基于GRA与TOPSIS的塑身内衣压力舒适性研究

周 捷，毛 倩，张英莉，温惠华

(1.西安工程大学 服装与艺术设计学院，陕西 西安 710048;2.广东九极生物科技有限公司，广东 广州 510700)

0 引 言

近年来，随着现代女性对身体形态美观性的追求，塑身衣的市场越来越大[1]。塑身衣利用弹性面料的压迫束缚性，来调整人体脂肪分布，从而实现美体修身、重塑人体形态的功能[2]，然而高弹面料也会给穿着者带来一定的服装压力与生理影响[3]。因此，塑型效果与压力舒适性成为塑身衣的2个主要研究热点。相关学者主要从面料[4-5]、结构[6-7]、工艺参数[8-9]等方面来研究塑身衣的塑型效果。同时，结合因子分析[2]、层次分析[10]、神经网络[11]等方法，对塑身衣的服装压力舒适性进行主客观评价，分析各种实验因素对人体生理的影响[12-13]，旨在保证服装塑型效果的同时，也改善其舒适性。上述这些研究对多因素多指标的分析通常带有独立性，忽略了多指标间的综合性与平衡性。

灰色关联分析法(GRA)属于灰色系统理论，是基于数据曲线形状的相似程度，来分析事物之间的关联程度[14]。对样本量要求较低，运算简单，广泛应用于各领域的影响因素分析[15-16]。逼近理想解排序法(TOPSIS)是一种优秀的多属性评价方法，许多学者将其与其他评价方法相结合来进行实验对象的多属性效果评价[17-18]。鉴于此，本文确定了身体质量指数、服装松紧度、人体姿势等3个因素，作为塑身内衣(调整型文胸+腰背夹)压力舒适性研究的影响因素。首先，采用正交试验采集接触压力、皮肤血流量和皮肤温度等3个评价指标的数据。然后，运用GRA分析影响塑身衣关于上述3个评价指标的舒适性的主次性。最后，结合TOPSIS方法综合评价7个测试部位的压力舒适性，以期为塑身衣的舒适性优化提供参考。

1 实 验

1.1 实验对象

选取80名年龄18～24岁，身高(160.57±4.83) cm，身体质量指数(BMI)值18.5～22.5 kg/m2的女性在校大学生。根据GB/T 1335.2—2008 《服装号型 女子》以及BMI值，经过体型特征测量，对女性体型进行分类，最终从B体型中选择3名BMI值为19、20、21 kg/m2的女性大学生为最终正交试验对象，其体型特征见表1。

表 1 研究对象的体型特征

采用某品牌的分体式塑身内衣(面料：60%锦纶、40%氨纶；里料：84%锦纶、16%氨纶/52%黏胶纤维、48%棉；其他：100%锦纶)为实验样衣，见图1[6]。

图 1 分体式塑身内衣Fig.1 Split shapewear

该套塑身内衣包括调整型文胸以及腰背夹(前中位置有3排调节扣)，其规格分别为75B和76，对腰腹部具有较好的塑型效果。

1.2 实验条件

实验室为温度(25±2) ℃、相对湿度65%±2%的人工气候室。受试者经过专业测试人员培训后，在身体特征平稳、着装舒适的状态下进行数据采集。运用日本AMI公司开发的AMI-3037气囊式接触压测定仪，采集接触压力、皮肤血流量和人体温度等3种压力舒适性评价指标信息，其中皮肤血流量取Mass测试值作为研究数据，单位用电压值(V)表示。

1.3 测试点选择

基于压力舒适性研究文献以及塑身内衣塑型要求[2,19]，选取人体7个部位点进行测试，见图2，其定义见表2。

选取的7个测试点均位于塑型的主要部位及人体曲线的凹凸点，受力偏大，是影响服装压力舒适性的主要部位。

1.4 实验设计

根据相关文献[11,7]，姿势和服装松紧度是影响服装压力的关键因素，因此选择3种日常基础的静态姿势——站姿、坐姿、躺姿作为姿势的因素水平，见图3。

利用腰背夹扣位来控制服装的松紧度，包括扣位1～3，其中扣位1松紧度最大，扣位3松紧度最小。同时，为了研究人体肥胖程度对塑身内衣压力舒适性的影响，以BMI值作为实验因素，BMI值越大，则表示人体肥胖程度越大。

