第2章 基于人体尺寸的设计
2.1 人体尺寸测量及其数据
2.1.1 人体尺寸测量
人体尺寸是人机系统设计的最基本资料。人体尺寸测量应严格遵守规定的测量姿势和测量基准，并裸姿进行。
1．人体尺寸测量分类
（1）静态人体尺寸测量
该测量是被测者静止地在某种姿势下，进行的一种测量方式，通常简称为人体测量。静态测量的人体尺寸，可用以设计工作区间的大小。静态姿势可分为立姿、坐姿、跪姿和卧姿4种基本形态，而每种基本姿势，又可细分为各种姿势。例如，立姿可分为跷足立、正立、前俯、躬腰、半蹲前俯5种；坐姿包括后倾、高身坐姿（座面高60cm）、低身坐姿（座面高20cm）、作业坐姿、休息坐姿和斜躺坐姿6种；跪姿可分为9种；卧姿分为3种，总共27种。
（2）动态人体尺寸测量
该测量是被测者处于动作状态下所进行的人体尺寸测量。其重点是测量人在实施某种动作时的姿态特征。通常是对手、臂、腿、躯干的移动范围（各关节能达到的距离和能转动的角度）进行测量。动态人体尺寸分为四肢活动尺寸和身体移动尺寸两类：①四肢活动是指人体在原姿势下只活动上肢或下肢，而身躯位置没有变化，其中又可分为手的动作和脚的动作两种；②身体移动包括姿势改换、行走和作业等。
（3）人机关系尺寸测量
人在实施某特定的作业或活动（如操纵作业、维修作业、行动等）状态下所进行的人体尺寸测量，如人在控制台台面上的操作可及范围等。
2．人体尺寸百分位数
在对人群进行统计性的人体尺寸测量时，各种身材的人的频数分布状态（出现率）用百分位数表示。“百分位数是一种位置指标、一个界限值，以符号PK表示。一个百分位数将群体或样本的全部观测值分为两部分，有K%的观测值等于和小于PK，有（100-K）%的观测值大于PK。人体尺寸用百分位数表示时，称人体尺寸百分位数”。例如，P50为第50百分位数，表示身材“适中”，即有50%的人体尺寸值等于和低于此值；P5为第5百分位数，代表“小”身材，即只有 5%的人等于和小于此下限；P95为第 95 百分位数，代表“大”身材，即只有5%的人大于此上限值。其中P50即为中（位）值。
2.1.2 中国成年人人体尺寸
在GB/T 10000—1988《中国成年人人体尺寸》中，提供了我国成年人人体尺寸的基础数值。适用于产品设计，建筑设计，工业工程设计及劳动安全保护。
标准共列出47项人体尺寸基础数据。分为男、女性别；4个年龄段：18～60岁（男）、18～55岁（女），18～25岁（男、女），26～35岁（男、女），36～60岁（男）、36～55岁（女）；用7幅图分别表示人体尺寸项目部位的示意图，并用表列出其相应的百分位数。
本书仅列出最常用于通用设备设计的18～60岁（男）、18～55岁（女）的人体尺寸，其他年龄段的尺寸可查阅GB/T 10000。
1．人体主要尺寸及部位
人体主要尺寸及部位和人体主要水平尺寸及部位，如图2-1、图2-2所示，并见表2-1。
图2-1 人体主要尺寸部位
图2-2 人体水平尺寸部位
表2-1 人体主要尺寸和水平尺寸（GB/T 10000—1988） mm
2．立姿、坐姿人体尺寸及部位
立姿人体尺寸及部位和坐姿人体尺寸及部位，如图2-3、图2-4所示并见表2-2。
图2-3 立姿人体尺寸部位
图2-4 坐姿人体尺寸部位
表2-2 立姿、坐姿人体尺寸（GB/T 10000—1988） mm
3．人体头部、手部、足部尺寸及部位
人体头部、手部、足部尺寸及部位，如图2-5、图2-6、图2-7所示并见表2-3。
图2-5 人体头部尺寸部位
图2-6 手部尺寸部位
图2-7 足部尺寸部位
表2-3 人体头部、手部、足部尺寸（GB/T 10000—1988） mm
4．工作空间人体尺寸
GB/T 13547《工作空间人体尺寸》给出了与工作空间有关的中国成年人基本静态姿势人体尺寸的数值，适用于各种与人体尺寸相关的操作、维修、安全防护等工作空间的设计及其工效学评价。
立姿、坐姿、跪姿、俯卧姿、爬姿的空间尺寸及部位，如图2-8、图2-9所示并见表2-4。
图2-8 立姿、坐姿的空间尺寸部位
图2-9 跪姿、俯卧姿、爬姿的空间尺寸部位
表2-4 立姿、坐姿、跪姿、俯卧姿、爬姿的空间尺寸（GB/T 13547-1992） mm
跪姿、俯卧姿、爬姿人体尺寸，也可按表2-5计算。
表2-5 跪姿、俯卧姿、爬姿尺寸项目推算公式（GB/T 13547） mm
注：① H：身高（mm）； ② W：体重（kg）。
2.1.3 ISO标准和军标中的人体测量数据
1．ISO标准中的人体尺寸数据
ISO 15534—1：2000（GB/T 18717.3—2002）《用于机械安全的人类工效学设计》系列标准，给出了国际通用的人体尺寸符号和数据，见表2-6。它比我国人体尺寸要大，就安全而言，按国际通用的人体尺寸设计，是非常必要的。
表2-6 国际通用人体尺寸数据（GB/T 18717.3/ISO 15534）
注：P5、P95、P99分别为预期使用者群体的第5百分位数、第95百分位数和第99百分位数。
