基于用户需求的国家电网应急抢险服虚拟仿真设计

2024-02-27许星

纺织报告 2024年1期

许星

（常州纺织服装职业技术学院服装学院，江苏常州 213164）

在应急抢险过程中，由于时间紧、任务重、风险大等，电力工人需要24 h值守在抢修现场，且恶劣的天气和环境也给电力工人埋下了一定的安全隐患。因此，为了保障电力工人的人身安全，提高电力工人的工作效率，亟须设计一套适用于国家电网电力工人的应急抢险服装。

1 国家电网应急抢险服装设计需求

本研究以用户需求为导向，基于虚拟仿真技术对国家电网应急抢险服装进行设计。根据国家电网公司应急管理要求和应急抢险工作特点，运用服装设计方法和虚拟仿真技术，从功能性、美观性、实用性等角度进行设计，构建以用户体验为导向的国家电网应急抢险服装虚拟仿真设计流程（图1）。

图1 功能服装虚拟仿真设计流程

1.1 工作环境调研

应急抢险服装必须具有辅助人体适应外界气候变化、防止和消除外界对于人体危害的功能[1]。前期需要了解产品的使用场景，预设在此场景中可能存在的危险以及人体受到损伤的可能性，从而分析该产品需具备哪些功能，进而有针对性地进行防护功能设计。

第一，高空抢修常伴有横风，尤其在冬季极寒天气下高空横风刺骨，对服装的保暖防风性能提出了很高的要求。第二，在地震、洪灾后执行抢修作业时，环境中有大量的污水污泥。工作服需要具备防水抗污的性能，同时要考虑后续服装清洗维护的便捷性，因此，服装面料要选择防水抗污、易清洗的材料。第三，在高温环境下执行抢修作业时，工作人员会大量出汗。工作服需要具备轻便透气且散热快的特点。同时，高温下服装与身体摩擦易产生静电，会对人体造成危害，因此，服装需选择具有永久防静电特性的面料。第四，夜间作业可视度低。为保证工作人员的安全，工作服应具备反光的功能。第五，雨雪天气抢修，除了要考虑工作服的保暖性能，同时还要具备防水以及高密封度等性能。

1.2 工作姿态剖析

功能服装最基本的特性是对人体生理层面的保护，运动是表现人体生理特征及需求的最好状态。通过运动状态下动作的分析，可以更好地掌握用户在工作时的生理需求。通过国家电网应急抢险类工作场景和工作内容的调研分析，总结出应急抢险工作人员工作中常用动作为骑、跨、爬、蹲、趴、拉、抗、拽等，皆为幅度较大的动作。服装应具备高耐磨性、高撕裂强度等特性，保障工作服的使用寿命。由于工作时常出现蹲的动作，可适当加大下摆长度并做可调节收紧下摆的设计，同时适当提高裤装腰线，防止工作人员的腰部皮肤暴露出来，起到保护皮肤的作用。高空作业时工作人员常伴有攀爬、骑线等动作，服装需宽松舒适，方便活动，同时骑线的动作对裆部的耐磨性有很高的要求，应做加强耐磨结构，提高工作服的耐穿性。

1.3 用户需求调研

为了切实了解电网工人对工作服的生理和心理需求，通过问卷调查和访谈的形式，对国家电网工作人员进行调研。调查问卷共发放60份，回收58份，有效问卷回收率约为96.7%，其中81.6%被调查者希望解决工作服的耐穿性和防护性问题；76.7%被调查者认为服装款式老旧，同时服装口袋设计不合理，无法满足置物的需求；71.6%被调查者希望解决服装耐脏污的问题；65.0%被调查者希望解决工作服穿脱不方便的问题；46.7%被调查者认为现有工作服不美观且没有国家电网特色；31.6%被调查者希望服装可以区分男女款。通过对国家电网工作人员访谈资料的归纳整理，分析总结出国家电网工作人员对工作服的主要诉求为方便活动、易穿脱、耐脏耐磨、吸汗透气、美观、标识性强且具有国家电网特点。

2 国家电网应急抢险服装设计实践

功能性服装需要同时具备功能性和舒适性，本研究将影响服装功能性和舒适性的主要因素作为开发特定环境和特殊工种用途服装的设计原则。通过服装的结构、面料、色彩等构成要素的设计，可预测其功能性和舒适度。在确定服装的基本防护功能后，还需要对其他影响因素进行细化考察，例如是否有行业标准与习俗、用户和企业标准的差异化以及公司的预算成本等因素。在产品研发过程中，核心是用户的需求，同时还要兼顾自然、经济等影响最终设计效果的其他因素。

