基于人体生理指标的皮肤风衣穿着舒适性评价

来源:用户上传      作者:王旭 冯向伟 代萌婷 贾笑娅 赵慧

　　摘 要：為了改善皮肤风衣的穿着舒适性，研究通过调整局部结构设计、增加通风开口、拼接透气性面料等方式，设计并制作了18件皮肤风衣。邀请10名女性志愿者参与实验，利用运动心肺功能测试仪和红外测温仪对运动过程中志愿者的生理指标进行测量，根据心率、呼吸频率和体表温度的变化情况评估各款样衣的穿着舒适性。研究表明，采用直筒袖、棒球领等开口设计方式，在前胸、后育克线等部位增设通风开口，适当增加腋下、前胸和后育克线等部位镂空面料的拼接面积，采用网眼较大的针织面料进行拼接设计，均可以有效提升皮肤风衣的穿着舒适性。
　　关键词：皮肤风衣;结构设计;穿着舒适性;心率;呼吸频率
　　Abstract：In order to improve the wearing comfort of windbreaker jacket， 18 kinds of windbreaker jacket samples were designed and made by adjusting the local structure design， increasing ventilation opening， and employing permeable fabric for splicing. 10 female volunteers were invited to participate in the experiments. Cardio pulmonary function tester and infrared thermometer were used to measure the physiological indexes of the volunteers during movement process， and the wearing comfort performance of all the samples were evaluated according to the changes of heart rate， breathing rate and body surface temperature of the volunteers. The results showed that all of the methods mentioned above can help improve the wearing comfort of windbreaker jacket， including opening design in the form of straight cylinder sleeve and baseball collar， ventilation openings at chest and back yoke line areas， appropriate increase of splicing area at underarm area， front chest and back yoke line area using hollow fabric， and splicing design with large mesh knitted fabrics.
　　Key words：windbreaker jacket; structural design; wearing comfort; heart rate; breathing rate
　　近年来，随着人们防晒意识的增强，皮肤风衣作为一种新兴的户外运动防晒方式逐渐走进大众的视野。该产品具有极轻的重量，良好的透气性，舒适的接触感，同时具备一定的防风性、拒水性，犹如人体一层薄薄的皮肤，因此被称为皮肤风衣，又称防晒衣[1]。目前，随着国内皮肤风衣市场发展的突飞猛进，产品质量参差不齐、防晒指数不达标、功能性不足、穿着闷热、透气性差、出汗易产生黏体感等问题始终困扰着广大消费者的穿着舒适性和消费感受，一定程度上影响了皮肤风衣市场的健康发展。为了突破这些技术难题，近年来相关学者主要针对皮肤风衣面料的功能性、服用性能等方面进行研究[2-4]，相关生产企业也不断在面料开发上寻求突破[5]。研究人员指出，皮肤风衣面料要在文化创意指导下，不断融入最新科技成果，要从服装的颜色、款式、面料等不同方面进行深入研究[6]。此外，在确保产品功能性的基础上，如何通过调整结构设计方式，改善产品的穿着舒适性，激发消费者的购买力，也成为目前从业人员不断思考的问题，然而近几年来鲜有关于该产品结构设计方式的研究成果。
