基于人因工學的戶外登山服研究

何詠詩 張初陽 宋武

摘要：在全民運動的大背景下，運動服設計已由傳統(tǒng)的基礎(chǔ)功能模式轉(zhuǎn)變?yōu)樯硪恍睦硪簧鐣袨槟Ｊ?。了解人因工學，分析其運用方法與特征在服裝中的設計表現(xiàn)。文章運用人因工學、設計美學、服裝人體運動工程學等相關(guān)理論實踐，通過對人體運動特征以及服裝結(jié)構(gòu)、面料、服裝與科技的研究，總結(jié)人體戶外運動服的特征，將人性化的設計理念引入到戶外登山服設計中，達到舒適、安全、高效的預期，能在戶外惡劣的環(huán)境中起保護作用。

關(guān)鍵詞：人因工學 人體工程學 戶外登山運動服 可拆卸設計 服裝設計

中圖分類號：J 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2023）15-0124-04

Abstract：Under the background of national sports，sportswear design has changed from the traditional basic function mode to the physiological，psychological and social behavior mode. Understand human factor engineering and analyze its application methods and characteristics in clothing design. With people because of human movement engineering technology，design aesthetics，clothing and other related theory to practice，through to the human body movement characteristics and clothing structure，fabrics，clothing，and the study of science and technology，summarizes the human body，the characteristics of the outdoor sportswear will be humanized design concept is introduced in the design of the intelligent wearable outdoor mountaineering wear，achieve the expected comfortable，safe，efficient，Can play a protective role in the harsh outdoor environment.

Keywords：Human factor engineering Ergonomics Outdoor mountaineering sportswear Detachable design Costume design

前言

隨著物質(zhì)文明的發(fā)展，人民生活水平的提高，當代人的生活壓力與經(jīng)濟壓力日漸增加，人們需要自然生活的各種戶外運動來調(diào)節(jié)緊張的生活節(jié)奏。人們生活觀念的轉(zhuǎn)變使得戶外登山、越野、長跑等極限運動成為一種流行趨勢。為了適應極限運動的需求，運動類服裝也逐漸趨向于智能化與現(xiàn)代化，受到了更多行業(yè)人員的關(guān)注，同時這也刺激了戶外運動服朝著更專業(yè)、更智能、更多元、更時尚的方向發(fā)展?？萍歼M步的同時也要注重人性化的設計，以人的需求為主，關(guān)注人的思維方式、心理因素，行為習慣，專業(yè)且高性能的戶外運動服開發(fā)更需要人體工學方面的知識。在戶外登山運動服基本功能的基礎(chǔ)上，對產(chǎn)品進行全方位的綜合性優(yōu)化設計，使穿著者在使用過程中更加方便和舒適。目前在相關(guān)領(lǐng)域的研究中，關(guān)于人因工學與服裝設計的深入研究較少，文章認為這是一個新的方向，將人因工學作為一種設計原則進行戶外登山運動服的設計，于二者而言都是一種全新的機遇，也將是未來服裝設計的發(fā)展方向。

一、服裝與人因工學分析

人機工程學又稱為人體工程學、人類工效學、人因工程學、人類工程學等，按照國際人類工效學學會（IEA）的定義，人因工學是研究人一機一環(huán)境的相互作用，研究人體數(shù)據(jù)與各個領(lǐng)域的相關(guān)性問題的學科。本文主要從人因工學的角度出發(fā)，從人的需求考慮，研究人體與運動之間的協(xié)調(diào)關(guān)系、運動與環(huán)境的適應關(guān)系、服裝與環(huán)境的關(guān)系。綜合研究出一款集保暖與時尚于一體的戶外登山運動服，在實現(xiàn)輕便的同時又保暖，保障戶外運動者的基本需求。

服裝人體運動工程學是一門研究人體肌體運動與服裝之間關(guān)系的學科，主要從人體的骨骼肌肉形態(tài)與運動形式特征出發(fā)，充分考慮到人體運動與服裝之間的協(xié)調(diào)性，骨骼肌肉形變與服裝面料結(jié)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)性，以提高服裝與人體的整體適應機能。現(xiàn)代運動服裝設計的步驟從市場調(diào)研開始，立足于時代背景，滿足用戶需求設計，在形成構(gòu)思頭腦風暴—款式圖表現(xiàn)—樣衣制作—實驗穿著測試—成衣批量生產(chǎn)的全部過程。了解用戶的需求，立足于人體結(jié)構(gòu)運動系統(tǒng)，再結(jié)合服裝的設計，生產(chǎn)的運動服才能更好地滿足市場的需求。

