陳萬鵬　徐江華

關鍵詞：民用大飛機 經濟艙座椅 安全設計 座椅設計 航空安全

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2022）07-0150-04

引言

2021年9月，中國國內航空客運市場總額為全球的19.9%，而同期美國國內航空客運市場總額為全球的16.6%。龐大的航空客運市場給我國民航業(yè)的發(fā)展提供了動力，但也帶來了極大挑戰(zhàn)。民用大飛機經濟艙座椅作為整個飛行體驗中陪伴乘客時間最長的艙內設施，與乘客的安全息息相關，但目前的經濟艙座椅較多沿用早期的設計標準，更新?lián)Q代頻率較慢。民用航空特別注重安全問題，但近幾年因經濟艙座椅而產生的安全問題卻越來越突出，有些機鬧行為嚴重擾亂客艙安全秩序，危害其他乘客的飛行安全體驗。經濟艙座椅的安全設計仍有較大的優(yōu)化設計空間，基于此，文章以經濟艙座椅為研究對象，通過文獻計量法，分析國內外的相關研究進展，從工業(yè)產品設計的角度，探尋一種可以應用于經濟艙座椅安全設計的設計方法，為民用大飛機經濟艙座椅安全設計提供一種理論研究的參考。

一、概念界定

（一）民用大飛機定義

民用大飛機，也指大型客機。國內外對于大飛機的定義不盡相同。美國聯(lián)邦航空管理局認為：大型客機是指認證最大起飛重量超過12500磅的飛機。歐洲航空安全局將大型飛機定義為最大起飛重量超過5700公斤（約為12600磅）的飛機或多引擎直升機。而我國大飛機一般指的是最大起飛重量超過100噸的運輸類飛機，包括軍用大型運輸機和民用大型運輸機，也包括一次航程達到3000公里的軍用飛機或乘坐達到100座以上的民用客機，通常將150座以上的客機稱為“大型客機”。目前世界上具有代表性的大飛機主要是波音787-10、空客A380。

（二）經濟艙座椅組成部分

經濟艙座椅在成本上要低于其他客艙的座椅，在座椅的功能服務以及舒適程度上也與其他客艙座椅有較大的差別。經濟艙座椅主要由頭枕、靠背、扶手、安全帶、坐墊、小桌板、飛機客艙娛樂設施系統(tǒng)（IFE）、雜志袋、大梁、吸能椅腿等部分組成，圖1是Safran經濟艙座椅Z400。

（三）安全設計

安全，英語詞匯是“Safety”。《韋伯斯特英文大辭典》對安全的定義是：1.免于傷害或危險;安全的狀態(tài);2.沒有危險或有害的狀態(tài);3.沒有傷害或危險的地方;安全的地方;4.不會遭受或造成傷害或損失?！缎氯A字典》中的安全：沒有危險;不受威脅;不出事故。安全也可是一種和諧穩(wěn)定的狀態(tài)，主體不受傷害或是沒有危險因素的威脅。

安全設計（Design for Safety），是將安全作為工業(yè)產品設計的首要考慮要素。安全設計是從源頭上消除危害的最有效風險控制措施。安全設計的原則是將對每個產品的實際潛在危害和風險的考慮置于該產品設計的始終。安全設計目前主要集中在網絡安全、高速公路安全系統(tǒng)設計、化工工藝以及煤礦安全生產等方面。而在工業(yè)產品設計領域，少有從安全角度探析設計的文獻研究。江牧在《工業(yè)產品設計安全原則》一書中，對于產品，簡單的來說，安全具有兩方面的意義：1.產品自身不能危害人;2.產品能夠幫助人應對外來的危險[1]。以往的經濟艙座椅安全設計主要是涉及工程領域，如經濟艙座椅的機械結構設計、吸能椅腿的設計、桌板組件的設計等硬件設施設計，相對靜止地考慮其功能，使其滿足各種安全標準，忽視了乘客-座椅的動態(tài)關系安全設計研究。工業(yè)產品的安全設計則是以人為中心的安全設計。江牧還提出要動態(tài)地看待人機關系，把姿態(tài)、視野等人在使用產品時的種種行為也考慮進去[2]。

