人體工程學與知覺課件

人體工程學人體感覺系統(tǒng)。一、神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)系統(tǒng)是人體生命活動的調節(jié)中樞。人類生活在錯綜復雜的社會里，千變萬化的自然環(huán)境中，對于外界的刺激都能作出相應的反應。如手碰到火馬上會縮回來，這種現(xiàn)象稱為應激性。它是通過反射，在一系列的基本神經(jīng)單位，即神經(jīng)元所形成的反射弧中完成的。當刺激為感受器所接受，傳入神經(jīng)元和中樞神經(jīng)元，把刺激信號變?yōu)橹噶钚盘枺ㄟ^傳出神經(jīng)元到達效應器官而發(fā)生作用。

一般的反射活動，是在脊髓上發(fā)生的，而大腦皮層則能發(fā)生高級的反射，具有思維和意識的功能。神經(jīng)系統(tǒng)可分為中樞神經(jīng)系統(tǒng)和周圍神經(jīng)系統(tǒng)。前者包括腦和脊髓，是神經(jīng)系統(tǒng)的高級部分，其中腦又分為大腦、小腦、間腦和腦干四個部分。后者是由腦干發(fā)出的對腦神經(jīng)和脊髓發(fā)出的對脊神經(jīng)組成。它們廣泛分布于全身各處，能感受體內外的各種變化。在周圍神經(jīng)系統(tǒng)中，又把管理內臟活動的神經(jīng)稱為植物性神經(jīng)。根據(jù)它的功能，又分為交感、副交感神經(jīng)兩種，它們能調整內臟平滑肌收縮，使體內外保持相對平衡，提高人體適應自然界的能力。二、視覺系統(tǒng)（一）視覺的生理基礎眼睛是人體最精密、最靈敏的感覺器.外部環(huán)境的80%的信息是通過眼睛來感知的，眼睛是由眼球、眼眶、結膜、淚器、眼外肌等構成的。見圖1--2每只眼球直徑約是25mm，其余部分包以粗糙而多纖維的鞏膜，籍以保護眼睛不受損傷并維持其形狀不變。中間層是黑色物質的脈絡膜，富有血管。視網(wǎng)膜是薄而纖細的內膜，它含由光感受器和一種精致而相互連接的神經(jīng)組織網(wǎng)絡。

作為一個光學器官的眼睛，類似一架照相機。來自視野的光線由眼睛聚焦，從而在眼睛后面的視網(wǎng)膜上形成一個相當準確的視野的倒像。這種光學效應，絕大部分來源于角膜的曲度，但是，對遠處和近處物體的焦點還能作細微的調整，這是借助改變水晶體形狀來實現(xiàn)的。在水晶體兩側的前房和后房里充滿著透明物質。虹膜是色素沉著的結構，它的中心開孔就是瞳孔，能以類似照相機改變光圈的方式縮小或擴