运用正交表L9(34)来进行试验设计，因素与水平设定见表3，实验1#～9#分别为：A1B1C1；A1B2C2；A1B3C3；A2B2C3；A2B3C1；A2B1C2；A3B3C2；A3B1C3；A3B2C1。

1.5 测试流程

为减少人体生理与心理等因素对测试结果的影响，实验固定在午饭2h后进行。研究对象进入实验室休息10min，适应实验室环境；与此同时，测试人员调试并校正压力传感器，使其能够精确地测试出指标数值。首先，采集研究对象净体状态下，7个测试点的皮肤血流量与皮肤温度数据。然后，专业测试人员辅助研究对象穿着塑身内衣，并调整腰背夹的扣位。最后，研究对象分别做站姿、坐姿以及躺姿等3种动作，待实验数值稳定后，收集2min的指标数据。

2 数据处理与分析

对数据进行奇异值剔除与缺失值替换之后，计算7个测试点评价指标在时间序列上的平均值。采用评价指标平均值作为因素GRA分析，以及压力舒适性TOPSIS综合评价的基础运算数据。

2.1 因素GRA分析

由于人体各部位具有不同的组成成分与结构，同时人体表面曲率变化较大，导致7个测试点的压力舒适性影响因素主次性也随之产生差异。为了分析不同测试点的压力舒适性影响因素，本文采用GRA计算7个测试点上压力舒适性评价指标与实验因素之间的灰色关联度，得到不同评价指标的影响因素主次性。

根据文献[20]的GRA计算公式，以压力舒适性评价指标为参考序列，实验因素水平为比较序列，计算实验因素与评价指标之间的灰色关联度值。以腋下点的接触压力为例，得到一个4×9的矩阵，即

式中第一行是接触压力测试值；由于人体姿势属于定性因素，而服装松紧度则采用调节扣来进行控制，为了统一变量，本文均采用因素水平进行计算，即矩阵第二行、第三行、第四行分别是BMI水平、人体姿势水平以及服装松紧度水平。逐步计算，最终得到3个因素与接触压力之间的灰色关联度值分别为[0.591 2，0.581 1，0.562 1]。

灰色关联度越大，表明实验因素对接触压力的影响程度越高。因此，对于腋下点，受试者的BMI值是首要影响因素，这是因为腋下点的脂肪厚度与人体BMI值呈现正相关性，从而导致服装接触压力的显著变化。人体姿势对腋下点接触压力的影响次之，服装松紧度对接触压力的影响程度则最小，这可能是因为腰背夹松紧度的调节主要作用于人体凸出部分，而腋下点属于人体凹进部位，因此对该测试点产生的影响较小。

参照上述方法计算7个测试点上，3种实验因素与接触压力、皮肤血流量、皮肤温度之间的灰色关联度值，见图4、5以及表4。

由图4可知，关于接触压力，7个测试点的压力影响因素主次性具有较大差异。胸点、肩中点的接触压力主要影响因素为人体姿势，服装松紧度次之；腋下点与胸部下缘点的接触压力主要影响因素均为BMI，次要影响因素为人体姿势，服装松紧度则是最小影响因素；腹凸点的接触压力主要受人体姿势的影响，服装松紧度其次；上腹部点与侧腰中点的主要影响因素均为服装松紧度，但上腹部点的次要影响因素为人体姿势，而侧腰中点则受BMI的影响较大。

根据上述分析，人体姿势和服装松紧度主要影响人体胸点、肩中点、腹凸点以及上腹部点等人体表面凸出部位，而人体凹进部位如腋下点、胸部下缘点和侧腰中点的主要影响因素则为BMI。纵观7个测试点接触压力的影响因素折线图，人体姿势的影响最大，其次是BMI，服装松紧度的影响则最小，说明穿着过程中可以通过调节扣来调整塑身内衣的松紧度，从而达到更佳的塑型效果。由于塑身内衣属于紧身服装，人体肢体动作的变化幅度越大，则接触压力越大。为了平衡塑型效果与压力舒适性，在塑身衣压力舒适性优化设计中，可以增加穿着场合作为考虑因素。BMI对人体凹进部位接触压力影响较大，这可能是因为：即使受试者体型相同，但个体之间的肥胖程度差异会导致人体脂肪分布及表面曲率产生较大变化，从而影响人体局部凹进部位的压力舒适性。建议塑身内衣的号型分类及结构设计应区别于普通成衣，考虑增加身体质量指数为号型选择参数。

