1、,第一章 人 体 测 量 学,第一节 人体测量与人体测量数据及应用,一 人体尺寸的历史,(一) 人体测量学的由来和发展公元前一世纪 罗马建筑师维特鲁威(Vitruvian)从建筑学角度对人体尺度作了全面论述。文艺复兴时期，达芬奇根据维特鲁威的描述创作了著名的人体比例图。1870年，比利时数学家Quitlet发表人体测量学，创建了这一学科。直到上世纪40年代，工业化社会发展，使人对人体尺寸测量有了新的认识。,达芬奇绘制的人体比例图,一、人体测量人体测量学通过测量人体各部位尺寸，来确定个人之间和群体之间在人体尺寸上的差别的科学。,(二) 人体测量的具体内容和方法 1. 数据来源 我国人体尺寸相关文
2、件及标准：1962 中国建筑科学研究院 人体尺度的研究1988 GB 1000088 中国成年人人体尺寸1991 GB/T1298591 在产品设计中应用人体尺寸百分位的通则1992 GB/T1354792 工作空间人体尺寸GB397583 和GB574085分别对人体测量的术语、项目、仪器作了规定,二、人体测量学与人体尺度差异：（一）定义：人体测量学是对不同种族、年龄、性别的人的身体各部位尺寸及其活动范围作静态和动态的测量，并加以统计分析的一门学科。,二、人体测量的基本术语和测量仪器及方法：,Terminology of Anthropometry,1、被测者姿势：（1）立姿：挺胸直立，头部
3、以眼耳平面定位，眼睛平视前方，肩部放松，上肢自然下垂，手伸直，手掌朝向体侧，手指轻贴大腿侧面，自然伸直，左、右足后跟并拢，前端分开，使两足大致呈45角，体重均匀分布于两足。,（2）坐姿：,挺胸坐在被调节到腓骨头高度的平面上，头部以眼耳平面定位，眼睛平视前方，左右大腿大致平行，膝弯曲大致成直角，足平放在地面上，手轻放在大腿上。,2、测量基准面:人体基准面的定位是由三个互为垂直的轴（铅垂轴、纵轴和横轴）来决定的。人体测量中设定的轴线和基准面如图。矢状面；正中矢状面；冠状面；水平面； 眼耳平面,3、测量方向(1)在人体上、下方向上，将上方称为头侧端，将下方称为足侧端。(2)在人体左、右方向上，将靠近
4、正中矢状面的方向称为内侧，将远离正中矢状面的方向称为外侧。,3、测量方向 (3)在四肢上，将靠近四肢附着部位的称为近位，将远离四肢附着部位的称为远位。（4）对于上肢，将挠骨侧称为挠侧，将尺骨侧称为尺侧。（5）对于下肢，将胫骨侧称为胫侧，将腓骨侧称为腓侧。,4、支承面和衣着 立姿时站立的地面或平台以及坐姿时的椅平面应是水平的、稳固的、不可压缩的。,5、基本测点及测量项目（GB397583）（GB397585测量方法）,测点,头部测点（16个）,躯干和四肢部位测点（22个）,测量项目,头部测量项目（12项）,躯干和四肢部位测量项目（69项）,人体静态测量参数,我国成年人人体尺寸的国家标准GB100
5、00一为人机上的设计提供了基础数据。该标准提供了七个类别共47项人体尺寸基础数据包括人体主要尺寸、立姿人体尺寸、坐姿人体尺寸、人体水平尺寸、人体手部和足部尺寸，并分别按性别列表。我们主要研究工业生产中法定成年人年龄范围内的人体尺寸。百分位数表示人体尺寸的等级，即表示在某一身体尺寸范围内，使用者中有百分之几大于或小于给定位。例如，我国成年人身高的百分位数为1583mm它表示该年龄组男性中身高等于或小于1583mm者占5，大于此数者占95。设计范围越大，制成设备和工具的适用度就越高，可使用的人数就越多。,6、人体测量的主要仪器,(1) 人体测高仪: 主要用来测量身高、坐高、立姿和坐姿的眼高以及伸手