二、民用大飛機經濟艙座椅設計分析

（一）研究高頻詞匯分析

在Web of Science核心數(shù)據(jù)庫中以“Aircraft Seat Design”為主題，共檢索到251篇相關文獻。從Web of Science核心數(shù)據(jù)庫獲得的文獻數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，關于飛機座椅設計的高頻詞匯，從高到低依次是乘客、舒適性、測試、負載和姿勢等詞匯，如圖2所示。乘客是出現(xiàn)頻率最高的詞匯。乘客作為整個飛行體驗中的主要服務對象，在對飛機座椅進行設計的過程中，乘客是必不可少的考慮要素。

Siyu Ren從乘客體驗的角度，通過分析一般飛行過程，研究了乘客的機上行為以及相關觸摸點。在將機艙劃分為前服務區(qū)、座椅和客運服務單元等多個系統(tǒng)區(qū)域后，確定了每個區(qū)域的產品部件及其屬性，基于此提出了因素模型，并將影響乘客體驗的關鍵因素進行分類，建立了因素模型指導飛機客艙座椅設計。Fiorenzo Franceschini提供了一種基于通用Yager的優(yōu)先排序算法，對客艙乘客優(yōu)先級的需求進行排序。Hanjun Park為美國的肥胖人群提出了適合他們的人體模型，為航空公司對客艙座椅設計提供了數(shù)據(jù)支撐。HuizhongZhang通過向乘坐波音737飛機的乘客分發(fā)200份問卷，最終經過數(shù)據(jù)分析以及對乘客機上睡眠行為的實驗研究，發(fā)現(xiàn)與垂直靠背相比，仰臥式靠背會導致頸部更大的旋轉和頸部肌肉的更大疲勞，并發(fā)現(xiàn)乘客身高是導致頭部和頸部疲勞的重要因素[3]。

國外學者在對于飛機座椅設計的研究中，除了對乘客的考量，第二多的就是對舒適性的研究。座椅的舒適性設計是安全設計的更高體現(xiàn)。P. Vink通過研究發(fā)現(xiàn)，乘客的舒適度與飛機座椅和腿部空間密切相關[4]。Jing Liu通過視頻軟件系統(tǒng)MVTA發(fā)現(xiàn)，乘客在機上的大部分時間內在進行的活動是睡眠和休息活動（34.3%）、使用小型電子設備占（32.7%）、閱讀占（16.1%）。針對這些姿勢，使客艙座椅舒適性設計更有針對性[5]。Shabila Anjani在關于乘客舒適度的研究中指出，客艙座椅間距和寬度是影響乘客舒適度的關鍵因素，研究還發(fā)現(xiàn)，肩膀、膝蓋、小腿和腳的舒適程度會影響乘客的整體舒適度[6]。測試、載荷也是出現(xiàn)較多的詞匯，飛機座椅在設計的過程中需滿足特定的靜態(tài)、動態(tài)載荷測試，還有不同的航空標準以及登機標準。FDNapoli開發(fā)了一種混合FE-MB模型，其模擬座椅實驗測試具有良好的精度水平[7]。

國內對于經濟艙座椅安全設計研究的文獻數(shù)量較少，主要是研究飛機座椅的結構優(yōu)化、仿真分析、抗墜撞性、阻燃性能等工程領域安全方面，對于座椅的舒適性設計也僅僅是對于座椅靠背和座椅墊等硬件設施設計優(yōu)化，如圖3所示。

徐江華基于人機工程學的設計方法，結合觀察法與壓力分布實驗，借助SPSS統(tǒng)計軟件，得出乘客在三種常見行為下產生的最舒適靜態(tài)坐姿與對應的最佳壓力值。通過對可調節(jié)座椅的設計，滿足民航飛機乘客的個性化需求[8]。在《飛機客艙設施造型安全人機設計研究》中提出，針對飛機客艙安全事故發(fā)生前的預防，通過安全人機設計滿足飛機客艙乘員與客艙設施造型之間的匹配，從而達到乘員-客艙設施-情景-文化與審美的“安全和諧”[9]。

