第三章人體測量人體測量的基本知識常用人體尺寸數據人體測量數據的應用人體主要參數的計算

設計用人體模板在中國二千多年前的《內經－靈柩》之《骨度篇》中，對人體測量就有了較詳細而科學的闡述。古埃及在公元前3500--2200年之間，也有類似人體測量的方法存在，并提出人體可分為十九個部位。人體測量學(anthropometry)是人類學的一門分支學科，主要研究人體測量和觀察方法，并通過人體整體測量與局部測量來探討人體的特征、類型、變異和發展規律。

人體測量學是人機工程學的重要組成部分。進行產品設計時，為使人與產品相互協調，必須對產品同人相關的各種裝置作適合于人體形態、生理以及心理特點的設計，讓人在使用過程中，處于舒適的狀態以及方便地使用產品。因此設計師應了解人體測量學，生物力學方面的基本知識，并熟悉有關設計所必需的人體測量基本數據的性質、應用方法和使用條件。1.1人體測量

1.1.1概述

人體測量數據主要分為兩類：一類為靜態測量數據，一類為動態測量數據。照實際使用來分類，可以分為如下三種：

a.形態測量：以檢查人體形態的方式進行測量，主要內容有：人體長度，人體體型，人體體積和重量，人體表面積。

b.生理測量：測量人體的主要生理指標，主要內容包括：人體出力范圍，人體感覺反應，人體疲勞。

c.運動測量：在對人體靜態形態測量的基礎上，測量人體的活動過程和活動范圍的大小，主要內容有：動作范圍，動作過程，形體變化，皮膚變化。一些測量方法介紹尺度測量4.體積測量動態測量5.肌肉疲勞測量力量測量6.其它生理變化的測量尺寸測量最常用的測量工具是馬丁測量儀，是由一些直尺、角尺、卡鉗組合而成。在沒有這種工具時，用一般的類似工具完全可以代替附著式量角器三角平行規彎腳規立方體定顱器動態測量測量人體在動態過程中某部位的運動軌跡。可用照相連續曝光的方式獲得，也可以在所需的部分裝上小燈泡，在黑暗的背景下用照相機的B門攝影。在有條件的前提下可將這類圖片資料輸入計算機用專業的軟件處理。力量測量

采用一般的拉力計、握力計、壓力計、扭力計即可進行大多數的力量測量體積測量排水法是簡單有效的方法肌肉疲勞測量

采用生物電流計測器。這種儀器可將由于肌肉疲勞而引起的肌肉化學變化轉化為電信號，繪制成肌電圖例：3組不同坐姿的2－3腰椎背棘直肌肌電圖a.背部有椅背依托b.背部無椅背依托但挺直c.前傾坐姿其它生理變化的測量如呼吸、心跳、耗氧量、排汗量、血壓等生理變化的測量，可以借助相應的醫學儀器完成1.1.2人體測量的基本知識1.1.2.1測量姿勢

b.坐姿：被測者挺胸坐在被調節到腓骨頭高度的平面上，頭部以眼耳平面定位，眼睛平視前方，左、右大腿大致平行，膝彎屈大致成直角，足平放在地面上，手輕放在大腿上。為確保坐姿正確，被測者的臀部、后背部應同時靠在同一鉛垂面上。a.直立姿勢（簡稱立姿）：被測者挺胸直立，頭部以眼耳平面定位，眼睛平視前方，肩部放松，上肢自然下垂，手伸直，手掌朝向體側，手指輕貼大腿側面，膝部自然伸直，左、右足后跟并攏，前端分開，使兩足大致成45°夾角，體重均勻分布于兩足。為確保直立姿勢正確，被測者應使足后跟、臀部和后背部與同一鉛垂面相接觸。1.1.2.2人體測量的基本平面與軸

人的肢體運動是繞一定的軸在某基本平面內進行的。這些軸都有是以關節為原點。這些平面一般都有是通過軸而組成的平面。人體關節沒有可見的軸，因而必須依據關節的形態和運動規律，假設出這些基本軸以說明人體各部分運動，便于人體測量。a.測量基準面

①、矢狀面人體測量基準面的定位是由三個互相垂直的軸（鉛垂軸、縱軸和橫軸）來決定的。通過鉛垂軸和縱軸的平面及與其平行的所有平面都稱為矢狀面。

②、正中矢狀面在矢狀面中，把通過人體正中線的矢狀面稱為正中矢狀平面。正中矢狀平面將人體分成左、右對稱的兩個部分。

③、冠狀面通過鉛垂軸和橫軸的平面及與其平行的所有平面都稱為冠狀面。冠狀面將人體分成前、后兩個部分。

④、水平面與矢狀面及冠狀面同時垂直的所有平面都稱為水平面。水平面將人體分成上、下兩個部分。

⑤、眼耳平面通過左、右耳屏點及右眼眶下點的水平面稱為眼耳平面或法蘭克福平面（OAE）。b.運動軸

分別對應于矢狀面，水平面和額狀面設置三個基本軸，這些軸可在人體軀干，四肢和各臟器等部位設置。

矢狀軸通過關節中心并垂直于額狀面的一切軸叫矢狀軸。

額狀軸（又名冠狀軸），通過關節中心并垂直于矢狀面的一切軸叫額狀軸。

垂直軸通過關節中心并垂直于水平面的一切軸叫垂直軸。c.測量方向

①、在人體上、下方向上，將上方稱為頭側端，將下方稱為足側端。②、在人體左、右方向上，將靠近正中矢狀面的方向稱為內側，將遠離正中矢狀面的方向稱為外側。③、在四肢上，將靠近四肢附著部位的稱為近位，將遠離四肢附著部位的稱為遠位。④、在上肢上，將撓骨側稱為撓側，將尺骨側稱為尺側。⑤、在下肢上，將脛骨側稱為脛側，將腓骨側稱為腓側。d.測量項目