外界物體發(fā)出或反射的光線，從眼睛的角膜、瞳孔進入眼球，穿過如放大鏡的晶狀體，使光線聚集在眼底的視網(wǎng)膜上，形成物體的像。圖象刺激視網(wǎng)膜上的感光細胞，產(chǎn)生神經(jīng)沖動，沿著視神經(jīng)傳到大腦的視覺中樞，在那里進行分析和整理，產(chǎn)生具有形態(tài)、大小、明暗、色彩和運動的視覺。由于光對物體表現(xiàn)作用的差異，物體表面的質地也就呈現(xiàn)出來。人對物體表面質地的感覺，即質感，表現(xiàn)為光潔程度、柔軟度。空間知覺特性人在空間視覺中依靠多種客觀條件和機體內部條件來判斷物體的空間位置，從而產(chǎn)生空間知覺?？臻g知覺也就是包括形狀知覺、大小知覺、距離知覺、立體知覺和方位知覺等.空間知覺特性表現(xiàn)為人對空間的認識，空間的開放性和封閉性。時間知覺特性由于光對物體和環(huán)境作用的強度和時間長短的不同，人們在進行時間知覺時，總是要以某種客觀現(xiàn)象作為參照標準的。比如，人們可以依據(jù)太陽的東升西落、月亮的盈虧、星座的移動、四季的交替等，來感知和判斷時間。人對環(huán)境的適應和辨別率也不一樣，這就是視覺的時間特性。光線與視覺光線的作用眾所周知，太陽光線不僅具有生物學及化學作用，同時對于人類生活和健康也具有重要意義。光能照亮一切物體，有了光線，人們才能看清世界。直射的陽光對人們居留的房間具有殺菌作用。利用陽光可以治療某些疾病。（提高室內溫度藝術效果）光與健康光線也有許多不利的地方。長期在陽光下工作會容易疲勞，過多的紫外線照射，容易使皮膚發(fā)生病變。過多的直射陽光在夏季會使室內產(chǎn)生過熱現(xiàn)象。不合理的光照，會使工作面產(chǎn)生眩目反應，甚至傷害視力。室內光的利用和遮擋利用直射陽光照亮室內環(huán)境、制造室內環(huán)境氣氛，提高衛(wèi)生水平，故要保證建筑合理間距，選擇好采口。利用直射陽光進行日光浴、治療疾病，也要選擇采光方向和采光口位置及建筑保溫。采用人工照明，照亮室內環(huán)境、制造室內環(huán)境氣氛，故要選擇合理的光源、正確的照明設計。防止夏季過多的直射陽光進入室內，需要進行建筑遮陽，建筑隔熱。（三）視覺機能根據(jù)視覺系統(tǒng)和視覺刺激的特點，視覺機能表現(xiàn)在以下幾個方面：視力視力是眼睛對物體形態(tài)的分辨能力。視力與人的視覺生理有著密切關系，并隨年齡的增長而改變。眼球左右，這個不動能看到最鮮明的映像范圍約為2度左右。這個范圍的視覺稱為中心視覺。它的外側模糊視角，稱為周邊視覺。見圖2—15.稍偏中性，視力就下降。而暗處偏離中心5度左右為最高。這對人的夜里活動十分重要。視力與亮度的關系也很密切。視網(wǎng)膜上的感光細胞對不同亮度的敏感度是不一樣的，只有到達一定亮度時才能發(fā)揮作用。同時由于眼的調節(jié)機能，具有收縮和放大作用，故其變化也有一定的范圍。人的明適應和暗適應的視覺特性對室內設計影響較大。如地道的出入口，經(jīng)常采取在近入口的亮處設置日光燈照明系統(tǒng)，在地道暗處采用白熾燈照明，使人適應環(huán)境的變化。在大型商場、電影院和大展廳的入口處，同樣會出現(xiàn)這樣的情況，同樣需要采用混合照明系統(tǒng)。對照明系統(tǒng)應采用分路開關、調光裝置或多級鎮(zhèn)流器來控制照明水平，以便適應在白晝和夜晚人對照明系統(tǒng)的適應要求，提高視覺環(huán)境的質量。