商伶榕指出，在對民航經濟艙座椅的設計中，硬件設施方面的設計是必不可少的考慮因素，如座椅的寬度、椅背的高度、寬度等。即使經濟艙座椅的設計與人機完全匹配，乘客仍會有很多不安全、不舒適的飛行體驗感。座椅設計應注重研究人體不同行為下的姿態(tài)特征、腰椎的最佳狀態(tài)，以及不同姿態(tài)下體壓的分布、調整姿態(tài)的可能性以及頻率，還包括這些因素相互之間的影響關系[10]。

朱江蘭經過研究分析，介紹了飛機座椅安全帶狀態(tài)報警電路的設計，通過安全帶主動提示的方式去保證機上乘客的安全[11]。孟坤基于人機工程學的設計方法，采用三次樣條插值算法，對椅背中心線進行擬合，并采用曲率半徑誤差最小的方法對原始數(shù)據(jù)點進行優(yōu)化，得到優(yōu)化后的椅背中心擬合曲線，提升乘客乘坐體驗[12]。馮振安指出在民用飛機設計與工業(yè)設計交融過程中，對兒童、殘障人員這類特殊人群提出針對性的設計，以滿足這類人群的飛行安全需求[13]。設計在任何時間、任何地點空間，都不能忽視“人”這一客觀主體的差異性和非劃一性。

初建杰通過語義差異法，將主觀意向量化為可參考的數(shù)據(jù)，提出客艙座椅面料應該選用明度高和純度較低的顏色及簡單、有規(guī)則的紋樣[14]。藺越國利用MSC.Dytran有限元軟件對飛機座椅復合材料面板結構進行高速沖擊響應分析，并將分析結果與試驗結果進行比較，發(fā)現(xiàn)了一種具有較好的抗沖擊性能的復合材料板[15]。

（二）研究對象分析

通過在Web of Science收集到的相關文獻，按照時間、文獻數(shù)量和具體的研究對象分類，主要采用2016年至今的文獻，得到飛機座椅設計研究對象歸納分析表1。由歸納分析表可知，從2016年以來，經濟艙座椅設計研究主要以研究乘客的生理、心理和行為為主，對座椅的結構設計研究次之。對乘客的生理研究一直是近幾年的研究重點，隨著時間的推移，對乘客的心理、行為研究以及座椅的功能、材料、造型等研究也越來越引起人們的關注。

Gabriel H. Campos提出變形閥座設計，通過調整閥座表面曲率，分散乘客乘坐時的腰椎壓力，減少腰椎肌肉疲勞。系統(tǒng)上全面重視乘客的生理、心理以及行為的安全設計研究較少，同時對經濟艙座椅材料、色彩、造型等的設計研究也較少。國外對于乘客的生理研究僅僅體現(xiàn)在普通乘客的身體安全的設計研究，對于不同性別、不同年齡以及不同身體狀態(tài)的乘客的文獻研究相對較少，國內對于此研究也是比較匱乏。近幾年生活質量的快速提高，人們的身體尺寸也與以往有所不同。以往的經濟艙座椅設計并沒有完全考慮孕婦、兒童、老年人以及殘障人士的安全需求，以至于埋下很多安全隱患，沒有提供更好的飛行安全體驗。

國內外學者注重相對“靜態(tài)”下乘客的安全設計以及座椅的結構安全設計，對于乘客-座椅的動態(tài)和諧關系的設計研究較少。然而這種不和諧的設計研究正引發(fā)越來越多的不安全事件，如乘客在使用小桌板時，前排乘客突然傾斜座椅靠背，乘客之間比較容易產生矛盾，引發(fā)不安全事件;乘客在出入座時影響其他乘客的飛行安全體驗;乘客之間私下調換座位引發(fā)矛盾沖突等。因此，對乘客-座椅的動態(tài)和諧關系的設計研究具有十足的必要性。