骨骼和肌肉屬于人體的運動系統(tǒng)，起著支撐肌體和運動的作用。在登山運動過程中，上下肢體骨骼位移，關(guān)節(jié)位置的變化會拉動肌肉收縮，從而引起人體體表皮膚的伸縮形變，因此要求關(guān)節(jié)周圍的織物也具備一定的拉伸性與抗撕裂性。掌握人體運動形變特征對戶外登山運動服的設計尤其重要，對人體和肌肉組織結(jié)構(gòu)的把控，利用這些知識和服裝目標設計所對應的人體數(shù)據(jù)，設計出服裝目標設計人體結(jié)構(gòu)的空間示意圖，再根據(jù)示意圖加入放量，調(diào)整人體局部結(jié)構(gòu)線，從而制定出對應人體的服裝板型。此外，還要測量人體在運動時各個部位動作的數(shù)據(jù)，結(jié)合人體的版型與運動的數(shù)據(jù)設計出符合運動規(guī)律的服裝版型。款式、面料、色彩、服裝結(jié)構(gòu)是戶外登山運動服的主要組成部分。

（一）戶外登山服的安全保暖性

戶外登山運動通常在人跡稀少的野外進行，野外環(huán)境具有不確定性，天氣與周圍環(huán)境對于人體安全保暖需求的影響性高，服裝必須具備充足的保暖性、防水性以及防風性能。因此，在選擇戶外運動的時候，首先要考慮的是安全，在進行登山、攀巖等戶外運動時，最重要的是保暖。因登山運動需要減輕負重，服裝面料應輕便或者整體設計為可折疊多功能型：戶外洗滌條件有限，服裝的抗菌性、防臭以及防污性要求高；登山運動過程中拉扯性較多，服裝面料應選取具有良好的拉伸性和抗撕裂性的纖維材料。由于戶外環(huán)境的特殊性以及登山運動的不確定性，戶外登山服的設計也應從人因工學服裝與色彩的理論上進行分析，戶外登山服應采用較為鮮艷的或者醒目的設計，避免與周圍山體樹木相似的顏色，以便發(fā)生危險時能第一時間被搜救人員找到，以保障運動員的生命安全。

（二）戶外登山服的舒適性

從人因工學的理論出發(fā)，戶外防護服的舒適性包含透濕性、密封性、服裝熱阻值、延展性等客觀指標，與服裝材料、制作工藝、造型設計這些因素有關(guān)，在多變的環(huán)境里，服裝應該具備吸濕排汗、導熱、彈性的功能。防護服是一個相對封閉的系統(tǒng)，不僅需要考慮穿著者外部因素，還需要考慮內(nèi)部因素，著重從造型設計、服裝制作材料、面料這幾個方面對戶外防護服的舒適性進行改進。除了保暖性外，戶外運動服的防水性也是關(guān)鍵一點，在戶外運動裝的外層面料上涂上一層PTEE化學涂層，使水珠聚集吸緊并浸潤織物表面，從而無法透過織物組織上的孔隙來達到防水的目的。用專業(yè)的壓膠機和壓膠條對服裝面料及其結(jié)構(gòu)之間進行高溫壓膠，封閉所有接縫縫隙，杜絕水珠進入，增加防水性。此外，由于肢體在運動時膝蓋、手肘處的彎曲頻繁，此處的面料要求具有較高的耐磨性能，如Lycra人造彈性纖維。