測量項目是用所需測量的兩個部位、測點或經過點來定義的項目，國際GB3975—83中規定的測量項目有：直立姿勢：直立姿勢有身高，鼻根高，眼高，耳屏高，頦下點高，頸根高，頸窩高，胸骨緣高，乳房高，乳房下緣高，胸骨下緣高，臍高，恥骨聯合高，會陰高，肩峰高，腋窩前高，肘高，撓骨頭高，撓骨莖突高，尺骨莖突高，中指指點高，指尖點高，腰圍高，髂脊高，髂前上棘高，大轉子高，膝高，腓骨頭高，腿肚高，頸椎高，肩胛骨下角點高，臀溝高，中指（上肢上舉時）指尖點高，中指（上肢上舉時）指點高。女人體加測乳房下緣高。采取自然坐姿時：坐高，坐姿眼高，坐姿頦下高，坐姿胸骨上緣高，坐姿肩峰高，坐姿髂脊高，坐姿大腿緣高，坐姿大轉子點高，坐姿枕后點高，坐次頸椎高，坐姿肩胛骨下角高，坐姿肘高。

軀干的尺寸：最大體寬，頸根寬，兩戶峰點寬，肩寬，腋窩前寬，胸寬，乳頭間寬，腰寬，兩髂脊點寬，臀寬，兩肩胛骨下點寬，胸厚，胸矢狀厚，腰厚，腹厚，臀厚，頸圍，頸根圍，上部胸圍，乳頭部位胸圍，下部胸圍，腰圍，腹圍、臀圍，軀干垂直圍長，頸前長，前胸長，頸后長，后背長，會陰上部前后長，臀部弧長，坐姿背—肩峰距離，坐姿臀部—大轉子點距離，坐姿腋窩間寬。上肢尺寸：指距，上肢長，腋窩一莖突距離，手長，手背長，第1指掌側長，第2指掌側長，第3指掌側長，第4指掌側長，第5指掌側長，腕關節寬，最大手寬，手寬，第3指最大寬，第3指寬，上臂根厚度，前臂最大寬，腕關節厚，掌厚，第3指最大厚，第3指厚，上臂根圍，腋窩部位上臂圍，上臂圍，前臂圍，腕關節圍，掌圍；上肢前展，上肢最大前展，背—指點距離，前臂手前展長，肩峰—肘距離，第1和第5指尖點間最大距離，第3指基節長，最大抓握徑，上臂最大圍，肘最大圍，前臂最大圍，拳圍，背部正中線—尺骨莖突距離。下肢尺寸：足背高，內踝高，外踝高，足趾高，足長，足根—跖骨距離，足背長，足跟—內踝距離，大腿寬，膝寬，腿肚寬，踝上寬，足寬，足跟寬，內外踝寬，大腿厚，膝厚，腿肚厚，踝上厚，下肢根圍，小腿圍，膝圍，腿肚圍，踝上圍，足圍，足根圍，坐姿髂骨上緣高，坐姿臀——|臏骨前緣距離，坐姿臀—腓骨頭點距離，坐姿臀—腿肚后緣距離，坐姿下肢長，坐姿膝圍。頭部尺寸：頭全高，容貌面長（Ⅰ），容貌面長（Ⅱ），形態面長，眼—頦下距離，鼻長，人中高，唇全高，頭蓋高（Ⅰ），頭蓋高（Ⅱ），頭長，枕后點—鼻尖點距離，枕后點—頦下點距離，枕后點—眼外角點距離，枕后點—耳屏點距離，鼻高，耳長，耳屏點上方的耳長，頭寬，兩耳間外寬，兩耳屏點寬，兩眼外寬，瞳孔間寬，兩眼內寬，兩下頜角間寬，鼻寬，口裂寬，耳寬，頭周，頭矢狀弧長，耳屏點間頭蓋弧長，耳屏點間眉間弧長，耳屏點間頦下弧長，耳屏點間下頜弧長，耳屏點間枕部弧長。身體各部位間前后距離：耳屏—肩峰前后距離，肩峰—胸骨上緣前后距離，肩峰—乳頭前后距離，肩峰—胸骨下緣前后距離，肩峰—腰圍前緣前后距離，肩峰—恥骨前后距離，肩峰—大轉子前后距離，大轉子—臀部后緣前后距離，大轉子—臀溝前后距離，大轉子—臏骨中點前后距離，大轉子—腓骨頭前后距離，大轉子—外踝點前后距離，坐姿肩峰—大轉子前后距離，坐姿大轉子—腹部前緣前后距離。體重：體重（空腹裸重）。1.1.2.3其他