6、向上所及的高度等立姿和坐姿的人体各部位高度尺寸。,（2）人体测量用直角规： 主要用来测量两点间的直线距离，特别适宜测量距离较短的不规则部位的宽度或直径。如耳、脸、手、足。,6、人体测量的主要仪器,(3）用于不能直接以直尺测量的两点间距离的测量，如测量肩宽、胸厚等部位的尺寸。,从技术发展来看，人体测量技术可以分为普通测量技术三维数字化人体测量技术（1）普通测量技术 普通人体测量仪器可以采用一般的人体生理测量的有关仪器，包括人体测高仪、直角规、弯角规、三脚平行规、软尺、测齿规、立方定颅器、平行定点仪等，其数据处理采用人工处理或者人工输入与计算机处理相结合的方式。,（2）三维数字化人体测量技术从仪器
7、本体的原理来讲，三维数字化人体测量分为手动接触式、手动非接触式、自动接触式、自动非接触式等；最终可以根据所需速度、精度和造价确定合适的方式。,手动接触式美国佛罗里达Faro技术公司的FaroArm 非接触式（no contact）三维数字化测量仪典型的是英国的LASS(Loughborough Anthropometric Shadow Scanner)技术和美国TC2开发的白光相位测量技术（Phase Measurement Profilometry）,VITUSsmart - 3D 全身人体扫描仪,Cyberware全身数字化扫描仪,三、人体测量数据的统计处理1、平均值：它是用来衡量一定条
8、件下的测量水平和概括地表现测量数据的集中趋势。计算公式为： 其中：N为测量次数，Xi为单独测量值,2、标准差：、定义：它是表明一系列变数距平均数的分布情形。标准差大表示各变数分布广，远离平均数。标准差表明了测量数据的离中趋势。 、公式：P32、意义：标准差对于区分产品的规格或确定产品的可调节范围有很大影响。用平均值决定其基本尺寸，而用标准差决定调整量。,3、百分位数：、定义：百分位表示等于某一人体尺寸和小于该尺寸的人占统计对象总人数的百分比。 、公式：P32,百分位,百分位由百分比表示，称为“第几百分位”。例如，50%称为第50百分位。,百分位数,百分位数是百分位对应的数值。例如，身高分布的第
9、5百分位数为1543，则表示有5%的人的身高将低于这个高度。,在人体测量资料中，常常给出的是第5、第50和第95百分位数值。在设计中，当需要得到任一百分位数值时，则可按下式求出：,1%-50%之间的数值：P=M-（SK）50%-99%之间的数值：P=M+（SK）,M为标准值；S为标准差；K为百分比变换系数。,、含义:把研究对象分成100份，根据一些指定的人体尺寸项目，从最小到最大顺序排列，进行分段，每一段的截至点即为一个百分位。例如（身高）：第5百分位的尺寸表示有5的人身高等于或小于这个尺寸。换句话说就是有95的人身高高于这个尺寸。第95百分位则表示有95的人等于或小于这个尺寸，5的人具有更高
10、的身高。第50百分位为中点，表示把一组数平分成两组较大的50和较小的50 。第50百分位的数值可以说接近平均值。,人机工程学的几个统计函数：,（2）标准差：事物离散趋势的统计量 =(X-M)2/(N-1) 表示测量的数据相对于平均值的波动状态。 标准差和均值相反，它表示测量数据分离于某值 。,（1）均值：就是算术平均值。 M=X/N 均值表示测量数据集中趋向某个值。,（4）、适应范围：（满足度）、定义:产品设计尺寸满足特定使用者群体的百分率。、表示方法:知某尺寸的均值和标准差，即可计算适应范围所对应的测量值。,百分比对应的变换系数K,5%1.64510%1.28220%0.84225%0.67
