摘  要：为研究办公椅使用者的坐姿因素与体型因素对办公椅靠背体压分布以及舒适度的影响，通过体压分布试验采集偏瘦、正常与偏胖3种体型受试者在后仰、直立2种坐姿条件下的体压分布数据，并通过数据处理提取其特征，即平均压力、最大压力、压力面积、平均压力梯度、最大压力梯度以及压力指数6项指标，并结合主观评价进行分析。结果显示使用者的坐姿与体型是影响靠背压力分布的重要因素，舒适性主观评价结果与体压分布指标之间存在显著相关性，可以得出结论：其他条件相同情况下，后仰坐姿下人的体压分布更加合理，舒适性感受显著高于直立坐姿，且偏胖的人群往往会比偏瘦的人群获得更高的舒适性，因此办公椅的选用与设计需要考虑使用者的体型以及坐姿因素带来的影响。 

关键词：办公椅; 体压分布; 舒适性；坐姿;体型

现代办公环境下，长时间持续坐姿引发的疲劳以及下背部病痛问题已成为社会关注的热点。相比站姿，坐姿迫使腰椎承受更多的负荷，随着时间的推移可能会导致腰背部慢性疾病的个体差产生。近年来有关办公健康的研究层出不穷，李恒、莫玲玲、陈琦等对办公椅健康与舒适性进行了研究，为健康办公椅的设计提供了参考。吕盈等通过体压分布测试与主观评价结合的方式探究了腰靠的舒适性差异，获得了符合日常需求的办公椅腰靠参数设计范围，并进一步探讨腰靠的优化设计。人体工程学以及生物医学领域对人脊柱形态以及肌肉活动展开了一系列研究，这些研究表明坐姿变量会影响生理状况、主观舒适评分和生产效率。许继峰等探讨了静态坐姿对现代办公椅尺度的限定及人体动态行为对现代办公椅功能性的界定，提出了符合现代办公实际需要的设计新思路和新方法。晁垚等对办公椅使用者的体型与坐姿因素对座面体压分布以及舒适度的影响进行了试验研究，揭示了体型与坐姿是影响坐面压力分布与舒适度的重要因素，并建立了一种用于办公椅舒适度测定的预测模型。刘伟松等综合客观与主观分析得出异对座面舒适性有明显影响的结论，并提出了可满足个体差异的座面设计方案。针对坐姿与体型对体压分布影响的研究已有研究先例，但针对办公椅靠背的不同体型受试者在不同坐姿下的体压分布差异情况尚未有深入研究。本文主要分析体型与坐姿对于办公椅靠背体压分布的影响以及其中的规律，为办公椅靠背设计提供理论依据。

 1、对象与方法 

1.1 试验装置与试验对象

本试验采用美国Tactilus 公司的压力分布系统（ Pressure Distribution System）采集受试者背部体压分布信息。试验选用的3 类试验办公椅如图1 所示，从左至右依次编号为一号、二号、三号试验椅。其中一号、二号试验椅为整体式靠背，三号试验椅为独立腰靠的分体式靠背。

试验选取受试者23 名，身体健康，无骨骼与肌肉系统病史，试验前无剧烈运动，情绪稳定。

图1  一号、二号、三号试验椅

Fig. 1  Pictures of test chairs 1，2 and 3

1.2 试验流程

已有研究表明，办公环境中常见的3种坐姿姿势为前倾坐姿、直立坐姿以及后仰坐姿。本研究主要研究与靠背较为相关的2种坐姿即直立与后仰。a）受试者清楚试验目的，熟悉试验流程，填写个人信息；b）受试者试坐办公椅并根据每个人情况调节座椅参数，包括座面高度、扶手高度、办公桌高度、头枕高度等；c）向受试者说明规定坐姿即直立坐姿、后仰坐姿；d）受试者以规定坐姿坐在办公椅上，臀部完全坐满办公椅座面，适应1 min 后开始测量体压数据，待稳定后开始录制5 s，共200 帧后自动暂停；e）请受试者填写主观评价表。将2 种坐姿与3 类试验椅组合进行上述步骤，记录不同组受试者的试验结果。

