人因工程课程设计四人间本科生公寓房的人机学设计讲解.docx

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人因工程课程设计四人间本科生公寓房的人机学设计讲解

四人间本科生公寓房的人机学设计

课程名称：

人机工程学调研与设计

成员：

所属院系：

管理学院工业工程系

指导教师：

职称：

副教授

1、引言

大学是培养优秀人才的地方，大学校园较之初高中要更加自由、更加开放，环境更加优美，而大学的宿舍大多采用四人间宿舍，宿舍的设计合理与否是为莘莘学子提供良好学习环境的重要保证，宿舍作为大学生的“窝”，在一天24小时中，大部分同学有超过12小时是在宿舍度过的，所以对宿舍各种硬件设施的人机设计是否合理的研究很有必要。

2、设计思路

2.1设计目的

通过课程设计来加深同学对《人因工程学》的认识，激发学生学习主动性，培养团队合作意识。

2.2设计题目

四人间本科生公寓房的人机学设计

2.3说明

我们学习了《人因工程学》这门课程，对人—机—环境系统有了一定的了解，为了加深对这门课程的了解与学习，同时也为了使宿舍的硬件设施更加符合人、机、环境三者的相互关系，更加注重人的因素，我们进行了这次调研，由于东西苑宿舍硬件配置不同，以及男女生需求不同，本文中我们只对天津工业大学西苑女生宿舍进行调查与分析。

2.4现状

关于本科生公寓房的设计大多以成本为第一考虑要素，没有充分考虑人的因素，很多硬件设施还不够完善。

2.5调研

通过调查问卷来收集我校西苑女生对宿舍看法，通过实际测量收集宿舍设施尺寸及位置等，统计数据，提出不足之处并加以及改进。

3、数据的收集

本次数据收集主要采用问卷调查与实际测量相结合的方式。

3.1问卷调查

此次调查问卷的发放对象为天津工业大学西苑女生宿舍楼（3、4、5号宿舍楼）的学生，主要是调查学生对其所住宿舍的总体满意程度和对其不满意部分的统计及局部改进措施，本次问卷共发放100份，收回100份，有效问卷99份，有效率为99%。

利用SPSS软件环境对问卷进行处理，得到统计分析结果（见附录）。

3.2实际测量

实际测量地点为天津工业大学西苑四号楼1区115宿舍，测量工具为直尺、三角尺等。

主要测量宿舍主体空间尺寸、组合式床铺的主要尺寸以及所要改进或添置的阳台、风扇等尺寸及位置。

测量结果如表1所示。

表1数据测量表

单位：

cm

项目

尺寸

宿舍

长

660

宽

330

高

300

门

宽

90

高

205

窗

长

187

高

160

晾衣绳

两绳间距离

29.5

走道（两对床间）

宽

150

梯子（两临床间）

宽

50

衣柜

长

50

深

59

高

上层

28

中层

104

下层

31

床

长

195

宽

90

高（距屋顶）

120

书桌

长

103

宽

60

高

距床底

105

距地面

76

书架

高

下层

38

中层

30

上层

31

椅子

高

椅子总高

69.5

椅面高

41.5

长

短面长

33

长面长

38

由于数据过多，且较繁琐，实际测量出来的数据在人机系统分析部分再具体说明。

4、四人间公寓人机系统分析

4.1宿舍整体格局人机系统分析

宿舍主体卧室空间长为660cm、宽为330cm、高为300cm；主体空间可以划分为四部分：

即东西两面的床区、南面的晾衣区、最近床距门45cm和150cm的过道。

东西两面各有两张组合床，每张组合床长195cm，宽90cm，床面距屋顶高120cm，距地面高105cm，两相连床距离50cm，最近床距窗户170cm。

桌面长103cm，宽60cm，桌面距床底距离105cm，距地面高76cm。

宿舍总体格局俯视图大体如图1所示。

图1宿舍总体格局俯视图

4.1.1晾衣绳问题分析

（1）两根晒衣绳之间距离

同学们经常会有这样的经验，在宿舍晒衣服的时候由于两根晒衣绳之间的距离太小，衣服晒的稍显拥挤，直接导致衣服晒干速度慢、深浅衣服难以隔开导致染上颜色等烦恼。

通过测量，得到宿舍内晒衣绳之间距离约为29.5cm，而根据《中国成年人人体尺寸（GB10000-88）》查得中国成年女性肩宽平均值为35.1cm，衣服最外层肩宽应略大于这一尺寸，所以为防止晒衣时两排衣服过于拥挤，两晒衣绳应至少为36.0cm。