2．国军标GJB 2873-1997中的人体测量数据
该数据是根据男子18～45岁、身高1620mm以上的8104人，以及女子18～40岁、身高1580mm以上的4298人的人体测量资料汇集而成，表中的空格（填“-”线处）表示目前这些测量项目还没有合适的数据，进一步的工作将根据任务要求逐步完善。人体测量中身高的下限按《应征公民体格检查标准》确定。GJB 2873-1997中给出了立姿人体尺寸，坐姿人体尺寸，人体的厚度和宽度尺寸、围度和体表尺寸，手和脚的尺寸，头面部尺寸等的数据。本书仅列出立姿、坐姿、人体的厚度和宽度尺寸。表示人体尺寸部位的图示和其他的人体尺寸，可查阅GJB 2873-1997。
1）立姿人体尺寸，见表2-7。
表2-7 立姿人体尺寸（GJB 2873-1997） mm
2）坐姿人体尺寸，见表2-8。
表2-8 坐姿人体尺寸（GJB 2873-1997） mm
3）人体的厚度和宽度尺寸，见表2-9。
表2-9 厚度和宽度尺寸（GJB 2873-1997） mm
4）GJB 2873-97中还包含：围度和体表尺寸、手和足尺寸、头、面部尺寸等人体尺寸。
3．美国军标MIL—STD—1472D:1989
该标准给出了地面部队、飞行员、女子3种类型人员的人体尺寸，包括：立姿人体尺寸，坐姿人体尺寸，人体的厚度和宽度尺寸、围度和体表尺寸，手和脚的尺寸，头面部尺寸等的数据。具体数据可查阅GJB 2873-1997的附录B。
2.1.4 人体主要参数计算的经验公式
正常成年人人体各部分之间存在着一定的比例关系，近年来，有人对已有测量数据和一些调查数据，通过统计、分析、比较，归纳出了一些能表达人体各主要参数间相互关系的经验公式。由于人体测量所需样本量甚大，调查测量过程复杂、周期长，在无法直接获得具体的测量数据的情况下，运用这些经验公式，来计算人体相关尺寸，供工业或建筑所用，是比较方便和实用的。但是，通过间接计算所得的数据均为近似值，与直接测量所得数据比较有一定误差。因此，将这些近似值应用于设计时，必须考虑它们能否满足设计要求。
1．人体各部分尺寸的计算
人体各部分尺寸的计算，常以身高作为基本参数。
（1）中国成年人人体各部分尺寸的计算
设中国成年人身高为H（cm），则人体各部分尺寸如图2-10所示并见表2-10。
图2-10 人体各部分尺寸标号
表2-10 人体各部分尺寸计算
（2）人体尺寸的比例计算法
表2-11为日本人体（立姿）各部分尺寸与身高的比例。
表2-11 人体各部分尺寸 （单位：身高H）
（3）男女人体尺寸的换算关系
男女之间人体各部分尺寸存在着一定的比例关系，可以相互换算，表2-12列出以男子数据为基础计算女子参数的各项换算系数。
表2-12 由男性测量值求女性人体尺寸的换算系数（日本）
2．成年人人体质心
在GB/T 17245《成年人人体质心》中规定了成年人人体体段划分的方法，给出了成年人人体各体段的相对质量分布、人体各体段的质心相对位置及整体质心位置。它适用于安全防护设备（如工业栏杆、民用阳台护栏、安全带等）的设计，人体动作分析，运动仿真及人机关系等方面。
（1）人体体段划分
把人体按骨性标志分割成若干段，每段称人体体段。人体体段包括：头颈、上躯干、下躯干、左（右）上臂、左（右）前臂、左（右）手、左（右）大腿、左（右）小腿、左（右）足，共15个部位。人体体段划分如图2-11所示。人体体段分解点见表2-13。
表2-13 人体体段划分分界点（GB/T 17245）
注：左右对称部分，如上臂、前臂、手、大腿、小腿、足各部位，其环节分界点的名称相同。
图2-11 人体体段划分及分界点
（2）人体各体段的相对质量分布
人体各体段的相对质量分布，见表2-14。其中M表示男子；W表示女子。
示例：头的相对质量=（头质量/整体质量）×100%
（3）人体各体段的质心相对位置
人体各体段的质心相对位置见表2-14。
示例：头的质心相对位置=（头质心至头顶距离/头长）×100%
大腿的质心相对位置=（大腿质心至胫骨点距离/大腿长）×100%
表2-14 人体各体段相对质量分布和质心相对位置（GB/T 17245-1998）
注：① Lcs指图2-11中各体段质心上部尺寸占本体段全长的百分比；
② Lcx指图2-11中各体段质心下部尺寸占本体段全长的百分比。
3．人体体重、体积、表面积的计算
（1）体重与身高的相关计算
体重与身高有关，但同一身高的胖子和瘦子间的体重差别可能很大。一般认为，正常状态下人的体重与身高应符合下述关系：
（2）人体体积的近似计算
设体重为W（kg），则人体体积V（L）与体重的关系为
（3）人体表面积的近似计算
1）由身高H（cm）计算人体表面积S（cm2）：对于正常体重的人可近似计算如下：
男子： 
女子： 
2）在体育运动方面，为了计算人的散热量和耗氧量，使用的人体表面积计算公式
设身高为H（cm），体重为W（kg），则人体表面积为
3）由身高H（cm）和体重W（kg）计算人体表面积为
或