 2、结果与分析 

将测得的数据保存后，利用Matlab 软件计算体压指标包括平均压力PM_mean、最大压力PM_max、平均压力梯度PM_Grd_mean、最大压力梯度PM_Grd_max、压力指数PI。

2.1 坐姿对体压分布特征的影响

将23 名受试者分别使用3 类试验椅并在直立、后仰2 种不同坐姿下的体压数据（共138 个样本量）导入SPSS软件中进行单因素方差分析，结果如表1所示。

表1  两种不同坐姿的靠背体压指标方差分析

Table 1  Analysis of variance of back-rest pressure index for two different sitting positions

从表中看出，在两种坐姿下，平均压力、压力面积两项指标存在极其显著的差异，压力指数指标存在显著差异，而最大压力、平均压力梯度和最大压力梯度3 项指标在统计学意义上不存在显著差异性。坐姿靠背的平均压力反映背部受力的大小；压力面积可以直观地看出人体背部对靠背的作用力面积，反映靠背的设计与背部是否具有良好的贴合性；而压力指数则反映了靠背支撑力对人体的作用强度。

为更直观地看出不同坐姿下体压分布指标的特点，将体压分布各项指标数据求取平均值并按照两种坐姿绘制成柱状图进行对比，如图2所示。从柱状图可以看出，直立坐姿下平均压力、最大压力、平均压力梯度、最大压力梯度以及压力指数均大于后仰坐姿；相反，直立坐姿下的压力面积小于后仰坐姿。在直立坐姿下，背部与靠背间的接触仅限于腰部，而后仰坐姿下背部各处都与办公椅接触，压力面积会比直立坐姿下的大，平均压力也会减小。后仰坐姿下重力分布发生变化，分散在办公椅各部分，在压力梯度以及压力指数的波动上可以得到体现。总体来看，后仰坐姿的平均压力、最大压力、最大压力梯度以及压力指数均较小，受压面积较大，说明后仰坐姿下身体压力得到了较好的分散，相对健康；相反，在直立坐姿下的各项数据显示人体所承受的压力较为集中且数值较大，长久下去人体较易受到损伤。

图2  各项指标均值在两种坐姿下的对比

Fig. 2  The ison of the mean in two sitting positions

2.2 体型对体压分布特征的影响

以身体质量指数（Body Mass Index，BMI）为分类依据，将受试者分为偏瘦7人、正常9人以及偏胖7人。选取背部受力面积较大的后仰坐姿数据为例，对上述三组不同体型的受试者的体压数据指标用SPSS软件进行单因素方差分析，结果如表2所示。

表2  3种不同体型的靠背体压指标方差分析

Table 2  Analysis of variance of dorsal rest pressure indicators for three different body types

从分析所得数据来看，三种不同体型受试者的靠背平均压力存在着显著差异性，但其他5 项指标在统计学意义上并没有显著差异。这说明平均压力受到体型因素的影响非常明显，而其他几项受到体型因素的影响相对来说并不明显。

为了进一步探讨不同体型的受试者体压分布数据的特征，在前面分析结果的基础上，再通过SPSS 软件对体型（BMI）与6 项体压指标数据进行相关性分析，结果如表3所示。

表3  靠背各项体压指标与体型相关性分析

Table 3  Correlation analysis of the body pressure index and body type

分析结果显示，受试者体型与平均压力在0.01级别（双尾）存在极显著的负相关性，与最大压力和压力指数在0.01 级别（双尾）存在着显著负相关性，而其他体压指标数据并没有明显的相关性。这说明，随着受试者身体质量指数（BMI）的增加，背部作用于靠背的平均压力、最大压力和压力指数反而减小。

为进一步探究不同体型人群的体压指标的特点，将受试者的体压分布各项指标数据求取平均值并按照三种不同体型绘制成柱状图，如图3所示。

图3  各项指标均值在3 种体型下的对比

Fig. 3  The ison of the mean between the three body types

通过柱状图可以看出除压力面积外，其他5 项指标均值均为偏瘦体型大于正常体型大于偏胖体型，而压力面积均值为偏胖体型大于正常体型大于偏瘦体型。这说明同一把椅子，用于偏胖体型的人群体压分布会与偏瘦体型有所不同，理论上更小的压力、压力梯度、压力指数和更大的压力面积带来更高的舒适性；相反，偏瘦体型的人群更容易感到疲劳与不适。这可能是因为偏胖的人脂肪较多，起到了缓冲压力的作用，也增加了与椅背的接触面积。