11、450%0.00075%0.67480%0.84290%1.28295%1.645,例1设计适用于90%华北男性使用的产品，试问应按怎样的身高范围设计该产品尺寸？,解：由表查知华北男性身高平均值M=1693mm，标准差S=56.6mm.要求产品适用于90%的人，故以第5百分位和第95百分位确定尺寸的界限值，由表查得变换系数K=1.645；即第 5百分位数为：P=1693-（56.6*1.645）=1600mm 第95百分位数为：P=1693+（56.6*1.645）=1786mm结论：按身高1600-1786mm设计产品尺寸，将适应用于90%的华北男性。讨论：平均值是作为设计的基本尺寸，而标准
12、差是作为设计的调整量的。,测量男子身高的均值为1683mm，标准差S为81.83mm，则适应范围90%对应的身高范围是：适应范围90% = 第5百分位 第 95百分位 = P5 P95 = X 1.64*SX + 1.64*S = 16831.64*81.831683+1.64*81.83 = 1553.39mm1822.6mm,美国男性身高分布曲线,统计学表明，任意一组特定对象的人体尺寸，其分布规律符合正态分布规律，即大部分属于中间值，只有一小部分 属于过大和过小的值，它们分布在范围的两端，见上图。,四人体尺寸运用的问题,.数据的选择.百分位的应用.可调节性.在设计中应分别考虑各项人体尺寸.
13、尺寸的定义标准的统一.尺寸的衡量标准.形式对尺寸的影响,五、人体尺寸的分类1、静态尺寸：定义：是人体处于固定的标准状态下测量的尺寸。分类：站姿；站姿眼高、站姿肘高、摸高等坐姿：坐姿眼高、坐姿肘高、坐姿身高等,(1) 人体构造尺寸 （结构尺寸、静态尺寸） 人体处于固定的标准状态下测量的尺寸。和与人体有直接关系的物体有较大的关系， 如：家具、服装、手动工具等。我国主要依据：GB1000088,立姿人体尺寸,人体主要尺寸(mm),立姿人体尺寸(mm),坐姿人体尺寸,坐姿人体尺寸,百分位,测量项目,人体水平尺寸,人体水平尺寸,年龄分组,百分位数,测量项目,2、动态尺寸： 人在进行某种功能活动时肢体所能
14、达到的空间范围。（如手的水平作业区域） 人在进行某种功能活动时肢体所能达到的空间范围。是由关节的活动、转动所产生的角度与肢体的长度协调产生的范围尺寸。,使用功能尺寸强调人在完成动作时，人体各部分是不可分的，不是独立工作，而是协调动作。人可以通过运动能力扩大自己的活动范围。功能尺寸对于解决带有空间范围、位置的问题更有意义。,手所达到的限度，并不是手臂尺寸的唯一结果通道的最小宽度肩宽椅子的座宽臀部的宽度,功能尺寸（动态尺寸）：,六人体尺度差异：（1）种族（2）地区（3）性别（4）年龄（5）环境（6）职业,地区与种族,注意点： 由于不同国家、不同地区、不同种族的人体尺寸的差异，即使是同一国家，不同地
15、区的人体尺寸也有差异。因此，在设计中考虑产品的多民族的通用性。 越南：160.5cm 比利时：179.9cm,年 代,在使用人体测量数据时，要考虑其测量年代，然后加以适当修正。,一组数据：欧洲居民每隔10年身高增加11.4cm;美国城市男性青年在19731986年的13年间身高增加2.3cm;日本男性青年在19341965年的31年间身高增加5.2cm、体重增加4kg、胸围增加3.1cm;我国原广州中山医学院男性在19561979年的23年间身高增加4.38cm、女性身高增加2.67cm。,性 别,男女之间的差异：1、对于大多数人体尺寸，男性比女性大些；（但有四个尺寸胸厚、臀宽、臂部及大腿周长