a.支撐面立姿時站立的地面或平臺以及坐姿時的椅平面應是水平的、穩固的和不可壓縮的。

b.被測者的衣著要求被測者裸體或穿著盡量少的內衣，例如只穿內衣褲和背心，后者的情況下，在測量胸圍時，男性應撩起背心，女性應松去胸罩后進行進行測量。

c.測量值讀數精度線性測量項目的測量值讀數精度為1mm，體重的讀數精度為0.5kg。1.1.3人體尺寸測量的分類

1.1.3.1靜態人體尺寸測量

靜態人體尺寸測量是指被測者靜止地站著或坐著進行的一種測量方式。靜態測量的人體尺寸用作為設計工作空間的大小、家具、產品界面元件以及一些工作設施等的設計依據。目前我國成年人靜態測量項目，國家標準正文中規定立姿有40項，坐姿有22項。詳見GB3975—83《人體測量術語》和GB5703—85《人體測量方法》。1.1.3.2動態人體尺寸測量動態人體尺寸測量是指被測者處于動作狀態下所進行的人體尺寸測量。動態人體尺寸測量的重點是測量人在執行某種動作時的身體動態特征。1.1.3.2動態人體尺寸測量動態人體尺寸測量的特點是，在任何一種身體活動中，身體各部位的動作并不是獨立完成的，而是協調一致的，具有連貫性和活動性。例如手臂可及的極限并非唯一由手臂長度決定，它還受到肩部運動、軀干的扭轉、背部的屈曲以及操作本身特性的影響。由于動態人體測量受多種因素的影響，故難以用靜態人體測量資料來解決設計中的有關問題。動態人體測量通常是對手、上肢、下肢、腳所及的范圍以及各關節能達到的距離和可能轉動的角度進行測量。1.2.1我國成年的人體結構尺寸

我國1989年7月1日實施的GB10000—88《中國成年人人體尺寸》，適用于工業產品、建筑設計、軍事工業以及工業的技術改造設備更新及勞動安全保護。標準中所列數值，代表從事工業生產的法定中國成年人（男18～60歲，女18～55歲）。

1.2常用人體尺寸數據標準中共列出47項我國成年人體尺寸基礎數據，按男女性別分開，且分三個年齡段：18～25（男、女），26～35（男、女），36～60（男）、55（女），且分別給出這些年齡段的各項人體尺寸數值，為了方便使用，各類數據表中的各項人體尺寸數值均列出其相應的百分位數。現將GB10000—88中的人體主要測量項目及尺寸摘錄于圖1—4及表1—1中，可在實際設計時查閱。a.人體主要尺寸

量百分分組項位數目男（18～60歲）女（18～55歲）151050909599

151050909599身高15431583160416781754177518141449148415031570164016591697體重kg4448505970758339424452636674上臂長279289294313333338349252262267284303308319前臂長206216220237253258268185193198213229234242大腿長413428436465496505523387402410438467476494小腿長324338344369396403419300313319344370376390單位：mmb.立姿人體尺寸量百分分組項位數目男（18～60歲）女（18～55歲）151050909599151050909599眼高14361474149515681643166417051337137113881454152215411579肩高12441281129913671435145514941166119512111271133313501385肘高9259549681024107910961128873899913960100910231050手功能高656680693741787801828630650662704746757778會陰高701728741790840856887648673686732779792819脛骨點高394409417444472481498363377384410437444459單位：mmc.坐姿人體尺寸

量百分分組項位數目男（18～60歲）女（18～55歲）151050909599

151050909599坐高836858870908947958979789809819855891901920坐姿頸椎點高599615624657691701719563579587617648657675坐姿眼高729749761798836847868678695704739773783803坐姿肩高539557566598631641659504518526556585594609坐姿肘高214228235263291298312201215223251277284299坐姿大腿厚103112116130146151160107113117130146151160坐姿膝高441456464493523532549410424431458485493507小腿加足高372383389413439448463331342350382399405417坐深407421429457486494510388401408433461469485臀膝距499515524554585595613481495502529561570587坐姿下肢長8929219379921046106310968268518659129609751005單位：mmd.人體水平尺寸

量百分分組項位數目男（18～60歲）女（18～55歲）

151050909599

151050909599胸寬

242253259280307315331

219233239260289299319胸厚

176186191212237245261

159170176199230239260肩寬

330344351375397403415

304320328351371377387最大肩寬

383398405431460469486

347363371397428438458臀寬

273282288306327334346

275290296317340346360坐姿臀寬

284295300321347355369

295310318344374382400坐姿兩肘間寬

353371381422473489518

326348360404460478509胸圍

7627918068679449701018

7177457608259199491005腰圍

620650665735859895960

6226596807729049501025臀圍

7808058208759489701009

79582484090097510001044單位：mm百分位立姿雙臂展開寬度立姿手伸過頭頂高度坐姿手臂前伸距離坐姿腿前伸距離5%50%95%15791690180219992136227478183889695710281099表1—5幾項常用的人體著裝功能尺寸（男：18～60歲）單位：mm

項目東北、華北區西北區東南區華中區華南區西南區均值標準差SD均值標準差SD均值標準差SD均值標準差SD均值標準差SD均值標準差SD體重kg男648．2607．6597．7576．9566.9556.8女557．7527．1517．2506．8496.5506.9身高男169356．6168453．7168655．2166956．3165057.1164756.7女158651．8157551．9157550．8156050．7154949.7154653.9胸圍男88855．588051．586552．085349．285148.985548.3女84866．483755．983159．882055．881957.680958.8表1—6身高、胸圍、體重的均值及標準差SD

選用GB10000—88中所列人體尺寸數據時，應注意以下要點：

⑴、表列數值均為裸體測量的結果，在用于設計時，應根據各地區不同的著衣量而進行修正。⑵、立姿時要求自然挺胸直立，坐姿時要求端坐。如果用于其他立、坐姿的設計（例如放松的坐姿），要增加適當的修正量。⑶、由于我國地域遼闊，不同地區間人體尺寸差異較大，故根據征兵體檢等局部人體測量資料，將全國劃分為以下六個區域，即：①、東北、華北區包括黑龍江、吉林、遼寧、內蒙古、山東、北京、天津、河北。②、西北區包括甘肅、青海、陜西、山西、西藏、寧夏、河南、新疆。③、東南區包括安徽、江蘇、上海、浙江。④、華中區包括湖南、湖北、江西。

