安靜 王碩

摘要：扶握系統(tǒng)是地鐵客室重要的功能件，它對(duì)于確保地鐵乘客的穩(wěn)定性與安全性有著重要作用，目前地鐵客室扶握系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在諸多問(wèn)題需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)“設(shè)計(jì)需求研究-優(yōu)化設(shè)計(jì)-人因適配驗(yàn)證”的設(shè)計(jì)流程對(duì)現(xiàn)有的地鐵客室扶握系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)原有的痛點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化，并通過(guò)虛擬人仿真方法對(duì)設(shè)計(jì)方案的人機(jī)工效進(jìn)行驗(yàn)證，使優(yōu)化設(shè)計(jì)方案取得了較好效果。地鐵客室扶握系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)可按照“設(shè)計(jì)需求研究-優(yōu)化設(shè)計(jì)-人因適配驗(yàn)證”的設(shè)計(jì)流程，注重人機(jī)工效及用戶需求，使扶握系統(tǒng)更好地滿足功能需求及用戶需求。

關(guān)鍵詞：地鐵客室;扶握系統(tǒng);優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TB472

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-0069（2020）03-0018-04

引言

地鐵是我國(guó)城市軌道交通的主要制式，截止2018年底，我國(guó)地鐵運(yùn)營(yíng)里程為4354.3公里，在城市軌道交通中占比75.6%[1]。地鐵目前已經(jīng)成為了我國(guó)城市居民的主要交通出行方式，我國(guó)城市居民對(duì)于地鐵的需求與依賴程度日益增多【2】。

扶握系統(tǒng)作為地鐵客室重要組成部分，是立席乘客維持自身平衡的重要功能件，對(duì)立席乘客的穩(wěn)定性與安全性有著重要影響。以我國(guó)B型地鐵列車客室載員規(guī)格為例，無(wú)司機(jī)室客室的定員為250人，其中坐席數(shù)量為46人[3]。定員滿載情況下，無(wú)司機(jī)室客立席人數(shù)為204人，立席人數(shù)達(dá)到整個(gè)客室車載人數(shù)的81.6%，立席人數(shù)大約是坐席人數(shù)的4.4倍。如果在超員情況下，立席人數(shù)的占比將會(huì)更高?？梢?jiàn)，扶握系統(tǒng)的使用人數(shù)多于座椅的使用人數(shù)，扶握系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也將會(huì)影響立席乘客的穩(wěn)定性與安全性。目前地鐵客室的扶握系統(tǒng)還存在諸多問(wèn)題，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)將有利于提升乘客的安全性與穩(wěn)定性。

一、優(yōu)化設(shè)計(jì)概述

（一）優(yōu)化設(shè)計(jì)流程概述

本次設(shè)計(jì)對(duì)象以廣州6號(hào)線地鐵列車客室扶握系統(tǒng)計(jì)為例，針對(duì)廣州地鐵6號(hào)線客室扶握系統(tǒng)存在的問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)采用“設(shè)計(jì)需求研究-優(yōu)化設(shè)計(jì)-人因適配驗(yàn)證”的設(shè)計(jì)流程。首先，通過(guò)設(shè)計(jì)需求研究對(duì)廣州6號(hào)線地鐵列車扶握系統(tǒng)的痛點(diǎn)、人因要素、風(fēng)格要素需求進(jìn)行分析;其次，用設(shè)計(jì)需求研究得到的結(jié)果對(duì)扶握系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì);最后，使用虛擬人仿真的方法對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行人機(jī)適配性驗(yàn)證。整個(gè)設(shè)計(jì)流程按照“設(shè)計(jì)研究-設(shè)計(jì)優(yōu)化-設(shè)計(jì)驗(yàn)證”的步驟進(jìn)行。

（二）地鐵客室扶握系統(tǒng)概述

地鐵客室扶握系統(tǒng)對(duì)于立席乘客保持平衡、提供支撐、確保立席乘客的安全有著重要作用。扶握系統(tǒng)作為地鐵客室重要組成部分，其使用人數(shù)多于座椅使用人數(shù)。地鐵客室扶握系統(tǒng)主要由扶桿、吊環(huán)、靠背組成。扶桿與吊環(huán)的使用乘客數(shù)量較多，其中縱向扶桿幾乎沒(méi)有使用障礙，但橫向扶桿與吊環(huán)設(shè)置的高低會(huì)對(duì)乘客的使用造成影響?？勘秤糜诔丝鸵锌?，可減輕乘客站立疲勞。

