何奕德，孫有朝，劉永兵，郭媛媛，劉宇婕，郭菲

(1.南京航空航天大學(xué) 民航學(xué)院，南京 211106；2.航空工業(yè)成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司 試飛站，成都 610092；3.航空工業(yè)成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，成都 610092)

1 引言

在行政事務(wù)和商務(wù)活動(dòng)中用作交通工具的飛機(jī)被稱為公務(wù)機(jī)。與民用飛機(jī)不同的是，公務(wù)機(jī)具有省時(shí)、高效、安全、隱私性強(qiáng)、彰顯尊貴等特點(diǎn)。公務(wù)機(jī)客艙設(shè)計(jì)更需要充分考慮公務(wù)需求，在保證公務(wù)機(jī)客艙安全的前提下，舒適的視覺、操縱(可達(dá)性措施)、微環(huán)境有助于提升乘客的飛行體驗(yàn)和機(jī)組的工作效率。

公務(wù)機(jī)乘客舒適性可被定義為乘客在客艙環(huán)境中效率高、感到滿意的狀態(tài)。這種狀態(tài)由多種影響因素組成的動(dòng)態(tài)平衡，這些因素包括空間尺寸、熱環(huán)境、座椅結(jié)構(gòu)、對(duì)光的敏感程度，對(duì)失重狀態(tài)的承受程度等。

關(guān)于公務(wù)機(jī)客艙環(huán)境工效設(shè)計(jì)，較多學(xué)者在總體布置、顯示裝置、控制器件、視覺舒適等方面進(jìn)行了大量研究。郭菲等建立了公務(wù)機(jī)客艙空間尺寸的人機(jī)工效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則[1]；馬智[2]提出了一種快速的飛機(jī)駕駛艙人機(jī)工效(視覺、操縱)綜合設(shè)計(jì)方法；王洪瑤[3]針對(duì)飛機(jī)駕駛艙人機(jī)界面做人因工程學(xué)的分析。潘玲玲等[4]研究了視覺舒適性對(duì)光照環(huán)境的關(guān)系；衛(wèi)旭駿等[5]基于眼動(dòng)分析研究了不同光環(huán)境對(duì)司機(jī)專注度的影響；陸星羽等[6]分析了民機(jī)客艙環(huán)境下照明燈照射角度、光源物理量對(duì)于不同行為的光環(huán)境舒適度；陸瀚等[7]建立了公務(wù)機(jī)客艙座椅舒適性、坐姿可達(dá)性綜合評(píng)價(jià)模型；林家泉等[8]研究了飛機(jī)客艙內(nèi)人體熱舒適性，建立了具有溫度調(diào)節(jié)能力的簡化人體模型；許松林等[9]分析了影響民用支線飛機(jī)客艙空間舒適性的主要因素；孔云志[10]從生物力學(xué)角度評(píng)價(jià)了飛機(jī)駕駛艙坐姿舒適性；王黎靜等[11]分析了飛機(jī)電子化駕駛艙中的部分控制器的可達(dá)性。

基于我國公務(wù)機(jī)市場(chǎng)需求和研制定位，盡管公務(wù)機(jī)座位設(shè)置<19座，但其起飛重量>8620kg，適用于歐洲、美國和我國適航規(guī)章25部中原則性和定性的人機(jī)工效學(xué)相關(guān)要求[12-14]。本文在充分遵守相關(guān)適航條款指令的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步從設(shè)計(jì)和符合性方法角度，結(jié)合當(dāng)前主流典型民用飛機(jī)和公務(wù)機(jī)的客艙內(nèi)飾等關(guān)于視覺、可達(dá)性、舒適性工效的相關(guān)成果，給出提高公務(wù)機(jī)乘客舒適度的視覺(光環(huán)境、大小、色彩、材質(zhì)、造型)、操縱(站立、坐姿、控制面板)和微環(huán)境(通風(fēng)、增壓)方面的工效設(shè)計(jì)，為公務(wù)機(jī)客艙工效設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持。

2 客艙工效制定過程分析依據(jù)