2.3 体压分布指标对主观舒适性的影响

为探究体压分布各项指标数据与受试者主观舒适性之间的联系，在试验中设置了主观评价环节，请受试者在体验后进行主观评价。主观评价分为贴合度、柔软度以及舒适度3 项，将整体主观评价数据导入SPSS 软件中进行相关性分析，结果整理如表4所示。

表4  三项主观评分相关性分析

Table 4  Three subjective scoring correlation analysis

从相关性分析结果可以看出，贴合度、柔软度、舒适度3 项评分之间在0.01 级别（双尾）存在极显著相关性，因此在下面的分析中，将仅采用舒适性评分代表主观评价。

将主观舒适度评分与各项客观体压分布指标进行处理，剔除部分无效数据后导入SPSS软件中进行相关性分析，将分析结果如表5所示。

表5  主客观数据相关性分析结果

Table 5  Results of the subjective and objective data correlation analysis

从表中数据可以看出，舒适性评分均与平均压力、最大压力、平均压力梯度和最大压力梯度在0.01 级别（双尾）存在极显著负相关性，与压力指数在0.05 级别（双尾）存在显著相关性。即这5 项指标较大的情况下，受试者的主观舒适性评分将会相对偏低。

总的来说，除压力面积之外，其余体压分布指标均与主观评价之间存在显著相关性，这可能是因为压力面积受到每位受试者的个体差异影响较大，虽然试验时尽力控制坐姿等，但仍无法避免误差的存在。当平均压力、最大压力、平均压力梯度、最大压力梯度以及压力指数等指标增大，受试者的背部受到的压强增加，且压力没有得到有效分散导致压力分布不均，肌肉与血管组织等受到压迫，高压力区域增加，受试者舒适性感受也随之降低。

对3 种体型受试者在后仰、直立2 种坐姿下的办公椅靠背压力分布特征以及体压分布特征与主观舒适性的关系进行分析，可以发现体型与坐姿均对办公椅靠背压力分布指标产生显著影响，而主观舒适性总体上又与体压分布指标存在显著相关性，即体型与坐姿是影响受试者舒适性的重要因素。

此外，试验选择的3 把试验椅存在着一定的差异，加之受试者的数量并不多，各种体型样本不够充足，可能会对试验结果产生一定的影响。3 把试验椅均为网布材质，因此本研究结果存在一定局限性。由于男性与女性生理结构与心理上的差异，性别因素可能也会对坐面压力分布特征以及受试者的舒适感产生影响，并且还可能与人体穴位压力存在一定联系。但是限于篇幅，本文暂不对性别等其他因素进行展开讨论。

 3、结  论 

（1）受试者的坐姿对于办公椅靠背压力面积这一指标影响非常显著；两种不同坐姿下平均压力、平均压力梯度这2 项体压分布指标存在较为显著的差异性，其余体压指标也存在一定的差异，但并不明显。总体来说，直立坐姿下的压力面积明显小于后仰坐姿，其余指标均大于后仰坐姿。

（2）偏瘦、正常与偏胖3 种体型受试者之间的体压指标存在明显规律，压力面积表现为偏胖体型＞正常体型＞偏瘦体型，平均压力、最大压力、平均压力梯度、最大压力梯度以及压力指数均表现为偏瘦体型＞正常体型＞偏胖体型。

（3）受试者的主观舒适性与客观的体压分布指标之间总体上存在着显著的相关性，除压力面积外，其余5 项指标均与主观舒适性之间存在显著负相关性，这说明体压分布指标可以作为评估舒适性的有效指标之一。

综上所述，可以得出其他条件相同情况下，后仰坐姿下人的舒适性感受明显高于直立坐姿，且偏胖的人群往往会比偏瘦的人群获得更高的舒适性。该结论可为不同人群办公椅的挑选与设计提供参考，也为体压分布在舒适性检测与评估方面的研究提供理论依据。

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