可伸缩雨棚的改良设计与研究

摘  要：随着社会的不断发展，雨棚作为一个小型且大众的临时性建筑结构的产品已遍布世界的各个角落，使用量越来越大。但是由于雨棚的设计问题导致的危险事故也不断发生，因此，应该更加重视雨棚使用方式的便捷和功能的安全性。总体来说，国内行业的雨棚产品还处于慢步发展阶段，因为其消费人群多是大众化的商家，群体的安全意识和审美诉求较为薄弱。

关键词：可伸缩；雨棚；结构设计；优化设计

随着社会的不断发展，雨棚作为大众临时性建筑结构的产品，不仅能够为人们遮风挡雨，还具有遮挡阳光等功能，已遍布世界的各个角落。可以说在生活中的各个地方随处可见这种装置，如商场、菜市场、大排档、果蔬种植地等。雨棚的样式有很多种，使用的方式也都相近。因为雨棚的整体构造相对简洁，而且方便用户收纳挪动，能够快速地收纳、反复地使用，对场地要求低，运输与操作都极其方便，所以深受人们的喜欢。

一、可伸缩雨棚发展现状

国内外的雨棚建材行业中有着相对明显的差距。国内大多数人由于消费水平的原因，还在使用相对便宜的雨棚，并没有考虑到它的使用安全性。在国内，很多大排档因为都是小本生意，都不会注重雨棚的整体安全美观这一点。消费人群的安全意识薄弱，只考虑价便宜能将就用就行。因此，每一年都会因各种形式的雨棚出现大小不同的惨案。例如2016年8月，广州因为大风导致火锅店雨棚掀翻砸伤市民，造成市民九级伤残；2018年5月，重庆一次大暴雨冲塌了烧烤大排档雨棚顾客被困，幸好没人受伤。但是，老板还是直接为当晚的顾客免单化解了问题；2018年6月，深圳—酒店后门雨棚垮掉，6人被压其下，其中4人身亡。这样的情况不胜枚举。雨棚这种临时的搭建设施虽说方便了很多，但是，大家只想着方便和价格便宜却没有注重它的整体安全性。如由于结构设计不合理导致伸缩困难，需要几人合作才能完成；雨棚内部无照明设施，商家一般自己根据需要私拉电线把照明设备直接挂在雨棚内，存在较大的用电安全隐患，也影响美观；篷布的挂取比较麻烦，基本是固定在型材上，封闭性较差，使用舒适度不够。总体来说，国内行业的雨棚产品还处于慢步发展阶段，因为这部分的雨棚消费人群对象多是大众化的商家，消费群体的安全意识薄弱，贪图便宜，没有什么设计美观安全的意识，从而导致近几年雨棚的安全问题频繁出现。而国外的雨棚行业在对于整体设计和安全上均很注重，产品整体品质明显高于国内，因此，对于国内雨棚行业来说，应该起到一个借鉴的作用。

二、设计思路

（一）设计需求研究

接到设计课题后，对餐饮馆、地摊主等雨棚消费群体进行了走访，了解他们的需求，聆听他们雨棚使用体验感受和对雨棚设计的建议，梳理核心功能需求。深入厂家调研产品，了解现有产品存在的问题。最后由项目委托方说明客户的设计需求，考虑的主要问题和想要达到的目标。

通过详细的实地调研和文献查阅，结合项目委托方的需求，梳理出的设计核心需求主要有以下几点。

1.由于消费群体对雨棚预算都比较低，因此，设计时应尽量压缩成本，成本增长控制在15%以内比较容易销售。

2.雨棚的X架伸展滑动处是用一个矩形或者圆形套框固定在立柱上伸展，但是因为矩形和圆形套框的尺寸误差较大，所以使用起来不是那么顺畅，滑块与立柱之间是滑动摩擦，摩擦阻力较大，因此推拉非常困难，需要在设计中改善。

