油罐清潔連體作業(yè)服的開發(fā)和工效學(xué)評價(jià)

張龍女，王云儀，2，李億光

(1.東華大學(xué)服裝·藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，上海 200051;2.現(xiàn)代服裝設(shè)計(jì)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(東華大學(xué))，上海 200051;3.海軍醫(yī)學(xué)研究所，上海 200090)

石油產(chǎn)品存儲設(shè)備為工業(yè)生產(chǎn)和人民生活提供保障，儲油罐是常用的儲油設(shè)備，配有梯子、欄桿、人孔、放水管、照明設(shè)施等附件［1］，主要有狹窄和油污2個(gè)方面特點(diǎn):為減少石油產(chǎn)品的揮發(fā)變質(zhì)，出入油罐的人孔直徑僅在500 mm～600 mm之間，局部空間狹窄;而油污的內(nèi)部環(huán)境要求清潔人員必須穿著符合安全規(guī)定的勞保服裝和配套附件來抵御油污侵蝕。

油污作業(yè)服裝的研究在國際上初見成效。美國空軍發(fā)起“JP-8個(gè)體防護(hù)裝備與耐久性防護(hù)服研究”課題，首次將GORE-TEX面料用于防污拒水性與透氣舒適性結(jié)合的特種軍服開發(fā)，以進(jìn)行空軍飛行器上的油罐清潔和維修作業(yè)［2］。研究重點(diǎn)在于面料和結(jié)構(gòu)，對油罐狹窄的特點(diǎn)未深入研究，沒有解決合體性與大幅度活動性之間的矛盾，研發(fā)的服裝臃腫。其他相關(guān)的特種服裝研發(fā)，如煤礦工人服裝［3］、防塵防靜電服裝［4］、醫(yī)用手術(shù)服［5］和摩托車手服裝［6］等的研究都充分考慮了服裝的穿著環(huán)境、工作要求與人體舒適等因素，但同樣對于服裝的合體度未深入研究。若將人體工效學(xué)與防護(hù)性能相結(jié)合，進(jìn)一步研究合體度、舒適性與功能性的對立統(tǒng)一關(guān)系，將極大地促進(jìn)此類服裝在穿著舒適度上的改進(jìn)。

本文通過前期研究［7］，根據(jù)油罐清潔作業(yè)工作內(nèi)容和場所的要求進(jìn)行服裝結(jié)構(gòu)開發(fā)和人體工效學(xué)實(shí)驗(yàn)評價(jià)，研發(fā)了功能性、合體性和舒適性相結(jié)合的新型油罐清潔作業(yè)服。

1 油罐清潔連體作業(yè)服的設(shè)計(jì)研發(fā)

根據(jù)前期調(diào)研，設(shè)計(jì)動作分析實(shí)驗(yàn)和肢體活動性限制實(shí)驗(yàn)，確定服裝規(guī)格和主要設(shè)計(jì)要素，研發(fā)制作油罐清潔連體作業(yè)服。

1.1 油罐清潔連體作業(yè)服的規(guī)格設(shè)計(jì)

根據(jù)GB/T 1335.1—2008《服裝號型 男子》對人體號型分類規(guī)定，結(jié)合本文研究對象的平均身高，確定本文服裝號型為男子175/92A。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)機(jī)構(gòu)研究數(shù)據(jù)獲得身高175 cm的男性人體部位尺寸為:胸圍92 cm，腰圍80 cm，臀圍92 cm，內(nèi)襠長78 cm。

1.1.1 動作分析

油罐清潔動作包括行走、跨越障礙、彎腰、下蹲、弓步、抬臂、攀爬扶梯、進(jìn)出狹窄入口等。由此設(shè)計(jì)合理的動作流程觀察受試者穿著現(xiàn)有普通連體裝完成上述動作時(shí)服裝的尺寸拉伸等變化并了解人體的主觀感受，記錄人體對服裝主要部位的尺寸要求以及細(xì)部的特殊化要求。

1.1.2 肢體活動范圍分析

為使研制的服裝能夠達(dá)到工作時(shí)所需最大活動范圍，在規(guī)格設(shè)計(jì)前對6名身高175 cm，體重65 kg左右的健康男性進(jìn)行著裝肢體活動性測試。受試者按表1圖例中所示流程［8］進(jìn)行最大幅度運(yùn)動，利用角度儀測試并記錄人體穿著現(xiàn)有連體服時(shí)肢體活動性限制的最大角度。表1的每個(gè)角度為6名受試者完成每個(gè)動作的平均值。

