The Study of Sitting Pressure Distribution for Subjects With Different BMI

■胡玲玲1林作新2张继雷3Hu Lingling1& Lin Zuoxin2& Zhang Jilei3

(1.2.北京林业大学材料科学与技术学院，北京 100083，3.Mississippi State University, Starkville, MS 39759 美国）

不同体型对象的座面体压分布探讨

The Study of Sitting Pressure Distribution for Subjects With Different BMI

■胡玲玲1林作新2张继雷3Hu Lingling1& Lin Zuoxin2& Zhang Jilei3

(1.2.北京林业大学材料科学与技术学院，北京 100083，3.Mississippi State University, Starkville, MS 39759 美国）

摘 要：体压分布是最常见的沙发舒适度客观衡量指标之一，但是鲜少有针对不同体型对象体压分布的研究。本文对三种体型对象（偏瘦、正常、肥胖）坐在六种不同硬度沙发座面上的臀部与座面之间的压力等级、高压力分布面积、以及压力分布均匀度进行可测量分析。结果表明：正常体型对象与座面之间的压力等级最低且高压力分布面积最小；肥胖体型对象的压力分布最为均匀。

关键词：体压分布；身体质量指数；座面硬度

中图分类号：TS664.01

文献标识码：�A

文章编号::1006-8260(2015)06-0092-04

引文格式:胡玲玲,林作新,张继雷.不同体型对象的座面体压分布探讨[J].家具与室内装饰,2015,(06):92-95.

Abstrraacctt::The pressure distribution is one of popular objective measurement methods for sitting comfort, but a few studies were found for the pressure distribution between subjects with different body mass index and sofa cushion.This study measured the sitting pressure gradients, the high-pressure areas, and the seat pressure distribution for three subjects (underweight, normal, obese) seated on six kinds of sofa cushion with different stiffness.The results show that the pressure gradient is lowest and the high-pressure area is smallest during the normal subject seated; the obese subject has the lowest SPD%.

KeyWoorrddss::Pressure Distribution; Body Mass Index; Seat Cushion Stiffness

1 前言

体压分布是最常见的沙发舒适度客观衡量指标之一，但是鲜少有针对不同体型对象的体压分布研究(Reed等人，1994；Thakurta等人，1995；Wu等人，1998；Gyi等人，1999；Hostens等人，2001)。为了更深入的了解人体和座面之间的体压分布，本文对三种不同体型对象（偏瘦、正常、肥胖）坐在六种不同硬度座面上的臀部与座面之间的压力等级、高压力分布面积、以及压力分布均匀度进行了测量分析，初步探讨了使用者体型特征和座面材料硬度对体压分布的影响。

2 实验设备和参数

本实验中使用加拿大Vista Medical 公司的FSA（Force Sensing Array）压力测试系统(图1a)，包括两个长宽尺寸为430×430mm的可交替使用的测试垫。每个测试垫由256个电阻压力传感器矩阵排列构成。每个传感器由可变形元件和感应电阻丝组成，人体对传感器施加压力时会导致电阻发生变化来连续获取和传递压力数据。标准精度测量允许±5% mmHg的浮动。FSA的软件可以提供一系列的压力分布参数，包括压力峰值、平均压力、最小压力、方差、标准偏差、变量指数、水平中心、垂直中心、感应面积等（图1b）。

本实验中主要分析的压力分布参数包括：压力峰值、平均压力、高压力分布面积和压力分布均匀度。

（1）压力峰值和平均压力：两者均可由压力分布测试软件自动获得。由于传感器滞后或其他外部因素容易导致压力峰值和平均压力处于不稳定状态，因此在本实验中选取当座面和人体之间处于相对稳定状态下的压力峰值和平均压力值。

（2）高压力分布面积：当臀部和座面之间的压力大于35.25-37.75 mmHg时，坐骨附近的毛细血管血流就会停滞，周围的软组织就会有因缺血而被破坏的风险(Reswick 和 Rogers，1976；Kosiak等人，1959；Dinsdale，1974；J.A.Sember，1994；Reenalda等人，2009)，因此在本实验中将高压力分布面积定义为≥35.25 mmHg的压力面积，并通过传感器数量可以计算出高压力分布面积。一个FSA压力分布测试垫有256个传感器，总面积为1849 cm ，即每个传感器代表的面积大概为7.22 cm 。