16、正相反）2、同整个身体相比，女性的手臂和腿较短，躯干和头占的比例较大，肩较窄，骨盆较宽；3、皮下脂肪厚度及脂肪层在身体上的分布，男女也有明显差别；4、在腿的长度尺寸起重要作用的场所（如座姿操作的岗位），考虑女性的人体尺寸至关重要。,性别差异 一般妇女身高比男子低10cm左右 身体比例也不同 女性臀部较宽、肩窄，躯干比男性长，四肢短 此外还有 地域性差异：身高 寒带热带 平原山区 职业差异 社会发达程度 残疾人,年 龄,注意：在采用人体尺寸时，必须判断对象适合那些年龄组，要注意不同年龄组尺寸数据的差异。例如：人体尺寸增长过程：男20岁、女18岁。（结束）手的尺寸：男15岁、女13岁。（达到一定值
17、）脚的大小：男17岁、女15岁。（基本定型）成 年 人：身高随年龄增长而收缩；体重、肩宽、腹围、臀围、胸围却随年龄增长而增长。,(3) 年龄差异人体尺寸随年龄的增加而缩减而体重、宽度、围长的尺寸随年龄的增加而增长对工作空间的设计：尽量适合20-65岁的人儿童尺寸：只要头部可钻过去，身体就可以过去老年人尺寸：身高比年轻时低 身手够东西的能力不如年轻人,大部分老年人身高比年轻时矮5%。 手部力量下降约16%40%。 臂力下降约50%。 腿部力量下降约50%。 肺活量下降约35%。 随年龄增长体形变小。 鼻和耳朵的尺寸变大。 体重每十年增加2kg。 随年龄增长视力也会下降、辨色能力下降。 阅读时需要
18、增加大约20%的照明。 随年龄增长，嗅觉和味觉也会迟钝。,职 业,不同职业的人，在身体大小及比例上也存在着差异。例如，一般体力劳动者平均身体尺寸都比脑力劳动者稍大些。,手掌：21厘米臂展：7英尺4.75英寸（225.425厘米）站立摸高：9英尺7英寸（292.1厘米）原地弹跳：21.5英寸（54.61厘米）助跑弹跳：27英寸（68.58厘米）,第二节 常用人体尺寸,1、身高：（1）定义：人身体直立、眼睛向前平视时从地面到头顶的垂直距离。（2）应用：确定通道和门的最小高度，床的长度以及人头顶上的障碍物的高度。（3）注意：身高一般是不穿鞋测量的，故在使用时应给予适当补偿。（4）百分点选择： 95%
19、数据,2、站姿眼高 ：（1）定义：人身体直立、眼睛向前平视时从地面到内眼角的垂直距离。（2）应用：用于确定剧院、礼堂、会议室等在人的视线处布置广告和其他展品。此外还用于确定屏风和开敞式大办公室内隔断的高度。,（3）注意：在使用时应给予适当补偿，还应与脖子的弯曲和旋转以及视线角度资料结合使用，以确定不同状态、不同头部角度的视觉范围。（4）百分点选择：依据设计意图不同而不同。,3、站姿肘高 ：（1）定义：肘部高度是指从地面到人的前臂与上臂接合处可弯曲部分的距离。（2）应用：对于确定柜台、梳妆台、厨房案台。工作台以及其他站着使用的工作表面的舒适高度。科学研究发现，最舒适的高度是低于人的肘部高度50-