歐洲航空安全局、美國聯(lián)邦航空管理局、中國民航局在25部適航規(guī)章中分別提出了相關(guān)的功能要求。

2.1 應(yīng)急照明相關(guān)規(guī)章差異分析

CS/FAR/CCAR 25.812[12-14]對(duì)獨(dú)立于主照明系統(tǒng)的應(yīng)急照明系統(tǒng)作出規(guī)定，包括應(yīng)急出口標(biāo)示和位置標(biāo)示、客艙一般照明光源、機(jī)內(nèi)應(yīng)急出口區(qū)域的光源、地板附近應(yīng)急撤離通道標(biāo)記、機(jī)外應(yīng)急照明等。

在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)下，主過道、橫向走道、客艙走道和應(yīng)急出口的應(yīng)急照明能夠滿足應(yīng)急撤離需求，但是未考慮熱煙氣飄浮充滿客艙、遮蔽燈光、影響乘客安全的情況。

當(dāng)客艙走道1.2米以上的光源完全被遮蔽時(shí)，應(yīng)急撤離標(biāo)記應(yīng)使乘客在黑夜下能夠目視識(shí)別客艙走道的應(yīng)急撤離通道、僅參照標(biāo)記便能迅速識(shí)別應(yīng)急撤離通道出口。

2.2 可達(dá)性措施相關(guān)規(guī)章差異分析

CS/FAR/CCAR 25.611[12-14]對(duì)可達(dá)性措施提出了4項(xiàng)要求：(1)進(jìn)行必需的元件/系統(tǒng)檢查、更換、調(diào)整和潤滑，保證持續(xù)適航；(2)檢查方法對(duì)于檢查間隔切實(shí)可行；(3)如果無損檢查有效并在維護(hù)手冊(cè)中有檢查程序，則對(duì)無法目視檢查的結(jié)構(gòu)元件進(jìn)行無損檢查；(4)電氣線路互聯(lián)系統(tǒng)應(yīng)位置相近，方便進(jìn)行持續(xù)適航所需的檢查更換。

2.3 通風(fēng)與增壓相關(guān)規(guī)章差異分析

CS/FAR/CCAR 25.831對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)舒適性提出了要求：

為保證飛機(jī)具有對(duì)人體無害的艙內(nèi)環(huán)境條件(溫度和濕度)，旅客能夠呼吸到足夠的新鮮空氣，而不會(huì)受到一氧化碳和二氧化碳等氣體的污染，在駕駛艙發(fā)生煙霧的情況下，防止飛行員窒息或失去判斷艙外情況的能力而制定本條款。通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)該能提供足量的未污染空氣，通常情況下至少向每乘員提供250g/min新鮮空氣；一氧化碳在空氣中濃度不超過1/20000；二氧化碳濃度不超過0.5%體積含量(海平面當(dāng)量)[12-14]。

CS/FAR/CCAR 25.841對(duì)增壓客艙舒適性提出了要求：

為確保在最大審定高度發(fā)生導(dǎo)致減壓的故障后，機(jī)組會(huì)保持警惕并使飛機(jī)安全飛行和著陸，保護(hù)艙內(nèi)旅客不受缺氧影響。即使一些旅客沒有得到補(bǔ)氧，仍然不會(huì)受到永久生理(大腦)傷害而制定本條款。

正常運(yùn)行條件下，在最大使用高度上保持客艙壓力高度不能超過2438米；超過18 m(60SLft)的變化，變化速率應(yīng)該限制在152SLm/min(500SLft/min)減壓(增加高度)，91SLm/min(300SLft/min)增壓(降低高度)[12-14]。

3 舒適性工效設(shè)計(jì)方法

基于上述適航規(guī)章要求，在綜合考慮其他軍標(biāo)、國標(biāo)的基礎(chǔ)上，形成公務(wù)機(jī)客艙顯示器、舷窗、照明、站姿/坐姿/控制面板、微環(huán)境舒適性等設(shè)計(jì)效果。

3.1 視覺舒適性工效設(shè)計(jì)

