建筑安全：楼梯设计的安全人机工程分析

　　1  前 言

　　人机工程学是研究人与系统中其它因素之间的相互作用，以及应用相关理论、原理、数据和方法来设计以达到优化人类和系统效能的科学[l~3]。传统的机械设计以设计产品为主要目标，更多地考虑产品本身功能的实现，虽然也或多或少地涉及了人的因素，但主要是考虑如何让人适应机器，而没有把人作为没计的-个目标，没有规范化地考虑人的因素[4]。在电视或报纸上关于学校教学楼踩踏事件的报导屡见不鲜，虽然这些事故很大程度上是由于人的不安全行为所引起，但客观上的因素我们不能置之不理或将其忽视。楼梯是联系不同楼层的交通枢纽，所以设计符合人的生理特征,心理特性的楼梯,不仅能使其功能得到充分的发挥,而且也能确保楼梯的安全度,提高其宜人性。因此,对楼梯进行安全人机工程的分析很有必要,也有其实际意义。

　　2  楼梯的基本部分

　　2.1  楼梯的类型

　　人的动觉是对身体运动及其位置状态的感觉,它与肌肉组织、肌腱和关节活动有关[5]。动觉的改变破坏了原有的身体位置、运动方向、速度大小等的平衡,人就要重新建立新的平衡,在新的平衡建立的过程中人的运动速度必然变缓。楼梯是解决不同楼层之间垂直联系的交通枢纽,其应该有足够的疏散能力,满足安全,防火等的要求【6】。因此,建筑的楼梯应尽可能避免破坏以上平衡.建筑楼梯应采用直行形式，如直跑楼梯、对折的双跑楼梯或成直角折行的楼梯等 ，不宜采用弧形梯段或在半平台上设置扇步。

　　2.2  踏步宽、踢面高

　　确定踏步宽，踢面高时要综合人的行为习惯和人体相关尺寸。踏步太宽，踢面过低就会使人踏大步[7]，人在上下楼梯时容易产生疲劳,造成人能量的浪费;踏步过窄,踢面过低,会产生以下两种情况:一是,增加梯级的级数从而提高脚的移动次数使人容易产生疲劳;二是,人在这种情况下会习惯性的一步踏多级不仅使人容易产生疲劳而且下楼时易造成人踏空而跌倒致使人员伤亡。

　　踏步的宽主要与人的足长有关设计时足长的百分位取男性95.有关国家标准公布的人体数据是在裸体或单薄内衣的条件下测得的，测量时候不穿鞋，因此有

　　S = Sa +  Sb

　　S---最小功能尺寸        Sa--第a百分位人体尺寸     Sb--尺寸修正量[8]

　　同时在取足长修正量时基于人足全部在踏面上时脚就可按照人的日常行为活动，鞋前端与后端总的修正量S=30-38mm所以足的修正量Sb足取15-19mm，由此可得Sa=260-270 mm, S足为275-289mm。踏步宽L=S足。梯级的高度(踢面高)一般为127-200mm ，最佳为165-178mm[8] 。

　　2.3  楼梯的宽度

　　梯宽主要取决与人的肩宽和人流量的大小。在设计楼梯的梯段宽时人的肩宽的百分位数取95男性的肩宽设为H1。在此称一人的肩宽修正的尺寸为一股人流的距离。在设计楼梯的宽度时不仅要考虑人能轻松通过,还要设计安全功能距离即预留的应急宽度设为H2(如为了在发生火灾时方便人能进行各种救火操作而设置的宽度)。因此,楼梯的宽度可按以下公式计算

　　H=nH1+H2

　　此外, 不同建筑类型的建筑按楼梯的使用性质需要不同的梯段宽,如公共建筑都不应少于2股人流距离,楼梯梯段宽度公共建筑不小1500mm；居住建筑不小于1200mm[6]。

　　2.4  踏步防滑

　　踏步的防滑一般只针对于踏步表面较光滑的楼梯而言如右图水磨石面的楼梯就需要进行防滑设计.从照片上可以很明显的看到其采用的是条纹防滑，但其是内凹条纹，而从防滑的角度来说内凹条纹根本起不到什么防滑的作用，只是起到些许美学效果。对于梯面的防滑即经济又有明显防滑效果的防滑措施就是凸条纹防滑.此外，设置外凸条纹还需考虑设置的条纹不应使人感觉到强烈的凸感，让人感到不适.也就是说设置的条纹要宜人.因此,条纹凸起高度应取刚好不使人有明显凸感的高度.