眩光眼睛遇到過強的光，整個視野會感到刺激，使眼睛不能完全發(fā)揮機能，這種現(xiàn)象稱為眩光。在眩光下，瞳孔會縮小，以提高視野的適應亮度，也就降低了眼睛的視敏度。或使眼球內流動的液體形成散射，就像帷幕遮住眼界，這就妨礙了視覺，這種眩光稱為視力降低眩光。如白天眼睛正視陽光，夜間眼睛正視迎面而來的汽車燈光，都會出現(xiàn)這種情況。視錯覺觀察注意對象所得到的印象與實際注意對象出現(xiàn)差異的現(xiàn)象，叫視錯覺。在室內設計中利用視錯覺拓展空間降低家具高度使空間變大重復的豎線能增高空間的感覺眾多的橫線條能使墻面有增寬感用裝飾畫或照片擴展空間利用鏡子調節(jié)空間制造虛擬空間局部吊頂襯托高低界面的延伸室內光環(huán)境設計概念天然采光對人的視覺和健康有利，而且由于它和室外自然景色聯(lián)系在天然光線，不僅因為它的照度和光譜性質一起，它還可以提供人們所關心的氣候狀態(tài)，提供三維形體的空間定時、定向和其他動態(tài)變化的信息，因此，它對創(chuàng)造室內環(huán)境氣氛十分重要。天然光的采光設計，就是利用日光的直射、反射和透射等性質，通光各種采光口設計，給人以良好的視覺和舒適的光環(huán)境。不同窗形有不同的作用，給人以不同的感受。水平窗可以使人舒展、開闊、垂直窗可以取得條屏掛幅式構圖景觀和大面積實墻。落地窗可取得同室外環(huán)境緊密聯(lián)系感。高窗臺可以減少眩光，取得良好的安定感和私密性。而各種漏窗、花格窗，由于光影的交織，似透非透，虛實對比，使自然光投射到粉墻上，而產(chǎn)生變化多端、生動活潑的景色。各種洞口、柱廊、隔斷、矮墻以及建筑構部件，同窗子一樣大多數(shù)室內環(huán)境都是利用光的透射特性，使天然光透過窗玻璃照亮室內空間。因此窗玻璃就成了濾光器。人們利用各種玻璃的特性，又在室內造成不同感受的采光效果，無色的白玻璃給人以真實感，磨砂白玻璃使人產(chǎn)生朦朧感，玻璃磚給人以安定感，彩色玻璃給人產(chǎn)生變幻神秘感.

人工照明人工照明設計就是利用各種人造光源的特性，通過燈具造型設計和分布設計，造成特定的人工光環(huán)境。由于光源的革新、裝飾材料的發(fā)展，人工照明已不只是滿足室內一般照明，工作照明的需要，而進一步向環(huán)境照明、藝術照明發(fā)展。它在商業(yè)、居住、以及大型公共建筑室內環(huán)境中，已成為不可缺少的環(huán)境設計要素。利用燈光指示方向，利用燈光造景，利用燈光擴大室內空間等。三、聽覺系統(tǒng)（一）聽覺的生理基礎了解耳朵的構造及其生理機制，才能知道聽覺刺激的特性。明白大的聲音對聽覺的干擾，使人煩躁，噪聲對健康的危害以及如何利用聽覺特性，設計一個好的室內聽覺環(huán)境。耳朵包括外耳、中耳和內耳三部分。外耳由耳廓和外耳道組成。耳廓有收集聲波的作用，外耳道是聲音傳入中耳的通道。中耳包括鼓膜、鼓室和聽小骨。

鼓膜在外耳道的末端，是一片橢圓形的薄膜，厚約0.1mm.當外面的聲音傳入時即產(chǎn)生振動，把聲音變成多種振動的“密碼”傳向后面鼓室。鼓室是一個能使聲音變得柔和而動聽的小腔，腔內有三塊聽小骨，即錘骨、鐙骨和砧骨。聽小鼓能把鼓膜的振動波傳給內耳，在傳導過程中，能將聲音信號放大十多倍，使人能聽到輕微的聲音。鼓室下部有一咽鼓管，通到鼻咽部，當吞咽或打哈欠時管口被打開，使鼓膜兩側氣壓保持平衡。