2.1 设计目标与思路

在功能服装的各项性能中，生理和心理的防护性至关重要。防护性包含硬防护和软防护。其中，硬防护是从着装者的生理角度出发，主要通过对服装的结构、面料进行有针对性的设计，防御各种可能对身体造成损伤的外界危害。应急抢险类工作服在设计过程中首先要考虑其工作内容的特殊性，要全面考虑各种极端工作环境对工作人员造成危害的可能性，最大化避免工作人员在工作中受到伤害，并尽可能提升工作人员穿着的舒适度。软防护是指从心理方面出发，对服装的整体风格、标志识别、色彩等方面进行针对性设计，突出企业风貌，提高企业文化认同感，对用户的心理产生积极作用。新工装设计以“国电绿”为基调标识，从“能源转型、绿色发展”理念及“人民电业为人民”宗旨等文化内涵中提炼工装色彩，形成反映国家电网IP形象和企业文化的高辨识度新工装。

在设计之前，首先进行前期调研，通过现场勘查、查阅视频素材以及问卷访谈等方式，对国家电网应急抢险工作环境以及工作人员在工作中的运动状态进行分析，结合工作人员自身对服装的诉求，得出应急抢险工作服的功能需求点。根据用户对产品外观、功能等方面的期望，确定基本的设计方向，并着重解决其不满意点、遗憾点以及强化希望点，有针对性地进行功能设计和美感设计，最终设计出一款高于用户现有实际需求的产品，如图2所示。

图2 国家电网应急抢险类工装设计思路（王兴伟、许星）

2.2 面料特性的选择

功能性服装对面料性能具有较高要求，尤其是国家电网应急抢险类特殊工种的工作服，需要在各种恶劣工作环境中保护工作人员的身体免受伤害。在服装材料上，选用高支平纹棉涤混纺面料加“SYCORE-TEX”涂层材料，达到新工装对阻燃、抗静电、防电弧、耐磨、抗撕、防水等功能的标准要求，贴身衣物为140高支密全棉面料，具备抗静电、吸湿、保暖、亲肤性能。冬装内层材料采用轻薄、透气性好的冷隔绝材料叠加态，叠加态常用于羽绒、抓绒布、纤维絮片等，具有轻薄、透气性好、冷隔绝的优点。因此，将叠加态运用于夹层，同时填充仿鹅绒高保暖絮片的新型纺织纤维材料，设计可拆卸内胆，极大地保障雨雪湿寒天气的保暖效果。新工装混纺与涂层材料均符合防污、易洗涤、不变形的要求。

2.2.1 高弹性与耐磨性

应急抢险服对服料的耐磨性、耐撕裂性以及弹性有很高的要求。应急抢险工作人员在工作时的运动强度很大，会做一些幅度较大的动作，如骑线、攀爬等。高撕裂强度和高耐磨性保障工作服的结实耐穿性，延长服装的使用寿命。为了提高服用者在运动中的舒适性，对服装面料的弹性也有较高的要求，高弹力面料在提高穿着者运动能力方面也发挥着重要作用。

2.2.2 舒适性与保暖性

服装最基本的功能是帮助人体适应外界气候，在温度较低的环境中，服装要具有很好的保暖性能。功能服装在具有很好的保暖性能的同时还要避免臃肿，便于工作人员活动。冬装内层可拆卸保暖层的表层使用锦丝绸，夹层使用轻薄、透气性好的冷隔绝材料叠加态，同时填充仿鹅绒高保暖絮片的新型纺织纤维材料，提升环境适应性。

2.2.3 吸湿性与透气性

吸湿透气性是应急抢险类工作服舒适性的重要指标。抢修工作往往伴随着高强度的运动，工作人员在运动后会产生大量的热量以及分泌大量的汗液，工作服需要及时将人体汗液传导至外界，保持人体的干爽，从而保证穿着者的生理舒适性。因此，服装内里材料需要具备良好的吸湿透气性能。140高支密全棉面料具备抗静电、吸湿、保暖、亲肤性能，利用纤维表面微细沟槽所产生的毛细现象使汗水经芯吸、传输、扩散迅速迁移至织物表面并发散，从而保持人体皮肤的干爽[2]。