　　有关学者认为，服装的裸露程度、服装内的空气层及服装的开口部位等服装结构因素对服装的散热功能均会产生不同程度的影响[7]。对于户外服装，可以通过服装设计细节（拉链、口袋、缝缝等）、服装款式及高科技创新面料来提高服装的舒适性能[8]。开口设计是人体与外界进行热量交换的一种重要途径，针对性开口往往设计在前胸、腋下、背部及后腰这4个位置，在运动过程中，服装开口有利于热量交换[9]。服装开口不仅可以根据人体出汗的生理部位、衣服内空气的流动方向，还可以根据服装内空气层的厚度进行设计[10]。基于此，本文通过调整分割线位置，增加开口设计、拼接透气性面料等方式，在人体容易出汗的不同区域进行结构设计和调整，改善衣下环境，提高产品的散热效果，从而提高成衣的穿着舒适性，设计并制作出18件（19款，其中一件是两用袖）皮肤风衣，并利用运动心肺功能测试仪和红外测温仪监测运动过程中人体着装后的生理指标，根据心率、呼吸频率和体表温度的变化情况，测评各款样衣的优缺点，探讨改善皮肤风衣穿着舒适性的有效结构设计方式，为相关生产企业提供合理的产品设计方案，从而推动皮肤风衣市场的快速健康发展。
　　1 产品设计方案
　　研究基于服装的空气流动方式，分别从袖口设计、领口设计、开口设计、透气性面料的拼接设计4个方面入手，采用调整领型结构、袖型结构、分割线位置、开口位置、拼接位置及材料等方式，在基本款的基础上，按照表1中的产品对比方案进行结构设计，共制作出18件样衣，款式见图1。样衣的尺码为160/84A，胸围为96 cm，衣长为60 cm，周身腰部共收省8 cm，袖长设为58 cm，袖口宽设为28 cm，所有的样衣均在同一个版型基础上进行分割线的调整，并采用同一面料[22.2 dtex（20D）尼丝纺]进行缝制。 　　2 实 验
　　相较于物理评价方法，基于人体生理指标的评价方法具有可以准确模拟人体活动的真实情况，测试结果可直接与服装的实际使用情况相关联，可直观地反映出人体着装后对环境的热应激等优点[11]，但实验对象之间的生理指标差异会对测试结果产生一定的影响。为此，研究选择10名志愿者进行实验，对各位志愿者穿着不同款式的样衣在运动过程中表征出的各项生理指标的平均值进行对比分析。
　　2.1 志愿者选择及环境条件
　　研究邀请10名体型接近于160/84A的女性志愿者参与实验，年龄为18～22岁，平均身高为160 cm±2 cm，平均体重为48 kg±4 kg，身体状况良好。在实验过程中，要求志愿者统一着装，皮肤风衣内搭配纯棉长袖T恤，下身搭配运动裤和运动鞋。实验室温度设置为27 ℃±2 ℃，相对湿度为50%±5%。
　　2.2 实验设备
　　为了获取消费者穿着皮肤风衣的生理感受，评估运动状态下志愿者着装后的穿着舒适性变化情况，实验采用CORTEX Metalyzer 3B运动心肺功能测试仪和便携式红外测温仪检测运动过程中人体的心率、呼吸频率、体表温度等生理指标，见图2。
　　2.3 实验方案
　　为了模拟日常生活中人体慢走、快走、慢跑、快跑4种运动状态，实验分别选择2、4、6、8 km/h 4种运动速度，分别以表2所示的运动方案进行实验，并在运动过程中实时监测人体的各种生理指标变化情况。
　　与此同时，选取腋下、后背、颈部3个温度区域 （图3），利用红外测温仪对各个区域进行实时温度测量，测试区域均为4 cm×4 cm的正方形。其中对于后背测量区域，分别在运动2 min、运动5 min、运动8 min、运动11 min后进行温度测量，采用不同阶段的温度差分析志愿者在休息期、慢跑阶段、快跑阶段和运动结束后的热感变化情况，P1代表5 min与2 min温度之差，P2代表8 min与2 min温度之差，P3代表11 min与2 min温度之差。对于腋下、颈部温度的处理，实验采用运动前与运动后的温度差来进行分析。
　　3 讨论与分析
　　3.1 对比组1——袖口设计对比
　　对比组1为直筒袖与收口袖的对比实验，由图4（a）和图4（b）可知，在运动过程中，志愿者穿着两种袖口设计方式的样衣所表现出来的心率和呼吸频率比较接近。相较而言，1′#收口袖样衣的波动幅度比1#直筒袖样衣大，尤其当运动到第8 min，即进入快跑运动阶段，收口袖样衣测得的心率值和呼吸频率均迅速上升，超过直筒袖的测试结果。分析认为，当人体进入高速运动状态，产生过多的热量，急需排汗时，直筒袖优良的通风效果有助于人体热量散发，人体的生理指标相对过度的比较平稳;相反，收口袖限制了热量的及时散发，人体的生理不适感明显增强，因而心率值和呼吸频率迅速增大。
　　此外，观察图4（c）运动过程中背部的温度变化差值可知，收口袖样衣在各个阶段运动前后的温度差始终大于直筒袖样衣，说明收口袖样衣的衣下温度比较高，人体的穿着舒适性较差。因此，对于袖型设计，皮肤风衣适宜选用直筒袖的设计方式。
　　3.2 对比组2——领型设计对比
　　在对比组2中，1#立领样衣和2#棒球领样衣在心率、呼吸频率和颈部温度差指标中均有一定的差异（图5）。1#样衣的各项指标均高于2#样衣，1#样衣的心率和呼吸频率波动幅度也大于2#样衣，尤其进入快跑运动阶段，1#样衣的生理指标明显增大，人体生理不适感增强，运动前后，1#样衣的温度升高差值是2#样衣的2倍。由此可知，运动过程中，开口较大的棒球领设计方式有助于人体热量的散发，在皮肤风衣产品设计中，应该考虑适当增大领部的开口面积。
