基于人因工学的户外登山服研究

何咏诗 张初阳 宋武

摘要：在全民运动的大背景下，运动服设计已由传统的基础功能模式转变为生理一心理一社会行为模式。了解人因工学，分析其运用方法与特征在服装中的设计表现。文章运用人因工学、设计美学、服装人体运动工程学等相关理论实践，通过对人体运动特征以及服装结构、面料、服装与科技的研究，总结人体户外运动服的特征，将人性化的设计理念引入到户外登山服设计中，达到舒适、安全、高效的预期，能在户外恶劣的环境中起保护作用。

关键词：人因工学 人体工程学 户外登山运动服 可拆卸设计 服装设计

中图分类号：J 文献标识码：A

文章编号：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

隨着物质文明的发展，人民生活水平的提高，当代人的生活压力与经济压力日渐增加，人们需要自然生活的各种户外运动来调节紧张的生活节奏。人们生活观念的转变使得户外登山、越野、长跑等极限运动成为一种流行趋势。为了适应极限运动的需求，运动类服装也逐渐趋向于智能化与现代化，受到了更多行业人员的关注，同时这也刺激了户外运动服朝着更专业、更智能、更多元、更时尚的方向发展。科技进步的同时也要注重人性化的设计，以人的需求为主，关注人的思维方式、心理因素，行为习惯，专业且高性能的户外运动服开发更需要人体工学方面的知识。在户外登山运动服基本功能的基础上，对产品进行全方位的综合性优化设计，使穿着者在使用过程中更加方便和舒适。目前在相关领域的研究中，关于人因工学与服装设计的深入研究较少，文章认为这是一个新的方向，将人因工学作为一种设计原则进行户外登山运动服的设计，于二者而言都是一种全新的机遇，也将是未来服装设计的发展方向。

一、服装与人因工学分析

人机工程学又称为人体工程学、人类工效学、人因工程学、人类工程学等，按照国际人类工效学学会（IEA）的定义，人因工学是研究人一机一环境的相互作用，研究人体数据与各个领域的相关性问题的学科。本文主要从人因工学的角度出发，从人的需求考虑，研究人体与运动之间的协调关系、运动与环境的适应关系、服装与环境的关系。综合研究出一款集保暖与时尚于一体的户外登山运动服，在实现轻便的同时又保暖，保障户外运动者的基本需求。

服装人体运动工程学是一门研究人体肌体运动与服装之间关系的学科，主要从人体的骨骼肌肉形态与运动形式特征出发，充分考虑到人体运动与服装之间的协调性，骨骼肌肉形变与服装面料结构之间的协调性，以提高服装与人体的整体适应机能。现代运动服装设计的步骤从市场调研开始，立足于时代背景，满足用户需求设计，在形成构思头脑风暴—款式图表现—样衣制作—实验穿着测试—成衣批量生产的全部过程。了解用户的需求，立足于人体结构运动系统，再结合服装的设计，生产的运动服才能更好地满足市场的需求。

骨骼和肌肉属于人体的运动系统，起着支撑肌体和运动的作用。在登山运动过程中，上下肢体骨骼位移，关节位置的变化会拉动肌肉收缩，从而引起人体体表皮肤的伸缩形变，因此要求关节周围的织物也具备一定的拉伸性与抗撕裂性。掌握人体运动形变特征对户外登山运动服的设计尤其重要，对人体和肌肉组织结构的把控，利用这些知识和服装目标设计所对应的人体数据，设计出服装目标设计人体结构的空间示意图，再根据示意图加入放量，调整人体局部结构线，从而制定出对应人体的服装板型。此外，还要测量人体在运动时各个部位动作的数据，结合人体的版型与运动的数据设计出符合运动规律的服装版型。款式、面料、色彩、服装结构是户外登山运动服的主要组成部分。

