地铁车内扶握系统设计现状与优化研究

　　摘要：地铁车内扶握系统是利用率最高的服务设施，为了提升立席乘客的舒适性和分布均匀性，改善车内空间利用和乘客体验。对车内扶握系统进行分类，分析了横杆、立杆、吊环和扶手的现有设计形式、CMF及安装工艺，归纳了扶握系统的3个主要作用，通过建立符合中国成年人体尺寸的人机设计约束，和开展乘客对扶握系统的偏好调查。总结出车厢两侧和车门区是乘客最爱站立的位置，倚靠墙板和抓握立杆的人数多于其他4类使用方式。提出了扶握系统人机尺寸、布局方式和美学设计的优化建议，并在实际案例中进行了应用。

　　关键词：地铁列车 扶握系统 人机优化 功能布局 CMF设计

　　引言

　　地铁是城市轨道交通的重要组成，承担着城市绝大部分的公共交通运量。截至2019年，全球有75个国家开通城市轨道交通，其中有59个国家运营地铁，在地铁、轻轨和有轨电车三大制式中，地铁占550玷，中国的地铁里程占到了全世界的37.78%，排名世界第一[1]。国内新增城轨运营线路中，地铁占85.96%，从客流规模看，北京、上海、广州和深圳在世界城轨客流负荷强度中分别位居第1、3、5、7、8位[2-3]。《交通强国建设纲要》更明确地提出城市应优先发展公共交通，提高轨道交通通勤化水平…。可以说我国正处在地铁发展的黄金时期。

　　随着地铁使用需求的增加，必然带来拥挤的车内环境，地铁的车内座席不足定员的1/4[5]，绝大多数人靠车内的扶握设施保持站立姿势，在高峰时段，车内长久站立会引发人体肌肉疲劳、心率和血氧饱和度下降，带给人强烈的不适感[6]，而多项研究表明[7-9]，车内不适与车内设施设计息息相关。随着人们生活水平的提高，对出行的需求早已从功能型转向了舒适性[10]。在大运量地铁系统中，通过优化车内扶握设施来改善乘客的乘车体验将比优化座椅更具普适价值。

　　一、扶握系统构成现状及作用

　　(一)扶握系统的构成现状

　　我国的绝大部分地铁车辆的扶握系统都由横杆、立杆、吊环和扶手4类组成，横杆、立杆和扶手又统称为扶杆。

　　1.设计形式：横杆是指由紧固件直接固定在车顶型材上的扶握件，一般为长直线纵向排列，部分车型为增加扶握点位，横杆两端用弧形连接，形成一个椭圆的闭环，或者在中央门区车顶增加正圆型横杆，不同的车型横杆设计形式有细微变化，但有两项主要的特征：①安装在车顶，为乘客提供高扶握位的管具统称横杆;②横杆布置在座前区车顶、中轴线车顶和门前区车顶其中的位置。

　　立杆是连接地板和车顶的扶握件，立杆只被布置在车厢中轴线上。通常以中央门区中心线为基准，确定一根中央立杆，其余立杆按一定间隔呈“一”字排开。立杆的形式以单根式、二分式和三分式最为常见，立杆适用于所有身高的旅客。

　　吊环是安装在横杆上的辅助抓握装置，可为乘客提供少量的低扶握位，吊环的形式分为无把手和有把手两类，无把手可称作吊带。吊环造型多样，由于人体手部关节较多，构造精密，吊环是人机工程学和美学设计的重点。

　　扶手是指固定在车体侧墙的辅助扶握设施，又称侧墙版扶手，一般布置在车门或纵向座椅的两侧以及无障碍座席区。车门两侧扶手设计形式较为单一，绝大多数半嵌入门框上，座椅两侧扶手根据有无座椅侧挡板形式不同，有侧挡板时，侧挡板外包扶手，无侧挡板时扶手从座椅底板连接到车顶板上，扶手在非高峰期只作为上下车乘客的过渡，不是主要的扶握设施。

　　2.CMF及安装工艺：用色方面，扶杆通常为金属裸色，洁净感好，且易于清理，立杆和扶手的中部可外包PVC材料增加握感，PVC材料在乘客的视觉中心，一般与车内主题色调保持一致，而吊带与吊环的用色空间较大，因其视觉面积较小，可合理选用饱和度稍高的明亮色，与车内环境色形成对比，给人醒目感。

　　材料运用上，车内扶杆多为不锈钢或铝合金管，如北京地铁16号线扶杆采用06Cr19Nil0( 304)不锈钢管材，哈尔滨地铁1号线为铝合金管材。扶杆表面采用拉丝、电泳、喷砂或抛光处理，在立杆和扶手的中部扶握区进行喷砂，或用PVC材料包面。吊带则以聚碳酸酯(PC或防弹胶)为主，材料稳定性好，抗冲击能力强，不会断裂;吊环由TPU阻燃织带和工程塑料(不透明)或有机塑料(透明)组成，TPU织带具有良好的阻燃防火性和牢固性，工程塑料重量轻，成型方便，易于实现各种造型，成本低，可经常更换。国外地铁中也常见皮革的表面加工方式，但费效比高，不适合我国国情。

　　安装工艺方面，立杆底部插入管座中，管座内的安装座通过M10螺钉固定在车厢地板上，立杆顶部通过连接板固定在车体吊梁。横杆直接通过连接板安装在车体吊梁上，横杆间通过连接座拼接，M10螺钉紧固。扶手一般采用现车钻眼、攻丝、紧固的方式安装在门区、贯通道或无障碍区。吊环装置由安装座、连接件和吊環三部分组成，只安装在横杆上。

　　(二)扶握系统的作用

　　地铁车辆在运行的过程中，整体较为平稳，但在过弯、加速和制动时，由于离心力和正负加速度作用，站姿乘客人体质心会被扰乱，在一定程度上失去平衡。我国地铁的运营速度在80-120Km/h，运营速度越高失衡作用越明显。因此，为身体提供支撑，维系平衡是扶握系统的最重要作用。其次，缓解长时间站立乘客的肌肉疲劳和提升车内空间设计质量、营造不同文化主题和审美风格的车内环境也是扶握系统的主要功能。

　　1.维持平衡：纵向加速带来的身体不适主要是失衡引发的，人体在失去平衡的时候通过扶握件能快速恢复到正常状态，不同类型、高度和尺寸的扶握件提供的抓握力有显著差别。在列车紧急制动时，握住立杆和靠在靠背上都能帮助身体保持平衡，但一经失衡，立杆能帮助乘客快速恢复，靠背则不能[11]。而在车辆加速时，高抓握位的横杆抓握力最低，低于肩膀位置扶手和立杆[12]。因此整体而言，扶握系统中对人体平衡的维持能力：立杆>扶手>横杆>吊环。设计的重点是横杆和吊环高度。

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