3.雨棚的顶棚挂取方式，是单独加了一块型材固定在立柱上，把雨棚四周的围布运用绳子拴上去的方式。这样虽然解决了雨棚挂上去和取下来的问题，然而实际用起来很是麻烦，还会影响雨棚的整体美观。

4.雨棚立柱和斜柱还有横梁的连接是焊接的形式，同时在加上了个薄型材和很多颗螺丝加以固定或者用一个立性型材焊接支撑。非常简单粗鲁的解决了三组型材的连接。最后在实际安装和实际拆卸上超级困难

5.雨棚照明的使用方法是直接牵线到雨棚，然而雨棚内部的型材连接混乱复杂完全不利于灯泡的使用。这样在电的使用上是完全没有任何安全保护的。同时，由于每天都要要收纳雨棚，使用起来也不方便。如果不收纳，受潮受晒会引发安全事故，存在安全隐患。

（二）解决方案研究

明确了设计需求，采用头脑风暴的形式对设计进行方案探索，对每一个需求点进行深入研究。由于雨棚消费群体消费能力有限预算少的问题，项目委托方要求新产品成本相对现有产品提升不能超过15%。因此，在设计中应尽量简化产品结构，不宜在现有产品基础上增设过多构件，应从改造现有产品的型材入手为好。

雨棚伸缩阻力主要来自于自身重量与地面的摩擦力和X架在变形中滑块的阻力。现有雨棚使用空心型材为主要结构，自身重量可以减少的空间比较小，底部均采用滚动摩擦的形式，与地面摩擦力可减小的幅度非常有限，因此，解决此问题的着重点应在滑块的摩擦力。现有产品滑块采用环状型材套在主型材中上下滑动摩擦的形式，特别是在型材生锈的情况下，摩擦系数变大，使雨棚推拉起来更加困难，因此，滑动摩擦应改为滚动摩擦，这样会大大减少摩擦阻力。

照明系統是雨棚常用的系统，但目前雨棚中并没有系统的照明，如何做到节约用电、安全用电、照明充分安全美观是本次课题的主要设计点。经过反复研究，LED灯带是最好的选择。把灯带置入雨棚结构中，电线也可以在型材内部穿梭，把明线改为隐藏线，达到既美观又安全的效果。

整个雨棚使用同一种型材，使雨棚可以穿在型材中是解决篷布挂取问题的关键，不需要加装五金件就可以挂取篷布既能减少施工人员的工作量，又能增加挂取的方便性。

（三）雨棚使用的材料

雨棚的整体形式是用矩形铝材的构架方法，顶部和四周面都有PVC的一个围布。运用的铝合金材料是GB/T-6061标准的，这个材料是经国家有色金属质量监督检验中心检验的，完全合格。

压铸材料里经常被使用的材料之一是铝合金，因为它的特性的优势，常常被运用在生活中大大小小的不同环境。

铝合金的特点：

1.铝合金的密度相對于铁、铜、锌的密度较小，但是它的强度和刚度高都相对较高。

2.铝合金能很好地将电和热进行细致的转换。

3.铝合金抗氧化和抗腐蚀性好。在空气中，铝的表面容易生成一个保护膜，能阻止进一步被氧化。

4.铝合金有着良好的压铸功能，铝合金压铸方式简便，成形和加工都较好，具有较高的力学和耐腐性，是除了钢铁以外最好的合金。

5.铝合金在耐高温和耐低温方面都有着很好的力学性能。

6.铝合金的缺点是容易在凝固处出现大的集中缩孔率，铝合金和铁材质很相近，所以他们的融合度很高，可以在冷室压铸上组合。

铝合金还分很多种，而用得最多的就是市面上所说的6061和6063材料，而我们运用6063这个材料是因为它比6061的强度更强，加工方式也比6061更加方便。

篷布主要用的是PVC材料，也叫热塑性熟料。热塑性熟料是一种运用很多的材料，它主要以热塑性树脂，再添加一些辅助剂而制成。其分子结构呈线形或支链形结构，在一定的温度条件下，熟料能软化和熔融成任意形状，冷却固化之后形状不变。这种状态可以反复塑造，是一种物理变化。

