戶外便攜式背負(fù)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

李雪琪 許熠瑩 毛夢(mèng)吉

【摘 要】本文從簡(jiǎn)述背負(fù)系統(tǒng)的概念及結(jié)構(gòu)入手，注重人與產(chǎn)品的關(guān)系，論述為提高人體使用時(shí)的舒適度可做的改進(jìn)與拓展。文章研究的便攜式背負(fù)系統(tǒng)主要針對(duì)短途戶外旅行的用戶。全文由背負(fù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)、舒適度的組成及提高方向和設(shè)計(jì)方案這三個(gè)方面構(gòu)成。

【關(guān)鍵詞】背負(fù)系統(tǒng);結(jié)構(gòu);舒適;人性化

中圖分類號(hào)： S225 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）07-0035-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.07.014

【Abstract】Starting with the concept and structure of the backpack system， this paper focuses on the relationship between people and products， and discusses the improvement and expansion that can be made to improve the comfort of human body. The portable backpack system studied in this paper is mainly aimed at users who travel outdoors for short distances. The paper consists of three aspects： structure adjustment of the backpack system， composition of comfort of the backpack system， direction improvement and design scheme.

【Key words】Saddled system structure; Comfortable humanity

0 引言

背負(fù)系統(tǒng)是指在背負(fù)產(chǎn)品中，主要運(yùn)用于承受整個(gè)產(chǎn)品重量，同時(shí)為使用者提供身心舒適的負(fù)重平臺(tái)。背負(fù)系統(tǒng)以一定的承重性能為基礎(chǔ)，需具備長(zhǎng)時(shí)間使用的舒適性及耐用性。所以在設(shè)計(jì)中，以背負(fù)系統(tǒng)的重點(diǎn)與核心作為切入點(diǎn)。本文以可調(diào)解式背負(fù)的歐式包作為研究對(duì)象，主要有Bigpack、Duter等品牌。從背負(fù)結(jié)構(gòu)的研究、舒適性分析和尋求輕量化這幾個(gè)方面入手，達(dá)到對(duì)便攜式背負(fù)系統(tǒng)再設(shè)計(jì)的目的。

1 戶外便攜式背負(fù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究

1.1 背負(fù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

首先，受力帶包括為肩帶、胸帶、腰帶、肩部受力帶、腰部受力帶和包底受力帶等。以Gregory STOUT 30L背包為例（如圖1）。肩帶的作用是為防止背包從身體上滑落以及兼顧部分背包承重;肩部受力帶的作用是連接包身與肩帶頂部，可以拉近身體與背包的距離，將部分重量轉(zhuǎn)移到鎖骨上;腰帶是將背包重量分擔(dān)給臀部的重要部分，是背負(fù)系統(tǒng)中關(guān)鍵的一環(huán);腰部受力帶主要用來(lái)承重，增強(qiáng)穩(wěn)定性;包底受力帶增強(qiáng)背包的承重與穩(wěn)定性。

其次是受力支撐部分，主要包括：支撐裝置（內(nèi)支架，如圖2）、通風(fēng)裝置和調(diào)節(jié)裝置。構(gòu)成支撐裝置（內(nèi)支架）的形式多種多樣，如V形、倒U形、H型、X型等。通風(fēng)裝置主要為解決背負(fù)系統(tǒng)背部設(shè)計(jì)中的通風(fēng)散熱問(wèn)題。調(diào)節(jié)裝置靈活的滿足了背負(fù)系統(tǒng)的包容性，符合不同人群的需求。

1.2 背負(fù)系統(tǒng)的可調(diào)節(jié)性

（1）可調(diào)節(jié)背負(fù)結(jié)構(gòu)的必要性

對(duì)于不同身高、體重和性別的人群，所需求的背包尺寸不同，背包的可調(diào)節(jié)式結(jié)構(gòu)必不可少。除此之外還有三個(gè)方面的原因：一是背包所裝物品;二是背包與身體接觸程度不同;三是使用者活動(dòng)狀態(tài)的不同。[1]