（三）戶外登山服的結(jié)構(gòu)性

關(guān)注人體結(jié)構(gòu)運動規(guī)律可知，戶外登山服與人體肢體動作有關(guān)，需要根據(jù)人體伸展方向，結(jié)合人體每個關(guān)節(jié)的運動特點對服裝進行結(jié)構(gòu)設計。靈活的服裝結(jié)構(gòu)設計可以減少在運動中的束縛，滿足人們的運動幅度需求。經(jīng)研究調(diào)查表明，在戶外登山運動時身體前傾的幅度比較大，如圖1人體登山動態(tài)圖，腰部服裝容易往上收縮提起，如圖2人體腹腔腰部示意圖，所以在服裝腰部要注意放松量設計，服裝后片要比前片長，保證登山者在登山時的舒適性要求，防止走光以及風從背部進入身體。在走動以及爬山過程中，腰部用力頻繁，腰部褲頭容易變寬松，在褲腰帶的設計上應加強彈性和收縮度。由于人體在運動時肌肉的牽拉作用，手臂以及小腿膝蓋在這些運動過程中需要頻繁彎曲，在結(jié)構(gòu)設計時，腋下服裝的設計要留有余量滿足上肢運動的需求，膝蓋處褲長也應加長，滿足膝蓋以及小腿的牽拉作用。在爬山過程中，肢體往上時，往往容易露出褲腳，裸露的部分小腿容易受到蛇蟲、蚊子的叮咬，因此在設計時要注意褲腳的彈性閉合松開設計，在細節(jié)處理上滿足登山運動員的基本需求。在人體曲面交界處，運動服裝的版型結(jié)構(gòu)都應該進行曲線處理，以符合人體運動規(guī)律，如腰部，腋下，褲襠，袖身的前偏袖線、袖籠等部位。在登山運動時，膝蓋、肘部等關(guān)節(jié)部位下肢動態(tài)圖作為支點受力較大、彎曲頻繁，因此要注意關(guān)節(jié)處的保護，在結(jié)構(gòu)設計中增加省道、褶皺的設計方法，增強膝蓋處的活動空間。因此在進行服裝設計時，要充分考慮戶外運動的特點以及人體結(jié)構(gòu)的受力情況，從設計上體現(xiàn)人性化設計理念。

（四）戶外登山服的美觀性

由于戶外登山運動服屬于功能性和防護性服裝，登山服的設計重點在功能性，而美觀性與時尚性只是側(cè)重點，這就使得市面上的登山服都顯得沉悶、呆板。從人因工學層次分析，人的視覺焦點會成為選擇的一個據(jù)點，運動服的設計也應結(jié)合時尚服裝設計潮流。通過戶外登山運動服的人機結(jié)合、款式以及細節(jié)的時尚化設計來詮釋人們對科技、大自然、健康和時尚的運動追求。因此，戶外運動登山服在注重功能性設計的同時也應該發(fā)展美觀性的設計，達到功能與形式相結(jié)合，滿足人們的個性化需求。引領(lǐng)戶外運動服朝著人性化、時尚化、多元化、多功能的方向發(fā)展。

結(jié)合人因工學理論與服裝設計原則，分析得出戶外登山運動服的設計原則如圖3。從用戶需求出發(fā)，滿足戶外登山運動的需求，在保護功能上達到安全、保暖、防風、防水、美觀等生理與心理需求。從人因工學角度考慮，在運動過程中滿足人們的穿著舒適性以及便利性，主要體現(xiàn)在面料與結(jié)構(gòu)方面，服裝裁剪以及版型結(jié)構(gòu)比例合理。在運動服裝整體系統(tǒng)上，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)以及科技材料，進行系統(tǒng)設計，根據(jù)面料的不同特性，纖維性能來進行細節(jié)功能上的改良。

二、戶外登山運動服設計方案

戶外登山運動服的設計不僅屬于服裝產(chǎn)品藝術(shù)設計的范疇，還跨越了多個門類的知識領(lǐng)域，例如服裝美學、服裝人體運動學、服裝工藝技術(shù)、服裝材料學、人因工學和紡織科學技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域的結(jié)合。本次設計以戶外登山運動服設計為例，將人因工學與服裝設計付諸實踐，增強人機交互，以此為戶外運動服裝設計了提供設計借鑒。