（3）压力分布均匀度：通过公式1可获得压力分布均匀度（SPD%，SPD：Seat Pressure Distribution），其中，n代表所有非零的传感器的数量，pi表示在第i个传感器上的压力，pm是指m个传感器的平均压力。SPD%数值越小代表压力分布越均匀，如果 SPD%为零则代表压力分布完全均匀（Seigler T.M等人，2002）。

■图1(a) FSA压力分布测试系统

■图1(b)　压力分布测试系统采集的数据

■图2　(a)压力峰值(b)平均压力

■图3　身体指数和臀部脂肪厚度

3 实验对象

如表1所示，3位实验对象分别属于不同身体质量指数范围：偏瘦、正常和肥胖（身体质量指数是目前国际上常用的衡量人体胖瘦程度以及是否健康的一个标准，即Body Mass Index，简称为BMI，BMI = 体重kg/身高m2）。实验进行之前，所有实验对象都签署了测量同意书。

4 实验座面材料

本实验选用了由美国密西西比州沙发制造企业Heritage HomeGroup，LLC.提供的6种沙发座面材料，包括三种海绵座面（海绵A、B、C）和三种海绵蛇形弹簧组合座面。沙发座面的25%压陷硬度（25%IFD，Indentation Force Deflection）代表座面的表面柔软程度，支撑因子（又称压缩因子，Support Factor=65%IFD／25%IFD）代表座面的支撑能力。如表2所示，从座面#1至座面#6，25%IFD逐渐增加，支撑因子也呈逐渐上升趋势，座面硬度分别属于中等的、硬的和超硬的三个范围，沙发市场中90%的沙发座面属于这三个范围。

5 实验程序

实验室的温度、湿度和灯光都为正常范围，人体和座椅之间的剪应力被假设为相同，此外实验对象被要求穿着没有后兜、纽扣、硬线的裤子。实验中调查对象被要求坐在每一个座面上5分钟，且坐下或起身时的动作较为缓和，坐稳后参与者应调整到自觉放松状态。

6 实验结果和分析

本文结合实验对象身体质量指数和座面硬度属性对臀部与座面之间的压力峰值、平均压力、高压力分布面积以及压力分布均匀度进行探讨。实验中FSA压力测试系统连续纪录的五分钟数据可分为三个阶段：坐下阶段、放松阶段、起身阶段，在此主要讨论放松阶段的压力分布。

（1）压力峰值和平均压力

总的来说，如图2（a）所示，除了实验对象使用座面＃1和＃2以外，当三位参与者分别使用其他四种座面时，压力峰值的趋势表现为：正常体型对象所产生的压力峰值最低，而肥胖体型对象所产生的压力峰值最高。如图2（b）所示，当三位实验对象分别使用六种座面时，平均压力的趋势表现为：肥胖体型对象所产生的平均压力最高，而偏瘦和正常体型对象所产生的平均压力较为接近。每一位实验对象分别与6种座面所产生的平均压力较为稳定。

由于座面＃1的硬度最低，当三位实验对象使用座面＃1时会发生“触底”现象。当偏瘦体型对象的臀部和座面之间发生触底现象时，由于臀部软组织厚度最小（图3），坐骨与海绵下方的木板接触产生较高的压力峰值。而肥胖体型对象的坐骨和座面之间的臀部软组织中的脂肪厚度较厚，

对压力起到了较好的缓冲作用，最终产生的压力峰值小于偏瘦体型对象所产生的压力峰值。座面＃3、4、5、6的硬度较高，避免了“触底”现象的发生。由于臀部和座面之间的压力主要来自于垂直方向的身体重力，肥胖体型对象的体重是正常体型对象的两倍，是偏瘦体型对象的3倍，所以肥胖体型对象所产生的压力峰值和平均压力均最高。虽然正常体型对象的体重大于偏瘦体型对象，但是由于偏瘦体型对象的臀部脂肪厚度较小，对臀部和座面之间的压力起不到较好的缓冲作用，同时偏瘦体型对象的臀部面积较小，因此，偏瘦体型对象所产生的压力峰值和平均压力高于正常体型对象。

如图2（a）所示，偏瘦和肥胖体型对象与座面之间的压力峰值均大于35.25mmHg，尤其是使用座面＃1和＃2时，压力峰值大于87.91mmHg。当臀部和座面之间的压力大于35.25-37.75mmHg时，坐骨附近的毛细血管血流就会停滞，当压力大于87.91mmHg时会导致皮肤细胞死亡周围的软组织就会有因缺血而被破坏的风险(Reswick 和 Rogers,1976；Kosiak 等人1959; Dinsdale,1974；J.A.Sember，1994；Reenalda等人，2009)。因此，在沙发设计中，应根据不同使用者的体型特征选择不同硬度的材料，不仅为使用者提供良好的支撑，避免“触底”现象的同时，还能防止伤害臀部软组织的压力产生。

