门窗五金件中的人体工程学

发布时间:2020-08-27 15:02:52

人体工程学研究与测试实验室

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1 什么是人体工程?


“人体工程学又叫人类工学或人类工程学,是第二次世界大战后发展起来的一门新学科。它以人一机关系为研究的对象,以实测、统计、分析为基本的研究方法,‘人’是指作业者或使用者。‘机’是指机器,包括人操作和使朋的一切产 和工程系统。怎样才能设计出满足人的要求、符合人的特点的机器产品,是人体工程学探讨的重要问题。

在一些发达国家,人体工程学的很多设计原则,研究成果都早已经成为大众性常识性结论,广泛地应用在各行各业,被使用者和设计者普遍接受。“从建筑设计角度来说,人体工程学的主要功用在于通过对于生理和心理的正确认识,使建筑环境与室内因素适应人类生活活动的需要,进而达到提高建筑环境质量的目标。

人体工程学在建筑环境与室内设计中的作用主要体现在以下几个方面:

1、为确定空间范围提供依据;

2、为设计建筑空间与室内设计中的器具提供依据;

3、为确定感觉器官的适应能力提供依据。” 

遗憾的是,在国内,虽然“人体工程学”这个名词已经被大众所熟悉,虽然几乎每个行业的人都在说“以人为本”,但这门学科还多囿于象牙塔内,没有走出去指导现实工作。而实际的诸多行业对“人体工程学”也只停留在字面意义,对其内在的重大的实际作用缺乏相应的了解和理解。在我们熟悉的门窗行业,人体工程学同样是属于被忽视和被遗忘的,但被忽视和被遗忘不等于说不需要,任何一个人可以不用电脑,小看电视,不驾驶汽车,但还是几乎天天要和门窗来打交道,无论有心无心,对门窗这种产品天天都在使用和感受。这样一个和老百姓生活息息相关的行业怎么可能不需要人体工程学这种专业知识的指导呢?

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依笔者看来,人体工程学这件利器的最大特点是联系了关于人和物的两大科学,业界各位同仁绝对不缺乏对自己产品和门窗(即物)的了解,而缺乏的是对人体及其各种活动尺度(即人)的了解。其实,这些人体数据都足比较方便可以查到的,比如 1962年中国建筑科学研究院就发表《人体尺度的研究》,当然随着时代的发展和人民生活水平的提高,这些数据是不停地发生变化的,但对建筑相关行业来说,变化幅度足很小的,甚至可以忽略。

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如果知道了这些信息,又如何在门窗行业应用呢?依笔者经验大致分为两方面,一方而是建筑空间内人(使用者或操作者)与门窗的相互关系,即人体尺寸对门窗本身洞口和位置方面的要求,比如门做多大多宽才能方便人进出,又不浪费;窗户在什么位置人能顺利安全开关之类等问题,这方面笔者在《门窗》杂志里的《不合理的门和窗》一文中已略有阐述;另一方面,就是更一步的细节,主要集中在人(使用者或操作者)和五金(这里暂不考虑其他组成构件)的相互使用关系,比如人对执手的触感,开关时候人手的位置之类。就后者进一步细分,五金和人体工程学的关系同样可以分为两个阶段:一是集中在设计阶段,即解决“如何做”的问题。

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五金设计者应允分考虑使用者的人体尺寸和动作特征。以执手为例,比如:执手的形状,手柄的粗细和基座的高度等等,都应该考虑到使用者的抓握及操作的相关手部尺寸和舒适感,而不是仅仅考虑成本、工艺成型等方面。二是五金制造完毕后,在项目的使用阶段,即解决“如何用”的问题。相关工程人员应能合理组装、安装合格的五金件,使用者可以轻松自如地进行各种预期操作。作为一名五金工程而非设计人员,自然更关注第二阶段,笔者就此展开一点自己的经验之谈。

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2 人手和执手

人类和五金打交道最多的是执手,使用的器官自然是人手(从名字便能看出两者之间的联系)。下面就以此为例,看看如何应用人体工程学。人手纤细灵巧,其组成手骨数量多而复杂,因此可以做非常精巧的各种动作,但总的来分,人手的动作大致可分为推、拉、挪动和旋转,在开关窗的过程中,人手实际上使用了除挪动之外的推、拉和旋转三种动作。这些动作都需要一定人手尺寸空间。

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需要说明的是,为了比较形象地表达人手部动作,笔者特意用A己习惯的3D技术做了一个机械手来模仿人的各种运动(即动作仿真),其中人手的主要数据参考了成年女性的相关尺寸,可以将模型简单看做是一个普通成年女子的手。但实际上,因为人手的复杂性和灵活性(比如人手的肌肉,筋络等部分及其复杂的相互关系),机械手做的还是比较粗糙,只能用做比较简单的动作和分析。所以示意图是够了,但离人类真实的动作还差得很远。

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具体应用

a)这是东北某工程的开启扇节点:

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有经验的各位同仁们可能已经看出问题所在了,这个开启扇的型材偏窄,槽口靠里,这些都导致了执手安装后过于靠近玻璃侧,会导致开启后使用者的手指关节触碰玻璃。可是这种经验之谈能否证明呢(比如要给业主或建筑师看效果)?如果确实证明有干涉,那么型材要加宽多少合适呢?按照行业通用的做法,是先放样做樘样窗再说,自然,这种方法是最准确的,但是费用太高,而且耗费时间。有没有更简洁的办法呢?毕竟,我们技术人员的目的,是尽可能在早期“图纸阶段”解决所有问题,而不是坐在电脑前依靠工厂和工地再给我们反馈问题,到那时候往往也于事无补了。

以下是笔者按照相关资料提供的人体抓握动作进行的模拟:

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由图5可以明显地看出,这名“成年女子的手”的关节已经与开启扇的玻璃发生了干涉。这说明,以前的型材设计确实没有考虑到人体尺度的要求,其结果是会使使用者在操作开启扇执手时感到别扭或者费劲(如果使用者是骨骼粗大的成年男子,干涉会更严重)。如果沿用原方案去做的后果往往是:因为开关执手会夹手,这个窗户将会很少开启,失去了通风、与外界环境直接接触等作为窗户的重要意义。因此作为技术人员,我们不仅要考虑建筑师、业主等成本、立面等各方面的要求,更不能忽略使用者的使用舒适感,毕竟,最终是使用者在 以后几年几十年内来操作的,非专业的他们的意见 往往最直接,最不能忽视,否则会导致根本性的、甚至是致命性的问题产生。以此例来说,技术人员在前期应能根据人手的构造来将型材加宽,或者重新 选型来避免此类问题。

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由图6可以明显看出,当勾锁安装好后,人开关的时候指头会碰撞旁边的边框料(同样,如果是骨骼粗大的成年男子,干涉会更严重)。这说明了整套推拉系统设计的时候没有考虑使用者手的尺寸需求。当然,通过加工的方法将勾锁靠近玻璃侧可避免此问题,但相应会增加加工难度,并且会破坏隔热条,影响相应的隔热效果及强度。

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3 结束语

因工作关系,笔者在不同项目中见过种种拙劣的甚至让人“咬牙切齿”的五金:有安装位置不当的拉手,导致使用者极易被夹手的;有为了节省成本而做的又小又薄的执手,既不易抓握又易损坏的;有不加限位的内开窗,容易撞到旁边的墙上损坏或者伤人的;有设置开启距离位置不当的上悬窗的限位撑,远超出国家规定,非常容易发生高空坠物。本来目的是为了方便使用,但这些五金俨然已经成为了人们的障碍,有些甚至可以称得上“凶器”。

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