個性化鞋墊設(shè)計研究

楊九瑞

（北京服裝學院，北京 100029）

隨著時代的發(fā)展和人們物質(zhì)生活水平的提高，運動鞋的適用范圍得到了廣泛拓展。除了運動和鍛煉外，運動鞋和人們的日常生活活動，如休閑、旅游、購物等都緊密聯(lián)系在一起。目前市面上時尚運動鞋的品類越來越多，這些品類的鞋品能滿足大多數(shù)人的使用需求。但隨著生活質(zhì)量的提高，人們對舒適性的要求越來越高，使用合適的鞋墊是提高現(xiàn)有鞋品舒適性、改善穿著性能的重要途徑之一。本文嘗試研究如何進行鞋墊的個性化設(shè)計，使之更好地滿足人們的舒適性需求和穿著要求。

鞋墊是一雙鞋的重要組成部分，其功能主要包括兩個方面：一是改善鞋內(nèi)環(huán)境，二是改善足底受力狀態(tài)，以達到提高姿勢穩(wěn)定性，改善足底壓力分布等目的。本文探討的是外加鞋墊。由于個體差異，運動鞋本身的內(nèi)底結(jié)構(gòu)，在穿著時會有各式各樣的現(xiàn)象出現(xiàn)，因而有針對性的個性化鞋墊的設(shè)計就顯得尤為重要。所以本文通過增加特別設(shè)計的個性化鞋墊，改善足底壓力分布，探究鞋墊對舒適性的改善[1]。

本研究使用了足底壓力測試設(shè)備，通過此設(shè)備對使用鞋墊前后的足底壓力進行測量，用以作為設(shè)計和分析的主要依據(jù)。使用鞋墊前采集了約40人的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)顯示，每個人的足底壓力都有或多或少的分布不均問題。

除此之外，還需結(jié)合腳印圖，穿鞋磨損情況，觀察使用者走路的姿勢等信息，分析使用者的具體情況，以合理的設(shè)計鞋墊。

1 行走時的生物力學分析

本文研究的是自然行走狀態(tài)下使用的鞋墊，所以首先要研究行走時足部的生物力學特點。

行走是一項周期性運動，由單腳支撐和雙腳支撐交替進行。一只腳的腳尖離開地面到這只腳的后跟接觸地面，這是行走的一個周期，包括三個階段：后蹬階段，擺動階段，地面緩沖階段。當人體處于行走狀態(tài)時，足部主要起到承擔和分配人體負荷的作用。因此，測量足底壓力分布情況，可以看出在行走時人體負荷在足底的壓力分布情況。人體足部是三點支撐人體負荷：前腳掌有第一趾跖骨、第五趾跖骨，后腳掌有腳跟骨；在三點支撐處，壓力分布值較大也算正常，但如果個別壓力值過大，對行走時足部的舒適性來說是不利的。

足底壓力分布是人體行走時最重要的力學性能參數(shù)，足部長期受力不均，會帶來身體的損害。在相同的正常行走速度下，人體足部受到的地面反作用力是相等的，而由于內(nèi)底設(shè)計的不同，會產(chǎn)生不同的足底壓力分布效果，它與內(nèi)底的性能密切相關(guān)。因此準確測量行走時內(nèi)底的足底壓力分布值，對鞋墊的設(shè)計和選擇具有較大的參考價值。本文在使用鞋墊的前后進行了兩次足底壓力分布測量，第一次測量是作為設(shè)計依據(jù)，第二次測量是作為對照，以定量數(shù)值來驗證定性分析是否符合實際情況[2]。

行走時，一般是足跟先落地，接著過渡到足外側(cè)，然后再過渡到足前掌的內(nèi)側(cè)，受力順序是從足跟到足外側(cè)，再到足內(nèi)側(cè)。根據(jù)行走時足部受力情況，正常的鞋品磨損重心在鞋跟中間。鞋品如果是在鞋底部及外側(cè)、前掌內(nèi)側(cè)部位磨損較大，且磨損雙側(cè)對稱，基本算是正常情況。如果磨損過快，或磨損不對稱，則說明人體可能會存在問題。

腳印圖是赤足在腳底涂上顏料、站立狀態(tài)下在紙上留下的足部痕跡，也可以反映出足部的一些情況，比如正常足、扁平足、高弓足等。

行走的姿勢和狀態(tài)則可以反映出其他的一些信息，在進行個性化鞋墊設(shè)計時，應(yīng)綜合考慮上述信息。

2 設(shè)計前的相關(guān)信息收集

鞋墊設(shè)計需要相關(guān)的信息支撐，包括使用鞋墊前后的足底壓力分布測試結(jié)果，可以對比鞋墊使用前后的情況，對舒適性進行分析；所使用鞋品的磨損情況，分析其是正常磨損，還是與行走姿勢等因素有關(guān)的非正常磨損，非正常磨損往往容易帶來身體損傷；腳印圖可以直觀地看出足弓的情況，也可以在腳印圖上對足部進行參數(shù)分析；使用者走路時狀態(tài)和正常站立姿勢的觀察與分析，可以補充其他信息，如輕微的內(nèi)八、外八等。

（1）未使用鞋墊時的足底壓力分布，如圖1所示。

圖1 未使用鞋墊時的足底壓力分布

從圖1可以看出足部的壓力分布不均勻，且有些部分受到的壓力極大，如第一趾跖骨部位受力最大；其次是前掌部分和腳后跟部位，但其他腳趾邊緣受力較小甚至某些部位不受力。與正常腳形圖相比，也可看出，左腳足弓外側(cè)部分相對于右腳受力較大。右腳腳跟受力較大，左腳跟受力不均勻。

