数学生感觉现有课桌椅不舒适，连续坐1小时以上就有腰酸背疼等不舒适的感觉。而且活动空间过小，活动范围受很大的限制。课桌椅的不合理，造成学生学习坐姿的不正确，也就造成眼睛与桌面的距离不正确，从而导致近视眼的发生，同时导致学生脊椎、颈椎出现弯曲等问题，无形中养成坐姿不正确等坏习惯。另外，座椅不舒服也让学生难以集中精神，影响听课、学习的效率。

故本文将通过分析大学生的身高增长趋势，从人机工学的角度分析现有课桌椅，以设计出满足大学生生理、心理需求的课桌椅。

2 大学生身体基本情况调查与分析

2.1 大学生身高增长趋势分析

通过在北京科技大学全体本科生范围内发放调查问卷，并将回收的数据进行整理、统计、分析，得出相关结论。

1）学生身体有着北高南低的趋势。随着身高的增长，体重也相应增加。以长江为分界线，将本校学生分为南方学生和北方学生。经统计，北方学生的平均身高比南方学生高出2～2.5 cm。按籍贯分，身高由南向北呈缓慢上升趋势，且随身高的增长，体重也有相应的增加（见图1）。

2）通过1985～1990年6个年份出生的学生的身高的比例发现，学生的身高有着“越长越高”的趋势，即1985～1990年出生的学生的平均身高有逐渐增长的趋势（见图2）。将所调查的学生按出生年份分类，经过数据统计，发现近几年学生的身高呈缓慢增长的趋势。据教育部的2004年学生体质健康检测公告，本年学生的身高比2002年相比继续呈增长趋势，7～12岁男、女学生身高分别平均增长0.85 cm和0.6 cm；13～18岁男、女学生身高平均增长0.37 cm和0.43 cm。

根据调查的数据，通过Excel拟合出1985年出生后的男女平均身高在未来的发展趋势。其中，男生的身高增长趋势符合y=1.152ln(x)+171.77曲线（见图3），女生的身高增长趋势符合y=1.0554ln(x)+159.96曲线（见图4）。从图3、图4中可以看出，未来男女生的平均身高将会缓慢持续上升，男生的平均身高到177 cm趋于平稳，而女生的平均身高到164.7 cm趋于稳定。

3）80%以上的学生反映学校现有课桌椅使用起来不舒适，部分教室的课桌椅间距过大，部分过小，进出不方便等相关问题。

2.2 实际测量人体参数

根据人机工程学原理，设计合理的课桌椅，还要测量出具体的身体参数[2]。在各身高段分别找出男女生各5名，测量身高、肩高、肘高、坐姿时小腿加足高（腘高）、坐姿时膝高、臀一腘距等与课桌椅设计相关的人体参数（见表1），用于确定课桌椅的具体尺寸。

将测量的数据与查阅的资料进行对比，发现中国人的身材比例与日本人相似，而与欧美人有一定的差别。与欧美人相比，中国人呈躯干较长、四肢较短的特点。白人赤足状态下的小腿高约为身高的25%，日本人约为24%[3]。

3 合理课桌椅设计

合理的课桌椅无论在视觉、感觉上都能体现它的舒适性。因此，结合“极限设计原则”和“平均尺寸原则”，集中在桌椅的造型、材质、颜色3个方面展开设计。

3.1 造型要素

桌椅的造型设计追随它的使用功能，无论进行怎样的造型突破，它都离不开两个“面”的支撑作用，即椅面和桌面的支撑作用。因此，首先，在设计桌椅的过程中应该围绕这两个面展开造型设计；其次，考虑人坐下去椅面和椅背是否使坐者的脊椎与身体保持平衡及处于自然状态，较好地适应人体的生理结构和特性。

根据收集到的人体测量资料，中国人的身体比例基本上为躯干较长、下肢较短。调查显示，男生身高在178 cm以上的人数约占18%，且根据图3可以看出，男生的平均身高将逐渐接近177 cm，并趋于平稳。综合标准身高为180.0 cm的1号课桌椅及标准身高为172.5 cm的2号课桌椅[4]，重新给定一组课桌椅的尺寸（见表2），使得课桌椅能够满足现有以及未来学生的使用需求。

下面提出设计依据[5]。

1）座面高h4。合适的座高应使大腿保持水平，小腿垂直，双脚平放在地面上。座面高过高或过低均容易使人产生疲劳感，故座面高一般按低身材的人群设计。

经过测量统计，大学生腘高平均为431.15 mm，其中男生的腘高平均为443.80 mm，女生的腘高平均为418.50 mm，而学校男生人数众多，且穿鞋后腘高会至少增加1～2 cm，故确定座面高为430 mm。

2）座面宽b3。座面宽应满足臀部就坐所需的尺度，使人能自如地调整坐姿。女性群体的臀宽普遍大于男性群体，故以女性尺寸为上限作为设计根据。而大学教室内的座椅均为排椅，故座面宽应以两肘间距离为设计基准，由此确定座面宽为450 mm。

3）座面有效深t4。根据体压分布不均衡原则，身体的主要重量应由臀部、坐骨结节承担。正确的设计应使臀部得到全面的支撑，腰部得到靠背的支持，座面前缘与小腿间留有适当的距离，保证小腿可自由活动。通过测量，大学生的平均臀一腘距约为480 mm，确定座面有效深度为410 mm。

4）座面倾角、形状。座面与水平面夹角称为座面倾角。坐板纵向曲线主张采用横放“～”字形，即上弓在前，下弓在后，目的在于学生就坐时适应臀部曲线，同时前倾写字时可适应大腿曲线。座面倾角定为2°～4°。