本项目选择的是Serge Ferrari 高性能遮阳材料。因为此材料具有很好的视觉效果和热量舒适度，视觉效果将直射可见光变成柔和的漫射光，避免眩光，增强了视觉舒适度。同时还与顶部灯带的区域很好地结合，具备更好的视觉效果和热量舒适度，散热效果好，解决了大热天防晒和闷热的问题。尺寸稳定，而且还解决了反复收纳时变形的问题，永久百分百防水，而篷布最怕的就是防水功能不好。法拉利遮阳材料除了微孔产品系列以外，均能百分百防水。防水性能源自材料生产制造工艺，与材料寿命同样持久，无需额外再做表面防水处理，解决了漏水这一大毛病。

抗污、易清洁也是选择此材料的主要原因。法拉利预应力专利技术篷布始终处于张力状态，材料表面极为光滑平整，不容易沾染和粘结污物，即使有墨水痕迹，材料仍不受影响，用肥皂或清水清洗即可。长久使用后可以使用Serge Ferrari专业清洗剂进行清洗维护，不易霉变。生产过程中高性能无毒和长效抗霉处理，也使法拉利产品解决了霉变的问题，不褪色。按照UNI EN ISO 105 B04标准测试显示，经过4000小时紫外线加速老化测试，证明法拉利材料在常规气候条件下具有极高的耐候性能，能够让整体一直保持着最好的样子。

更重要的是，法拉利遮阳材料为难燃性建筑材料，它具备超强的防火性能。Soltis聚酯涂层系列产品达到了中国防火标准B1级别，离火自熄，不会产生火焰蔓延。SoltisSK20系列产品为A级防火，可以有效避免火灾事故的发生。

三、设计成果

根据现有雨棚存在的问题，同时结合2018年RTAsia亚洲门窗遮阳展上国外优秀的产品进行借鉴优化，整体雨棚横梁用两根大型钢丝支撑拉力，转动中间螺丝处的松紧度固定平衡，整体看起来给人一种很坚固的视觉感。X架轨道和主型材形成卡扣形式连接，在展开和收纳的时候能够轻松使用。圆规式直杆支撑用于侧板与X架同时使用，用两种方式的支撑能够使得整体支撑更加稳定坚固。篷布的挂取方式，采用内外挂解决遮挡大型钢丝简单粗暴的造型，美化整体。灯带与顶部支撑，圆规式解决棚内照明和顶部篷布支撑，一个形式解决两个问题。灯带做在连接处也是考虑照明亮度的问题。

配合以上需求，型材的设计是本设计中的关键，经过反复修改，最终确定的设计方案如图1、图2所示。

挂取篷布处：制定专属的篷布开槽使得篷布能够更加方便地收放，更好地满足客户更换的便捷 。

内槽处：此型材是外观的主型材，所以为了使得雨棚更加地稳固，内部就会有相应的型材进行内套，从而增加产品的强度。

固定内槽凸点：因为内套不能完全地无缝贴合，增加这个凸点是为了让内套型材更加稳定贴合，使得外形不晃动。

放H滑轮和灯带处：整个雨棚的主型材都是用这个造型，能同时满足放置滑轮和灯带两种使用形式，使得整体效果更加美观。

灯壳处：在此地增加了一个灯壳，是因为灯带光的聚拢效果不好。加一个灯外壳将光线聚拢，这样也符合人们的使用标准。

型材的材料为铝合金（GB/T-6063）， 因为要制作高品质产品，雨棚所有主型材均用一个造型，型材的尺寸49mm×101mm，型材厚度2mm。同时把立柱与X架H形状的滑轮配合主型材，由于要减小内部的摩擦力，因此，内部使用了氧化的表面处理工艺，H型的造型使接触面积更小，有效地减小了阻力。左右两边各加了两个凸点，以便更好地固定滑轮，不会像滚轮滑轮那样左右摇摆，从而使得滑动的时候不会卡顿。内部的加强筋从L造型改变成直形的，可以很好地利用到内部的每一个空间，也能更加稳固。H形状滑轮处同时也是灯带放置的地方。