　　3.3 对比组3——开口位置对比
　　在对比组3中，同样的开口大小，不同开口位置的样衣之间表现出的生理指标有一定的差异（图6），其中在后腰开口的4#样衣和腋下开口的5#样衣，心率、呼吸频率和各个运动阶段的温度变化情况都比较高，而采用前胸斜向开口的7#样衣和在后育克线处开口的6#样衣的各项指标比较低，采用后背斜向开口的3#样衣的各项指标居中。由此说明，在后腰和腋下部位做开口设计对服装穿着舒适性的改善效果不佳，在前胸与后育克线位置进行开口设计能够较好地改善服装的穿着舒适性能，后背斜向开口次之。分析认为，人体在运动过程中，由于手臂遮挡，腋下的开口难以张开，与空气进行对流，无法及时将人体的热量散发到衣外环境中，穿着舒适性较差，因而人体生理指标波动较大。后腰部位的开口没有针对性地设计在人体容易出汗的区域，因而穿着舒适性也较差，相反，人体摆臂运动过程中，会带动前胸靠近腋窝位置和后育克线肩胛骨附近的面料发生形变，在此处做开口设计，易于开口张开，产生充分的空气流通，从而改善服装的穿着舒适性。因此，为了提高皮肤风衣的穿着舒适性，推荐在前胸和在后育克线位置设计一定尺寸的开口，保证空气流通。
　　3.4 对比组4——腋下拼接方式对比
　　分析对比组4腋下镂空面料拼接面积和形状的差异可以看出（图7），在运动过程中，4款样衣的各项指标差异明显。相较而言，在腋下片纵向增加镂空长度和面积的10#样衣，在運动过程中的生理指标变化最小，腋下片镂空面积最小的8#样衣次之，在腋下片和袖底片对应位置同时做镂空处理的9#样衣和在腋下片横向加宽镂空面积的11#样衣的生理指标波动明显，心率和呼吸频率在运动过程中普遍大于10#和8#样衣，并且在高速运动阶段，两项指标迅速增大，人体生理不适感增强。此外，对比运动前后的腋下温度差值，9#和11#样衣的温度变化较大，说明腋下区域的散热性不好，体表温度升高明显。由上可知，增大拼接部位的镂空面积，可以改善散热效果，但需选择合适的镂空面积，以及拼接位置和形状。研究认为，在腋下片和袖底片对应位置同时拼接镂空面料，运动过程中腋下的热空气相互对冲，镂空面料相互接触摩擦，一定程度上反而产生不适感，增加了热感。对于11#样衣，横向增加镂空面积，胳膊无法全部遮挡，不仅影响了美观性，穿着舒适性改善效果也并不明显。因此，为了提高皮肤风衣的穿着舒适性，相同条件下，应该首先考虑增大腋下镂空面料的拼接面积，同时兼顾多方面的因素，根据实际需要，合理选择拼接位置。 　　3.5 对比组5——拼接位置对比
　　研究对比组5镂空面料不同拼接位置的差异，由图8可知，同样的镂空面积，拼接在腋下的8#样衣各项生理指标的波动情况普遍小于其他几款样衣，其次是拼接在后育克线位置的15#样衣，说明在腋下和后育克线位置进行镂空面料的拼接设计，可以有效改善人体的穿着舒适性。相反，在后颈、后腰和肩部进行拼接的14#、16#和17#样衣的生理指标随着运动速度的增加，波动比较明显，运动前后腋下的温度差值也比较大，由此说明，这3种拼接方式不利于汗液的蒸发和空气对流，运动前后人体的生理指标变化较大，穿着舒适性较差。在前胸部位进行两种方式拼接设计的12#和13#样衣生理指标的变化情况居中。因而，对于镂空面料的拼接设计，在相等条件下，优先考虑将镂空面料拼接在腋下片，其次是靠近腋窝的后背和前胸区域，后颈、后腰与肩部的拼接效果较差。
　　3.6 对比组6——拼接面料对比
　　目前，市场上皮肤风衣常用的镂空面料主要有激光雕镂面料和针织网眼面料两种。在对比组6中，对比两种材料的各项生理指标发现，采用激光雕镂面料的8#样衣的波动性普遍大于采用针织网眼面料的18#样衣（图9），这是由于针织网眼面料的网眼空隙比较大，组织结构疏松，透气性、透湿性、散热性优良，因而样衣的穿着舒适性良好。
　　4 结 论
　　皮肤风衣作为一种户外运动服装，产品的设计方案需要符合穿着舒适性的要求。为此，本研究设计制作了18件不同结构设计方式的样衣，通过监测人体着装后生理指标的变化情况，对不同领型、袖型、开口位置、拼接方式及位置、拼接面料的皮肤风衣进行穿着舒适性评价，探寻提高皮肤风衣穿着舒适性的结构设计方法，主要得出以下结论：
　　a）在开口设计方式上，可适当增大开口面积，采用直筒袖设计代替收口袖设计，领型采用棒球领设计。
　　b）在开口设计的位置选择上，可优先考虑胸部和后育克线部位。
　　c）在透气性面料的拼接方式上，确保不影响美观性的前提下，可适当增大拼接面积，并优先考虑在腋下、前胸和后育克线等部位进行拼接。
　　d）在透气面料的選择上，可用针织网眼面料代替激光雕镂面料。
　　参考文献：
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