互动型家具设计的人机因素研究

    杨旗航

    摘要：互动理念在家具设计中有着广泛运用前景。针对使用方式提出静态家具和动态家具的分类概念，并从多个角度阐述了互动型家具的概念及其设计思路。着重从人机工程学角度对互动型家具的设计做出分析，并结合具体设计实例阐述人机工程学在互动型家具设计中的应用思路。

    关键词：家具设计 互动性 人机工程学

    中图分类号：TB472 文献标识码：A

    文章编号：1003-0069（2017）05-0110-02

    一、互动型家具的概念

    （一）静态家具与动态家具

    从工作到娱乐到休息，家具为人类各种各样的活动提供支持，从家具的使用方式来看，家具可以分为静态家具和动态家具。静态家具的概念是指在使用过程中家具本身不发生形态变化且实用方式相对单一的类型，如一般使用的餐桌椅、书柜、公共座椅等。静态家具一般具有结构简单、稳定性高的特点，适用于使用频率高、方式单一的活动。动态家具是指在使用过程中家具形态可以变化或是具有多种使用方式的家具类型，如电脑桌椅、厨房橱柜、晾衣架等。动态家具具有较高的灵活性和拓展性，可以帮助使用者完成变化较多的活动。

    （二）互动型家具的理念

    互动型家具一般归在动态家具的分类里面。互动设计理念强调的互动要素包括四个方面，人、行为、环境及技术。互动型家具是指强调人机互动性的一类家具，可以借助实体或虚拟界面和使用者产生互动，并通过互动实现特定的功能需求。

    根据贝恩特施密特对用户的五大体验体系的划分，人和家具的互动可以发生在以下几个层面：行为互动，感官互动，情感互动，思考互动，关联互动。其中行为互动主要表现在人类身体上的行为与家具的互动，侧重在物理层面；感官互动，体现在人的五感在使用家具过程中的体验，以及从这种感觉中产生的互动；情感互动，在上述两种互动的基础上结合环境因素和个人心理因素而产生对家具的感性认识和互动；思考互动，强调在理性的思维模式下对一件家具的体验；关联互动，可以由上述的几种形式相叠加而成，是混合的形式。在家具的实际体验过程中，感官互动往往是首先起作用的，而后续的体验往往是关联式的。因此，一件家具能否带给人好的体验，首先取决于感官上的良好体验，然后是使用的过程体验是否良好，最后是能否在情感层面带给人新的发现和感动，最后所有的体验叠加在一起形成整体的印象。

    上述五个层面体现在家具设计中，行为互动影响着家具的功能、结构、尺寸；感官互动体现在在家具的外形、色彩、材质的选择于搭配：情感互动体现在家具的功能以及符号意义的表达，是以人心为对象的设计方向：关注思考互动层面的家具则应在设计、品质、价格等购买动机因素上研究潜在购买者之间的心理互动；关联互动的成因更为多变复杂，是在上述的因素层面考虑过后对家具设计的整体评价，可以作为最后验证式的一步。

    二、互动型家具设计中的人机要素

    人机工程学在家具设计中有着重要的作用，是保证家具的舒适性、宜人性、合理性的重要工具，灵活运用人机工程学的方法反复进行分析和验证是家具设计的必经之路，家具设计中需要考虑的人机要素主要包括功能、形态、色彩、材质和尺度。功能、形态、色彩一般在设计早期就确定下来，而尺度需要经过反复分析和论证，尺度也直接决定着功能的实现以及形态的比例和细节。

    互动型家具，根据采用互动类型的不同，需要着重考虑的人机要素也会发生变化。例如，行为互动类型的家具需要着重考虑功能的实现形式以及围绕功能的尺度。例如日本没计工作室Daisuke MotogiArchitecture观察到普通沙发的缝隙常常成为各种小物品的藏身之地，而这种行为往往是人们无意识的行为，他们为这种无意识的行为提供了更多的可能性，设计的这款沙发将重复的结构纯粹化，然后巧妙地实现了给使用者更多放置小物品的机会，兼具实用性与趣味性。从人机角度，这款家具的设计所考虑的是如何满足并引导人在沙发的缝隙中塞东西这种行为，以一种全新的视角来看待沙发的设计，并用合理的结构实现这一功能。而感官互动型家具需要着重考虑形态、色彩以及材质等要素，例如一般工作室（soso studio）推出的side椅，具有DIY的使用方式，椅子的靠背可以由用户自行设计其形式，通过不同的编织方式可以带来不同的视觉感受。这款家具侧重点在于DIY的视觉效果，让用户作为设计者和椅子发生互动从而产生多样的视觉效果，从人机的角度考虑，除了实现一般的椅子所具有的“坐”的功能，还需要考虑如何呈现出多种多样的椅背的视觉效果，从结构、色彩、材质多个角度考虑实现的方法。（如图1）。

    互动型家具除了要考虑一般家具设计的人机因素，还需要考虑情感因素。情感因素在家具互动中的作用。根据唐纳德·诺曼的描述，人在活动过程中会产生各种情绪，情绪是一个变化的过程，而情感则是各种情绪和记忆混合的结果，情绪是暂时性的影响，而情感是具有记忆性的长期影响，情绪和情感共同作用影响人的决策。良好的情感互动可以帮助使产品更加好用、易用且令人愉悅。

    三、人机因素在互动型家具设计中的应用

    一个好的设计想法在成为一件产品的过程中，对人机因素的分析是完善设计的重要部分。互动型家具的设计更加需要合理的人机分析作支撑。设计互动型家具的过程需要结合家具的功能定位、心理定位、市场定位而对形态、结构、色彩、材质、尺寸等一系列人机因素做出分析，从而完善一件家具的设计。下面以一件具有健身功能的概念扶手椅为例说明人机分析的方法在完善互动型家具设计中的应用。