二、設(shè)計(jì)需求研究

（一）痛點(diǎn)分析

根據(jù)文獻(xiàn)[3][4]，得到我國(guó)地鐵列車主要技術(shù)規(guī)格，如表1所示。廣州地鐵6號(hào)線列車采用四節(jié)編組的LB型列車，單節(jié)車體長(zhǎng)度為16.8m，單節(jié)車體長(zhǎng)度短于A型車與B型車;車體寬度為2.8m，與B型車一致，比A型車窄。

經(jīng)調(diào)研，廣州地鐵6號(hào)線列車客室每節(jié)車廂有3對(duì)車門(mén)，并且僅保存兩排座椅，其他兩排座椅用靠背替代，車內(nèi)客室座椅與靠背區(qū)采用對(duì)稱的形式進(jìn)行布局，如圖1所示。

以靠背區(qū)取代座椅的方式雖然可以增加地鐵客室的客容量，但通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)該列車客室的扶握系統(tǒng)依然存在3個(gè)痛點(diǎn)，分別是座椅與靠背區(qū)分布不合理;靠背材質(zhì)不合理;靠背立席區(qū)抓握功能件數(shù)量較少。

1.座椅與靠背區(qū)分布不合理。由于2個(gè)坐席區(qū)集中在門(mén)1與門(mén)2之間，乘客如果通過(guò)門(mén)3-1或者門(mén)3-2上車，乘客移動(dòng)至座椅的距離較大，這樣會(huì)對(duì)部分乘客造成一定的不便。同時(shí)，在滿載超員的情況下大部分立席乘客將會(huì)站立于靠背立席區(qū)，但由于靠背區(qū)分布較為集中，靠背立席區(qū)將會(huì)非常擁擠。在優(yōu)化設(shè)計(jì)中需要對(duì)座椅與靠背的布局方式進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化乘客從車門(mén)到座椅的路徑，并對(duì)立席區(qū)的擁擠進(jìn)行一定緩解。

2.靠背材質(zhì)不合理。廣州地鐵靠背采用金屬材質(zhì)，在擁擠和顛簸的情境下如果發(fā)生靠背與乘客碰撞可能會(huì)對(duì)乘客造成較大傷害。在優(yōu)化設(shè)計(jì)中需要考慮靠背的材質(zhì)，增加靠背的柔軟度，降低乘客因碰撞受傷的概率。

3.靠背立席區(qū)抓握功能件數(shù)量較少。廣州地鐵6號(hào)線地鐵列車雖然通過(guò)減少座椅增加靠背的方法增加了地鐵客室的客容量，但靠背立席區(qū)的扶桿與吊環(huán)數(shù)量并沒(méi)有增加。這樣可能會(huì)導(dǎo)致抓握功能件數(shù)量少于立席乘客的需求量，使得部分立席乘客無(wú)法通過(guò)扶握系統(tǒng)來(lái)維持自身的平衡。在優(yōu)化設(shè)計(jì)中需要考慮增加靠背立席區(qū)抓握功能件的數(shù)量，增加扶握系統(tǒng)的受眾乘客數(shù)量，從而提升立席乘客的穩(wěn)定性與安全性。

（二）設(shè)計(jì)要素

地鐵作為我國(guó)城市居民主要的交通工具，有著龐大的用戶人群。因此，客室扶握系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要遵循人性化與通用性設(shè)計(jì)原則，多方面考慮用戶需求，盡可能滿足更加廣泛的使用人群【5】。本次設(shè)計(jì)從人因要素與風(fēng)格要素兩方面進(jìn)行考慮。首先，地鐵列車客室功能件設(shè)計(jì)需要符合人機(jī)工效，保證其適用性與通用性。其次，需要考慮用戶對(duì)造型風(fēng)格、色彩風(fēng)格、質(zhì)感的傾向以及地鐵客室整體視覺(jué)體驗(yàn)，從而提升扶握系統(tǒng)的用戶體驗(yàn)。將地鐵扶握系統(tǒng)設(shè)計(jì)要素歸納如表2所示。