（三）設計方法分析

經過對相關文獻的分析，飛機座椅的設計方法以人機工程學的設計方法為主。Jordi Porta將體形和人體的比例的變化考慮到人機工程學的設計方法中，并指出增加經濟艙座椅的腿部空間和座位寬度的必要性。Negin Ozve Aminian通過研究發(fā)現(xiàn)，目前的飛機座椅需要更符合人機工程學的設計，通過設計減少乘客的差異化安全體驗。徐江華基于人機工程學的設計方法，給出了乘客三種常見行為下的最舒適靜態(tài)坐姿和對應的最佳壓力值。孟坤基于人機工程學的基本原理，采用三次樣條插值算法，優(yōu)化了椅背中心線，提升乘客乘坐體驗。人機工程學的設計方法大多指導靜態(tài)下的經濟艙座椅設計，對于椅背曲線、座位寬度、扶手高度等具有指導作用，根據(jù)人體尺寸可以不斷優(yōu)化座椅硬件設施的設計，以滿足乘客的基本安全需求。人性化的設計方法，更加注重“以人為本”，也是經濟艙座椅設計使用較多的設計方法之一。商伶榕提出要充分考慮人性需求，在完全符合人機的情況下，乘客仍然會有不舒適的體驗感，并指出要研究人體不同的行為姿態(tài)，在靠背設計中，應考慮到人體脊椎曲線、曲面的定量關系。初建杰通過語義差異法，將主觀意向量化為可參考的數(shù)據(jù)，提出客艙座椅面料應該選用明度高和純度較低的顏色及簡單、有規(guī)則的紋樣。

目前在對于經濟艙座椅的設計方法中，從乘客角度考量的設計方法，以人機工程學的設計方法為主，人性化的設計方法、感性工學的設計理論等也有所涉及，針對座椅硬件設施的以實驗設計為主，其中主要通過有限元設計方法等機械設計方法進行模擬仿真，對座椅進行不斷的優(yōu)化設計?，F(xiàn)有的設計方法中，缺少對乘客、座椅、乘客-座椅和諧關系以及整個客艙都具有指導性的安全設計方法，應多關注不同乘客的安全需求，做好針對性的設計，確保乘客安全的飛行體驗。

三、民用大飛機經濟艙座椅安全設計

經濟艙座椅設計包含人機、形態(tài)、色彩、銘牌、標識以及字體等要素的設計，在設計的過程中受到相關航空適航標準以及登機標準的制約。文章從工業(yè)產品設計的角度，提出了經濟艙座椅安全設計的三種設計策略，即：經濟艙座椅人機安全設計、經濟艙座椅形態(tài)安全設計和經濟艙座椅色彩安全設計。人機安全設計是基礎，座椅形態(tài)、色彩安全設計則是提升乘客安全體驗感的主要方式。

（一）經濟艙座椅人機安全設計

經濟艙座椅人機安全設計主要是為了減少使用中人的差錯，發(fā)揮乘客和座椅各自的特點以提高機械產品的可靠性。人機系統(tǒng)中乘客是使用經濟艙座椅的主體，是主要方面，起著主導作用。對經濟艙座椅設計首先要考慮人的生理尺度、心理感受以及行為狀態(tài)因素，以追求乘客-座椅-客艙的協(xié)調與最佳匹配，使乘客的飛行體驗環(huán)境更加安全、舒適。同時座椅安全設計也要兼顧特殊人群的飛行乘坐安全需求，設計師不應僅僅考慮通用性設計，應關注因個體差異性而帶來的座椅安全設計問題。

在人機系統(tǒng)中，經濟艙座椅是客體，是主要的研究對象。座椅的設計應符合人的要求，應具有可操作性、易維護性和本質可靠性。可操作性就是指提高經濟艙座椅在使用過程中的穩(wěn)定性，并且快速、準確無誤地幫助乘客完成乘坐任務。

人機系統(tǒng)中，存在著一個人與機相互作用的“面”，即人機界面。座椅人機界面的安全設計，主要是座椅靠背控制器、飛機客艙娛樂設施系統(tǒng)以及桌板開關等相關設施的設計。乘客在與座椅進行人機交互時，座椅應盡可能高效率地為乘客提供所需要的安全信息。如乘客坐在座椅上感到疲勞時，座椅靠背控制器應及時準確無誤地提供向后躺的信息，便于乘客去快速調整座椅靠背，以減輕座椅帶給乘客的生理傷害。