 
　　2.5  休息台（正平台和半平台）

　　休息台是在考虑到人体生物力学特征的基础上为缓解人上下楼梯疲劳而设计的。设立休息台必须保证其不阻碍人上下楼梯，这就要求休息台的宽度不得小于楼梯宽。同时正平台还起到一个缓冲的作用:避免从楼层出入的人和上下楼梯的人发生碰撞。因此,正平台的宽度应大于半平台.如果假设正平台和半平台的宽度分别为L1、L2,那么两平台的宽度之差d=L1-L2.

　　研究人的日常行为可以知道人在穿过某空间时表现出捷径效应.所谓捷径效应就是人在穿过某空间时总是采取最简洁的路线,即使有别的因素影响也是如此【9】.人在从楼梯入口进入楼梯时捷径效应表现在人有靠楼梯两侧行走的趋势,人行走的路线大致如图中的箭头所

　　示.人在进入楼梯时其行走方向与楼梯中行走在正平台的人流方向垂直,刚进入正平台的人要随人流一同行走他们必须使身体旋转90度来改变行走方向而随人流而行由此可知两平台的宽度之差d应大于或等于人的肩宽的功能尺寸（此处的肩宽应取男性百分位数95所对应的尺寸）才能确保进出楼梯的人与楼梯中的人碰撞、拥挤，才能保证楼梯的畅通。

　　2.6  坡度、扶手

　　由房屋建筑学的相关理论可知楼梯的坡度在20°～50°超过50°则应建成爬梯，而20°以下应建成台阶或坡道【6】。结合安全人机工程学原理楼梯的坡度在30°～35°为最佳【8】,也就是踢面高与踏面深之比为1:2左右。

　　扶手的高度和宽度，要符合人的生理特征即扶手的高度要与人的肘高相近。高了只能起到护栏的作用,低了更是一安全隐患。扶手宽度以手能握为宜。同时,扶手的表面要光滑。

　　3  色彩在楼梯设计中的应用

　　3.1  在梯级上的应用

　　从这几张图片中我们发现这些楼梯有一个共同的特点:楼梯梯段的每一级踏步的颜色均为同色。楼梯梯级一色,没有明显的区分的设计从建筑学的角度来说这无可厚非.但从安全人机工程学的角度上来讲这样设计的楼梯不符合人的视觉特性,在某些情况下是一个安全隐患。 踏步的颜色均相同，不便于人区分每一个梯级，易使人在下楼梯时一步踏多级,而出现踏空引发事故。这一点在晚上或者光照强度较弱时更加明显。在晚上光照充足的条件下,由于梯级踏面为一色,人在下楼梯时看光滑楼梯表面产生眩光的话就无法辨认梯级,从而导致人下楼时踏空引发伤亡事故.在光照较弱的情况下,整个梯段连成一片,更加不易区别每一级,一步多级、踏空发生的更加频繁.同时,如果在晚上或光照弱的情况发生火灾等突发性事件,需及时疏散人流,那么更加突显梯段一色设计在安全方面的不足。因此,使梯段的梯级间区分开,能在很大程度上提高楼梯的安全度和宜人性.