內耳由耳蝸、前庭和半規(guī)管組成，結構復雜而精細，管道彎曲盤旋，可以又叫“迷路”。其中耳蝸主管聽覺，前庭和半規(guī)管則掌握位置和平衡。耳蝸是一條盤成蝸牛狀的螺旋管道，內部有產(chǎn)生聽覺的“基底膜”?；啄ど嫌?.4萬根聽神經(jīng)纖維，其上附著許多聽覺細胞。（二）噪聲級大小與主觀感覺廣義地說，除了能傳播信息或有價值的聲音外的一切聲音，均稱為噪聲。耳的可聽聲音的頻率和聲壓的強弱，即聲強的大小，對人耳的刺激會產(chǎn)生不同的感覺。太弱的聲音聽不見，圖的中央虛線所圍范圍是人類聲音所使用的范圍過強的聲音使人耳痛，太強的聲則會造成人耳的損傷，以至耳聾。不同噪聲級所產(chǎn)生的主觀感覺.（三）噪聲對人的影響考慮對人體素質的活動的影響，聲音可分為兩大類：有用聲或有意義的聲音，干擾聲或無意義的聲音。人是在正常環(huán)境噪聲中，對環(huán)境噪聲有一定的適應性。如在安靜環(huán)境中居住多年的居民，一旦搬到一個新的吵鬧的環(huán)境中，就會對這種嘈雜感到非常難以忍受。相反，在城市環(huán)境中住久的人，一旦搬到市郊居住，也會感到寂靜。過分寂靜或突然寂靜的環(huán)境會使人產(chǎn)生凄慘或緊張的感覺。如果一個人的生活環(huán)境極其寂靜，時間長了會產(chǎn)生孤獨、冷淡的心理狀態(tài)，因而影響身心健康。如果日常生活中的聲音突然中斷，這種意外的寂靜會使人特別緊張。當情況緊急的時候，暴風雨前的寂靜，預示著天災已經(jīng)壓頂，此時會使人受到呆若木雞的驚嚇。因此，過分寂靜，即環(huán)境本底噪聲太低，也并不是一種好的現(xiàn)象。這些噪聲對人類活動影響表現(xiàn)在以下幾個方面：1.噪聲會影響聽者的注意力，使人煩惱；2.噪聲會降低人們的工作效率，尤其對腦力勞動的干擾；3.噪聲會使需要高度集中精力的工作造成錯誤，影響工作成績，加速疲勞；4.噪聲影響睡眠。時間長了，則會影響人體的新陳代謝，消化衰退與血壓升高。5.大于的噪聲，會立即破壞人的聽覺器官，或局部損失聽覺，輕者則造成聽力衰退。室內噪聲控制與隔聲（一）控制聲源控制噪聲源是減低室內噪聲最有效的方法。首先要在建筑規(guī)劃時就要考慮室外環(huán)境噪聲對室內的影響。設計前要做好調查工作，將環(huán)境噪聲的強度和分布情況，制定出“噪聲地圖”降低聲源的發(fā)聲強度主要是改善設備性能。如車間里的機器設備，要盡可能采用振動小，發(fā)聲低的機器。對于民用建筑的空調設備、特別是冷水機組的壓縮機，要盡可能選用噪聲小的機器。對于車庫的機動車，要限制喇叭聲（二）控制聲音的傳遞過程如民用建筑中采用分體式空調，就將噪聲大的聲源作為室外機組置于室外，將電冰箱遠離臥式置于廚房里，將車庫或空調設備置于地下室，將冷卻設備置于屋頂，等等。吸收或限制傳遞途徑上的聲能主要是采用吸聲處理、或作隔斷、綠化等防噪措施。在有聲源的房間里，將其頂棚和墻面布置吸聲材料，減少聲音對有人停留的地方的傳播，布置室內綠化或隔斷，用來阻擋、吸收聲音的傳播。利用不連續(xù)媒質表面的反射和阻擋，主要是采用隔聲處理。隔聲的方法主要有三種形式：

對聲源的隔聲，可采用隔聲罩。

四、嗅覺的生理基礎室內的空氣品質所顯示的氣味、粉塵及有害氣體的含量等，不僅影響室內環(huán)境的質量，而且也直接關系到人的健康。而能感知其刺激作用的則主要依靠人的嗅覺器官，即鼻子。依靠嗅覺可以辨別有害氣體（如煤氣），也可以辨別植物的芬芳，創(chuàng)造良好的室內環(huán)境。

