中国标准化研究院基础标准化研究所承担的国家重点研发计划课题“中国成年人人体建模及应用关键技术标准研究”(课题编号2017YFF0206602)，基于我国最新的成年人人体工效学参数数据，研制了面向中国成年人二维人体模板标准、三维标准人体头部模型、足部模型标准，以及力学损伤测试用试验假人共性基础技术标准。2022年3月24日，该课题顺利完成了课题绩效评价。

　　本课题的部分研究成果如下：

　　1.实现了一套人体头部（头面部、耳鼻部、全头）及足部的分型划分系统，建立了系列化的头部和足部的标准模型，制定了国家标准《成年人三维头部模型》和《成年人三维足部模型》，可为我国成年人头面部可穿戴产品和足部产品的适体性设计提供标准支撑。

　　基于我国最大规模三维人体头部/足部测量数据库和三维人体分型与建模技术，采用三维模型重采样和模板匹配的方法对头部/足部三维点云进行模型预处理和规格化，建立不同模型点云之间的对应关系。在三维人体头部/足部模型和尺寸的基础上，利用主成分分析法对三维头部/足部模型进行分型及重建，并以中国成年人三维头面部和足部尺寸分布特点为依据，建立了系列化的头部和足部三维标准模型。

　　在以上研究的基础上，研制了国家标准《成年人三维头部模型》和《成年人三维足部模型》。传统的一维和二维数据仅能表现人体长度、宽度、围度等特征，而头面部和足部的曲线和曲面信息非常丰富，且头面部和足部对舒适性、稳定性非常敏感，基于一维或二维数据进行产品进行优化的难度较大，这不仅将影响到产品佩戴的舒适性，有可能还会带来安全隐患。《成年人三维头部模型》和《成年人三维足部模型》全面考虑了头部/足部的形状信息和曲面信息，通过特征周线对头面部、耳鼻部、全头等三类头部模型以及男性、女性的足部模型的三维特征进行描述，实现对头模和足模的三维重构。可用于头盔、安全帽等头戴式产品，眼镜、焊接护目镜等眼面部佩戴产品，口罩、防毒面具等口鼻佩戴产品以及鞋楦、鞋垫、足部穿戴装置等产品的设计、校验、展示和成型，提升产品穿戴的舒适性。

　　2.基于全国成年人人体尺寸测量调查结果，在研究分析的基础上获得中国成年人二维模板设计用人体参数，构建了基于主流CAE 软件的车辆用中国人体征坐姿二维模板，作为整车驾驶室总体布置校核用工具，修订了《人体模板设计和使用要求》国家标准。

　　二维人体模板是基于不同百分位的人体测量数据制作而成的物理仿真模型，用于工作空间及产品的设计和校核，能够起到将人体尺寸广泛应用于设计生产第一线的桥梁作用。本课题将中国人体尺寸数据进行分析整理，合理归并，设计组合出4个等级二维模板设计用人体关节参数和体型参数数据。基于汽车行业的具体需求，采用运动捕捉系统等实验方法，对不同百分位身高的人群在舒适驾乘状态下关节角度和驾乘姿势进行研究，通过数据统计、分布检验、模型建立，生成了基于主流CAE 软件的包含不同性别、不同年龄段和百分位数的52个中国人体征坐姿人体模板，可作为整车正向研发设计前期进行驾驶室布置校核的工具，进行碰撞安全、内部空间校核、边界尺寸设定、视野等校核，提升驾乘舒适性、方便性以及行车安全性。

　　基于以上研究，修订《人体模板设计和使用要求》国家标准。该标准将男子P5百分位身高与女子P50百分位身高重叠，将男子P50百分位身高与女子P95百分位身高相重叠，简化模板设计生产的规格种类，便于在生产实际中应用。除了小身材女子身高等级的模板参照女子的体型特点，其他的三个身高等级基本以男子身材来确定，对于最大肩宽、臀围这种存在较明显性别差异的项目，将男女分列，便于使用时参考。该标准中二维人体模板人体准确地绘制出了当前我国成年人的形体特征，可为工作空间、生活空间、操控系统、车辆内部空间等产品与系统的工效学设计和校核提供支撑。

　　3.建立了人体基础形态测量项与工业设计及工作空间设计所需测量项之间的回归模型，制定了《工作空间人体尺寸》（并入《中国成年人人体尺寸》）等国家标准，解决工业设计中对人体形态数据实用性的需求。

　　在工作和生活中，人体体态涵盖了卧姿、爬姿、蹲姿、跪姿等多种体态。在设计和开发与实际应用中的工作空间时，需要对不同体态下的人体参数进行设置，以满足人体的安全性和舒适性的需求。同时，在实际应用人体数据和人体模型时，也需要充分考虑目标人群穿衣、穿鞋等因素，引入适当的功能修正值，才能确保产品的设计满足方便、舒适的目标。本课题结合行业需求，采集人体在卧姿、爬姿、蹲姿、跪姿等工作空间设计用10种特殊体态共27个测量项的人体尺寸特征参数，建立了工作空间设计用功能尺寸数据和基础尺寸测量项目之间的相关性模型；采集各类工作着装下的人体功能尺寸数据，给出标准姿态和工作特定姿态下的功能尺寸着装修正量。

　　基于以上研究，制定了《工作空间人体尺寸》（并入《中国成年人人体尺寸》）等国家标准。研究成果可为工作空间、生活空间、操控系统、车辆内部空间等产品与系统的工效学设计和校核提供支撑。

　　4.研制了《力学学损伤测评用中国假人设计原则和标定方法》国家标准，从假人整体和零部件总成层面给出了假人静态物理参数的正向设计原则和方法，规定了假人各部位的典型生物力学标定测试方法，明确了适用工况、测试对象、安装要求、加载特性、测量参数及评价指标，为开展假人各部位标定测试提供了全面的方法和依据。

　　该标准从身体结构仿生性层面提出了假人结构设计应遵循的基本原则，包括假人形态特征设计、假人零部件总成结构设计、运动特征设计和力学损伤性能设计共4个层面对假人坐姿尺寸、零部件总成划分、零部件总成质量、零部件总成质心位置、零部件总成转动惯量、关节活动范围等静态物理参数的设计方法和技术要求进行规定，给出了假人各部位的典型生物力学标定测试方法，明确了适用工况、测试对象、安装要求、加载特性、测量参数及评价指标，为汽车、军工、航空航天、轨道交通等领域各种复杂应用工况开发专用力学损伤测试假人提供正向设计理论方法指导，解决目前我国假人开发主要以逆向手段对现有国外假人结构进行复制或模仿，缺乏有效正向设计开发理论基础的问题。

　　文章作者：冉令华|中国标准化研究院基础标准化研究所

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