人体工程学在船舶内装设计中的应用

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  摘要:本文就船舶内装设计过程中遇到的若干问题进行分析,并采用人体工程学原理提出解决方案及设计原则。
  关键词:船舶;内装设计;人体工程学;解决方案
  1.前言
  人体工程学是20世纪40年代后期发展起来的一门技术科学,由于人体工程学适用于不同的领域,故也产生了许多不同的表达方式和名称,我国常用的名称有:人类工效学、人体工程学、人机工程学、人类工程学、工程心理学等。
  考虑船舶内装设计的特点,本文采用人体工程学这个名称,它是研究人与工程系统及其环境相关的科学。
  在船舶设计和建造满足法规、公约、规格书的基础上,船东往往从安全、便利、舒适等角度提出报验意见,而这些正是人体工程学所涉及的内容。
  本文就货船内装设计过程中遇到的若干问题进行分析,在满足规范的前提下,运用人体工程学原理研讨解决方案。
  2.室内梯道的踏步净高与顶棚净高
  室内梯道的踏步净高,指室内斜梯踏步表面距其上方物件(天花板或结构)的畅通竖直高度,该范围内不应有任何凸出物。
  室内梯道的顶棚净高,指室内斜梯底部地面距其上方物件(天花板或结构)的净空高度。
  室内梯道的踏步净高与顶棚净高的确定依据:
  (1)《人体工程学图解——设计中的人体因素》中建议:梯道上頭顶的连续空间最小为2 235 mm;顶棚起点距地面净高为2438mm。如图1所;
  (2)《船舶造型与舱室设计》中建议:梯道踏步净空高度为2 150~2 300 mm;对室内梯道的顶棚净高则未作说明;
  (3)《船舶人体工程学应用指南》中建议:所有梯道至少保持2 130 mm的畅通净空高度;对室内梯道的顶棚净高也未作说明;
  (4)在船舶生产设计中,甲板层高作为定值,室内梯道区域会跨过1~2个肋位,强肋位往往在甲板面下设T型梁结构。另外,受管路、电缆布置影响,室内梯道的顶棚净高很难设计得很高;而受各种因素局限,室内梯道的顶棚净高一般在2 150 mm左右。
  以笔者工作经验,室内梯道的顶棚净高设计为2 100mm、2200mm时,往往会遇到船东不满意的情况,问题在室内梯道顶棚与室内梯道天花板的交界处,即梯道顶棚起点,船东说下楼时感觉在这个地方会碰头,每次要低下头才敢通过。
  笔者(身高1.75 m)曾亲自去上述室内梯道现场感受过,刻意不低头、目光平视,感觉前方的天花板距离自己较近,但只要迈下一级踏步就会感觉顺利过去了,所以会碰头其实是个错觉,这涉及人体工程学中的心理裕量问题。
  要使人在下楼梯时不产生碰头的心理感受,加大室内梯道的踏步净高是最直接的解决措施。但如果室内梯道的顶棚净高受局限,室内梯道的踏步净高也随之受限,在这样的情况下如何确定梯道顶棚的起点位置就成为一个关键。
  按人体工程学的“人体尺寸”概念:由于人的个体和群体差异,人体尺寸有很大的变化,设计时几乎不用平均数,而采用在一定范围内进行数值分段,将身高或肩宽等在尺寸上分为一百等分,设计上要满足所有人的要求不太可能,也没有必要,但必须满足大多数人的要求。《人体工程学与室内设计》中建议选用第95百分位的尺寸,如设计通行间距时选用95%的人能够通过的走道,而只有5%的人通行有困难;
  (5)鉴于《GB 10000-88中国成年人人体尺寸》是较早的标准,而人体尺寸数据具有较强的时效性(一般每10年就需修订一次),这些年来中国人的平均身高是增加了,故笔者在室内梯道模拟简图中的人员身高选用第99百分位的尺寸:1 814 mm。由于上述数据是在不穿鞋的情况,而船员工作时都是穿着鞋的,于是还需加上鞋高来修正,即人穿鞋时的身高尺寸为:1814+36=1850mm。
  同时,还应注意到人上下楼梯时身体是前倾的,一般取倾角为7.5°,此时人的竖直高度为1 850×cos7.5°=1 834 mm;
  (6)人上下楼梯时,眼睛看到前方的梯道顶棚距自己较近,会产生会碰头的感觉,因此需考虑人体工程学中的心理裕量,一般取90 mm。
  人头顶距眼睛的竖直高度约100~110 mm,本模拟图中取110mm。
  人脚落在斜梯的踏步上,足中心与踏步前缘的距离取100mm。
  (7)《国际消防安全系统规则》中规定:客船的梯道倾斜角应不大于45°;货船的梯道倾斜角一般是45°,但不得大于50°。本文仅涉及倾角不大于45°的室内斜梯,故模拟图中室内斜梯倾角定为45°。
  船用斜梯,其踏步的高度应不大于250 mm,但不小于200mm,模拟图中取250mm。
  根据上述尺寸绘制的室内梯道模拟图,见图2。
  由图2可知:室内梯道的斜梯倾角为45°时,为使梯道顶棚在人(身高1 850mm)的心理裕度(90mm)之外,梯道顶棚净高不宜低于2 200 mm,梯道顶棚起点距斜梯第1级踏步水平距离不小于217 mm,取整为220 mm。
  为此,笔者这里提出一个简称“梯道顶棚220”的设计原则:对倾角不大于45°的室内斜梯,梯道顶棚起点距地面净高应≥2 200 mm;同时,梯道第1级踏步顶点距顶棚起点的水平距离应≥220 mm。
  运用上述原则,笔者设绘了此情况下的室内梯道顶棚布置,并放人身高1 850 mm的人物进行验证模拟,验证结果是可行的,见图3。
  如果船东、船员是欧美人,则“梯道顶棚220”的设计原则应加100 mm予以修正。
  如果受条件制约,梯道顶棚起点距地面净高<2 200mm,则需加大梯道第1级踏步顶点距顶棚起点的水平距离。例如,梯道顶棚起点距地面净高是2100mm,则梯道第1级踏步顶点距顶棚起点的水平距离应≥320mm。
  3.室外斜梯平台通道的通行净宽

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