（2）背負(fù)結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)的要素參考

背板是背負(fù)結(jié)構(gòu)的核心，背板的形狀取決于人體背部的形狀。健康的背部是由頸部曲線、胸部曲線和腹部曲線構(gòu)成，組成類似字母“S”的形狀，這個(gè)“S”形曲線能合理有效地將身體重量分布在脊椎間和脊柱的椎間盤之間，保證人們生活的正常自由活動(dòng)。所以背板的基礎(chǔ)形狀應(yīng)是“S”形，在此基礎(chǔ)上的外接支撐裝置可做變化和調(diào)整。[2]

（3）可調(diào)節(jié)背負(fù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

首先是背包整體的調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)?，F(xiàn)今的可調(diào)節(jié)式分為上調(diào)節(jié)式、下調(diào)節(jié)式以及腰肩連接無(wú)極調(diào)整式，符合不同使用者的要求，滿足不同位置的需求。[1]比如BIGPACK的Performic系列背包，都是采用這一調(diào)節(jié)方式。其次是腰帶調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)，在初次使用背包時(shí)需要調(diào)節(jié)腰帶的位置及內(nèi)傾角度，使得背包更加貼合腰臀部，有效地將重量分散在腰部。最后是肩帶調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)。除了需要調(diào)節(jié)背帶的長(zhǎng)度還需要調(diào)節(jié)背帶的角度，使背帶在使用時(shí)能夠轉(zhuǎn)動(dòng)到合適的角度，有效地減輕背包對(duì)肩部和頭部?jī)蓚?cè)的壓力。

2 戶外便攜式背負(fù)系統(tǒng)的舒適性分析

（1）穩(wěn)定性

首先承重點(diǎn)的位置要與人體背部曲線及肌肉分布相適應(yīng)，根據(jù)背包承重原理，人體的尾骨上方的腰窩是主要承重點(diǎn)，腰窩連接到兩側(cè)胯骨頂端是主要受力區(qū)，雙肩是輔助受力及掌握平衡區(qū)。由于要減少背負(fù)時(shí)的橫向擺動(dòng)及前后擺動(dòng)，這就需要起碼三個(gè)支撐點(diǎn)，結(jié)合幾何學(xué)原理，肩部左右兩個(gè)支點(diǎn)和腰部一個(gè)支點(diǎn)。肩部的左右兩個(gè)支點(diǎn)保證了背包的橫向穩(wěn)定性，腰部的支點(diǎn)和肩部支點(diǎn)的上下排列保證了背包前后的穩(wěn)定性。其次三點(diǎn)支撐的受力方式最大程度上的保證了背部的通風(fēng)空間。

（2）貼合性

背包與身體的可靠結(jié)合不但能很大程度上的保證背負(fù)時(shí)的穩(wěn)定性，還對(duì)減輕背包重量有一定作用。腰部和胯部的貼合使用腰帶來(lái)調(diào)節(jié);肩頸部使用肩帶調(diào)節(jié)，保證頭部的靈活轉(zhuǎn)動(dòng);背包上部與背部的結(jié)合使用肩部受力帶調(diào)節(jié)。合理地調(diào)整四個(gè)受力帶是使身體與背包達(dá)到最佳貼合的必要行為。

（3）通風(fēng)性

良好的通風(fēng)性能不但可以大大提升背負(fù)時(shí)的舒適度，還可以適當(dāng)延長(zhǎng)背負(fù)時(shí)間。人在較長(zhǎng)時(shí)間的背負(fù)及運(yùn)動(dòng)中，背部會(huì)產(chǎn)生大量的汗液及熱量，使人感到不舒服。因此在背負(fù)設(shè)計(jì)中，除了要解決根據(jù)人體背部肌肉分布而設(shè)計(jì)的背墊排布，還要考慮背墊的薄厚、凹凸及大小以此構(gòu)成良好的通風(fēng)系統(tǒng)。