表1 肢體活動性限制平均角度測量結(jié)果Tab.1 M easurement result of limb activity lim ited angle

下擺抬升量達(dá)到暴露腰部皮膚時(shí)，手臂上抬或向前上舉量最大只與豎直向下成160°左右，平均夾角局限在140°到150°之間，較顯著制約工人進(jìn)行作業(yè)時(shí)的動作靈活性和伸展性。臀部的伸展性上，當(dāng)人體彎腰或下蹲時(shí)，后背及腰部的拉緊非常明顯，彎腰幅度只能達(dá)到與豎直向上75°左右，對工人進(jìn)行彎腰取物、鉆進(jìn)或鉆出狹小孔徑等都會產(chǎn)生限制。因此，在進(jìn)行規(guī)格設(shè)計(jì)的時(shí)候要充分考慮到松量的合理設(shè)計(jì)以及特殊部位的功能性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以達(dá)到滿足活動性前提下的合體度。根據(jù)動作分析以及肢體活動角度測量，確定表2所示的設(shè)計(jì)要素。

表2 連體服主要設(shè)計(jì)要素Tab.2 Key elem ents of one-piece-overall design

1.1.3 規(guī)格設(shè)計(jì)

根據(jù)身體尺寸和動作分析數(shù)據(jù)，本文對服裝進(jìn)行了基本規(guī)格設(shè)計(jì):衣長164 cm，胸圍122 cm，腰圍108 cm，臀圍122 cm，袖長67 cm。

1.2 款式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析

服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是影響防護(hù)服裝著裝舒適性的重要因素［9］。整體上采用較合體風(fēng)格，確定了圖1的款式設(shè)計(jì)方案并制作服裝。

帽子1(hood):可脫卸三片帽。

領(lǐng)部2(collar):較貼體立領(lǐng)和面料包住拉鏈頭的設(shè)計(jì)都能防止油污、洗滌劑等侵入面輔料。

約克3(yoke):前胸和背部過肩約克采用雙層面料，提高對油污的抵御并增強(qiáng)耐磨性能。

開口4(opening):袖口和腳口均加入三角插片，以拉鏈?zhǔn)湛诜奖愦┟摚蓽p少抬臂時(shí)手腕的裸露面積，并減少橡筋等對手腕腳腕的束縛感。

口袋5(pocket):立體貼袋，外側(cè)縫將貼袋分為前后2部分，前部較大可裝清潔的抹布，后部狹長，適于裝入有手柄的工具等。

膝蓋6(knee):省道起拱提供下蹲活動量。

衣袖7(sleeve):一片袖便于活動，左袖有功能性口袋。

后背8(back):折裥提供背部活動松量。

腰部9(waist):后腰彈帶型折裥采用雙層面料，內(nèi)置3條縱向橡筋作為后腰的可伸展設(shè)計(jì)。

圖1 連體工作服款式圖Fig1 Style design of overall jacket

2 油罐清潔連體作業(yè)服工效性評價(jià)

在環(huán)境模擬系統(tǒng)中，根據(jù)服裝性能評價(jià)的五級分析系統(tǒng)中的第四級要求，在一定條件下進(jìn)行有限的現(xiàn)場試穿實(shí)驗(yàn)［8］，獲得肢體的最大活動角度、服裝覆蓋度等工效性客觀數(shù)據(jù)。

2.1 實(shí)驗(yàn)用服裝

采用與新型連體服裝(1號)相似面料的現(xiàn)有連體服裝(2號)進(jìn)行人體工效學(xué)實(shí)驗(yàn)。2套服裝的款式差異如表3，而2套服裝平鋪于桌面上時(shí)測得的整體衣長、胸圍、腰圍、臀圍、前后襠長、袖長等關(guān)鍵尺寸保持一致。針對新型服裝在款式結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)和創(chuàng)新，設(shè)計(jì)人體工效學(xué)實(shí)驗(yàn)對功能性結(jié)構(gòu)的實(shí)用性進(jìn)行驗(yàn)證。

表3 實(shí)驗(yàn)服裝款式差異表Tab.3 Style differences of garments

2.2 人體工效學(xué)測試方法及結(jié)果

6名健康男性受試者(A-F)，身高 173～178 cm，體重(65±5)kg，年齡(20±2)歲。實(shí)驗(yàn)條件為溫度25℃，風(fēng)速小于0.2m/s的室內(nèi)。

2.2.1 新型連體服折裥活動量實(shí)驗(yàn)

受試者按要求直立彎腰與豎直向上方向達(dá)一定角度直到完成下蹲彎腰動作，用軟尺依次測量腰部折裥長度，計(jì)算其打開量。測量順序依次為直立 0°、彎腰 30°、彎腰 45°、彎腰 60°、彎腰 90°、彎腰120°、直身下蹲(上身保持豎直)和彎腰下蹲(身體盡量蜷縮)。

2.2.2 袖口皮膚暴露量實(shí)驗(yàn)

利用角度儀定位，使被測者單手手臂向正前方上抬，直到手臂與豎直向上方向夾角達(dá)到30°時(shí)，測量袖口到指尖的長度L2，隨后受試者手臂自然下垂，測量此時(shí)的袖口到指尖的長度L1。

2.2.3 肢體活動范圍實(shí)驗(yàn)