（三）人因要素

人因要素是確保地鐵客室扶握系統(tǒng)安全性與通用性的重要因素。由于扶握系統(tǒng)主要面向立席乘客，所以應(yīng)該考慮立席乘客的多種使用情境，使優(yōu)化后的扶握系統(tǒng)能夠滿足多種情境的使用。在優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中要考慮人因要素，并在設(shè)計(jì)之后進(jìn)行人因適配驗(yàn)證。

扶握系統(tǒng)中扶桿與吊環(huán)的占比較大，其中縱向扶桿幾乎不存在使用障礙，但乘客上方的橫向扶桿與吊環(huán)由于高度問(wèn)題會(huì)造一些使用問(wèn)題，如果橫向扶桿過(guò)高最則會(huì)造成身材較矮乘客因觸碰不到而無(wú)法使用，如果橫向扶桿過(guò)低則會(huì)造成身材較高乘客的碰頭問(wèn)題。對(duì)于橫向扶桿的高度問(wèn)題需要同時(shí)兼顧身材較矮及身材較高人群，使其能夠保障不同身高乘客的使用需求。

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，得到我國(guó)不同年齡段人群P99成年人體身高，如表3所示[6]。不同年齡段P99男子的身高最大值為1830mm，那么乘客上方的橫向扶桿需要設(shè)置需高于1830mm才能保證大部分人群不會(huì)因橫向扶桿而碰頭。相關(guān)研究表明，橫向橫桿的高度設(shè)置為1860mm，吊環(huán)高度設(shè)置為1710mm時(shí)，能夠保障不同身高乘客的使用需求[5]。

（四）風(fēng)格要素

地鐵列車客室功能件設(shè)計(jì)風(fēng)格需要考慮用戶需求及視覺(jué)統(tǒng)一性，從而使地鐵客室功能件能夠滿足用戶需求，同時(shí)具有較好的視覺(jué)體驗(yàn)，提升列車客室用戶體驗(yàn)。列車客室功能件設(shè)計(jì)風(fēng)格需要根據(jù)用戶的風(fēng)格傾向進(jìn)行設(shè)計(jì);同時(shí)考慮地鐵原有的視覺(jué)元素，例如地鐵主題色，以此來(lái)提升地鐵客室的視覺(jué)統(tǒng)一性與風(fēng)格統(tǒng)一性。

風(fēng)格要素用戶需求采用網(wǎng)絡(luò)問(wèn)卷調(diào)查的方式進(jìn)行獲取，對(duì)風(fēng)格要素中造型、色彩、質(zhì)感3方面的用戶需求進(jìn)行調(diào)研，最終收集有效問(wèn)卷226份，調(diào)查結(jié)果如表4所示。

造型方面，圓潤(rùn)型最受用戶青睞，其次是流線型。有51.33%的受訪用戶偏向圓潤(rùn)型，24.34%的用戶偏向流線型。調(diào)查結(jié)果顯示，用戶對(duì)于扶握系統(tǒng)造型更傾向圓潤(rùn)順滑的造型，而對(duì)于硬朗造型的傾向性較低。

色彩方面，簡(jiǎn)約明亮的色調(diào)最受用戶青睞，其次是暖色調(diào)。有40.27%的受訪用戶傾向簡(jiǎn)約明亮色調(diào)，27.88%的受訪用戶傾向暖色調(diào)。調(diào)查結(jié)果顯示，用戶更傾向明亮偏暖的色調(diào)。

質(zhì)感方面，硅膠材質(zhì)質(zhì)感最受用戶青睞，其次是皮質(zhì)材質(zhì)質(zhì)感。有39.82%的受訪用戶傾向硅膠材質(zhì)質(zhì)感，27.88%的用戶傾向皮質(zhì)材質(zhì)質(zhì)感。調(diào)查結(jié)果顯示，用戶對(duì)于扶握系統(tǒng)質(zhì)感更傾向軟性材質(zhì)質(zhì)感。

通過(guò)調(diào)查得到扶握系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的風(fēng)格要素建議，功能件造型方面應(yīng)該采用圓潤(rùn)順滑的造型;功能件及客室整體色調(diào)應(yīng)該采用明亮偏暖的色調(diào);功能件質(zhì)感方面應(yīng)該以軟性材質(zhì)質(zhì)感為主。

三、優(yōu)化設(shè)計(jì)

（一）扶握系統(tǒng)布局設(shè)計(jì)