⑤、華南區包括廣東、廣西、福建、臺灣。⑥、西南區包括貴州、四川、云南。1.3.1人體測量數據的主要統計函數1.3人體測量數據的應用A:總體與樣本靜態人體測量數據，可根據數統理計原理進行分析。如果把測量數據按自小到大依次在橫坐標軸上。同時把某一間隔距離橫坐標內的測量值頻數作為縱坐標，即可以得到測量數據的頻率分布圖——直方圖。當橫坐標的尺寸間隔劃分得無限小時，直方圖便轉化為一條正態分布曲線，它在橫坐標軸上覆蓋的總面積為100%，若從零到某一橫坐標值上的曲線面積為5%時，那么該橫坐標軸值稱為5%值。同理，從零到某一橫坐標值上的曲線面積分別為50%和95%時，則把該橫坐標軸值分別稱為50%值和95%值。在人機工程學設計中，有效地運用這三種數值來解決人為誤差，如圖1—9所示。適應域

a.均值

均值是人體測量數據統計中的一個重要指標。它表示樣本的測量數據集中地趨向某一個值，該值稱為平均值，簡稱均值。可用以衡量一定條件下的測量水平或概括地表現測量數據的集中情況。對于有n個樣本的測量值：x1，x2，…xn，其均值為：（式1—1）

b.方差

（式1—2）（式1—3）描述測量數據在中心位置（均值）上下波動程度差異的值叫均方差，通常稱為方差。方差表明樣本的測量值是變量，既趨向均值而又在一定范圍內波動。對于均值為的n個樣本測量值：x1，x2，…xn，其方差S2的定義為：用上式計算方差，其效率不高，因為它要用數據作兩次計算，即首先用數據算出，再用數據去算出S2。推薦一個在數學上與上式是等價的，計算起來又比較有效的公式，即

c.標準差

（式1—4）由方差的計算公式可知，方差的量綱是測量值量綱的平方，為使其量綱和均值相一致，則取其均方根差值，即用標準差來說明測量值對均值的波動情況。所以，方差的平方根S稱為標準差。對于均值為的n個樣本測量值：x1，x2，…xn，其標準差S的一般計算式為：

d.抽樣誤差

由上式可知，均值的標準差要比測量數量的標準差S小√n倍。如果測量方法不變，樣本容量越多，則測量結果精度越高。因此，在許可范圍內增加樣本容量，可以提高測量結果的精度。（式1—5）

抽樣誤差又稱標準誤差,即全部樣本均值的標準差，在實際測量和統計分析中，總是以樣本推測總體，而在一般情況下，樣本與總體不可能完全相同，其差別就是由抽樣引起的。抽樣誤差數值大，表明樣本均值與總體均值的差別大，反之，說明其差別小，即均值的可靠性高。當樣本數據的標準差為S，樣本容量為n時，則抽樣誤差計算公式為：

e.百分位數

在人體測量資料中，常常給出的是第5、第50和第95百分位數值。在設計中，當需要得到任一百分位數值時，則可按下式進行計算：（式1—6）1%～50%之間的數值Pv

=-(SK)50%～99%之間的數值Pv

=+(SK)（式1—7）式中——平均值；

S——標準差；；

K——百分比變換系數，由表1—8查得。百分位表示設計的適應域。在人機工程學設計中常用的是第5、第50、第95百分位。第5百分位數代表“小身材”，即只有5%的人群的數值低于此下限值值；第50百分位數代表“適中”身材，即分別有50%的人群的數值高于或低于此值；第95百分位數代表“大”身材，即只有5%的人群的數值高于此上限值。表1—8百分比與變換系數K

百分比（%)K百分比（%)K百分比（%)K0.52．

576250．67490

1．2821.0

2．326

300．524

951．6452.51．960

500．00097.51．96051．645

700．52499

2．326

101．282

750．67499.52．

576151．036

800．842200．842

851．036例1設計適用于90%東南男性使用的產品，試問應按怎樣的身高范圍設計該產品尺寸？解由表1—6查得東南男性身高平均值=1686mm，標準差S=55.2mm。要求產品適用于90%的人，故以第5百分位為下限和第95百分位為上限，據此由表1—8查得變換系數K=1.645。由此可求得第5百分位數值為：

Pv

=-(SK)=1686—（55.2×1.645）

=1595.2mm；也可求得第95百分位數值為：PV=+(SK)=1686+（55.2×1.645）

=1776.8mm。

結論按身高1595.2～1776.8mm設計產品尺寸，將適用于90%的東南男性討論由上述計算過程可知，平均值是作為設計的基本尺寸，而標準差是作為設計的調整量的。例中被排除的10%的人，是10%的矮小者還是10%的高大者或者大小各排除5%即取中間值，取決于排除后對使用者舒適性的影響、視覺效果及經濟成本等因素的考慮。（式1—8）（2）根據Z查正態分布表求出概率數值p

(3)再由下式求得百分率P：

P=0.5+p（式1—9）式中：p——概率數值，根據上面公式求得的Z值，在表1—9中查取。當已知某項人體測量尺寸Xi，其均值為，標準差為S時，需要求該尺寸Xi所處的百分率P時，可按下列步驟及公式求得:（1）計算出正態分布表中的Z值注：書上沒有例：若一名男性職工的身高為1700mm，求百分之多少的中國人超過他的身高？

已知：

求：xi=1700mm所處的百分率P1.3.2影響人體測量數據差異的因素人體尺寸增長過程，一般男性20歲結束，女性18歲結束。通常男性15歲、女性13雙手的尺寸就達到了一定值。男性17歲、女性15歲腳的大小也基本定型。成年人身高隨年齡的增長而收縮一些，但體重、肩寬、腹圍、臀圍、胸圍卻隨年齡的增長而增加了。在選用人體尺寸時，必須考慮工作和生活的環境適合哪些年齡組的人。在使用人體尺寸數據表時，要注意不同年齡組尺寸數據的差別。1.3.2.1年齡

