地鐵車內扶握系統設計現狀與優化研究

　　摘要：地鐵車內扶握系統是利用率最高的服務設施，為了提升立席乘客的舒適性和分布均勻性，改善車內空間利用和乘客體驗。對車內扶握系統進行分類，分析了橫桿、立桿、吊環和扶手的現有設計形式、CMF及安裝工藝，歸納了扶握系統的3個主要作用，通過建立符合中國成年人體尺寸的人機設計約束，和開展乘客對扶握系統的偏好調查。總結出車廂兩側和車門區是乘客最愛站立的位置，倚靠墻板和抓握立桿的人數多于其他4類使用方式。提出了扶握系統人機尺寸、布局方式和美學設計的優化建議，并在實際案例中進行了應用。

　　關鍵詞：地鐵列車 扶握系統 人機優化 功能布局 CMF設計

　　引言

　　地鐵是城市軌道交通的重要組成，承擔著城市絕大部分的公共交通運量。截至2019年，全球有75個國家開通城市軌道交通，其中有59個國家運營地鐵，在地鐵、輕軌和有軌電車三大制式中，地鐵占550玷，中國的地鐵里程占到了全世界的37.78%，排名世界第一[1]。國內新增城軌運營線路中，地鐵占85.96%，從客流規模看，北京、上海、廣州和深圳在世界城軌客流負荷強度中分別位居第1、3、5、7、8位[2-3]。《交通強國建設綱要》更明確地提出城市應優先發展公共交通，提高軌道交通通勤化水平…。可以說我國正處在地鐵發展的黃金時期。

　　隨著地鐵使用需求的增加，必然帶來擁擠的車內環境，地鐵的車內座席不足定員的1/4[5]，絕大多數人靠車內的扶握設施保持站立姿勢，在高峰時段，車內長久站立會引發人體肌肉疲勞、心率和血氧飽和度下降，帶給人強烈的不適感[6]，而多項研究表明[7-9]，車內不適與車內設施設計息息相關。隨著人們生活水平的提高，對出行的需求早已從功能型轉向了舒適性[10]。在大運量地鐵系統中，通過優化車內扶握設施來改善乘客的乘車體驗將比優化座椅更具普適價值。

　　一、扶握系統構成現狀及作用

　　(一)扶握系統的構成現狀

　　我國的絕大部分地鐵車輛的扶握系統都由橫桿、立桿、吊環和扶手4類組成，橫桿、立桿和扶手又統稱為扶桿。

　　1.設計形式：橫桿是指由緊固件直接固定在車頂型材上的扶握件，一般為長直線縱向排列，部分車型為增加扶握點位，橫桿兩端用弧形連接，形成一個橢圓的閉環，或者在中央門區車頂增加正圓型橫桿，不同的車型橫桿設計形式有細微變化，但有兩項主要的特征：①安裝在車頂，為乘客提供高扶握位的管具統稱橫桿;②橫桿布置在座前區車頂、中軸線車頂和門前區車頂其中的位置。

　　立桿是連接地板和車頂的扶握件，立桿只被布置在車廂中軸線上。通常以中央門區中心線為基準，確定一根中央立桿，其余立桿按一定間隔呈“一”字排開。立桿的形式以單根式、二分式和三分式最為常見，立桿適用于所有身高的旅客。

　　吊環是安裝在橫桿上的輔助抓握裝置，可為乘客提供少量的低扶握位，吊環的形式分為無把手和有把手兩類，無把手可稱作吊帶。吊環造型多樣，由于人體手部關節較多，構造精密，吊環是人機工程學和美學設計的重點。

　　扶手是指固定在車體側墻的輔助扶握設施，又稱側墻版扶手，一般布置在車門或縱向座椅的兩側以及無障礙座席區。車門兩側扶手設計形式較為單一，絕大多數半嵌入門框上，座椅兩側扶手根據有無座椅側擋板形式不同，有側擋板時，側擋板外包扶手，無側擋板時扶手從座椅底板連接到車頂板上，扶手在非高峰期只作為上下車乘客的過渡，不是主要的扶握設施。

　　2.CMF及安裝工藝：用色方面，扶桿通常為金屬裸色，潔凈感好，且易于清理，立桿和扶手的中部可外包PVC材料增加握感，PVC材料在乘客的視覺中心，一般與車內主題色調保持一致，而吊帶與吊環的用色空間較大，因其視覺面積較小，可合理選用飽和度稍高的明亮色，與車內環境色形成對比，給人醒目感。

　　材料運用上，車內扶桿多為不銹鋼或鋁合金管，如北京地鐵16號線扶桿采用06Cr19Nil0( 304)不銹鋼管材，哈爾濱地鐵1號線為鋁合金管材。扶桿表面采用拉絲、電泳、噴砂或拋光處理，在立桿和扶手的中部扶握區進行噴砂，或用PVC材料包面。吊帶則以聚碳酸酯(PC或防彈膠)為主，材料穩定性好，抗沖擊能力強，不會斷裂;吊環由TPU阻燃織帶和工程塑料(不透明)或有機塑料(透明)組成，TPU織帶具有良好的阻燃防火性和牢固性，工程塑料重量輕，成型方便，易于實現各種造型，成本低，可經常更換。國外地鐵中也常見皮革的表面加工方式，但費效比高，不適合我國國情。

　　安裝工藝方面，立桿底部插入管座中，管座內的安裝座通過M10螺釘固定在車廂地板上，立桿頂部通過連接板固定在車體吊梁。橫桿直接通過連接板安裝在車體吊梁上，橫桿間通過連接座拼接，M10螺釘緊固。扶手一般采用現車鉆眼、攻絲、緊固的方式安裝在門區、貫通道或無障礙區。吊環裝置由安裝座、連接件和吊環三部分組成，只安裝在橫桿上。

　　(二)扶握系統的作用

　　地鐵車輛在運行的過程中，整體較為平穩，但在過彎、加速和制動時，由于離心力和正負加速度作用，站姿乘客人體質心會被擾亂，在一定程度上失去平衡。我國地鐵的運營速度在80-120Km/h，運營速度越高失衡作用越明顯。因此，為身體提供支撐，維系平衡是扶握系統的最重要作用。其次，緩解長時間站立乘客的肌肉疲勞和提升車內空間設計質量、營造不同文化主題和審美風格的車內環境也是扶握系統的主要功能。

　　1.維持平衡：縱向加速帶來的身體不適主要是失衡引發的，人體在失去平衡的時候通過扶握件能快速恢復到正常狀態，不同類型、高度和尺寸的扶握件提供的抓握力有顯著差別。在列車緊急制動時，握住立桿和靠在靠背上都能幫助身體保持平衡，但一經失衡，立桿能幫助乘客快速恢復，靠背則不能[11]。而在車輛加速時，高抓握位的橫桿抓握力最低，低于肩膀位置扶手和立桿[12]。因此整體而言，扶握系統中對人體平衡的維持能力：立桿>扶手>橫桿>吊環。設計的重點是橫桿和吊環高度。

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