通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)原有的廣州地鐵6號(hào)線扶握系統(tǒng)在布局上存在不合理之處，由于座椅與靠背區(qū)采用對(duì)稱形式的布局方式，坐席區(qū)與立席區(qū)過(guò)于集中，對(duì)乘客會(huì)造成一定不便，如圖2（a）所示。因此，優(yōu)化設(shè)計(jì)中將座椅與靠背區(qū)分開(kāi)排布，優(yōu)化后的座椅與靠背區(qū)排布方式較之前的排布方式更為離散，使得座椅與靠背區(qū)分布更加均勻，有利于平衡客室內(nèi)乘客的分布，如圖2（b）所示。同時(shí)，針對(duì)靠背立席區(qū)抓握功能件偏少的情況進(jìn)行了改進(jìn)，增加了靠背立席區(qū)橫向扶桿的數(shù)量，將原來(lái)的單桿改為雙桿，增大橫向扶桿的受眾人群，提升乘客的穩(wěn)定性與安全性，如圖2（b）所示。

（二）扶握系統(tǒng)功能件設(shè)計(jì)

在對(duì)廣州地鐵6號(hào)線列車客室扶握系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，首先考慮扶握系統(tǒng)的人機(jī)工效、安全性與成本，其次考慮風(fēng)格要素需求及整體視覺(jué)體驗(yàn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)效果圖如圖3所示。

造型方面，扶握系統(tǒng)中的扶桿、吊環(huán)、靠背均采用圓潤(rùn)順滑的造型，增加扶握系統(tǒng)的溫和感，同時(shí)降低乘客因磕碰受傷的風(fēng)險(xiǎn)。其中，所有扶桿的折角處均采用“圓角化”處理，防止出現(xiàn)尖銳的觸點(diǎn)對(duì)乘客造成意外傷害;對(duì)門(mén)前立席區(qū)縱向扶桿采用多分形式設(shè)計(jì)，增加門(mén)前立席區(qū)縱向扶桿的受眾人數(shù)與使用人數(shù)。吊環(huán)較之前的方案增大了吊環(huán)鏤空口徑，使用戶更容易對(duì)其進(jìn)行抓握?？勘齿^之前的方案增大了轉(zhuǎn)折處的圓弧半徑，使其更加圓潤(rùn)，更加友好。

色彩方面，廣州地鐵6號(hào)線列車客室及扶握系統(tǒng)整體配色以簡(jiǎn)約明亮的配色風(fēng)格為主。對(duì)功能件設(shè)計(jì)中的色彩使用考慮廣州地鐵6號(hào)線主題色以及視覺(jué)統(tǒng)一性，其中列車客室扶握系統(tǒng)功能件優(yōu)化設(shè)計(jì)的主色調(diào)采用紫紅色，主色調(diào)取自廣州地鐵6號(hào)線主題色，以此提升廣州地鐵6號(hào)線地鐵客室的視覺(jué)統(tǒng)一性。

質(zhì)感方面，扶握系統(tǒng)材質(zhì)的選擇首先考慮成本與安全性。扶握系統(tǒng)中的橫向扶桿與縱向扶桿均采用穩(wěn)定性較好、剛度較大的不銹鋼管。將不銹鋼管的握扶區(qū)域表面處理成磨砂感，提升握扶區(qū)域的摩擦力及語(yǔ)義功能。在成本預(yù)算充足的情況下，建議參考調(diào)研結(jié)果將硅膠管套附著在不銹鋼管的握扶區(qū)域，提升舒適感。吊環(huán)采用重量輕、易加工的PVC材質(zhì)?？勘潮砻娌捎镁彌_力較好的軟性材料，提升舒適性，降低乘客因磕碰受傷的風(fēng)險(xiǎn)。

四、人因適配驗(yàn)證

（一）虛擬人仿真

地鐵客室扶握系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)之后需要進(jìn)行人因仿真來(lái)驗(yàn)證其人因適配性，人因仿真是對(duì)制造系統(tǒng)進(jìn)行人因適配的重要手段【7】。在進(jìn)行地鐵客室人因適配性驗(yàn)證時(shí)可以使用虛擬人仿真的方法，進(jìn)行人因仿真時(shí)主要考慮功能件是否能與用戶身體尺寸及相關(guān)動(dòng)素有較好的耦合性。