按照表1的要求分別對目標(biāo)服裝進(jìn)行肢體活動性測試，記錄測試結(jié)果。

2.3 結(jié)果與討論

2.3.1 彈帶型折裥活動量實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

根據(jù)6名受試者彎腰至不同角度及抱膝下蹲所測量的折裥長度，計(jì)算1號服裝腰部折裥打開量并進(jìn)行分析。

人體在站立或行走姿態(tài)時(shí)，腰部彈帶型折裥放松，橡筋的拉力可以保持服裝的合體性。人體稍彎腰至30°，折裥量只有0～0.2 cm的變化，隨著彎腰幅度的增大，打開程度以正比例趨勢增大，最大平均打開長度為2.5 cm。當(dāng)彎腰至人體最大程度時(shí)，折裥依然有一定的未打開量，說明此處的設(shè)計(jì)可以在滿足合體度的同時(shí)達(dá)到人體腰部活動量。直身下蹲時(shí)，腰部折裥量只有少量的打開或無變化，彎腰程度加大直到最大程度的抱膝下蹲時(shí)，平均折裥打開量4.6 cm，只有1位受試者達(dá)到所設(shè)計(jì)的最大折裥打開量5.5 cm，其他受試者均可在折裥未完全打開就完成最大抱膝下蹲幅度。

2.3.2 抬臂袖口皮膚暴露量實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

以表4數(shù)據(jù)對2套服裝的皮膚暴露量使用SPSS軟件進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)。F值為1.946，相伴概率為0.193，大于0.05的顯著性水平，不能拒絕方差相等的假設(shè)，認(rèn)為無顯著差異。方差相等的T檢驗(yàn)的結(jié)果為相伴概率0.193，大于顯著性水平0.05，不能拒絕T檢驗(yàn)的零假設(shè)，即2套服裝的袖口皮膚覆蓋無顯著差異。

表4 抬臂時(shí)手臂皮膚暴露變化量Tab.4 Skin exposure change when lifting arm

結(jié)合平均值的計(jì)算，只考慮衣袖的包覆能力和隨著手臂動作的移位幅度，2套連體服裝在袖口防護(hù)性能和抗移位性方面差異并不明顯，因此在綜合考慮穿著舒適性、透氣性等諸多方面時(shí)，三角插片拉鏈?zhǔn)湛谠O(shè)計(jì)是相對改良。

2.3.3 肢體活動范圍實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度對6名受試者重復(fù)多次做每個(gè)動作的平均值分別進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，檢驗(yàn)2套不同設(shè)計(jì)的服裝在做相同動作情況下肢體活動角度是否有顯著變化。8個(gè)動作的F值相伴概率分別為0.322、0.350、0.655、0.388、0.095、0.609、0.880 和0.775，均大于0.05的顯著性水平，不能拒絕方差相等的假設(shè);上述方差相等的T檢驗(yàn)相伴概率結(jié)果分別為 0.187、0.603、0.587、0.966、0.507、0.691、0.278和0.834，均大于0.05的顯著性水平，認(rèn)為著不同服裝做上述8個(gè)動作時(shí)人體的肢體活動角度在統(tǒng)計(jì)學(xué)概念上無顯著差異。從每個(gè)動作的平均值來進(jìn)一步分析，1號工作服在所有的運(yùn)動角度上都明顯高于2號服裝(見表5)。認(rèn)為1號服裝的合體型設(shè)計(jì)并沒有犧牲服裝的活動性，甚至比具有明顯放松量的現(xiàn)有服裝有更好的表現(xiàn)。特別的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起到了一定的作用:1號服裝在手臂的伸屈性和外展性、臀部的伸展性都明顯優(yōu)于2號服裝，主要由于腰部折裥的作用，不僅后腰處在彎腰或下蹲時(shí)提供更多余量，還解決了手臂上抬時(shí)服裝整體吊起并且襠部拉緊的問題。也有部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并沒有對活動性起到顯著影響，如膝部省道設(shè)計(jì)和背部縱向折裥沒有對膝蓋伸屈性和背部的橫向的伸展性起到明顯提升作用，但考慮到受試者的主觀舒適性感受，膝部的省道設(shè)計(jì)具有可行性。

表5 肢體活動性限制平均角度測量結(jié)果Tab.5 M easurement result of limb activity lim ited angle°

3 結(jié)論

本文在考慮防護(hù)性的基礎(chǔ)上兼顧舒適性和合體度，結(jié)合面料的性能，從功能性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)入手，設(shè)計(jì)新型連體工作服并評價(jià)其人體工效學(xué)特點(diǎn)。

新型連體工作服的設(shè)計(jì)點(diǎn)在于5 cm最大打開量的腰部彈帶型折裥可使新型服裝在直立或直身下蹲時(shí)保持合體性，輕度彎腰平均達(dá)2.5 cm打開量，彎腰或抱膝等大幅動作時(shí)拉伸服裝達(dá)平均4.6 cm打開量。腳口和袖口的三角插片和拉鏈封口設(shè)計(jì)與普通橡筋的皮膚覆蓋程度無顯著差異，但能提高舒適性。在人體整體的肢體活動的限制程度上，新型連體服裝明顯小于現(xiàn)有連體服，人的肢體活動更加靈活。

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