（一）服裝結(jié)構(gòu)及款式

本次戶外登山運動服采用H形的廓形，運用了垂直結(jié)構(gòu)線、傾斜結(jié)構(gòu)線以及水平結(jié)構(gòu)線三種結(jié)構(gòu)線的設計，把服裝分割成幾個垂直、傾斜以及水平的小塊面。腰部采用了傾斜的結(jié)構(gòu)線設計，在所有的結(jié)構(gòu)線設計中是最具有活躍感、輕快、律動感覺的分割線，腰部的傾斜分割加上胸部的水平分割，手袖的垂直線分割使得整體款式修腰細長，給人一種挺拔的感覺。胸腔結(jié)構(gòu)中的水平分割線以及腋下的垂直結(jié)構(gòu)線設計有利于體表散熱，揮發(fā)汗液。面與色塊結(jié)構(gòu)線的分割、組合、重疊、交叉所呈現(xiàn)的布局變化萬千，色彩豐富，除了具有功能性的作用之外，還增加了運動服裝時尚化設計的氣息，同時也增加了服裝的運動感、節(jié)奏感、裝飾性和韻律感。

由于腿部彎曲的動作較多，因此此處采用曲線分割，減去彎曲時前肘多余的松量，在肘后部增同時，為了方便穿脫，在登山褲的褲腿中間安裝一條長度為 30cm 的可開合拉鏈，袖口處以及腳踝處運用魔術(shù)貼和松緊帶式的設計增強了防風性，避免在爬山過程中露出腳踝而被蚊蟲叮咬，增加了登山褲的整體穿著舒適性。外套的下擺采用前短后長的形式來解決在登山或攀巖過程中因身體前傾造成后中衣長不足的問題，袖口采用松緊式設計，達到防風、防水的效果。側(cè)腰多口袋的設計，并縫制有袋蓋、紐扣、拉鏈，可以放一些防身的物品，以備不時之需。爬山過程中，胸鎖關(guān)節(jié)與肩關(guān)節(jié)的肌體運動會引起人體背部與前胸的肌肉擴張與收縮，后衣片的袖窿增加背寬，前衣片的袖窿可稍微縮小胸寬，后衣片袖片部位袖山高降低，袖寬應當增大，從服裝上適應人體的運動機能。袖子則采用插肩袖的設計，更方便上肢的運動加彎曲時所需的活動量，塑造肘部的立體造型，增加抗拉伸撕裂性。肘部、膝蓋等彎曲部位采取立體裁剪的方法，再對面料進行高科技無縫拼接，整體效果圖如圖4。戶外登山運動服整體款式造型細長，給人帶來視覺沖擊力，具有運動時視覺的流暢感和動態(tài)感。

（二）色彩設計

從人因工學出發(fā)，色彩與服裝心理學學家分析“紅色、橙色、黃色等暖色服裝給人以熱烈，活潑、激情的感覺；藍色、綠色等冷色則給人以冷漠、安靜、高冷的感覺”，暖色系運動服給人以運動的激情。戶外運動服種類的設計在色彩上有一個特殊點，必須注重色彩的警示性與易辨識性。戶外運動服的色彩首選高明度、高純度、飽和度高的顏色，同時還要避免使用與環(huán)境類似的色彩，因此，本次戶外登山服的設計結(jié)合人因工學理論和2021-2022色彩流行趨勢分析得出，明亮的橙色與亮黑色較為適合登山服的色彩設計，能恰到好處地與登山周圍環(huán)境色隔開。不同色彩之間的拼接使得戶外登山運動服喚起了人們內(nèi)心時尚的活力。其中，手袖處的顏色條運用反光膜增強安全標示性，也增加了運動服的裝飾性，在白天吸收任何可見光，在晚上遇光照射會發(fā)出光亮，利于運動員在晚上辨認對方或者遇到危險能夠及時被搜救人員找到。由于戶外環(huán)境變化莫測，洗滌條件有限，在手袖處以及胸口處容易弄臟的部位采用黑色可以耐臟。

（三）功能性以及面料設計

本次登山運動服設計采用無縫拼接技術(shù)的工藝手法，以求做到防水、漏水的功能性需求。采用三層式穿法。功能由內(nèi)到外分為三層，最外層負責防風雨、防曬、防紫外線，中層保暖，里層透濕、排汗。內(nèi)部里料采用錦綸以及多孔、中空、特殊截面的微纖維，中層背部、腹部和腰部這些容易受冷的部位進行石墨烯涂料涂層設計。石墨烯是碳原子以蜂巢狀晶格結(jié)構(gòu)緊密堆積而成的一種典型的二維納米材料，是一種高溫耐磨的超薄材料，具有彈性，導電性優(yōu)異，具有低溫遠紅外、抗菌抑菌、抗紫外線和防靜電的優(yōu)異性能。將石墨烯粉末用絲網(wǎng)印刷的方法印在錦綸面料上制造了石墨烯涂料涂層面料如圖5，將石墨烯涂層面料用于登山服容易受冷的關(guān)鍵部位。