（2）腳印圖（足底部位圖），見圖2，可以看出足弓是正常的。

圖2 鞋底磨損情況

（3）平時穿鞋磨損情況見圖3。

圖3 腳印圖

由鞋底磨損圖可以看出腳底后跟外側(cè)磨損狀況較嚴重，雙側(cè)對稱，磨損基本正常。

（4）通過觀察并對使用者走路時狀態(tài)和正常站立姿勢分析，走路步態(tài)比較沉重，習慣將腳在地上摩擦前行，站立時也習慣自然往內(nèi)撇。腿部略有X型腿趨勢，走路輕微外八字。見圖4。

圖4 行走姿勢

3 設(shè)計預(yù)期、設(shè)計思路與設(shè)計方案

基于以上分析，設(shè)計鞋墊時應(yīng)重點減輕大拇指受力尤其是拇指外側(cè)受力，減輕左腳足弓外側(cè)受力，調(diào)整腳跟受力部位，從而改善足底受力方式，減少局部壓力。

3.1 設(shè)計預(yù)期

改善足底的壓力分布，能夠減緩局部壓力，提高舒適性感受。

3.2 設(shè)計思路

局部采用柔軟材質(zhì)，在稍硬的基底上墊高或凹陷某些區(qū)域，改善足底壓力的大小和分布，達到提高舒適性的效果。足弓處適當墊高，以減少足弓空懸造成的問題。

3.3 設(shè)計方案

（1）設(shè)計方案1如圖5所示，采用柔軟材質(zhì)將拇指以外的其余腳趾受力大的部分增加鞋墊高度，使腳趾更加舒適柔軟，足弓部分墊高，使足弓在正常走路時可以適當受力，不致懸空狀。腳跟部分增加部分鞋墊高度使腳跟可以均勻受力。實物1如圖6所示。

圖5 設(shè)計方案1

圖6 實物1

（2）設(shè)計方案2如下，見圖7。在足部的前掌和后跟部分區(qū)域大面積墊高，為了改善受力不勻甚至部分區(qū)域不受力，在足弓的位置也進行了墊高，針對部分壓力大的區(qū)域進行了局部改善。顏色越深的部位是重點需要考慮和制作的部位[3]。實物2如圖8所示。

圖7 設(shè)計方案2

圖8 實物2

4 鞋墊使用情況測量結(jié)果與分析

論文研究中設(shè)計了兩款不同類型、不同材料的同碼鞋墊，讓使用者在同款運動鞋中試穿不同的鞋墊進行行走實驗，檢測其雙足足底壓力分布值并進行對分析。

4.1 方案1使用鞋墊后的再次測量結(jié)果與分析

使用鞋墊實物1后再次測量足底壓力，其分布如圖9所示。測試結(jié)果顯示，右腳腳跟受力部位有所改善，受力情況有所減小。右腳前腳掌部分受力較以前比有所減輕。

圖9 使用方案1后測量的足底壓力

但整體上效果不好，尤其是左腳受力基本沒有改變，與右腳鞋墊對比來說左腳的鞋墊沒有那么柔軟，效果不好。應(yīng)該考慮再改變左腳的鞋墊厚度。

4.2 方案2使用后的再次測量結(jié)果與分析

使用鞋墊實物2后再次測量足底壓力，其分布如圖10所示。測試結(jié)果顯示，穿上設(shè)計的鞋墊以后測量結(jié)果有明顯區(qū)別，高壓力紅色部分消失了，左右腳前掌的壓力均得到減緩，左腳前掌的邊緣部分開始受力，使前掌受到的壓力較均勻地得到了分散，右腳后跟部分的壓力也得到了明顯的減緩，唯一不足之處是左腳后跟部分的壓力沒有得到很好地改善，原因應(yīng)該是左腳后跟部位墊高區(qū)域與真實著重受壓區(qū)域不符，需做一定的調(diào)整，如減低左腳墊高部位，應(yīng)該有一定改善。

圖10 使用方案2鞋墊后的足底壓力分布

相對比來說，根據(jù)設(shè)計思路2設(shè)計的鞋墊還是比較符合舒適性要求的，使足部壓力得到減緩。

上述測試結(jié)果表明，方案2的設(shè)計能較好地改善足底壓力分布，使局部壓力有所緩解：一是使足部壓力得到減緩，二是整個腳掌的壓力分布比較均衡。

4.3 存在的問題

從兩個設(shè)計方案的二次測試結(jié)果可以看出，設(shè)計方案1和2都存在的問題，即使用者行走時其雙足壓力分布并不對稱。應(yīng)從左右鞋墊的厚度不同進行考慮，看是否能使雙足足底壓力分布基本達到對稱[4]。

4.4 討論

（1）對足底壓力高的點或小區(qū)域，采用柔軟材質(zhì)，可以降低該處的足底壓力值，改善行走時足底壓力的分布情況。

（2）對于稍大的區(qū)域，可通過將壓力高的區(qū)域凹陷，將壓力低的區(qū)域墊高，改變鞋墊表面的凹凸，改善行走時足底壓力的分布情況。（注：因為是手工制作，所以鞋墊表面的凹凸是采用墊高的方式得到的）。

（3）鞋墊表面的凹凸應(yīng)根據(jù)前期收集的具體信息進行設(shè)計。

5 結(jié)語

個性化鞋墊可以利用足底壓力測量數(shù)據(jù)，腳印圖，穿過鞋底的磨損以及站立和走路姿勢的觀察等信息，進行綜合性設(shè)計和制作。再通過足底壓力測量，檢驗是否達到設(shè)計目的。

個性化鞋墊設(shè)計可通過柔軟材質(zhì)及鞋墊表面的凹凸設(shè)計來實現(xiàn)改變足底壓力分布的目的。最終達到改善運動鞋。舒適性的效果。