1.3.2.2性別

在男性與女性之間，人體尺寸、重量和比例關系都有明顯差異。對于大多數人體尺寸，男性都比女性大些，但有四個尺寸——胸厚、臀寬、臂部及大腿周長，女性比男性的大。男女即使在身高相同的情況下，身體各部分的比例也是不同的。同整個身體相比，女性的手臂和腿較短，軀干和頭占的比例較大，肩較窄，骨盆較寬。皮下脂及厚度及脂肪層在身體上的分布，男女也有明顯差別。因此，以矮小男性的人體尺寸代替女性人體尺寸使用是錯誤的，特別是在腿的長度尺寸起重要作用的工作場所，如坐姿操作的工作，考慮女性的人體尺寸至關重要。1.3.2.3年代

隨著人類社會的不斷發展，衛生、醫療、生活水平的提高以及體育運動的大力開展，人類的成長和發育也發生了變化。據調查，歐洲居民每隔10年身高增加1～1.4cm；美國城市男性青所1973～1986年13年間身高增長2.3cm；日本男性青年1934～1965年31年間身高增長5.2cm、體重增加4k胸圍增加3.1cm；我國廣州中山醫學院男生1956～1979年23年間身高增長4.38cm、女生身高增長2.67cm。身高的變化勢必帶來其他形體尺寸的變化。因此，在使用人體測量數據時，要考慮其測量年代，然后加以適當修正。1.3.2.4地區與種族

不同的國家、不同的地區、不同的種族人體尺寸差異較大，見表1—7。即是在同一國家，不同區域也有差異，由表1—6列出的我國六個區域的人體身高、胸圍、體重的平均值和標準差中即可明顯看出這一差異。進行產品設計時，必須考慮不同國家、不同區域人體尺寸的差異。另一方面，隨著國際間、區域間各種經貿活動的不斷增大，不同民族、不同地區的人使用同一產品、同一設施的情況將越來越多，因此在設計中考慮產品的多民族的通用性也將成為一個值得注意的問題。1.3.2.5職業

不同職業的人，在身體大小及比例上也存在著差異，例如，一般體力勞動者平均身體尺寸都比腦力勞動者稍大些。在美國，工業部門的工作人員要比軍隊人員矮小；在我國，一般部門的工作人員要比體育運動系統的人矮小。也有一些人由于長期的職業活動改變了形體，使其某些身體特征與人們的平均值不同。對于不同職業所造成的人體尺寸差異在產品設計中必須予以注意。另外，數據來源不同、測量方法不同、被測者具有代表性特征等因素，也常常造成測量數據的差異。1.3.3人體尺寸數據的應用

1.3.3.1應用人體尺寸數據的基本原理

人體大小各不相同的，但設計的產品一般不可能滿足所有使用者。為使設計適合于較多的使用者，則需要根據產品的用途及使用情況應用人體尺寸數據，按下列基本原理進行設計：設計要達到適合體型矮小的使用者的尺寸；設計要達到適合體型高大的使用者的尺寸。為使設計滿足上述原理，必須合理選用百分位。通常選用百分位的原則是，在不涉及使用者健康和安全時，選用適當偏離極端百分位的第5百分位和第95百分位作為界限值較為適宜，以便簡化加工制造過程、降低生產成本。具體應用時要考慮以下幾點原則：

a、由人體身高決定的產品，如門、船艙口、通道、床、擔架等，其尺寸應以第99百分位數值為依據。

b、由人體某些部分的尺寸決定的物體，如取決于腿長的坐平面高度，其尺寸應以第5百分位數值為依據。

c、可調尺寸，應可調節到使第5百分位和第95百分位之間的所有人使用方便。

d、以第5百分位和第95百分位為界限值的物體，當身體尺寸在界限值以外的人使用會危害其健康或增加事故危險時，其尺寸界限應擴大到第1百分位和第99百分位。緊急出口以及至運轉著的機器部件的有效半徑，應以第99百分位數值為依據，而使用者與緊急制動桿的距離則應以第1百分位數值為依據。

e、門鈴、插座、電燈開關等的安裝高度以及營業柜臺高度等這類具有普遍性的場合，應以第50百分位數值為依據。人體尺寸數據在設計中的應用，是一個極其重要而又很復雜的問題，它關系到所設計的設備、機器等產品定向目標的適用性，操作簡便、準確，舒適性，顯示裝置的可辨性和易讀性以及結構的宜人性。關于這些問題，將在后續有關章節中闡述。人體尺度主要決定人機系統的操縱是否方便和舒適宜人。因此，各種工作面的高度和設備高度如操縱臺、儀表盤、操縱件的安裝高度以及用具的設置高度等，都要根據人的身高確定。以身高為基準確定工作面高度、設備和用具高度的方法，通常是把設計對象歸成各種典型的類型，并建立設計對象的高度與人體身高的比例關系，以供設計時選擇查用。