20、76 mm。（3）注意：确定高度时必须考虑活动的性质。,（4）百分点选择：考虑到第5百分点的女性肘部高度较低，这个范围应为89-104cm， 才能对男女使用者都适应。由于其中包含许多其他因素，如存在特别的功能要求（厨房、服务台）和每个人对舒适高度见解不同等，所以这些数值也是有所变化的。,4、挺直坐高 ：（1）定义：挺直坐高是指人挺直坐着时，座椅表面到头顶的垂直距离 。（2）应用：用于确定座椅上方障碍物的允许高度。在设计双层床层间高，办公室、餐厅和酒吧里的火车座隔断，也要用到这个尺寸 。（3）注意：座椅的倾斜、座椅软垫的弹性、衣服的厚度以及人坐下和站起来时的活动都是要考虑的重要因素。 （4）百分
21、点选择：95%数据,5、上臂长和前臂长：（1）定义：上臂长：从肩关节到肘关节的长度。前臂长：从肘关节到腕关节的长度。（2）应用：是确定人的操作和活动空间以及桌台面深度和宽度的重要尺寸。（3）百分点选择：5%数据。,6、坐姿眼高： （1）定义：是指人的内眼角到座椅表面的垂直。（2）应用：在设计剧院、办公室、礼堂、教室、客厅和其他需要有良好视听条件的室内空间时，用于确定视线和最佳视区要用到这个尺寸。（3）注意：应与头部与眼睛的转动范围、座椅软垫的弹性、座椅面距地面的高度和可调座椅的调节范围统一考虑。 （4）百分点选择：有适当的可调节性为好。,7、肩宽 ： （1）定义：肩宽是指两个三角肌外侧的最大水
22、平距离。（2）应用：用于确定环绕桌子的座椅间距和影剧院、礼堂中的排椅座位间距，也可用于确定公用和专用空间的通道间距。 （3）注意：考虑衣服的厚度。此外，由于躯干和肩的活动，两肩之间所需的空间会加大。 （4）百分点选择：95%数据,8、两肘宽度： （1）定义：指两肘屈曲、自然靠近身体、前臂平伸时两肘外侧面之间的水平距离。（2）应用：用于确定床宽、椅背宽以及会议桌、报告桌、柜台和牌桌周围座椅的位置。 （3）注意：应该与肩宽尺寸结合使用。（4）百分点选择：95%数据。,9、臀部宽度 （1）定义：臀部宽度是指臀部最宽部分的水平尺寸。（2）应用：用于确定座椅内侧尺。（3）注意：根据具体条件，与两肘之间宽
23、度和肩宽结合使用。（4）百分点选择：95%数据。,10、坐姿肘高（1）定义：指从座椅表面到肘部尖端的垂直距离。（2）应用：用于确定椅子扶手、工作台、书桌、餐桌和其他特殊设备的高度。（3）注意：与座椅软垫的弹性、座椅表面的倾斜以及身体姿势一起考虑。（4）百分点选择：50%数据,11、大腿厚度（1）定义：从座椅表面到大腿与腹部交接处的大腿端部之间的垂直距离。 （2）应用：是设计柜台、书桌、会议桌及其他一些室内设备的关键尺寸，这些设备都需要把腿放在工作面下面。（3）注意：应与膝腘高度和座椅软垫的弹性等因素一起考虑。（4）百分点选择：95%数据。,12、膝高 （1）定义：指从地面到膝盖骨中点的垂直距离
24、。（2）应用：同上（3）注意：要同时考虑座椅高度和座垫的弹性。 （4）百分点选择：选用第95百分点的数据。,13、膝腘高度（1）定义：指人挺直身体坐着时，从地面到膝盖背后（腿弯）的垂直距离。（2）应用：是确定座椅面高度的关键尺寸。（3）注意：须注意座垫的弹性。（4）百分点选择：第50百分点的数据。,14、臀部一膝腘部长度 （1）定义：是指由臀部最后面到小腿背面的水平距离。（2）应用：用于确定座面的深度 。（3）注意：要考虑椅面的倾斜度。 （4）百分点选择：选用第5百分点的数据。,15、臀部一膝盖长度 （1）定义：臀部一膝盖长度是从臀部最后面到膝盖骨前面的水平距离。,16、臀部一足尖长度 （1）