（2）高压力分布面积分析

通常而言，臀部和座面之间的最大压力集中于坐骨下方，成年人两个坐骨之间的距离为11-11.5cm，坐骨区域大概为24.5×12.25cm (Wu 等人,1998)，本研究沿用以上坐骨区域面积的定义，将其转化为传感器的面积即FSA测试垫上42个传感器所代表的面积。如图4所示，坐骨区域的压力分布图可直观的显示大部分的高压力分布数据。

表1　实验参与者的基本信息

表2　座面试件的基本信息

表3　压力分布均匀度

■图4　坐骨区域压力分布

高压力分布面积数据表明，与偏瘦和肥胖对象相比，正常体型对象产生的高压力分布面积最小。正常体型对象只有使用座面#1时产生了14.4cm2的高压力区域，使用其他五种座面时的高压力面积都为零。当肥胖体型对象使用三种海绵座面时，其高压力分布面积范围为324.9-397.1cm2，使用三种海绵弹簧组合座面时，其高压力分布面积范围为144.4-231.1cm2。海绵和蛇形弹簧组合座面减少了肥胖体型对象坐骨区域的高压力分布面积，而对偏瘦体型对

象的影响并不明显。当偏瘦对象使用座面＃6时没有产生高压力，而在使用其他五种座面时的高压力面积范围为3-36cm2。高压力分布面积越大，导致不舒适程度越高，降低坐骨下方的压力对优化座面和人体之间的压力分布至关重要（Kamijo 等人，1982）。因此，在设计座椅时，应根据不同使用者的体型特征尽可能的降低高压力的产生，或减小高压力分布面积。

（3）压力分布均匀度分析

如表3所示，当三位实验对象分别使用六种座面中的同一座面时，压力分布均匀度的趋势表现为：实验对象的身体质量指数与压力分布均匀度指数呈反向关系，即实验对象的BMI越高，人体与座面之间的SPD%越低。肥胖对象与座面之间的SPD%值最低，偏瘦对象与座面之间的SPD%值最高，这可能是因为肥胖对象的臀部面积最大而且臀部脂肪厚度最厚，使得身体重力最为均匀的分布于座面上，因此压力分布均匀度最低，而偏瘦对象的的臀部面积最小而且臀部脂肪厚度最小，身体重力都集中在较小的臀部面积上，使得压力分布均匀度最高。

此外，当三位参与者使用海绵和蛇形弹簧组合座面时的SPD%明显低于使用海绵座面时的SPD%。这可能是因为海绵和蛇形弹簧组合座面比海绵和木板组合座面具有更好的弹性，对臀部和座面之间的压力起到了缓冲作用。SPD%数值越低，压力分布越均匀，代表舒适程度越高(Seigler T.M等人，2002；Gyouhyung 和 Nussbaum，2007)。如果只考虑压力分布均匀度这一个参考因素，三位参与者使用本实验中的六种海绵座面时，肥胖参与者使用座面6时最舒适。

7 结论

虽然压力分布是最常见的座椅舒适度客观衡量方法之一(陈玉霞和申利明，2007；胡玲玲等人，2012)，一部分学者认为压力分布与舒适和不舒适度之间关系明显密切（例如，Yun et al.1992，Thakurta et al.1995，Vergara 和 Page 2000)，但是另一部分学者认为关系并不明显（例如，Kamijo et al.1982，Tewari 和 Prasad 2000），这是因为人体和座面之间的压力分布的影响因素众多。本文对三种不同体型对象（偏瘦、正常、肥胖）坐在六种沙发座面上的臀部与座面之间的压力等级、高压力分布面积、以及压力分布均匀度进行了测量分析。结果表明：正常体型对象与座面之间的压力等级最低且高压力分布面积最小；肥胖体型对象的压力分布最为均匀；海绵蛇形弹簧组合座面比海绵木板组合座面与使用者臀部之间的压力分布更均匀且高压力分布面积更小。此外，由于实验对象数量有限，本文仅对体型和座面硬度对压力分布的影响进行了趋势分析，并未进行统计学分析，希望在以后的研究中能够进行更加系统的研究，为不同体型使用者设计舒适的座椅提供理论基础。

（责任编辑：贺 辉）

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