a、必須弄清設計的使用者或操作者的狀況，分析使用者的特征，包括性別、年齡、種族、身體健康狀況、體形等。

b、人體尺寸的統計分布一般是呈正態分布的，故按人體尺寸的平均值設計產品和工作空間，往往只能適合50%的人群，而對另外50%的人群則不適合。例如以最大肩寬的平均值設計艙口直徑，將只有小于平均最大肩寬的一半人可由該艙口出入，而大于平均最大肩寬的另一半人則無法由此出入。又如一個不常使用的控制閥門需要安裝在通過過道的架空管道上，手輪安裝高度若以人體的平均高度設計，將只有大于雙臂功能上舉高平均值的50%的人，才能達到閥門手輪的安裝高度，而另外50%的人的手臂則夠不著閥門的手輪，在緊急狀態時將無法進行控制。因此，一般不能以平均值作為設計的唯一根據。1.3.3.2應用人體尺寸數據時應注意的要點

c、大部分人體尺寸數據是裸體或是穿汗背心、胸罩、內褲時測量的結果。設計人員選用數據時，不僅要考慮操作者的著衣穿鞋情況，而且還應考慮其他可能配備的東西，如手套、頭盔、鞋子及其他用具。我國目前尚無統一的著衣人體尺寸增大的調整值，表2—6給出了一個建議調整數據，供設計時參考。對于特殊的緊急情況也應予以考慮，例如在正常情況下99%的人可以順利通過的通道，一旦失火，由于救護人員戴著頭盔、穿著防火衣并攜帶救護工具就可能無法順利通過，因而要考慮非常情況下的寬度要求。

d、靜態測得的人體尺寸數據，雖可解決很多產品設計中的問題，但由于人在操作過程中姿勢和身體位置經常變化，靜態測得的尺寸數據會出現較大誤差，設計時需用實際測得的動態尺寸數據加以適當調整。

e、確定作業空間的尺寸范圍，不僅與人體靜態測量數據有關，同時也與人的肢體活動范圍及作業方式方法有關。如手動控制器最大高度應使第5百分位數身體尺寸的人直立時能觸摸到，而最低高度應是第95百分位數的人的觸摸高度。設計作業空間還必須考慮操作者進行正常運動時的活動范圍的增加量，如人行走時，頭頂的上下運動幅度可達50mm。表1—10由于著衣人體尺寸增大的調整值（建議值）

人體尺寸輕薄的夏裝冬季外套輕薄的工作服、鞋和頭盔身高坐姿眼高大腿與臺面下距離足長足寬足跟高頭最大長頭最大寬最大肩寬臀寬25～40①31313～2413～2025～40——131325～40①10254013～2525～40——50～7550～757031340253510010513131.3.3.3人體尺寸數據在設計中的應用

表1—11主要人體尺寸的應用原則1.身高2.眼高2.眼高3.肘高4.坐高5.坐姿眼高6.坐姿肩峰高7.最大肩寬8.坐姿兩肘間寬9.臀寬10.肘部平放高度11.坐姿大腿厚12.膝蓋高度13.腿彎高度14.臀部至腿彎長度15.臀部至膝蓋長度16.臀部至足尖長度17.臀部至腳后跟長度18.坐姿垂直伸手高度19.立姿垂直手握高度20.立姿側向手握距離21.手臂平伸手握距離22.人體最大體厚23.最大體寬人體尺度主要決定人機系統的操縱是否方便和舒適宜人。因此，各種工作面的高度和設備高度如操縱臺、儀表盤、操縱件的安裝高度以及用具的設置高度等，都要根據人的身高確定。以身高為基準確定工作面高度、設備和用具高度的方法，通常是把設計對象歸成各種典型的類型，并建立設計對象的高度與人體身高的比例關系，以供設計時選擇查用。圖1-18是以身高為基準的設備和用具的尺寸推算圖，圖中各代號的定義見表1-12。代號定義設備高與身高之比123456789101112121314151617171819202122232425舉手達到的高度可隨意取放東西的擱板高度（上限值）傾斜地面的頂棚高度（最小值，地面傾斜度為5~15°）樓梯的頂棚高度（最小值，地面傾斜度為25~35°）遮擋住直立姿勢視線的隔板高度（下限值）直立姿勢眼高抽屜高度（上限值）使用方便的擱板高度（上限值）斜坡大的樓梯的天棚高度（最小值，傾斜度為50°左右）能發揮最大拉力的高度人體重心高度采取直立姿勢時工作面的高度坐高（坐姿）灶臺高度洗臉盆高度辦公桌高度（不包括鞋）垂直踏棍爬梯的空間尺寸（最小值，傾斜80~90°）手提物的長度（最大值）使用方便的擱板高度（下限值）桌下空間（高度的最小值）工作椅的高度輕度工作的工作椅高度輕度工作的工作椅高度*小憩用椅子高度*桌椅高差休息用的椅子高度*椅子扶手高度工作用椅子的椅面至靠背點的距離4/37/68/71/133/3411/1210/116/73/43/55/96/116/1110/194/97/172/53/83/81/33/133/141/63/171/62/133/20表1-12設備及用具的高度與身高的關系

GB10000-88標準中只提供了成年人人體結構尺寸的基礎數據，并沒胡給出成年人的有功能作用的人體尺寸數據，但是在設計中卻需應用一些人體功能尺寸數據，作者在有關研究課題中，曾對人體功能尺寸作了分析，現將研究結果中幾項常用的人體著裝功能尺寸數據列于表1-13，供參考。由于設計中主要用到第5、第50和第95百分位的數據，所以表1-13只列出這三種百分位的數據。1.3.4我國成年人的人體功能尺寸1.3.4.1常用的功能尺寸表1-13幾項常用的人體著裝功能尺寸（男：18-60歲）