（2）晒衣绳高度设计

除了晒衣绳之间距离的问题，还有一个常见的烦恼就是晒衣绳离地板距离过高，晾晒衣物只能通过叉棍，而晾晒冬日较重的衣物时仅依靠叉棍不方便，有时候甚至会伤到手腕。

对于这一问题我们做了调查（如问卷第14题所示），结果显示有超过2/3的同学表示希望晒衣绳设计为可调的。

对此，我们采用了一种可调式的晾衣杆，即用钢丝绳吊住晾杆，晾衣服时通过手摇的方法把晾杆降低，晾好衣服后再把晾杆升高，取代以前用叉棍叉衣服的方法，如图2所示。

图2改进后晾衣杆

4.1.2宿舍风扇问题分析

我校本科生宿舍夏日降温设施都是风扇，风扇位于四张床正中间，按理说这个位置是合理的位置，但是由于宿舍配置的风扇较小，作用范围小，在下面还可以吹到，在床上就完全吹不到了。

对此我们根据调查问卷（第4题）提出了两种解决措施：

（1）安装空调

问卷显示有近70%的同学希望宿舍内安装空调，这无疑是一个直接有效的解决措施，但这一措施必然会导致宿舍费的增加，对照第2题，大部分同学更倾向于较低的宿舍费价位，故安装空调这一措施有待商榷。

（2）增加风扇数量并合理排布

另有近20%的同学表示可以接受增加风扇数量并合理排布这一措施，可见这一措施还是有一定的可行性的。

对于这一措施，我们的具体想法是：

在宿舍安装两个摇头风扇，分别布置在四张床的两端，两张床共用一个风扇，如图所示。

使用可以调节风扇头俯仰角的风扇，这样就可以实现在床上床下都可以吹到风扇，且此措施费用较低，易于实现。

如图3（b）所示。

（a）改进前

（b）改进后

图3风扇改进前后实拍图

4.1.3宿舍隔音效果问题分析

声音在我们的生活和工作中起着非常重要的作用，很多信息的传递都要通过声音。

但是，有些声音却影响人们的学习、工作、休息甚至危及人们的健康。

凡是使人烦恼、讨厌、不愉快、不需要的声音都是噪声。

我们在宿舍学习或是学习时，经常会受到走过走廊或是邻近宿舍声音的影响，特别是午睡时间，外界的声音尤为明显，这反映出我们学校宿舍的隔音效果之差，不能满足大家对起居环境的要求。