　　使梯段梯级间相互区分开来,可以采取在踏面边缘使用与其他部分不同的颜色的方法来实现。在选取所用颜色时应考虑到如下几个方面:一是,选用的颜色的对比感度要适中。在光照强度较弱的情况下也能较易辨别;二是,选用的颜色过度不能太大,也就是过度要平缓、和谐，确保其不引入新的不符合安全人机工程原理的因素。过度要平缓、和谐,才能避免眼睛频繁调节增加眼睛的负担,使其易于疲劳,造成观察和判断的失误而踏空,引起事故的发生。此外,对于有条纹设计的楼梯只须在条纹上装饰成与其他部分对比感度符合要求的颜色即可。

　　3.2  在楼梯墙面上的应用

　　从现在大多数建筑中我们可以发现这样的一个共同点:楼梯墙面从上往下至离地一米左右均使用白色而下面使用不同以上的材料和颜色。 这说明色彩在现代的建筑中已经被运用到了楼梯间的墙面,但其在选取使用的颜色时只从美学效果和经济上来考虑,基本上没有从安全人机工程的角度进行考虑。颜色不仅有冷暖之分,也有轻重之别,还能给人远近之感.深色感觉重,浅色感觉轻;暗淡色感觉重,明亮色感觉轻;在明度一样时暖色感觉重,冷色感觉轻【5】。人喜欢上轻下重的感觉,因此在建房时上面用白色地面用比较深的颜色。从心理学上我们知晓,我们在判断时会有某种倾向性即知觉定势,因此,在楼梯墙面下部使用不同的颜色会对人的心理产生不同的影响。明度高暖色使人感到距离缩小,明度低的冷色使人感到距离增大,而楼梯间的空间相对狭小。所以楼梯墙面下部选用明度较低的冷色较恰当。此外,色彩还能影响人的情绪、情感。如黄色给人以甜美、丰收、香酥的感觉;绿色给人以自然、安静、安全感、镇静的感觉;红色给人以热情的,积极的【9】。楼梯的主要功能是解决不同楼层之间垂直联系,疏散人流。当在建筑物中发生火灾或突发事件时,人的情绪比较慌乱、急噪、冲动,而这样的情绪会使人做出错误的判断和不寻常的举动,这些不正常的举动恰是防碍人员快速疏散的主要因素,在这样的情况下使人镇静,安静是关键。因此,在楼梯墙面下部使用绿色较恰当,它能暗示和引导人群保持安静和镇静。综上所述,在楼梯间墙面1米左右以下使用浅绿色是较合理的,这不仅使楼梯间显的宽敞,而且有利于疏散人流,从而提高了建筑的安全度和宜人性。

　　4  结 语

　　本文运用了安全人机工程学原理,并结合建筑学等相关知识对楼梯的基本组成部分及部分环境进行了分析,提出了些看法和建议。安全人机工程原理在建筑方面应用还有很多方面。本文对楼梯的安全人机工程分析大多是定性的,定量的分析还有待进一步的研究，相信本文对楼梯以后的设计和改进有所帮助。

　　参考文献

　　【1】周美玉．工业设计应用人机工程学【M】．北京：中国轻工业出版社，2001．

　　【2】丁玉兰．人机工程学[M]．北京：北京理工大学出版社．2005．

　　【3】罗卫东，李鹏，邱望标．基于人机工程的汽车座椅设计【J】．现代机械，2008，(3)：59-61．

　　【4】李霞，宋海堂. 基于人机工程学的爬楼梯轮椅的设计. 产品开发与设计【J】．机械，2009，36(5)：62-63．

　　【5】林玉莲、胡正凡.环境心理学【M】. 北京：中国建筑工业出版社，2006．

　　【6】黄金凯、杨伯明.房屋建筑学【M】．北京：冶金工业出版社，1987．

　　【7】杨金铎.房屋构造【M】. 北京：清华大学出版社，1989．

　　【8】张力、廖可兵.安全人机工程学【M】. 北京：中国劳动社会保障出版社，2007．

　　【9】何灿群、周玲.人体工学与艺术设计【M】. 长沙：湖南大学出版社，2004．
 

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