由图5可知，就皮肤血流量而言，腋下点、胸点、腹凸点与侧腰中点的主要影响因素均为BMI；上腹部点、胸部下缘点的主要影响因素为人体姿势；只有肩中点的主要影响因素为服装松紧度。结合接触压力的分析结果，上腹部点与腹凸点属于人体主要塑型区域，故其接触压力受服装松紧度的影响较大，但关于皮肤血流量指标，服装松紧度对腹部的影响则偏小，这可能是因为相较于肩中点、侧腰中点，腹部包含更多的脂肪。根据图5可以发现脂肪越少的身体部位，其皮肤血流量受服装松紧度的影响越大；就胸点、腹凸点、侧腰中点、上腹部点等胸腰腹主要塑型部位的皮肤血流量而言，则受BMI的影响较大；人体姿势主要影响上腹部点和胸部下缘点等靠近人体内部器官的测试点。

由表4可知，皮肤温度的影响因素主次性在3种评价指标中是最规律的，即BMI与皮肤温度测试值的灰色关联度最高，服装松紧度其次，人体姿势最小。

综合比较上述3种评价指标的影响因素，BMI与人体姿势对塑身内衣压力舒适性的影响相对较大，而服装松紧度的影响则相对较小。王海燕等研究女性塑身内裤时，发现人体姿势的变化会导致体表曲率随之改变，从而影响局部受压状态[21]。由此可知，体表曲率变化是影响压力舒适性的根本因素，这与本文中塑身内衣压力舒适性主要受BMI的影响相一致，因此塑身类服装应细化体型分类，优化局部结构设计。

2.2 TOPSIS综合评价分析

由于TOPSIS方法是基于距离尺度来衡量样本间的差距，因此需要提前确定评价指标属性的最优值，并进行同向化处理。基于早期学者研究的接触压力舒适阈值以及净体状态下的皮肤血流量、皮肤温度测试平均值[22-23]，确定7个测试部位的指标最优值，如表5所示。

(a) 1#～3#

(b) 4#～6#

(c) 7#～9#图 6 1#～9#的TOPSIS排名Fig.6 TOPSIS ranking of 1#～9#

由图6可知，名次越靠前表示该组实验的压力综合舒适性越好。每组实验中，不同测试点的综合舒适性差异较大，但就实验的排名总体趋势来看，3#的测试点排名相对集中且名次靠前，表明该组实验中，塑身内衣的压力综合舒适性较好。2#、4#、7#、8#、9#的测试点排名均靠后，表明这5组实验的着装压力舒适性偏差。其中，2#、4#、9#的测试点排名相对离散，且这3组实验的人体姿势水平均为坐姿，这可能是因为腰腹部等塑形部位的脂肪在坐姿体态下产生堆积，导致人体表面曲率变大，降低了塑身内衣的压力舒适性；7#、8#、9#的BMI值均为21 kg/m2，说明肥胖程度越高，塑身内衣的压力舒适性越差。

表 6 7个测试点的归一化贴近程度

人体不同部位的压力舒适性存在较大差异。本文中，压力综合舒适性最好和最差的部位，分别为上腹部点和胸部下缘点、侧腰中点，这与文献[2]的研究相一致。在因素GRA分析中，胸部下缘点与侧腰中点等人体凹进部位的压力舒适性指标，主要受BMI的影响，而TOPSIS分析也表明人体凹进部位的压力综合舒适性偏差，因此，添加BMI为指标来细化女性的体型分类，增加人体凹进部位的尺寸可以改善塑身内衣的压力舒适性。

3 结 论

1) 身体质量指数对塑身内衣的压力舒适性影响最大，人体姿势次之，服装松紧度对塑身内衣的压力舒适性影响最小。

2) 胸腰腹等主要塑型部位的接触压力以及身体含脂量少的部位皮肤血流量主要受服装松紧度的影响，身体皮肤温度与塑型部位的皮肤血流量则主要受BMI的影响。

3) 对于塑身内衣，人体不同部位的压力舒适性差异较大，但人体凸出部位的压力舒适性整体优于凹进部位。