2.2.4 防水性与防风性

应急抢险工作经常遇到雨雪天气，工作服须具备良好的防水性与防风性。通过静水压指标进行评价，要求静水压不小于160 cm水柱，稳压5 min，布面出现的水珠不超过6颗。Gore-Tex是由薄膜层压涂层制成的高性能纺织品，这种薄膜每平方英寸（约0.000 6 m2）有90亿个微孔，微孔的大小只有水滴的1/20 000，这些微孔足以使汗气透过薄膜，同时阻止外界风雨渗入[3]，可以有效应对雨雪等恶劣工作环境。

2.3 服装款式结构设计

对工作人员的运动姿势、受力情况等方面进行分析，针对工作人员攀爬、骑线等大幅度动作，在肘部、膝盖和臀胯部位均采用加强加厚结构设计，最大限度地减少工作过程中服装的磨损，从而更好地保护服用者，减小意外伤害和肌肉受损等危险。袖部带有高明度色彩醒目条，前后身重点部位均设计镭射反光条，工装背部反光条为“男三女二”原则，以备低辨识环境下的精准辨识，从而提高服用者在夜间危险环境作业的安全性。服装版型根据男女的体型特征差异进行了细微调整，提高了女性工作人员工作服的合体性，如图3所示。

图3 效果与版片示意（王兴伟、许星）

春秋装、夏装腰身部位采用无结构设计，保障工作中维修安全装备的穿着无障碍，尽可能减小工作人员高空作业的危险系数。针对雨雪等恶劣天气作业，服装的口袋均采用压胶防水隐藏式口袋，有效保障通信设备不被雨水淋湿，同时大臂外侧设计了放置对讲设备的黏胶，保障对讲设备拿取方便以及高空工作人员与地下工作人员沟通的便捷性。冬装采用双层可拆卸的设计，保暖层的表层使用锦丝绸，夹层使用轻薄、透气性好的冷隔绝材料叠加态，同时填充仿鹅绒高保暖絮片的新型纺织纤维材料，可根据温度、湿度等情况进行穿脱，最大限度地提高服装的舒适性。针对高空作业的横风，对领口、袖口、裤脚口等部位做了可调节功能的防风设计，有效提高服装的保暖防风性能。

2.4 服装的美饰性功能设计

舒适性和防护性是功能服装最基本的需求之一，满足穿着者的生理需求和安全需求。在标志识别、企业形象等方面提高企业文化认同感，给予穿着者集体归属感以及行业自信。因此，在设计功能服装时，首先需要满足穿着者对服装的舒适性和防护功能性需求，其次从服装的美饰性角度融入企业文化，通过服装传达企业精神，从而充分满足穿着者对美的追求，使其产生心理认同感。

设计师在设计产品时要遵循实用性与艺术性相结合的原则。从传统意义上的美学而言，服装设计的造型美学主要体现在服装的款式结构和颜色质感两个方面。国家电网应急抢险类工装在色彩上使用了国家电网代表色“国电绿”，使服装不仅有视觉形式上的美感，同时还涵盖了企业精神文化，充分反映企业员工的情感、心理和审美取向等内容。服装的艺术设计不仅是视觉上的创新创意，同时也是信息传达设计的一种方式，其将企业的精神内涵、文化传承、意识元素等全部融入服装的外观设计中[4]，赋予工作服审美价值和情绪价值。

3 虚拟仿真技术

虚拟仿真技术是指将计算机技术、仿真技术和多媒体技术相结合，创建虚拟的产品、过程或环境，从而使用户体验到产品、过程或环境的虚拟实现。在虚拟仿真中，用户可以采取多种手段对产品进行观察和操作，进而体验产品的各项功能和特性。虚拟仿真技术主要包括视觉仿真、听觉仿真、触觉仿真、嗅觉仿真等。国家电网应急抢险服装采用虚拟仿真技术进行设计。

利用虚拟仿真技术可使用户体验到抢险服的各项功能和特性。Style 3D Fabric可以精确捕捉纹理细节，使图像更加清晰，色彩更加真实，同时高度还原复杂面料，全自动获取PBR贴图，高清模拟面料属性，实现高仿真面料上身呈现，让设计图更加逼真。Style 3D自有柔性仿真技术，让3D服装设计更真、更快、更高效，同时可以让电网工作人员更直观地感受成衣的款式色彩、面料质感以及上身效果[5]。