（一）户外登山服的安全保暖性

户外登山运动通常在人迹稀少的野外进行，野外环境具有不确定性，天气与周围环境对于人体安全保暖需求的影响性高，服装必须具备充足的保暖性、防水性以及防风性能。因此，在选择户外运动的时候，首先要考虑的是安全，在进行登山、攀岩等户外运动时，最重要的是保暖。因登山运动需要减轻负重，服装面料应轻便或者整体设计为可折叠多功能型：户外洗涤条件有限，服装的抗菌性、防臭以及防污性要求高；登山运动过程中拉扯性较多，服装面料应选取具有良好的拉伸性和抗撕裂性的纤维材料。由于户外环境的特殊性以及登山运动的不确定性，户外登山服的设计也应从人因工学服装与色彩的理论上进行分析，户外登山服应采用较为鲜艳的或者醒目的设计，避免与周围山体树木相似的颜色，以便发生危险时能第一时间被搜救人員找到，以保障运动员的生命安全。

（二）户外登山服的舒适性

从人因工学的理论出发，户外防护服的舒适性包含透湿性、密封性、服装热阻值、延展性等客观指标，与服装材料、制作工艺、造型设计这些因素有关，在多变的环境里，服装应该具备吸湿排汗、导热、弹性的功能。防护服是一个相对封闭的系统，不仅需要考虑穿着者外部因素，还需要考虑内部因素，着重从造型设计、服装制作材料、面料这几个方面对户外防护服的舒适性进行改进。除了保暖性外，户外运动服的防水性也是关键一点，在户外运动装的外层面料上涂上一层PTEE化学涂层，使水珠聚集吸紧并浸润织物表面，从而无法透过织物组织上的孔隙来达到防水的目的。用专业的压胶机和压胶条对服装面料及其结构之间进行高温压胶，封闭所有接缝缝隙，杜绝水珠进入，增加防水性。此外，由于肢体在运动时膝盖、手肘处的弯曲频繁，此处的面料要求具有较高的耐磨性能，如Lycra人造弹性纤维。

（三）户外登山服的结构性

关注人体结构运动规律可知，户外登山服与人体肢体动作有关，需要根据人体伸展方向，结合人体每个关节的运动特点对服装进行结构设计。灵活的服装结构设计可以减少在运动中的束缚，满足人们的运动幅度需求。经研究调查表明，在户外登山运动时身体前倾的幅度比较大，如图1人体登山动态图，腰部服装容易往上收缩提起，如图2人体腹腔腰部示意图，所以在服装腰部要注意放松量设计，服装后片要比前片长，保证登山者在登山时的舒适性要求，防止走光以及风从背部进入身体。在走动以及爬山过程中，腰部用力频繁，腰部裤头容易变宽松，在裤腰带的设计上应加强弹性和收缩度。由于人体在运动时肌肉的牵拉作用，手臂以及小腿膝盖在这些运动过程中需要频繁弯曲，在结构设计时，腋下服装的设计要留有余量满足上肢运动的需求，膝盖处裤长也应加长，满足膝盖以及小腿的牵拉作用。在爬山过程中，肢体往上时，往往容易露出裤脚，裸露的部分小腿容易受到蛇虫、蚊子的叮咬，因此在设计时要注意裤脚的弹性闭合松开设计，在细节处理上满足登山运动员的基本需求。在人体曲面交界处，运动服装的版型结构都应该进行曲线处理，以符合人体运动规律，如腰部，腋下，裤裆，袖身的前偏袖线、袖笼等部位。在登山运动时，膝盖、肘部等关节部位下肢动态图作为支点受力较大、弯曲频繁，因此要注意关节处的保护，在结构设计中增加省道、褶皱的设计方法，增强膝盖处的活动空间。因此在进行服装设计时，要充分考虑户外运动的特点以及人体结构的受力情况，从设计上体现人性化设计理念。

（四）户外登山服的美观性

由于户外登山运动服属于功能性和防护性服装，登山服的设计重点在功能性，而美观性与时尚性只是侧重点，这就使得市面上的登山服都显得沉闷、呆板。从人因工学层次分析，人的视觉焦点会成为选择的一个据点，运动服的设计也应结合时尚服装设计潮流。通过户外登山运动服的人机结合、款式以及细节的时尚化设计来诠释人们对科技、大自然、健康和时尚的运动追求。因此，户外运动登山服在注重功能性设计的同时也应该发展美观性的设计，达到功能与形式相结合，满足人们的个性化需求。引领户外运动服朝着人性化、时尚化、多元化、多功能的方向发展。