戶外登山服由于運動的特點，根據(jù)人體肢體動態(tài)的不同，服裝的各個部位會采用多種纖維混合而成。本次戶外登山運動服的主要里料為錦綸、尼龍。主要運用杜邦公司開發(fā)的 Cardura 纖維，是一種噴氣變形高強力錦綸，這種產(chǎn)品質(zhì)輕、柔軟具有良好的手感，易于打理；耐磨性好、適合作為戶外登山運動服的外層保暖填充面料。腋下有小塊面料采用網(wǎng)眼織物，采用多孔、中空、特殊截面的微纖維，利用其吸水疏水性，可快速地將汗水吸附于織物，并迅速轉(zhuǎn)移到織物的外表進行水蒸氣的蒸發(fā)，達到吸濕排汗的功能。本次戶外登山運動服外套主要面料為錦綸，外層透濕織物將具有大量微孔的樹脂薄膜黏合在底布上，作為層壓織物，可以防水。褲子膝蓋處面料為尼龍彈力布，整體表面覆蓋了一層滌綸TPU貼膜。防風帽的內(nèi)部加入內(nèi)襯滌綸里布加網(wǎng)眼布，這樣可以使帽子在達到透氣的同時，又可以使頭部保持溫度，防風御寒。整體面料組成如表1面料構(gòu)成表。

（四）可拆卸設計與一衣多用

通過以人為本的設計理念，滿足用戶體驗需求，對戶外登山運動服進行可拆卸設計，從服裝結(jié)構(gòu)功能上進行拆解，并滿足一衣多用的原則。上衣與帽子采取可開合拉鏈的設計，在脖子的后頸椎的部位會有隱形拉鏈，帽子的兩邊加上左右隱內(nèi)側(cè)按扣與衣領(lǐng)組合連接形成一個穩(wěn)固的一體化防風系統(tǒng)，帽子可以自由拆卸。帽子頸椎后部進行了氣囊的設計，充氣導線用硅膠制作，接口處嵌入彈簧，在睡覺時，打開封口直接吹氣，把封口蓋蓋上，充氣導線自動回縮，帽子變成了一個頸枕，如圖6，后面緊貼脖子處進行了凹陷的設計，方便登山者席地而睡。到晚上時，穿著者可以把登山服當作睡袋，兜帽變成枕頭，進行一衣多用的原則，輕裝出行，符合登山者的基本需求。

結(jié)論

《基于人因工學的戶外登山服研究》論文結(jié)合人因工學中人一服裝一環(huán)境系統(tǒng)分析得出以下結(jié)論：戶外登山運動服的設計體現(xiàn)以人為本的理念，是具有安全、舒適、美觀融為一體的服裝，在惡劣的環(huán)境中保護運動員的人身安全。戶外登山運動服的設計第一要義是利于登山與攀巖運動。此外，在進行戶外登山運動時要易于識別。戶外服裝設計必須充分考慮人、服裝、環(huán)境因素以及運動特征，使服裝更好地輔助穿著者完成戶外運動的任務。運動動作影響了關(guān)節(jié)運動的頻率，并引起肌肉伸縮與曲張，應以關(guān)節(jié)運動特點設計服裝結(jié)構(gòu)以及版型。戶外登山運動服的版型結(jié)構(gòu)、石墨烯涂層面料、顏色設計等應結(jié)合人因工學已有理論、數(shù)據(jù)、方法以顯示服裝設計原則、人體運動特性等相關(guān)知識為依據(jù)進行戶外登山運動服的人性化設計。戶外登山運動服裝的人因工學設計可以實踐并實現(xiàn)，這項研究的美學意義與價值不在服裝產(chǎn)品本身的設計上，更重要的在于關(guān)注用戶特定需求，滿足用戶體驗為價值所在，為此呼喚服裝領(lǐng)域的相關(guān)工作人員都能不斷研究、認知，不斷完善、規(guī)范，研究更多、更好的產(chǎn)品，改善我們的生活品質(zhì)。

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