人的鼻子是由外鼻、鼻腔與副鼻竇三部分組成（見圖1—4）鼻子由骨和軟骨作支架。外鼻的上端為鼻根，中部為鼻背，下端為鼻尖，兩側擴大為鼻翼。鼻腔鼻中隔分成左右兩半，內襯粘膜。由鼻翼圍成的鼻腔部分為鼻前庭，生有鼻毛，有阻擋灰塵吸入過濾空氣的作用。

當有氣味的化學微粒從吸入的空氣中到達嗅粘膜，嗅神經(jīng)纖維受刺激后即傳入大腦嗅覺中框，從而辨別出物體的氣味。一般人可辨出約二百種不同的氣味。鼻子聞一種氣味持續(xù)時間過長，由于嗅覺中樞的“疲勞”，反而感覺不到原有的氣味。五、膚覺的生理基礎感知室內熱環(huán)境的質量：空氣的溫度和濕度的大小分布及流動情況；感知室內空間、家具、設備等各個界面給人體的刺激程度大小、冷暖程度、質感強度等；感知物體的形狀和大小等，除視覺器官外，主要依靠人體的膚覺及觸覺器官，即皮膚。皮膚是人體面積最大的結構之一，具有各式各樣的機能和較高的再生能力。人的皮膚由表皮、真皮、皮下組織等三個主要的皮層和皮膚衍生物（汗腺、毛發(fā)、皮脂腺、指甲）所組成。如圖1--5皮膚構造模式圖。皮膚對人體有防衛(wèi)功能。成年人的皮膚面積約有1.5—2平方米，其重量約占體重16%。它使人體表面有了一層具有彈性的脂肪組織，緩沖人體受到的碰撞，可防止內臟和骨骼受到外界的直接侵害。

皮膚有散熱和保溫的作用，具有“呼吸”功能。當外界溫度升高時，皮膚的血管就擴張，充血，血液所帶的體熱就通過皮膚向空氣放散；同時汗腺也大量分泌汗液，通過排汗帶走體內多于的熱量。當外界寒冷時，皮膚的血管就收縮，血量減少皮膚溫度降低，散熱減慢，從而使體溫保持恒定。皮膚內有豐富的神經(jīng)末梢，它是人體最大的一個感覺器官，它對人的情緒發(fā)展也有重要作用。皮膚廣泛分布的神經(jīng)末梢是自由神經(jīng)末梢，構成真皮神經(jīng)網(wǎng)絡，形成了位于真皮中的感受器，可產(chǎn)生觸、溫、冷、痛等感覺。五、血液循環(huán)系統(tǒng)家具尺度是否科學，室內界面材料是否合理，室內氣流組織好壞，都會影響人體血液循環(huán)，影響健康。人的血液在全身始終沿著一定的管道，按照一定的方向流動著。人體的血液循環(huán)系統(tǒng)由心臟和血管組成，整個血液循環(huán)系統(tǒng)可以分成三個部分。

左心室里含有大量氧氣的血液，經(jīng)過主動脈、中動脈、小動脈，不斷分支流到全身的毛細血管中，將氧氣和養(yǎng)料供給各個組織，收回廢物和二氧化碳，后又經(jīng)過小靜脈、中靜脈和大靜脈返回右心房和右心室。這種循環(huán)要經(jīng)過全身，故稱“體循環(huán)”，又叫“大循環(huán)”。返回右心室的充滿二氧化碳的血液從這里出發(fā)，經(jīng)過肺動脈在肺部的毛細血管里放出二氧化碳，吸收新鮮氧氣，然后又通過肺靜脈返回左心房和左心室。這種循環(huán)稱作“肺循環(huán)”，又叫“小循環(huán)”。

血液在毛細血管里的流動循環(huán)稱作“微循環(huán)”。因為毛細血管是完成運輸任務的所在地，所以又叫“末梢循環(huán)”。人體中的毛細血管有一千億到一千六百億根，它對人的健康有著極其重要的作用。血液循環(huán)系統(tǒng)還將各種激素運送到全身各處。激素是各種信號分子。各種細胞從血液中接到不同的信號，使全身活動配合成一個完整的整體。因此，血液循環(huán)系統(tǒng)不僅是人體生命的“運輸線”，也是生命活動的“通訊網(wǎng)”