25、定义：臀部一足尖长度是从臀部最后面到脚趾尖端的水平距离。（2）应用：用于确定椅背到膝盖前方的障碍物之间的适当距离，例如用于影剧院、礼堂和作礼拜的固定排椅设计中。 （3）注意：二者应结合使用。（4）百分点选择：95%的数据。,17、垂直手握高度（摸高） （1）定义：在垂直作业区内，手举起时达到的高度。（2）应用：是设计书架、货架、公交车扶手、衣帽架等家具的主要依据。（3）注意：使用时要给予适当地补偿。（4）百分点选择：5%的数据。,18、侧向手握距离 （1）定义：指人直立，右手侧向平伸握住横杆，一直伸展到没有感到不舒服或拉得过紧的位置，这时从人体中线到横杆外侧面的水平距离。 （2）应用：用于确定
26、控制开关等装置的位置和确定人侧面的书架位置。 （3）注意：要考虑专门的手动装置的延长量。（4）百分点选择：5%的数据。,19、向前手握距离： （1）定义：指人肩膀靠墙直立，手臂向前平伸，食指与拇指尖接触，这时从墙到拇指梢的水平距离。（2）应用：用来确定障碍物的最大尺寸。如在工作台上方安装搁板或在办公室工作桌前面的低隔断上安装小柜以及确定工作面深度。（3）注意：要考虑操作或工作的特点。 （4）百分点选择：5%的数据。,人体主要尺寸,人体立姿尺寸,坐姿人体尺寸,人体水平尺寸,用身高推算身体尺寸,用身高推算人体尺寸,人体尺寸在设计中的应用,人体活动范围,人体的形态特征主要用静态尺寸表示,1. 分类,
27、静态尺寸（构造尺寸）,人在工作姿势下或在某种操作活动下测量的尺寸，也可在非连续动作条件下测得。,动态尺寸（功能尺寸）,动态人体测量的特点是，在任何一种身体活动中，身体各部位的动作并不是独立无关的，而是协调一致的，具有连贯性和活动性。,形态的测量：主要有人体长度测定；人体体型测定；人体体积和重量的测定；人体表面积测生理的测定:主要内容有人体出力测定；人体触觉反应测定；任意疲劳测定等。运动的测定:主要内容有动作范围测定；动作过程测定；体型变化测定；皮肤变化测定等。,从实用角度来看，人体测量内容一般有以下三类：,六、人体动态测量：（三）作业区域设计：定义1、手的作业区（1）、作用：（2）、手的水平作
28、业区： 作业者在立姿或坐姿下，在水平台面上运动手臂所形成的运动轨迹范围。,、分类：最大平面作业范围：伸展胳膊，以肩关节为圆心转动手臂所能达到的最大圆弧范围，550650mm（手到肩的距离）最佳活动范围：以肘关节为圆心，以肘关节到手心或到中指指跟为半径，手可达到的区域，约300400mm。 正常活动范围： 手臂自如弯曲，以肘为轴转动时，手能自由达到的区域。约350450mm（手到肘关节距离）。,、注意事项：舒适的平面作业范围随作业台面的高度不同而有所变化。同时与手的活动特征和运动方向，身体离桌边的距离、作业视点也有关系。,（3）、手的垂直作业区：作业者立姿和坐姿操作时，手臂外伸直，以肩关节为活动
29、中心在失状面和额状面上手臂的活动范围。、作用： 、分类： 最大作业区： 以肩关节为圆心，以肩关节到手心的距离为半径所画的圆弧范围。,最佳作业区： 以肘关节为圆心，以肘关节到手心的距离为半径所画的圆弧范围。 凡在这两个区域内，均可保证人在作业时能很好地抓握操纵控制装置和进行其他的工作。、拉手： 办公室：1000毫米 家居：800900毫米 幼儿园：更低,、摸高： 作用 注意事项：视线的引导作用,（4）、空间作业区域：定义必需空间：,2、脚的作业区域：定义影响因素：,三、人机工程学的研究方法,1、实测法2、实验法3、模拟与模型实验法4、系统分析评价法5、调查研究法,五、人体数据的运用原则：六、人体尺度在工程设计中的应用：,大腿厚度，臀膝长和膝高是设计容膝空间的主要尺寸。GB规定H580W520 。,