公務(wù)機(jī)視覺設(shè)計(jì)應(yīng)相互協(xié)調(diào)，使客艙整體風(fēng)格統(tǒng)一，并可以根據(jù)客戶需求進(jìn)行定制。例如醫(yī)療急救適宜用白色，因?yàn)榘咨谝曈X心理上的暗示是沉靜，有利于病人的休養(yǎng)；休閑娛樂區(qū)域一般不宜以顯亮的顏色為主，一般應(yīng)以中性色為主，給人以和諧、溫情的感覺。商務(wù)、會(huì)議用途一般以奢華、簡單大方為基調(diào)，應(yīng)以冷色調(diào)，簡單線條為主，并用少量明亮暖色加以調(diào)和。綜合乘客一般視覺特性，建立公務(wù)機(jī)乘客視覺設(shè)計(jì)時(shí)需考慮的要素如表1所示。

表1 公務(wù)艙視覺設(shè)計(jì)要素

3.2 操縱舒適性工效設(shè)計(jì)

考慮MIL-STD-1472G和GJB/Z 131-2002[15-16]，對(duì)站姿、坐姿、工作臺(tái)面、設(shè)施設(shè)備形成可達(dá)性措施要求：

(1)站姿、坐姿

側(cè)面工作區(qū)應(yīng)當(dāng)≥76 cm寬，40 cm深；桌面和寫字板應(yīng)當(dāng)離地面74～79 cm；在工作面下提供膝和腳的空間，尺寸≥64 cm高，51 cm寬，46 cm深。如果有固定的或可操縱的擱腳板，相應(yīng)增加高度；對(duì)于在頂端需要水平視野的操縱臺(tái)，關(guān)鍵的可視報(bào)警顯示器應(yīng)安裝在座面上方≥57 cm處。

應(yīng)為身體部分提供足夠的支撐框架。桌椅的空間尺寸，需既滿足乘客的正常通行，又保證桌面處于乘客的可達(dá)范圍。座椅應(yīng)不降低使用者在警覺、認(rèn)知、強(qiáng)度或靈巧方面的能力，不造成損傷或疼痛。各類裝置安裝高度如表2所示。

表2 裝置安裝高度

(2)工作臺(tái)面

如安裝操縱桿等控制器，工作臺(tái)面應(yīng)高于地面1020～1070 mm；如不安裝，應(yīng)高于地面915±15 mm。水平工作臺(tái)面和控制儀表板組裝時(shí)，應(yīng)保證有足夠工作空間(最小深度250 mm)，并可以接觸控制儀表板(最大深度400 mm)，如圖1所示，其中，C、J：身體通過深度；D：站立用空間；E：容足空間；F：天花板高度；G、H：上肢可及最大深度；I：行走空間寬度。

圖1 站姿工作空間尺寸

(3)設(shè)備設(shè)施

1)與顯示器最佳距離為635 mm；短期觀察顯示器的距離應(yīng)≥400 mm。

2)控制器經(jīng)常使用的，安裝在離正常位置半徑≤400 mm內(nèi)；偶爾使用的，安裝在凹槽內(nèi)，離正常位置半徑≤500 mm內(nèi)，減少擾動(dòng)及防止誤操作；不常使用的，安裝在側(cè)面，離正常位置半徑≤700 mm內(nèi)，防止意外觸動(dòng)；操作者應(yīng)在任何角度均能觀察到控制器，以便檢查其狀態(tài)。

3)盥洗室應(yīng)裝有嵌入式掛衣鉤，高度應(yīng)在乘客處于站姿位置時(shí)手臂可達(dá)到范圍內(nèi)，一般為1600～1800 mm；盥洗室門打開時(shí)，不應(yīng)阻擋乘客在過道中通行；梳妝臺(tái)面高度按照男子立位肘高，設(shè)為820 mm～920 mm，盡可能選取中間范圍；梳妝臺(tái)臺(tái)面寬度在400～500 mm，向內(nèi)深度為300～400 mm；馬桶座蓋表面離地面高度為430～480 mm；盥洗室扶手的有效長度一般為200 mm，扶手內(nèi)緣距板面40～50 mm。