结合人因工学理论与服装设计原则，分析得出户外登山运动服的设计原则如图3。从用户需求出发，满足户外登山运动的需求，在保护功能上达到安全、保暖、防风、防水、美观等生理与心理需求。从人因工学角度考虑，在运动过程中满足人们的穿着舒适性以及便利性，主要体现在面料与结构方面，服装裁剪以及版型结构比例合理。在运动服装整体系统上，根据现有技术以及科技材料，进行系统设计，根据面料的不同特性，纤维性能来进行细节功能上的改良。

二、户外登山运动服设计方案

户外登山运动服的设计不仅属于服装产品艺术设计的范畴，还跨越了多个门类的知识领域，例如服装美学、服装人体运动学、服装工艺技术、服装材料学、人因工学和纺织科学技术等相关领域的结合。本次设计以户外登山运动服设计为例，将人因工学与服装设计付诸实践，增强人机交互，以此为户外运动服装设计了提供设计借鉴。

（一）服装结构及款式

本次户外登山运动服采用H形的廓形，运用了垂直结构线、倾斜结构线以及水平结构线三种结构线的设计，把服装分割成几个垂直、倾斜以及水平的小块面。腰部采用了倾斜的结构线设计，在所有的结构线设计中是最具有活跃感、轻快、律动感觉的分割线，腰部的倾斜分割加上胸部的水平分割，手袖的垂直线分割使得整体款式修腰细长，给人一种挺拔的感觉。胸腔结构中的水平分割线以及腋下的垂直结构线设计有利于体表散热，挥发汗液。面与色块结构线的分割、组合、重叠、交叉所呈现的布局变化万千，色彩丰富，除了具有功能性的作用之外，还增加了运动服装时尚化设计的气息，同时也增加了服装的运动感、节奏感、装饰性和韵律感。

由于腿部弯曲的动作较多，因此此处采用曲线分割，减去弯曲时前肘多余的松量，在肘后部增同时，为了方便穿脱，在登山裤的裤腿中间安装一条长度为 30cm 的可开合拉链，袖口处以及脚踝处运用魔术贴和松紧带式的设计增强了防风性，避免在爬山过程中露出脚踝而被蚊虫叮咬，增加了登山裤的整体穿着舒适性。外套的下摆采用前短后长的形式来解决在登山或攀岩过程中因身体前倾造成后中衣长不足的问题，袖口采用松紧式设计，达到防风、防水的效果。侧腰多口袋的设计，并缝制有袋盖、纽扣、拉链，可以放一些防身的物品，以备不时之需。爬山过程中，胸锁关节与肩关节的肌体运动会引起人体背部与前胸的肌肉扩张与收缩，后衣片的袖窿增加背宽，前衣片的袖窿可稍微缩小胸宽，后衣片袖片部位袖山高降低，袖宽应当增大，从服装上适应人体的运动机能。袖子则采用插肩袖的设计，更方便上肢的运动加弯曲时所需的活动量，塑造肘部的立体造型，增加抗拉伸撕裂性。肘部、膝盖等弯曲部位采取立体裁剪的方法，再对面料进行高科技无缝拼接，整体效果图如图4。户外登山运动服整体款式造型细长，给人带来视觉冲击力，具有运动时视觉的流畅感和动态感。

（二）色彩设计

从人因工学出发，色彩与服装心理学学家分析“红色、橙色、黄色等暖色服装给人以热烈，活泼、激情的感觉；蓝色、绿色等冷色则给人以冷漠、安静、高冷的感觉”，暖色系运动服给人以运动的激情。户外运动服种类的设计在色彩上有一个特殊点，必须注重色彩的警示性与易辨识性。户外运动服的色彩首选高明度、高纯度、饱和度高的颜色，同时还要避免使用与环境类似的色彩，因此，本次户外登山服的设计结合人因工学理论和2021-2022色彩流行趋势分析得出，明亮的橙色与亮黑色较为适合登山服的色彩设计，能恰到好处地与登山周围环境色隔开。不同色彩之间的拼接使得户外登山运动服唤起了人们内心时尚的活力。其中，手袖处的颜色条运用反光膜增强安全标示性，也增加了运动服的装饰性，在白天吸收任何可见光，在晚上遇光照射会发出光亮，利于运动员在晚上辨认对方或者遇到危险能够及时被搜救人员找到。由于户外环境变化莫测，洗涤条件有限，在手袖处以及胸口处容易弄脏的部位采用黑色可以耐脏。