對(duì)于一般工業(yè)產(chǎn)品，可選用P95與P5的人體尺寸作為產(chǎn)品尺寸上限、下限的依據(jù)，通常在仿真過(guò)程中選擇P95成年男性身材與P5成年女性身材進(jìn)行人因適配驗(yàn)證[5][6][8][9][10]。此次人因適配使用JACK軟件中的虛擬人進(jìn)行，以我國(guó)18～60歲男性及18～55歲女性人體尺寸為依據(jù)，虛擬人仿真數(shù)據(jù)如圖4所示[5][6]。

（二）虛擬仿真過(guò)程

在仿真過(guò)程中對(duì)6種情境進(jìn)行模擬仿真。情境一：靠背立席區(qū)站姿抓握情境仿真，此情景主要對(duì)靠背立席區(qū)的立席用戶對(duì)乘客上方橫向扶桿裝置抓握是否存在抓握障礙進(jìn)行驗(yàn)證，如圖5（a）所示。情景二：座前立席區(qū)站姿抓握情境仿真，此情境主要對(duì)座前立席區(qū)的立席用戶與坐席用戶是否存動(dòng)素沖突及立席用戶抓握情況進(jìn)行驗(yàn)證，如圖5（b）所示。情境三：吊環(huán)抓握情境仿真，此情境主要對(duì)女性對(duì)吊環(huán)的抓握是否存在障礙進(jìn)行驗(yàn)證，如圖5（c）所示。情境四：門(mén)前立席區(qū)站姿抓握情境仿真，此情境主要對(duì)門(mén)前區(qū)多人對(duì)縱向扶桿抓握情況進(jìn)行驗(yàn)證，如圖5（d）所示。情境五：門(mén)前區(qū)站姿抓握情境仿真，此情境主要對(duì)門(mén)前區(qū)立席用戶對(duì)車門(mén)左右兩側(cè)的扶桿裝置握扶情況進(jìn)行驗(yàn)證，如圖5（e）所示。情境六：扶桿抓握情境仿真，此情景主要對(duì)客室內(nèi)扶桿的抓握情況進(jìn)行驗(yàn)證，如圖5（f）。

驗(yàn)證過(guò)程中，男性、女性虛擬人均可正常抓握上方橫向扶桿;女性虛擬人可以正常抓握吊環(huán);男性虛擬人沒(méi)有出現(xiàn)頭碰到上方橫向扶桿的問(wèn)題;座前立席區(qū)立席用戶與坐席用戶未出現(xiàn)較為明顯的動(dòng)素沖突;門(mén)前立席區(qū)多分扶桿可以同時(shí)對(duì)多人進(jìn)行使用。扶握系統(tǒng)功能件在驗(yàn)證過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)明顯的使用障礙及困難，可以判斷扶握系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案基本符合人機(jī)工效。

結(jié)語(yǔ)

扶握系統(tǒng)作為地鐵客室重要組成部分，是立席乘客維持自身平衡的主要功能件，其對(duì)于保障立席乘客的安全性與穩(wěn)定性有著重要影響。隨著地鐵已經(jīng)成為我國(guó)城市居民主要的交通出行方式，地鐵客室扶握系統(tǒng)設(shè)計(jì)變得越來(lái)越重要，怎樣使扶握系統(tǒng)能夠更好地保障立席乘客的穩(wěn)定性與安全性，更好地滿足用戶使用需求已經(jīng)成為了目前地鐵客室設(shè)計(jì)中不可忽視的部分。目前地鐵列車客室中的扶握系統(tǒng)還存在諸多問(wèn)題需要被優(yōu)化，本文對(duì)此采用“設(shè)計(jì)需求研究-優(yōu)化設(shè)計(jì)-人因適配驗(yàn)證”的設(shè)計(jì)流程以廣州地鐵6號(hào)線客室扶握系統(tǒng)為例對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，整個(gè)設(shè)計(jì)流程涵蓋痛點(diǎn)分析、人因要素分析、風(fēng)格要素分析、人因適配驗(yàn)證，并以此使得優(yōu)化設(shè)計(jì)方案最終取得了較好效果。后續(xù)還將繼續(xù)開(kāi)展地鐵客室扶握系統(tǒng)對(duì)于用戶動(dòng)素疲勞的影響及地鐵客室其他功能件優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目（2017YFB1201103-9，2017YFB1201103-10，2017YFB1201103-11，2017YFB1201103-12）。

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