4)廚房廢物箱安裝最小尺寸應(yīng)能使直徑110 mm，長305 mm的香檳瓶自由通過導(dǎo)向板進(jìn)入廢物箱；廚房框架結(jié)構(gòu)應(yīng)該由部件和各裝配件構(gòu)成，并能通過飛機(jī)登機(jī)門。

3.3 微環(huán)境舒適性工效設(shè)計(jì)

考慮MIL-STD-1472G和GJB/Z 131-2002[15-17]，對(duì)溫濕度、空氣質(zhì)量、振動(dòng)/噪聲、壓力、心理形成了舒適性要求：

(1)溫濕度

客艙溫度以16-18℃為宜。不同工作狀態(tài)、場(chǎng)所的舒適溫度如表3所示。

表3 舒適溫度(℃)標(biāo)準(zhǔn)

氣濕以空氣的相對(duì)濕度表示，以45%-60%為宜。相對(duì)濕度<30%時(shí)人感到口干，>80%時(shí)人皮膚感到不適。哮喘病人對(duì)于濕度的感覺比常人靈敏，他們?cè)谙鄬?duì)濕度<30%或>60%時(shí)有強(qiáng)烈的不適。夏/冬季舒適氣流及溫濕度如表4所示。

表4 夏/冬季舒適氣流及溫濕度

(2)空氣質(zhì)量

空氣質(zhì)量最直接的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是氧含量和有害氣體濃度。成年人在安靜條件下，每分鐘由外界攝入的氧量約為0.25L(STPD)，同時(shí)排出的二氧化碳量約為0.201L(STPD)。供氣進(jìn)入客艙前加裝臭氧變換器可使其轉(zhuǎn)化為O2。為防止有害氣體濃度持續(xù)升高，應(yīng)有新風(fēng)不斷送入客艙。正常情況下，每人每小時(shí)需要0.7～0.9 kg，或3 m3左右的新風(fēng)。

(3)振動(dòng)/噪聲

健康、合適、舒適、知覺的振動(dòng)范圍為0.5-80 Hz；在客艙空間中距聲源1.5 m范圍外，若需保持通話或者交流的聲音強(qiáng)度應(yīng)≤75 dB；在操作空間范圍內(nèi)，距聲源1.5 m范圍外，若需保持通話或者交流的聲音強(qiáng)度應(yīng)≤65 dB；在較小空間內(nèi)，若需保持通話或者交流的聲音強(qiáng)度應(yīng)≤45 dB；在需要安靜的環(huán)境中，聲音強(qiáng)度應(yīng)≤35 dB。

(4)壓力

客艙壓力過低將直接導(dǎo)致氧氣濃度低，引發(fā)缺氧；同時(shí)由于人體含有氣體的空腔，體內(nèi)的氣體壓強(qiáng)和外界壓強(qiáng)不平衡，引起身體不適，例如高空胃脹氣，耳膜受壓。人體的無癥狀客艙高度為0到1.5 km。從3 km開始，血氧濃度約90%屬于不明顯缺氧，呼吸系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)已開始出現(xiàn)代償反應(yīng)。飛行客艙高度不能過小，應(yīng)保持一定的余壓值。壓力降低速度應(yīng)≤21.3～42.7Pa/s；壓力增加速度應(yīng)≤18～21.3 Pa/s。

(5)座椅空間

當(dāng)陌生人間的距離<450 mm時(shí)，人的私密性就會(huì)受到挑戰(zhàn)，舒適性降低。確定座椅空間尺寸時(shí)應(yīng)考慮人的心理可接受距離。

4 討論

以某型公務(wù)機(jī)為對(duì)象，針對(duì)某型公務(wù)機(jī)客艙進(jìn)行人機(jī)工效評(píng)估，分析客艙顯示器、舷窗、盥洗室/廚房/客艙/衣帽間/行李艙照明、應(yīng)急照明、廚房容足空間、儲(chǔ)物箱高度、工作臺(tái)面距壁板距離、對(duì)座座椅靠背距離、沙發(fā)長度、壁板厚度、座椅旁控制按鈕間距。