（三）功能性以及面料设计

本次登山运动服设计采用无缝拼接技术的工艺手法，以求做到防水、漏水的功能性需求。采用三层式穿法。功能由内到外分为三层，最外层负责防风雨、防晒、防紫外线，中层保暖，里层透湿、排汗。内部里料采用锦纶以及多孔、中空、特殊截面的微纤维，中层背部、腹部和腰部这些容易受冷的部位进行石墨烯涂料涂层设计。石墨烯是碳原子以蜂巢状晶格结构紧密堆积而成的一种典型的二维纳米材料，是一种高温耐磨的超薄材料，具有弹性，导电性优异，具有低温远红外、抗菌抑菌、抗紫外线和防静电的优异性能。将石墨烯粉末用丝网印刷的方法印在锦纶面料上制造了石墨烯涂料涂层面料如图5，将石墨烯涂层面料用于登山服容易受冷的关键部位。

戶外登山服由于运动的特点，根据人体肢体动态的不同，服装的各个部位会采用多种纤维混合而成。本次户外登山运动服的主要里料为锦纶、尼龙。主要运用杜邦公司开发的 Cardura 纤维，是一种喷气变形高强力锦纶，这种产品质轻、柔软具有良好的手感，易于打理；耐磨性好、适合作为户外登山运动服的外层保暖填充面料。腋下有小块面料采用网眼织物，采用多孔、中空、特殊截面的微纤维，利用其吸水疏水性，可快速地将汗水吸附于织物，并迅速转移到织物的外表进行水蒸气的蒸发，达到吸湿排汗的功能。本次户外登山运动服外套主要面料为锦纶，外层透湿织物将具有大量微孔的树脂薄膜黏合在底布上，作为层压织物，可以防水。裤子膝盖处面料为尼龙弹力布，整体表面覆盖了一层涤纶TPU贴膜。防风帽的内部加入内衬涤纶里布加网眼布，这样可以使帽子在达到透气的同时，又可以使头部保持温度，防风御寒。整体面料组成如表1面料构成表。

（四）可拆卸设计与一衣多用

通过以人为本的设计理念，满足用户体验需求，对户外登山运动服进行可拆卸设计，从服装结构功能上进行拆解，并满足一衣多用的原则。上衣与帽子采取可开合拉链的设计，在脖子的后颈椎的部位会有隐形拉链，帽子的两边加上左右隐内侧按扣与衣领组合连接形成一个稳固的一体化防风系统，帽子可以自由拆卸。帽子颈椎后部进行了气囊的设计，充气导线用硅胶制作，接口处嵌入弹簧，在睡觉时，打开封口直接吹气，把封口盖盖上，充气导线自动回缩，帽子变成了一个颈枕，如图6，后面紧贴脖子处进行了凹陷的设计，方便登山者席地而睡。到晚上时，穿着者可以把登山服当作睡袋，兜帽变成枕头，进行一衣多用的原则，轻装出行，符合登山者的基本需求。

结论

《基于人因工学的户外登山服研究》论文结合人因工学中人一服装一环境系统分析得出以下结论：户外登山运动服的设计体现以人为本的理念，是具有安全、舒适、美观融为一体的服装，在恶劣的环境中保护运动员的人身安全。户外登山运动服的设计第一要义是利于登山与攀岩运动。此外，在进行户外登山运动时要易于识别。户外服装设计必须充分考虑人、服装、环境因素以及运动特征，使服装更好地辅助穿着者完成户外运动的任务。运动动作影响了关节运动的频率，并引起肌肉伸缩与曲张，应以关节运动特点设计服装结构以及版型。户外登山运动服的版型结构、石墨烯涂层面料、颜色设计等应结合人因工学已有理论、数据、方法以显示服装设计原则、人体运动特性等相关知识为依据进行户外登山运动服的人性化设计。户外登山运动服装的人因工学设计可以实践并实现，这项研究的美学意义与价值不在服装产品本身的设计上，更重要的在于关注用户特定需求，满足用户体验为价值所在，为此呼唤服装领域的相关工作人员都能不断研究、认知，不断完善、规范，研究更多、更好的产品，改善我们的生活品质。

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