雨棚整体造型不变，两边立柱和斜梁连接处开了方便挂取顶部篷布的缺口槽。因为跨度的选取所以取消了横梁，如跨度大需加上横梁。

整个雨棚的立柱和斜梁的度数都要准确，因为这影响到立柱与斜梁、斜梁与斜梁的连接和焊接的缝隙。同时，所有柱子的连接处都是由内套加六角螺丝固定，整体连接的螺丝数量相对现有雨棚减少了很多，只是所有连接处有，这样不仅解决了雨棚稳定的问题还解决了自主安装和成本问题，在美观上也是一个提升。内套是4mm*6mm的厚度，300mm*300mm的长度，螺丝的位置离所有中点的22mm处。之前的内套是有一小截的斜梁造型的人字，最后改为没有横梁形式，因为主型材的长度尺寸增大，内套位置有些许变动，还沿用之前的那个人字形内套会导致中间点从内部看连接有很大的缝隙，因此，改了无缝隙的内套，这样两个斜梁焊接得更好。

四、结语

可伸缩式雨棚在我们生活环境中处处可见，因为它为我们解决了生活中需要临时搭建一个建筑环境的问题。也是因为它的临时性和可随时移动性深受人们的宠爱。而这些大的突出点也正是造成产品问题的主要因素，一个产品的安全、方便、环保、美观是现今人们生活品质最注重的细节。而近几年因为雨棚引发的惨案让人触目惊心，无法忘却雨棚最普遍的用户人群还是很多小商贩。本文通过前期的市场调研、材料分析等一系列调查研究，最终决定改善雨棚的所有主要型材，解决缺陷毛病。调研的结果分四点：第一是雨棚的重量问题，在收纳的时候很笨重，X架的滑轮使用不流畅导致很难挪动。第二是雨棚的照明问题，直接引线和直接挂灯泡，挂取使用起来都很麻烦，下雨时会导致漏电、触电等情况的发生。第三是篷布和围布的问题，即雨棚顶部的篷布使用周期和围布不能自由地挂取。第四是雨棚的结构，雨棚整体的型材都是由不同型材拼凑起来的，在装配上很是麻烦。

为了解决让人苦恼的难点和考虑整个雨棚的安全，在型材方面还是采用通用的铝合金材料，篷布用的是法拉利的材质，解决了篷布的使用周期问题。雨棚顶部的篷布和四周的围布使用魔术贴的形式解决挂取问题。整个雨棚的主型材都是用的同一个形状的型材，解决了用户自己安装的问题。型材中的滑轮处也做了改革，将轮子由晃动形改为了贴合形的H形状，同时型材里放置H滑轮处也是放置灯带的地方，一个点的设计完善了多个点的毛病。灯带的内置也解决了外引线带来的安全问题。

本文对现有产品进行调研分析，试图改善雨棚结构型材缺陷，通过型材的重新设计，解决了在收纳的时候笨重的X架的滑轮使用不流畅很难挪动的问题，雨棚的照明电线混乱下雨时会漏电、触电的问题，篷布挂、取麻烦的问题等。通过本次设计，雨棚性能得到了改善，产品量化生产并成功申请了实用新型专利，客户满意度非常高。

参考文献：

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[3]张光刘，林瑞进，汪自祥，颜海峰. 自动伸缩折叠雨棚的设计与研究[J].装备制造技术，2018（5）：135-137

作者简介：宋祥波，硕士，成都东软学院数字艺术与设计学院副院长、副教授。研究方向：产品设计。