百分位立姿雙臂展開寬度立姿手伸過頭頂高度坐姿手臂前伸距離坐姿腿前伸距離5%50%95%157916901802199921362274781838896957102810991.3.4.2人在工作位置上的活動空間尺度人在各種情況工作時都需要有足夠的活動空間。工作位置上的活動空間設計與人體的功能尺寸密切相關，但在現有人體測量數據中，又缺少這類設計依據。為此，作者根據GB10000-88標準中的人體測量基礎數據，分析了幾種主要作業姿勢活動空間設計的人體尺度，以供設計參考。由于活動空間應盡可能適應于絕大多數人的使用，設計時應以高百分位人體尺寸為依據。所以，在以下的分析中均以我國成年男子第95百分位身高（1775mm）為基礎。在工作中常取站、坐、跪（如設備安裝作業中的單腿跪）、臥（如車輛檢修作業中的仰臥）等作業姿勢。現從各個角度對其活動空間進行分析說明，并給出人體尺度圖。a、立姿的活動空間立姿時人的活動空間不僅取決于身體的尺寸，而且也取決于保持身體平衡的微小平衡動作和肌肉，馳、腳的站平面不變時，為保持平衡必須限制上身和手臂能達到的活動空間。在此條件下，立姿活動空間的人體尺度如圖1-11所示。根據立姿活動空間條件，坐姿活動空間的人體尺度見圖1-12。

b、坐姿的活動空間c、單腿跪姿的活動空間根據立姿活動空間的條件，單腿跪姿活動空間的人體尺度如圖1-13所示。

d、仰臥的活動空間

1.4人體主要參數的計算

1.4.1人體各部分尺寸與身高的相關計算1.4.1.1我國成年人人體各部分尺寸與身高的比例關系

根據GB10000—88《中國成年人人體尺寸》給定的人體尺寸數據的均值，推算出我國成年人（男18～60歲，女18～55歲）人體各部分尺寸與身高H的比例關系如表1—10所示。1.4.1.2其他國家成年人人體各部分尺寸與身高的比例關系

表1—14美國、加拿大和歐洲男性坐姿各部分尺寸計算公式（cm）

項目公式

項目公式坐高S1=0。523H坐姿兩肘間寬S8=0。256H坐姿膝高S2=0。311H坐姿臀寬S9=0。203H小腿加足高S3=0。249H肩寬S10=0。229H坐姿肘高S4=0。135H上肢最大前伸長S11=0。462H坐姿大腿厚S5=0。086H坐姿眼高S12=0。454H臀膝距S6=0。342H兩臂展開寬S13=0。032H坐深S7=0。280H座面至中指指尖舉高S14=0。795H一般人體的體重與身高之間存在下述關系：正常體重WE=H—110（kg）理想體重WL=H—110（kg）式中：H——身高（cm）。如果人體的體重經常低于或高于正常體重的10%以上，則屬于不正常狀態。1.4.2體重與身高的相關計算1.4.3.1人體體積計算公式V=1.015W—4.937式中V——人體體積（L）；

W——人體重量（kg）。

1.4.3.2人體表面面積計算公式a、由身高計算人體表面面積男性B=100H女性B=77H式中B——人體表面面積（cm2）；

H——身高（cm）。b、由身高和體重計算人體表面面積

B=0.0061H+0.0128W—0.1529或B=W0.425H0.725×72.46式中B——人體表面面積（m2）;W——體重（kg）；

H——身高（cm）。

1.4.3人體體積和表面面積的計算在已知人體身高H（cm）、體重W（kg）、體積（L）時，可計算出人體生物力學各參數的近似值，見表1—16。項目公式

項目公式坐高S1=0。523H坐姿兩肘間寬S8=0。256H坐姿膝高S2=0。311H坐姿臀寬S9=0。203H小腿加足高S3=0。249H肩寬S10=0。229H坐姿肘高S4=0。135H上肢最大前伸長S11=0。462H坐姿大腿厚S5=0。086H坐姿眼高S12=0。454H臀膝距S6=0。342H兩臂展開寬S13=0。032H坐深S7=0。280H座面至中指指尖舉高S14=0。795H表1—15美國、加拿大和歐洲男性坐姿各部分尺寸計算公式（cm）

1.4.4人體生物力學參數的計算表1—16人體生物力學參數的計算公式

序號名稱

序號名稱1人體各部分長度（以人體身高H為基礎）（cm）4人體各部分體積（以人體體積V為基礎）（L）

手掌長L1=0。109H前臂長L2=0。157H上臂長L3=0。172H大腿長L4=0。232H小腿長L5=0。247H軀干長L6=0。300H

手掌體積V1=0。00566V前臂體積V2=0。01702V上臂體積V3=0。03495V大腿體積V4=0。0924V小腿體積V5=0。4083V軀干體積V6=0。6132V2人體各部分重心位置（指靠近身體中心關節的距離）（cm）5人體各部分的重量（以體重W為基礎）（kg）

手掌重心位置O1=0。506L1前臂重心位置O2=0。430L2上臂重心位置O3=0。436L3大腿重心位置O4=0。433L4小腿重心位置O5=0。433L5軀干重心位置O6=0。660L6

手掌重量W1=0。006W前臂重量W2=0。018W上臂重量W3=0。0357W大腿重量W4=0。0946W小腿重量W5=0。042W軀干重量W6=0。5804W3人體各部分的旋轉半徑（指靠近身體中心關節的距離）（cm）6人體各部分轉動慣量（指繞關節轉動的慣量）（kg·m2）

手掌旋轉半徑R1=0.587L1前臂旋轉半徑R2=0.526L2上臂旋轉半徑R3=0.542L3大腿旋轉半徑R4=0.540L4小腿旋轉半徑R5=0.528L5軀干旋轉半徑R6=0.830L6