5）靠背的高、宽和靠背倾角j。靠背的作用是保持脊柱处于自然形态的轻松姿势。设计靠背的重点在腰部，确定靠背点距座面高为210 mm。这样既能适当地支持腰部，又能使腰部自由转动。靠背的托肩部可设计成平面或接近于平面的大圆弧面。座面上方与靠椅背下部之间应有凹入或留有一开口部分，以使背部下方骶骨和臀部有适当的后凸空间。

靠背与座面之间的角度设定具有两种目的，一是防止坐姿的人体向前滑动，二是引导腰弯部位依靠在靠背上。靠背与座面的夹角若小于90o，则腹部受压迫；夹角太大，会降低人的警觉。

6）扶手高度h5。扶手的作用是支持手臂的重量，同时也可以作为起坐支持点。当坐在座椅上时，加在座面上的重量大约为人体自重的85%，整个身体的重心是在靠“肚脐”稍下的位置。因此，栏杆等尺寸如果不高于这个尺寸就有危险。经过大量测量，发现人坐姿时肚脐距地面的距离约为550～600 mm，故确定椅子扶手距地面的高度为630 mm。

7）桌椅高差、桌面高h1、桌面深t1、桌面倾角i。桌面高度的选择[6]最好是当上臂垂直时，肘部与桌面近缘在同一水平面上，即桌椅高差等于坐姿肘高，不再加任何常数。由此可确定桌面高度为740 mm。这样可以使眼睛与桌面的距离大于30 cm，既能防止近视，又能防止脊椎变形。

对于阶梯教室，为了保持所有课桌椅的使用高度及桌椅的高差一致，可将课桌做成740 mm及740 mm+台阶高度两种型号的课桌。经测量，高校教室台阶高度为一般100 mm，故可将课桌高度定位740 mm与840 mm两种型号。

大学生使用的课本最大尺寸以A4居多，大约为297 mm，故桌面深确定为350 mm。桌面板在书写时的最佳角度为10°左右，故可将桌面倾角确定为8°～10°。

8）桌椅距离w2。课桌椅距离可分为椅座距离和椅靠距离。椅座距离：为桌近缘向下所引之垂线与椅坐前缘之间的水平距离。当椅深为大腿长的3/4时，正距离和零距离都不能使就坐学生保持良好的读写姿势。读写时桌椅之间有2～4 cm的负距离最为适宜。椅靠距离：为桌近缘与椅靠之间的水平距离。为了读写时桌近缘不致使压迫胸部，又能利用靠背，就坐时学生胸部与桌近缘有3～5 cm的自由距离。

9）桌面宽b1、扶手宽。桌面宽应大于两肘间宽度，以满足学生学习时要求的空间范围。

3.2 材料要素

设计的这套桌椅使用的材料主要为钢管和PP塑料。其中，桌面、椅面、椅子的靠背等主要采用PP塑料，支撑部分采用钢管。PP塑料密度小，易于着色，电绝缘性和耐化学腐蚀性优良，力学性能和耐热性在通用热塑性塑料中最高，耐疲劳性好，表面刚度和抗划痕特性很好，价格低。这些特性可以很好地解决教室桌椅的易磨、易划等问题。该材料的卫生性能较好，无毒无味，是目前国内绿色环保类产品。

设计的椅子采用中空吹塑制成，与传统的木质椅面相比，坐起来更为舒服，在很大的程度上缓解了学习带来的压力，有利于学生的身心健康。同时冬暖夏凉的人性化设计可以提高学习兴趣。一次性注塑形成，生产的程序更为简单化，产品耐冲击、抗老化、抗氧化，方便清洁，可自动无声恢复，方便起座、出入。

3.3 颜色要素

课桌椅的设计要求色彩明朗、精神饱满、丰富多彩。通过分析，发现绿色是希望的象征，可以安定情绪，同时又可以降低眼内压力，减轻视觉疲劳。所以确定桌椅的板材采用浅绿色，与之相搭配，钢管采用浅灰色。

4 课桌椅匹配率分析

最终确定的课桌椅的桌面高为74 cm，介于1号、2号课桌椅的桌面高之间，且相差不大。而对1号、2号课桌椅所适用的学生身高范围为165 cm以上，由此可知，身高在165～185 cm范围内的学生基本适用于本文所设计的课桌椅，此课桌椅的标准适用身高为175 cm。

课桌椅的分配符合率计算公式：

根据对不同身高分段人数的统计（图5），计算得到课桌椅分配符合率约为63.88%，满足大部分人群的需求，故此方案可行。

据大学生身高分析预测可知，未来男生平均身高将逐渐接近177 cm，并趋于平稳；女生平均身高将逐渐接近于165 cm，并趋于平稳。故此方案给出的课桌椅尺寸将同样能满足于未来的大学生的需求。

5 结论

根据人机工程学设计出的课桌椅从人体工学的原理出发，通过保持人体脊椎的自然挺直及视觉角度，自觉地保持了学习的视距，从而有效地防止近视眼的发生，也有效地防止了脊椎劳损。可以满足学生的生理需求和心理需求，即舒适需求和审美需求，为学生减轻学习任务繁重给身体上带来的压力，实现产品的人性化。

参考文献

[1]郑荣领,翟黎东,樊舒非.我国青少年近视的现状与防治[J].健康教育,2006,8(3):3-4.

[2]陆剑雄,黄河,张福昌,等.人类工程学在家具设计上的应用[J].家具,2005(2):22-27.

[3]小原二郎.学校用家具に人间こ学[J].学校保健研究,1990,32(11):510-515.

[4]国家质量监督检验检疫总局.GB/T 3976－2002 学校课桌椅功能尺寸[S].2002

[5]陈峰,徐琴.座椅的人因工程分析[J].科技信息,2007,10(29):29-31.

[6]国际标准化组织.家具：教育机构用桌椅:功能尺寸（ISO 5970-1979）[S].1979.