當我們使用的家具，如果尺度不合理，比如椅面太高，腳夠不著地，坐久了，則會影響下肢的血液循環(huán)，造成腿腳麻木。人體的血液循環(huán)是抗重力循環(huán)，頭和腳是“散熱器”，如果室內地面材料的蓄熱系數(shù)太小，如水泥或石材地面，生活久了，對人的下肢血液循環(huán)也是不利的。如果設置采暖或空調系統(tǒng)，其設備布置和空調方式，也要考慮人體血液循環(huán)的特點，以保障人體健康。人體運動系統(tǒng)和人體力學人體運動系統(tǒng)的生理特點，關系到人的姿勢、人體的功能尺寸和人體活動的空間尺度，從而影響家具、設備、操作裝置和支撐物的設計。（一）運動系統(tǒng)人體的運動系統(tǒng)由骨骼、關節(jié)和肌肉組成。1.骨骼骨骼是人體的支架。人體中有206塊骨頭占人體重量的60%。它們一塊一塊地連接在一起組成了骨骼，支撐著人體，決定了身體的基本形。人骨按形狀分長骨、短骨和扁骨。骨骼連接的方式有兩種，一是通過韌帶和軟骨的直接連接，其活動性很小，或不能活動，如顱頂骨連接使之形成了完整的頭蓋骨；另一種是通過關節(jié)的間接連接，連接處運動靈活，如上肢骨與肩胛骨的連接等。人的骨骼分中軸骨和四肢骨兩大部分。中軸骨骼包括顱骨、脊柱、胸骨和肋骨，是人體的支架大梁，保護著重要的臟器和中樞神經(jīng)系統(tǒng)；四肢骨骼是人體運動系統(tǒng)的重要組成部分，肌肉附著于四肢骨上，根據(jù)大腦指令進行收縮，牽動骨骼完成運動功能。2.肌肉肌肉是人體運動系統(tǒng)的動力。人的全身有639塊肌肌肉。占體重的40%。肌肉分分骨骼肌、平滑肌和心肌三類。骨骼肌有兩種作用，一是靜力作用，如維持站立姿勢，肌肉通過杠桿作用與地球重力抗衡，保持一種靜態(tài)平衡；另一種是動力作用，肌肉收縮產(chǎn)生哭、笑、走、跑等動作，反映了人的心理活動和空間狀態(tài)。3.關節(jié)和韌帶關節(jié)是人體杠桿的重要聯(lián)結方式和聯(lián)結結構。關節(jié)的主要結構包括關節(jié)面、關節(jié)囊和關節(jié)腔三部分。在關節(jié)的內外還有一些韌帶幫助維持關節(jié)的穩(wěn)定性和防止關節(jié)異?；顒?。不同部位的關節(jié)，功能不同，結構也不同。如提拉重物時，肘關節(jié)是向內活動的；為使腿后蹬有力，膝關節(jié)只能向后屈。骨骼、關節(jié)和肌肉的共同作用，完成了人體活動的各種動作。如果室內局部設計不合理或不符合人體運動的科學規(guī)律，就會造成對人體的傷害。

（二）人體力學人體骨骼力學模型人體運動系統(tǒng)的各個組成部分，造就了人的空間形態(tài)，也維持了人的內力和重力平衡。它類似一個“鋼筋混凝土空間結構”，骨骼好比“鋼筋”，肌肉好比“混凝土”。它們共同作用，不僅支撐了人體各個器官，還承擔了外來的負荷。而各種力的傳遞就是通過關節(jié)或韌帶來實現(xiàn)的。圖1—6。人體重力最后主要傳至足上，而人的下肢骨的結構則巧妙地適應了這一特點，見圖1--7足弓部象三角架一樣支撐著整個身體，把踝部傳來的重力傳到了三個點上，非常合理。足弓還可以緩沖行走對人體