一般来说，噪声控制有三个途径：

防止噪声产生；阻断噪声传播；放置噪声进入人耳。

（1）防止噪声产生。

这一途径主要依靠的是学生自己的个人素质，具体落实方法就是加强宿舍管理，张贴一些提示性标识。

（2）阻断噪声传播。

采用吸声、隔声、消声等措施。

a.吸声：

在天花板和墙壁表面装饰吸声材料、制成吸声结构，或在空间悬挂吸声体、设置吸声屏，将部分声能吸收掉，使反射声能减弱。

经吸声处理的房间，可降噪声7~15dB。

b.隔声：

把噪声源隔绝起来以控制噪声，在墙壁装上隔音棉或隔音板。

c.消声：

在通道上安装消声器来降低噪声，解决各种噪音干扰。

（3）防止噪声进入人耳。

防止噪声入耳主要依靠的是同学自身的防护措施，如自备防噪声耳塞等。

4.1.4宿舍缺少装置改进措施

（1）添置阳台

阳台是人民呼吸新鲜空气、接受光照、体育锻炼、种植花卉、观赏景色、纳凉、洗晒衣服的场所，但是在我们学校西苑的宿舍都没有阳台。

根据调查结果显示，大部门同学都希望宿舍设有阳台，原因是把衣服晾在宿舍里面不方便，且容易使宿舍积水、潮湿；衣服也不容易干，会使衣服发霉；被子也没有地方晒等。

所以根据同学们的需求（问卷第17题），我们在宿舍设置阳台的方案如下：

a.宿舍的外窗窗台不应低于0.90m，当低于0.90m时应采取安全防护措施。

b.宿舍居室外窗不宜采用玻璃幕墙。

c.开向公共走道的窗扇，其底面距本层地面的高度不宜低于2m。

当低于2m时不应妨碍交通，并避免视线干扰。

d.居室的门宜有安全防范措施，严寒和寒冷地区居室的门宜具有保温性能。

e.宿舍宜设阳台，阳台进深不宜小于1.20m。

各居室之间或居室与公共部分之间毗连的阳台应设分室隔板。

f.顶部阳台应设雨罩，高层和多层宿舍建筑的阳台、雨罩均应做有组织排水，雨罩应做防水，阳台宜做防水。

g.低层、多层宿舍阳台栏杆净高不应低于1.05m；中高层、高层宿舍阳台栏杆净高不应低于1.10m。

这样一来，人们可以把扫把和一些空瓶子都放在阳台外面，使得宿舍里面能使用的空间变大；衣服也可以晾在阳台外，宿舍也不会潮湿，心情也跟着好，有利于健康。

（2）添置独立卫生间

从问卷调查（第16、17题）的结果可见，同学们对在宿舍设置独立卫生间的愿望很强烈，增加阳台后可在阳台一侧设置独立卫生间，取缔或减少宿舍公用卫生间的数量。

考虑到空间问题，卫生间长度设计为与阳台宽度相同，为1.50m，宽度设计为1.00m，如图4所示。

（3）添置脸盆架、暖水壶架等公用设施

现在由于宿舍里面的洗脸盆和暖水壶等没有一个统一放置的地点，每个人都放在自己的桌子旁边，使得可以活动的空间变小，水壶更易打破；洗脸盆也为了接晾衣服滴下的水，排成一排，会使宿舍看起来比较乱。

为了改变这一现状，我们所作出的改善是：

添置脸盆架、暖水壶等公用设施（公共台），可以在靠近阳台的墙旁添置，那样可以使宿舍看着更加整齐，个人活动空间也会加大，用起来也比较方便。

如图4所示。

图4添置室内设施后的宿舍格局俯视图

4.1.5屋顶与床之间高度问题分析

测量得知床离屋顶的距离为1.2m，在床上的时候不经意的起身就会导致碰到头。

通过问卷调查（第9题）可得知，将近60%的同学表示床面离屋顶太近，易碰到头，说明这一分析属实。

根据学生宿舍设计规范得知配置高架床的宿舍净层高应不少于3.4m，而通过测量得知我们的宿舍净层高不超过2.96m。

所以对于这一问题，可以通过增加宿舍层高解决。

我们将净层高设计为3.5m，这样在高架床高度不变的情况下，床与屋顶之间的距离就变为1.75m，可以满足大部分女生直立在床上，比较合理。

4.2组合式床铺人机系统分析

组合床铺的主视图如图5所示。

图5组合式床铺主视图原图

4.2.1床的问题分析

（1）床尺寸分析

根据GB1000—1998给出的人体主要尺寸，按照第95百分位数可得女性身高为1659mm；根据人体水平尺寸，按照第95百分位数可得女性胸宽、肩宽、最大肩宽分别为299mm、377mm、438mm，考虑功能修正量后可得床的最佳尺寸为长200cm宽120cm。

根据实际测量，本校女生宿舍床的尺寸为长195cm宽为90cm，长度上大体满足需求，宽度上在调查中发现近一半的同学会感觉到床太窄施展空间不够，针对此现象，宿舍床的宽度需要改进。

由于显示因素（如费用，空间等）所限，综合分析后确定改进后的床的长度不变，宽度改为100cm，如图6（b）所示。

（2）床的稳定性

大学宿舍床通常由钢制床架和床板所组成，床的侧面有扶梯，上铺有护栏，美观，耐用，节省空间；但是宿舍床一般是铁制品，其缺点就是螺丝衔接易松动，结构不稳定，易生锈，导致人在床上动作时会发出咯吱的响声，使人产生厌烦的情绪，影响休息和日常活动。