手掌轉動慣量I1=W1×R前臂轉動慣量I2=W1×R上臂轉動慣量I3=W1×R大腿轉動慣量I4=W1×R小腿轉動慣量I5=W1×R軀干轉動慣量I6=W1×R表1—17由男性測量值求女性人體尺寸的換算系數部位系數（%）部位系數（%）部位系數（%）身長95形態面高92前臂圍92上肢長93頭周98大腿圍102下肢長94頸圍90腿肚圍98兩臂展開寬93胸圍90手寬94足長94腰圍89足寬93軀干長96臀圍102頭長92上臂圍961.4.5男性與女性人體尺寸的換算1.5人體模型設計用人體模型試驗用人體模型試驗用人體模型都是三維的，所以又稱模擬人，或虛擬人。根據試驗要求的不同，有模擬人體全身的模擬人，以及模擬人體一部分的頭部模型、胸部模型。模擬人按人體尺寸不同，有相當于95%、50%和5%人體的模型，分別稱為AM95%模擬人AM50%和AM5%模擬人。模擬人最初用于彈射座、降落傘等與飛機有關的試驗中，后來開發了汽車撞車試驗用模擬人。1.5.1試驗用人體模型1.5.2虛擬人虛擬人并不是真人，而是在電腦里合成的三維人體詳細結構。要采集這些數據，先要選取一具尸體，將尸體冷凍，用精密切削刀將尸體橫向切削成薄片，每一次切片，都會利用數碼相機和掃描儀對已切片的切面進行拍照、分析，之后將數據輸入電腦，最后由電腦合成三維的立體人類生理結構。“虛擬人數據集”將廣泛應用于醫學、國防、航空航天、體育、建筑、汽車、影視及服裝等人類活動相關領域。目前，只有美國、韓國、中國掌握虛擬人的制作技術國家時間性別切片數切片厚度美國1994男18781毫米美國1998女51900.33毫米中國2003女85560.2毫米中、美虛擬人制作技術比較第一階段是“虛擬可視人”即“幾何人階段”，把實體變成切片，然后在計算機中變成三維的，但沒有生理變化，在醫學上的應用也是有限的；第二階段是“虛擬物理人”，“虛擬物理人”可以模擬各種交通事故對人體的意外創傷的實驗研究，以及防護措施的改進，他是有功能的。比如說人的骨頭受到打擊會斷，血管受傷會出血。把所有對人體的研究成果通過計算機變成數字化，電腦中就會出現虛擬人，這個階段的物理人就不同于可視人，他會像真人一樣，骨頭會斷，血管會出血。

虛擬人發展的三階段第三階段是“虛擬生物人”。“虛擬生物人”可以用于研究人體疾病的發生機理，預測疾病發展規律，以及進行各種新藥的篩選等。舉一個簡單的例子，在臨床上沒有經驗的外科醫生必須要跟著上級醫生做手術，有了“虛擬生理人”，就可以把過去手術的成功經驗變成計算機語言表現出來。年輕醫生可以在電腦上模擬無數次的手術，找出最成功的手術方式，這可以稱之為“電腦帶徒弟”。1.5.3設計用人體模型根據人體測量數據進行處理和選擇，從而得到標準人體尺寸，利用塑料、密實纖維等材料，按照1/1、1/5等設計中常用比例制成各個關節均可活動的人體側視和三視模型設計用人體模型通常可分為一、二維人體模板和三維人體模型主要應用于設計機械、作業空間、家具交通運輸設備等方面的輔助制圖、輔助設計、輔助演示或模擬測試等方面人體模板作為一種有效的輔助設計手段，已被廣泛應用于人機系統設計中，人體模板的結構。人身保肢體上標出的基準線（見圖1—17中的細實線）用以確定關節角，這些角度可由人體模板相應位置的刻度盤上讀出。頭部標出的眼線相當于正常視線，與眼耳平面成向下傾斜的15°角。鞋上標出的基準線表示人的腳底。A、模板的基準線人體模板可在側視圖上演示關節的多種功能，但不能演示側向外展和轉動運動。人體模板上的關節有一部分涉及軸關節（肘、手、頭、髖、腳），有一部分是根據經驗數據設計的關節結構（肩、腰區、膝）。由于技術上的原因，所用的腰區關節結構（P5），沒有反映人體這一區域的全部生理作用，因此背部的外形與人體實際的腰區弧線也不完全相符，故不宜用作座椅靠背曲線的設計。B、模板的關節圖1—17所示人體模板上帶有角刻度的人體關節活動范圍（調節范圍），包括健康人在韌帶和肌肉不超過負荷的情況下所能達到的位置，見表1—18。此處不考慮那些雖然可能但對勞動姿勢來說已超出有生理意義的界限的運動。表1—17人體模板關節角的調節范圍關節部位人體關節角度代碼調節范圍關節部位人體關節角度代碼調節范圍P1腕關節α1140°～200°P5腰關節α5168°～195°P2肘關節α260°～280°P6髖關節α6140°～120°P3頭/頸關節α3130°～225°P7膝關節α775°～120°P4肩關節α40°～135°P8腳關節α8140°～200°C、模板的活動范圍根據手在實際操作中的姿勢的不同，可選擇使用以下四種手型模板（見圖1—17）：

A型三指捏在一起的手。

B型握住圓棒的手，且手的橫軸位于垂直面。這是一種主要抓握形式。

C型握住圓棒的手，且手的橫軸位于水平面。

D型伸開的手。D、手的姿勢的變化在確定坐姿工作位置的尺寸和調節范圍時，應盡可能地適應絕大多數人的人體尺寸，因此可按表1—18所列人體尺寸等級，制作或選用相應的人體模板。目前我國國家標準尚未列入人體尺寸等級，表1—18給予出了與我國人體尺寸較接近的日本的人體