（4）重力傳遞合理性

重力傳遞合理性是緩解背負(fù)壓力、提高舒適度的首要前提，也是背負(fù)系統(tǒng)的關(guān)鍵。為解決這個(gè)問(wèn)題，我們需要先從重力傳導(dǎo)的規(guī)律入手。首先根據(jù)科學(xué)的負(fù)重分配比例，腰胯受力70%、背部受力20%、肩部受力10%，所以將重心放在腰胯部，減輕肩、背部負(fù)擔(dān)。其次從前人經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，無(wú)論是我國(guó)南方山區(qū)采藥人的背簍，還是葡萄牙人背酒的酒桶等，其形狀大都呈現(xiàn)為錐形，基本為上部偏大下部略小，接近于倒梯形，所以背包的合理形狀應(yīng)遵循這個(gè)規(guī)律。

3 戶外便攜式背負(fù)重系統(tǒng)的輕量化設(shè)計(jì)方法

為達(dá)到背包的輕量化要求，可以從結(jié)構(gòu)、面料、配件等方面入手，背包的輕量化設(shè)計(jì)是體現(xiàn)出背包的針對(duì)性和專業(yè)性的一大因素，本文主要從背包的結(jié)構(gòu)輕量化和材料輕量化做研究。

3.1 結(jié)構(gòu)的輕量化

市面上的旅行背包在背負(fù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上大多遵循“五帶三裝置”。由于背包功能的繁瑣導(dǎo)致包體重量的增加，所以輕量化的背包設(shè)計(jì)可以從簡(jiǎn)化背包的功能入手。在背板設(shè)計(jì)中采用“X”形鈦管作為支撐背包的主體，背包側(cè)面穿出的側(cè)管為副體。在此基礎(chǔ)上增加弧形鏤空的樹(shù)脂板作為背包背部的支撐。樹(shù)脂板的鏤空位置需要遵從背部肌肉的分布，以緩解肌肉疲勞。

3.2 材料的輕量化

面料的選擇是背包輕量化的關(guān)鍵點(diǎn)。通常情況下，市面上傳統(tǒng)背包面料主要有滌綸和尼龍。中低檔背包大多采用滌綸，常見(jiàn)面料是500D和600D，這種面料相較于尼龍厚重一些，但勝在價(jià)格低廉，質(zhì)感、耐磨度等相對(duì)優(yōu)良。而高檔背包一般采用高密度尼龍（CORDURA、HT NYLON）、高強(qiáng)聚乙烯纖維織物（ DYNEEMA）等。

4 戶外便攜式背負(fù)重系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

這個(gè)方案的表現(xiàn)形式是去掉外部包體，留下內(nèi)支架、肩帶和腰帶，直觀表現(xiàn)內(nèi)部樣式。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上背板采用“X”型支架、“米”型背墊，最大程度上的減少背部與包體的貼合;針對(duì)脊椎、腰胯尺寸進(jìn)行改進(jìn);舒適性方面肩帶寬度60mm，其整體造型為“S”型，小弧度的彎曲，滿足頭部靈活轉(zhuǎn)動(dòng);背架下部的延伸承重架，與背架一體化連接，有助于壓力的分散;輕量化方面背架采用彈性輕質(zhì)鋼架，背帶由3D網(wǎng)紗和多層海綿組成，PE材料不但保證背負(fù)舒適性還可以提高承重量。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李輔弼.戶外背包新型無(wú)壓式背負(fù)系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2014（3）：31-34.

[2]任蕊，戶外背包壓力分散型背板的研究[D].陜西：陜西科技大學(xué)，2016

[3]背包設(shè)計(jì)與人體工程學(xué)原理[DB/OL].

[4]測(cè)量背長(zhǎng)和臀圍以及確定背包尺寸尺碼的具體方法[EB/OL].

[5]萬(wàn)宗瑜.男裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].上海：東華大學(xué)出版社，2011.