盥洗室具備頂部照明、采用自然光優(yōu)化照明，廚房具備頂部照明和光帶照明，客艙光帶照明布置合理，衣帽間、行李艙具備專用照明燈，應(yīng)急出口具備標(biāo)記、位置標(biāo)示和區(qū)域照明。根據(jù)公務(wù)機(jī)客艙視覺、操縱、微環(huán)境舒適性工效要求，形成4項(xiàng)工效評(píng)估建議，包括：

(1)客艙顯示器處于客艙座椅旁的壁板上，在視界范圍內(nèi)。但高度過矮，當(dāng)對(duì)座座椅上坐滿乘客時(shí)，影響顯示器可視性；舷窗高度可適當(dāng)調(diào)高，以便乘客使用舷窗觀察外部。

(2)單個(gè)頂燈易形成光柱和局部暗區(qū)，應(yīng)增加多個(gè)頂燈進(jìn)行重點(diǎn)照明；應(yīng)在乘客座位上方偏前位置安裝閱讀燈，避免人體遮擋產(chǎn)生的陰影，或位于其他乘客視野而產(chǎn)生眩光；衣帽間和行李艙專用照明燈產(chǎn)生的熱量應(yīng)不損壞儲(chǔ)藏的物品和衣物；應(yīng)在過道兩側(cè)均勻設(shè)置走道燈，指示乘客快速撤離。

(3)應(yīng)適當(dāng)增大博古架工作面與后方障礙物的距離、增加廚房吊柜高度、縮短對(duì)座座椅距離、增加壁板厚度、增大沙發(fā)長度；同時(shí)調(diào)整廚房工作臺(tái)深度，方便機(jī)組操縱。

(4)座椅旁控制按鈕距座面距離符合設(shè)計(jì)準(zhǔn)則中的要求；座椅旁控制器處于5%女性及95%男性的可達(dá)性范圍內(nèi)，但不在自然伸展區(qū)，處于需活動(dòng)上肢才可到達(dá)的區(qū)域，可適當(dāng)進(jìn)行微調(diào)，增加操縱舒適性。

針對(duì)案例中的4項(xiàng)評(píng)估結(jié)果，結(jié)合公務(wù)機(jī)客艙乘客舒適性需求，基于本文建立的公務(wù)機(jī)乘客視覺、操縱、微環(huán)境舒適性的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，建議參照如下工效優(yōu)化：

(1)應(yīng)在滿足強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)等的條件下調(diào)整舷窗高度，滿足乘客觀賞風(fēng)景的需求；選擇小尺寸顯示器，避免顯示器下方乘客有不適感或者存在顯示器被遮擋等情況，滿足乘客視覺舒適性要求；

(2)綜合考慮照度、對(duì)比度等因素，應(yīng)增加盥洗、梳妝臺(tái)等功能區(qū)重點(diǎn)照明，避免造成視覺不適和功能不便。

(3)在整體符合設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，應(yīng)適當(dāng)增大容足空間，提高站姿、坐姿、控制面板操縱舒適性。

(4)嚴(yán)格參照溫濕度、空氣質(zhì)量、振動(dòng)/噪聲、壓力、座椅空間的舒適性要求，保證公務(wù)機(jī)客艙微環(huán)境舒適性。

5 總結(jié)

本文提出的公務(wù)機(jī)客艙人眼視野、色彩搭配、照明亮度、材質(zhì)選擇、錯(cuò)視空間、站姿/坐姿/控制面板、控制按鈕、微環(huán)境等舒適性相關(guān)要求，可為公務(wù)機(jī)客艙人機(jī)工效設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持。針對(duì)客艙顯示器位置、舷窗高度、盥洗室采光、廚房光帶設(shè)計(jì)、客艙個(gè)性化照明、衣帽間行李艙功能性照明、應(yīng)急出口導(dǎo)向照明、站立、坐姿、控制面板、控制按鈕，提出了具體的工效設(shè)計(jì)評(píng)估建議，有效保證了公務(wù)機(jī)客艙視覺效果、操縱便捷、乘坐舒適和市場(chǎng)競(jìng)爭力。