问卷（第9题）调查结果证实了这一问题。

床架采用优质碳钢制作结构稳固，铁件部分焊接用二氧化碳保护焊、钢管表面经过除油、除锈、磷化、静电喷塑、高温固化而成，这样床架不易变形、承压力好、稳定性高。

（3）床上储物柜

由于床与墙壁之间不可避免间隙问题，会使常用的放在床上的小物件（如手机）从空隙掉落，如果床上安置一个储物柜，这样的问题就可以得到完美解决。

不仅如此，在床上阅读书籍后也不用担心书笔的放置问题。

储物柜设置于改进后的衣柜上方（衣柜改进见4.2.4

（1）），长20cm，宽度与床宽相同，高度35cm同时起护栏作用。

另外，为防止床上用品阻碍储物柜柜门的开关，我们设计的储物柜柜门朝上开。

俯视图如图6所示，主视图如图10所示。

图6床改进前后的俯视图

（4）蚊帐挂钩与开口朝向问题

通过实际调查，发现蚊帐挂钩间距与蚊帐长度明显不一致，且只有两端有挂钩，蚊帐顶端出现明显的弧度，床头端蚊帐挂杆不稳定、易滑落。

并且发现蚊帐开口方向与上下床方向不符，由此造成上下床异常繁琐，甚至容易被绊倒。

所以对于蚊帐挂钩，应统一位置尺寸，且在中间也设置挂钩。

而对于蚊帐则应该讲开口方向设置在床尾靠近扶梯的侧面，方便进出。

另外，个别宿舍床上部分墙壁有块凸起，占用空间且易导致磕碰。

宿舍的设计应注意这一问题。

4.2.2桌面工作采光问题分析

表2照明与视觉疲劳

照度/lx

10

100

1000

最初及最后5min眨眼次数/次

35-60

35-46

36-39

最后5min眨眼次数增加百分数

71.5

31.4

8.3

由表2可知，照明对工作的影响，尤其表现在照明不好的情况下，人会很快的疲劳，工作效率低、效果差。

照明不好，由于反复辨认，造成视觉疲劳。

改善照明条件不仅可以减少视觉疲劳，而且也会提高工作效率。

因为提高照度值可以提高识别速度和主体视觉，从而提高工作效率和准确度。

宿舍的桌面是学生生活和学习最常用的设施。

因此，桌面照度必须引起深度重视。

现行状况下，宿舍桌面照度不够是非常严重的问题，由于桌面旁的三层书架遮挡住了大部分光源，造成了桌面比其他地方还要暗的情况。

针对这种情况，我们可以采取局部照明的措施。

为避免光源在右方时常用右手操作造成的阴影问题，决定在桌面的左上方安置一个照明灯，使局部照度接近于较理想的照度2000lx，开关设置在现有插座旁，具体如图7所示。

这样不仅解决了工作面照度问题，提高了学习效率，而且对于“晚上因为作息时间不一致，灯管太亮而影响睡眠”（第11题）的问题也得以解决。

图7添加桌面局部照明灯

4.2.3桌下容膝空间问题分析

由于宿舍空间有限，家具的配置十分短缺，往往一物多用，电脑桌搁置电脑，同时也是书架、隔物台、自习桌。

物品的分布显得太乱。

并且由于需要摆放电脑就会造成书桌无法进行自习等内容。

在坐姿工作台的设计过程中，还有考虑作业者在作业时腿脚都能有方便的姿势，因此，在工作台下部就要有足够的空间。

下表给出了坐姿工作时的最小和最佳的容膝空间尺寸，并给出了所测出的宿舍的数据与评价。

表3容膝空间尺寸

单位：

mm

尺寸部位

最小尺寸

最大尺寸

桌面下测量尺寸

评价

容膝孔宽度

510

1000

750

符合

容膝孔高度

640

680

415

符合

容膝孔深度

460

660

610

符合

由表3可看出，书桌不存在明显的问题，各项指标符合人因工程学的各项指标，非常适宜人体使用，使用时十分舒服。

4.2.4衣柜的问题分析

从调查问卷（第6题）可以看出有80%的人表示储物空间小，40%的人认为空间分配不合理，应从这两方面入手设计衣柜。

（1）储物空间小的问题

组合床整体高度不方便改动，故增加衣柜储物空间应从增加衣柜宽度入手。