    在平常的工作生活中，现代人容易出现长时间坐姿缺乏锻炼导致出现健康问题，针对这个问题，一把具有健身功能的扶手转椅的概念应运而生。这个概念的设计要点是，功能可以在工作椅、仰卧起坐器械和夹胸运动器械之间切换，提供相对舒适的坐姿体验同时具有多种健身器材的使用方式。结合其功能定位，视觉上应给人具有活力的感觉，让人看到后具有锻炼的欲望，同时应避免出现让人感到冰冷的情况，符合办公生活环境的使用，应多使用温暖而明快的色彩和材质。因为有较多的活动机构，结构上应尽量便于维护和替换，同时避免出现不安全的结构。

    在有了初步的设计目标和草图后，就可以进入到对人机尺寸的分析阶段，一步步完善设计。（如图2）。

    （一）坐姿状态的人机尺寸分析

    舒适的坐姿设计要注意的几个点是：1.大腿基本呈水平，小腿可以垂直置放在地面上，小腿的重量能够获得支撑；2.腘窝处不受挤压：3.臀部到大腿部分在椅面获得弹性支承；4.背部整体获得支撑。

    满足条件的坐高应为“小腿加足高”+“穿鞋修正量”-“穿裤修正量”+“姿势修正量”，通过查阅坐姿人体尺寸表，可知坐高应为350mm-460mm，范围可调。

    坐面倾角，通常把前缘翘起的椅子的座面倾角a定义为正值；反之，a为负值。在工作时坐面倾角应稍稍前倾，避免压迫腹部，倾角应在-3°到0°之间。在仰卧起坐时倾角应为正值，在0°-3°之间。做夹胸运动时坐面保持水平。

    工作椅坐深的设计原则是宁浅勿深，结合GB/T14774-1993《工作座椅一般人类工效学》给出的座深数值范围为360-390mm，推荐值为380mm，取380mm尺寸。

    坐宽的设计原则是要略大于人体坐姿臀宽，可根据GB/T14774-1993《工作座椅一般人类工效学》给出的座宽数值范围为370-420mm，推荐值为400mm，取坐宽为400mm。

    扶手的设计不宜过高或过低，查表得中国成年人坐姿肘高的男性50百分位数为263mm，女性50百分位数为251mm，取两者平均值得出扶手高度为257mm。

    背靠的设计要点是提供整体的背部支撑，考虑到需要进行仰卧起坐的运动，因此背靠应给头部以支撑，因此靠背高度应比坐高略高，查表得到，男子95百分位数位947mm，女子95百分位数为901mm，两者取大，加上穿衣修正量，得到靠背高度约为950mm。

    （二）仰卧起坐姿态的人机尺寸分析

    仰卧起坐活动的设计要点是：1.人体呈平卧状态：2.大腿部略抬起不和坐面接触3.臀部与上半身和头部在平卧时有支撑；4.脚部至腿部受到下压固定。

    满足仰卧起坐的姿势还需要提供腿部至腘窝处的固定支撑，解决方法是在座位前端设置可调的固定装置，结构如图所示，脚背处的支撑到腘窝处支撑的长度应为小腿长减去支撑体截面的最小半径（30mm），查表得到女子鳓位数313mm，男子95百分位数403mm，得到适合5百分位数身高女子的尺寸约为283mm，适合95百分位数身高男子的尺寸为373mm，因此两个支撑之间的距离应为270mm-370mm可调。

    在进行仰卧起坐时，大腿部与坐面应有a（5°到10°）的倾角，腘窝处离坐面的高度应为大腿长度*sin a，查表得到大腿长度女子5百分位数402，男子95百分位数505，401-sin10=69.8，494*sin5=44.0，取平均值得到腘窝处支撑最小外径距离坐面距离约为57mm。

    （三）夹胸运动姿态的人机尺寸分析

    在基本坐姿的基础上，针对夹胸运动还需要有手臂摇杆的设计，摇杆由扶手向上抬起变形而来，设計要点是大臂竖直抬起角度a=45度到75°，张开活动角度0到90°，小臂保持垂直于地面。

    扶手长度应使得小臂可以整体接触，应取大值，查得前臂长度男子95百分位数为258mm，因此扶手长度应大3=260mm。

    垂直扶手部分距离肩部的距离应为上臂长度*sin a，查表得到上臂长男子95百分位数为338mm，女子5百分位数为262mm，338*sin45=239。q262mm*sin75=253.0，两者去平均得到222，所以垂直扶手距离肩部距离约为246mm。

    结合以上的分析，即可得到概念扶手椅的基本尺寸，根据尺寸建模得到如图所示结果。（如图3）。

    结论

    相比一般静态家具，互动型家具设计在功能性和产品体验上有着更大的发挥空间，可以结合各种科技技术手段实现一般家具所难以实现的功能及体验，在未来的家居、办公环境中发挥其独特的魅力。

    互动型家具的设计，除了要对互动的方式和目的有着明确的思路，还需要对其中的人机因素有着清晰认识，分析人的需求以及设计过程的人机因素，确保功能的合理性以及使用过程的舒适性与安全性。良好的互动型家具应该是建立在合理的尺寸、色彩、材质、结构的基础上实现普通家具不能实现的新功能，并在使用过程中带给用户良好的体验。

    互动型家具的设计在实现更多功能需求的条件下，同样应该遵循好设计的准则，这点可以参考Dieter Rams的好设计准则，并注重在人的心理需求角度，产品功能的实现方式、与空间的和谐共存的层面上运用巧妙的构思，做出有着良好体验的新型家具。