实验室是高校教学科研的重要实践场所。实验家具设计在实验室内部环境设计中占有非常重要的作用。人体工程学以人-机-环境作为研究对象,通过揭示人-机-环境之间相互关系的规律,实现人机系统性能最优化,从而改善生活和工作环境。本文从人体工程学角度出发,论述了实验室家具的设计,即在家具设计中充分运用人体类学原理,尽量满足使用者人体工程学需求,令做实验者操作实验时感觉方便舒适、轻轻愉悦。

人体工程学

人体工程学源于欧美,又称“人机工程学”。国际人体工程学学会对人体工程学的定义是“:研究人在工作环境中的解剖学、生理学、心理学等方面的因素,研究系统中各组成部分的交互作用(效率、健康、安全、舒适等),研究在工作和家庭中、在休假的环境里,如何实现人-机-环境最优化的问题的学科。”

实验室里,做实验者、仪器设备、实验家具和实验室内部环境等因素组成了实验室人体环境系统。人体工程学运用人体生理、心理计量和测量等方法,研究实验室操作人员的人体结构功能、心理、力学等方面的因素,以适合人们身心活动的需求,进而取得最佳的使用效能。

当前实验家具设计存在的问题

现在,很多实验室的家具设计不符合人体需求,给实验操作带来很多不便。例如:有的实验台桌面高度不合理,过高造成颈肩不适,过低造成背部前倾。有的实验台桌面宽度不够,手臂操作空间太小,造成肩部和手肘的肌肉群疲劳酸痛。有的实验操作台空间设计不合理,实验器具和实验材料区域划分不明确,仪器设备杂乱放置,容易引发视觉疲劳,造成误操作。有些实验坐椅不符合人体需求,长期久坐做实验容易腰酸背痛。

实验台设计

基于人体工学的实验台设计,以人为本,综合考虑人体工程学、室内设计、操作界面设计等理论对实验台进行设计改造,为做实验者提供舒适的操作环境、优良的视觉效果以及宜人的操作平台。在确保实验要求的基础上,设计出既能满足实验性能又能满足人机需求的实验台。

实验台空间设计

一般来说,理想的实验台桌面高度一般为70cm左右,这个高度令人保持正确的坐姿,使用舒适。实验台的设计要综合考虑实验台的造型尺寸、仪器设备和实验材料的安放和布置、人的操作舒适度等诸多因素。

由于做实验使用的时间较长,因此要求实验台设计应为实验操作者留出充分的活动空间,以免长久保持一个固定姿势而造成疲劳。实验台面高度应略高于使用者坐姿肘高,宽度应大于使用者两肘间宽,还应为双腿留出足够的活动空间,方便座椅出入,还可避免双退长久弯曲,感到疲劳不适。

实验台操作面板设计

传统的实验台操作面板设计繁琐,布局杂乱,容易引起人的烦燥情绪,并有安全隐患。合理的实验台操作面板设计要注意人体界面的交互设计,以操作准确性和操作速度为原则,做实验者在操作面板上进行精细的信息化控制式操作,要求相关控制按钮及操控部件合理安放,不论是控制装置的大小还是位置等都应使人在观察和做实验时处于准确舒服的状态。

操作面板的设计定位应根据设备的操作要求和外观造型来决定。例如仪表的面板宜采用无反光的暗色调,布局合理容易记忆,硬件控制按钮旋转、按压方便舒适。实验台的视野清晰,确保实验主要操作对象处于最佳视野范围内,触觉、听觉和视觉协同反馈。除了基本的使用功能,还应注重审美需求,操作面板大方美观、通俗直白,操作简便,引导功能明确,令实验操作顺畅轻松,从而提高实验效率。

实验座椅设计

传统的实验座椅样式简单、椅面过硬,忽略人体考虑,坐的时间稍长就会感觉不舒服。基于人体工学的考虑,设计实验座椅,就必须从人体测量学、人体坐姿的生理形态以及人体体压分布入手,依照人体尺寸标准来进行设计。对实验座椅的结构进行设计时,应尽可能与实验过程中的各种操作标准和要求相匹配,使操作者在做实验的过程中容易保持身体稳定性,操作准确有效。

座椅靠背的倾斜角度会较大地影响人体的舒适度,设计时应让坐垫和靠背尽可能符合人体生理曲线,使脊柱处于正常生理体位。实验座椅的坐高和腰靠高度最好设计成可调节的,根据实验需求随时进行调节。腰靠要有充足的弹性和刚性。一般来说,腰靠承受250N的水平作用力时,腰靠倾斜角不能超过115度。座椅外部裸露的零件要光滑,椅垫软硬适中,高低合适,令实验操作者使用起来舒适愉快。

实验柜设计

实验柜由于仪器设备摆放多样化、容易杂乱无序,产生安全隐患。根据实验柜的外观造型特性,可将实验柜整体造型划分为柜门、门框、内部结构、顶板、把手等外观部件,每个外观部件带来的视觉感觉及操作目的是不同的。基于人体工学的考虑,根据性能不同对实验柜的主界面进行相应的分割设计。分割设计时要遵循如下原则:符合实验柜的特定功能、用途等要求,要满足表现形式的需要,即形与形之间的相似性和关联性,以及面积的均衡与协调,要考虑材料的结构与性能限制,还要满足使用者的审美需求。

常用的设计分割方式有:等分分割、数学级分割、倍数分割、自由分割等。其中,自由分割应用最广泛。自由分割综合考虑各种分割方法,运用美学法则中的对称与均衡、节奏与韵律等原理,依据个人直觉判断进行设计分割。分割时寻找共同因素包括图形的相似、比率的接近与渐变、以及对角线的平行与垂直等因素,追求统一性和协调性。实验柜的设计还应充分考虑做实验者的生理需求,满足人体的生理特性。

柜内空间的设计和划分应重点考虑人体能触及的活动范围,考虑人使用触摸的舒适程度,方便取放和整理归纳。实验柜的外观设计以弧形设计为主,保持光滑和稳定,确保使用者的操作安全。

实验家具的色彩设计

色彩构成是在色彩科学的基础上,研究符合人们知觉和心理原则的配色方法。色彩设计在家具造型设计中起到重要的点晴作用。根据实验室的专业特点,在家具的色彩设计上一般注重色彩的纯度统一和实验室的整体协调性,以淡雅舒适、清新大气的配色最为常见。

家具色彩设计时最常见的手法是主辅配色法,实验家具的主体可选用低纯度和大面积的颜色为主色,实验台控制面板、实验座椅装饰线、实验柜把手等元素可以用其他高纯度、鲜艳的颜色来进行辅助配色。有时也采用互补配色法以及单色法。用色含蓄温馨,既反映实验家具的功能特性,又令操作人员感觉舒适愉悦。

结束语

综上所述,实验家具的设计应以人为本,充分应用人体工程学的原理,尊重实验操作者的生理和心理需求,为他们提供科学方便、舒适宜人的实验家具,改善和优化实验室内部环境,进而提高实验准确率和实验创新率,从而取得更优质的教学科研成果。