测量得到现有衣柜宽度为50cm，将宽度增加至70cm，同时正好为添加床头储物柜提供条件（床头储物柜的设计见4.2.1（3）），如图9，图10所示。

（2）空间分配不合理的问题

现有组合床的衣柜（如图8）分为两个部分，上面为衣橱，这部分又分为两部分，下部主要用于悬挂衣物。

大多数女生都会有这样的经验，有一部分不方便挂起来的衣服，经常会堆放在悬挂衣物的下端，看起来很不整洁，且不易翻找。

图8衣柜内部格局实拍图

在改进时候采取在衣橱下面那部分采用上部分依然为挂衣设计，下部分添加一个隔板，增加一个30cm高的空间，即将挂衣橱由原来的100cm缩短为74cm，如图9所示。

这样，一些不方便挂起来的衣服，可以很方便放置，整体看来会显得很整洁。

图9衣柜改进前后主视图

图10组合式床铺主视图改进图

另外，衣柜的柜门并未加以利用，如图11，我们可以在红圈圈住的位置增加两三个挂钩，可以用来挂包、皮带、围巾等物。

图11衣柜柜门实拍图

另外，添加储物柜后组合床的整体尺寸增加了。

然而，从我们测量的数据可知，宿舍添加阳台后室内可利用空间略有增加，所以就算增加了组合床尺寸，也无需增加宿舍室内尺寸，具体效果如图12所示。

图12改进后的宿舍格局俯视图

4.2.5椅子的问题分析

椅子的各项数据：

椅子面的高度41.5cm，椅子的短面长33cm,长面长38cm，椅子整体的长度为,69.5cm。

坐姿基本尺寸：

表4坐姿人体尺寸

单位：

mm

测量项目

百分位数

女（18-55岁）

1

5

10

50

90

95

99

坐高

789

809

819

855

891

901

920

坐姿颈椎点高

563

579

587

617

648

657

675

坐姿眼高

678

695

704

739

773

783

803

坐姿肩高

504

518

526

556

585

594

609

坐姿肘高

201

215

223

251

277

284

299

坐姿大腿厚

107

113

117

130

146

151

160

坐姿膝高

410

424

431

458

485

493

507

小腿加足高

331

342

350

382

399

405

417

坐深

388

401

408

433

461

469

485

臂膝距

481

495

502

529

561

570

587

坐姿下肢长

826

851

865

912

960

597

1005

图13坐姿人体基本尺寸图

根据测量数据可以得出寝室的椅子基本符合人体设计，但是却不具备调节功能，无法满足部分同学需求。

根据调查结果显示，大部门同学更愿意倾向于有靠背靠头，且具备转动的功能的椅子。

图14宿舍椅子的实拍图

现在我们宿舍的椅子为铁管模板结构，椅面的材料为合成木材（如图14），经常容易开裂。

椅子腿的材料是金属铁，外表镀上一层漆，时间长了，易掉漆，暴露在外的铁易锈蚀。

椅面是一整块木板，虽然椅面有凹进去的部分，但坐在上面时间久了，会觉得酸累无比。

根据人机工程学凹凸的硬质，此椅无腰部支托，椅背和椅子的面板之间间距太大，角度过小，是该类椅子长时间使用导致不适的主要原因。

座椅的选择和设置：

使用靠背可以调节，并且在身体的各种不同的姿势下都能够提供良好支撑的椅子。

人体姿势与腰椎形状的关系:

1）人的背后仰和放松时，椎间盘内压力最小。

2）靠背倾角越大，肌肉负荷越小。

3）5cm厚的短靠腰（靠住腰部，也叫地靠腰），与平面的靠背相比，可降低椎间盘压力，减轻肌肉负荷。

4）靠背最佳倾角（与水平面夹角）为120°，坐面最佳角度（与水平面夹角）为14°，靠背应力5cm厚的地靠背支撑着身体上部分的重量，从而减小了椎间盘内压力。

宿舍学生用椅人机工程学设计设计方案说明:

根据人体姿势与腰椎形状的关系确定学生座椅的具体人机设计要素：

学生电脑椅使用时人身体前倾，凹缘支撑住腰部，而放松休息时，人体后靠，靠背又保持了脊柱的自然“S”形曲线。

因此应具有高靠背垫腰凹缘。

具体如下：

1）学生电脑椅采用高靠背垫腰凹缘，高度调节范围为38-53cm，座面与背靠倾角可调范围105°~115°，推荐110°。

2）椅脚应设计5个，平分在直径为40~45cm的圆周上，可防止座椅滑动和翻倒。

座椅采用小脚轮，给人留有足够的活动空间。

保证腿的活动空间，以减轻腿的疲劳。

3）坐面为40~45cm宽，38~42cm长，坐面中部稍微下凹，前缘呈弧曲面，坐面后倾4°~6°。

4）坐面的材料采用透气而且不打滑的毛料，以增加坐面的舒服感。

设计出的宿舍学生用椅如图15所示。

图15设计出的宿舍学生用椅示意图

4.3浴室和洗漱台人机系统分析

4.3.1浴室喷头的问题分析

现今西苑女生宿舍楼内的浴室没有单间，只有三个房间，一个是更衣室，另两个是淋浴室，淋浴室里有几十个喷头，大家在洗澡的时候彼此之间距离很小，且没有自己的空间。

据我们调查结果显示，很多同学认为我们学校浴室的设计不够合理，应该设在各个宿舍内部，避免很多人共用一个浴室。

在《人因工程学》中，人际交往心理距离各距离标准如下表：

表5人际交往心理距离

单位：

mm

接触类型

心理距离

亲密距离

≤450

个人距离

450~1200

社交距离

1200~3500

公共距离

3500~9000

由此可看出我校浴室的喷头间的距离属于个人距离，应该在450~1200mm间，我校浴室喷头间的距离为1120mm，虽已达到此要求但是从个人心理空间上来看，没有考虑到人的因素，当人的心理空间要求受到限制时，会产生不愉快的消极反应或回避反应。

对于这一问题，我们的改进设计是：

给每个喷头加上隔板，改造成单间样式的浴室，这样既满足了个人心理空间要求，同时人的隐私也得到最大程度上的保密，避免有的同学因不能适应大家一块洗澡而自己打水在宿舍洗的情况发生。

4.3.2洗漱台水龙头的问题分析

水房洗漱台水龙头间的距离为34cm，当多人一块使用时，就会显得很拥挤，施展不开，且有的水龙头出水又急又细，不方便使用，造成资源浪费。

对于这一问题，应增大水龙头之间的距离，将水龙头间的距离改为50cm，符合个人距离的要求；改用质量更好的水龙头，避免有的水龙头因出水问题而被弃用的情况发生，充分利用资源。

5、总结与评价

通过本次对天津工业大学西苑女生宿舍楼进行的人机分析与改良设计，能够更加熟练的运用人机工程学的知识来解决生活中的实际问题。

而本次对宿舍的阳台、风扇、隔音效果、床、蚊帐杆、书桌、柜子以及浴室、水房等各种硬件设施的人机分析及改善设计方案的提出，让我们对宿舍生活舒适有了更高的期待，也同时表达了同学们对于建设良好宿舍环境的美好愿望。

6、参考文献

[1]郭伏，钱省三主编.人因工程学[Z].北京：

机械工业出版社，2006.

[2]郑午等编著.人因工程设计[M].化学工业出版社，2006.

[3]GB10000-88中国成年人人体尺寸，北京：

国家技术监督局，1988.

[4]常全忠等主编.生理学[Z].上海：

第二军医大学出版社，2005.

[5]郭争鸣，冯志强主编.生理学[Z].北京：

人民卫生出版社，2005.

[6]刘惠玲主编.环境噪声控制[Z].哈尔滨;哈尔滨工业大学出版社，2002.

7、附录

问题

选项

频率

结论与分析

1、你对你现在所住的宿舍，总体来说满意吗？

非常满意

14.1%

将近85%的人表示满意，可以认为总体满意

满意

68.7%

不太满意

15.2%

不满意

2%

2、你希望住哪个价位的宿舍？

800

28.3%

一半以上人认为现有价格偏高，研究应控制价格

1000

47.5%

1200

23.2%

>1200

1%

3、你希望住几人间的宿舍？

单人间

6.1%

大多数人满意四人间的现状，不用考虑人数改进

2人

23.2%

4人

58.6%

6人

12.1%

4、你觉得宿舍夏日降温措施应该如何改进？

保持现状

8.1%

70%的同学希望安装空调，应予以考虑

增加风扇数量并合理排布

18.2%

换成大点的风扇

4%

安装空调

69.7%

5、你比较喜欢什么类型的椅子？

现在的就挺好