意大利飛機座椅公司Aviointeriors的設計和工程團隊提供了一個安全設計的方案，這個方案即可以保持原有座位數(shù)量，也可以創(chuàng)造安全的客艙環(huán)境，如圖4。中間座椅背對著飛機的行駛方向，三連座的座椅中的三名乘客都由透明防護罩隔開，以避免乘客間直接接觸，在全球疫情得不到有效控制的情況下，可以提供一定的防護功能。過道座椅上的防護罩可以保護乘客免受過道的人的影響，還可以保證乘客具有一定的隱私安全，能有效減少諸多不安全的因素。過道座椅的防護罩具有可折疊和可滑動的功能，殘障人士使用該座椅時也不會有相當大的障礙，在進出座位時也更容易。防護罩的形狀可保持肘部的活動安全空間，并便于使用椅背功能，如小桌板、雜志袋。該防護罩由易于清潔的材料制成，可以更好地清潔，并且可以在不透明的材料中指定或具有不同程度的透明度，以滿足不同乘客的不同安全需求。

（二）經濟艙座椅形態(tài)安全設計

經濟艙座椅形態(tài)的安全設計主要是通過正確選擇材料、表面修飾工藝包括美學的構成法則形成與座椅功能、客艙條件等因素相適應的良好的外觀質量。

經濟艙座椅材料的選擇需要履行極為嚴苛的適航安全標準，如需要滿足防火、防煙以及防毒等特性。捷克航空最新A220飛機上的Collins Meridian座椅配備了座椅墊和頭枕墊，它們由UltraleatherPromessa AV制成，這是一種柔軟的、不含動物纖維的材料，感覺起來與皮革十分類似。

座椅表面的修飾工藝主要是指座椅自身的形態(tài)不會對乘客造成傷害，還能為乘客提供防護功能以及保護乘客的隱私安全。目前經濟艙座椅形態(tài)早已實現(xiàn)倒圓角的處理，少有外露的尖銳面，在正常情況下，乘客在使用座椅的過程中并不會因座椅自身形態(tài)而造成直接傷害。座椅形態(tài)設計還應具有一定的審美特性，滿足美學的構成法則，使乘客可以通過感官感受審美愉悅。

（三）經濟艙座椅色彩安全設計

色彩心理學將色調作為人類行為的決定因素。顏色會影響不明顯的感知，人們普遍喜歡飽和的藍色，因為它主要與大多數(shù)人認為積極的事物有關，如晴朗的天空和干凈的水，而他們往往不喜歡深黃色或棕褐色，因為它主要能讓人們聯(lián)想到不好的事物，如生物的糞便和一些腐爛的食物。

物體的顏色并不是獨立的發(fā)揮作用，所有相關物體的總價決定了人們對這種顏色的平均偏好，其中包括環(huán)境、光線、溫度、時間、文化、聲音、材料等因素的影響。經濟艙座椅色彩的安全設計主要是對頭枕、靠背以及坐墊的色彩設計，既要滿足乘客心理安全感，又要與整個客艙內飾做到和諧統(tǒng)一。東京的飛機內飾設計工作室Lift AeroDesign創(chuàng)建了Paradym World Colors，東京裝飾方案混合了現(xiàn)代大都會與城市的平靜和歷史方面的暗示。新加坡裝飾方案中引入了自然、熱帶的美，從鼠尾草到深色的森林，寧靜的綠色色調與豐富的深色木材色調相得益彰，讓乘客想起島上原生的柚木。

結語

通過對經濟艙座椅安全設計研究文獻的梳理，設計師需要真正的了解不同乘客的飛行安全需求，并對此做出針對性的安全設計。經濟艙座椅是民用客機中排布數(shù)量最多的座椅，伴隨著座椅而產生的安全問題也越來越影響乘客的飛行安全體驗。在民用航空客艙安全問題頻發(fā)的背景下，從工業(yè)產品設計的角度，提出民用大飛機經濟艙座椅的安全設計三種設計策略，即經濟艙座椅人機安全設計、經濟艙座椅形態(tài)安全設計和經濟艙座椅色彩安全設計。文章可以為設計師們在進行經濟艙座椅安全設計時提供一種思路，切實保證乘客的安全，豐富當前經濟艙座椅設計類型，最終以提升我國制造業(yè)的核心競爭力。