基于重力平衡的袖子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)“2A”原理

高 光， 高 暢， 高 麗

(涿州高紅服飾設(shè)計(jì)工作室，河北 涿州 072750)

袖子結(jié)構(gòu)與人體體型、動(dòng)作及制作材料和審美等多種因素有關(guān)，對(duì)其結(jié)構(gòu)的研究方法也有很多，其中幾何學(xué)和人體解剖學(xué)為常用的方法。如國(guó)外研究者在解剖手臂皮膚后繪制出袖子的基本輪廓[1-2]，國(guó)內(nèi)基本據(jù)此成果進(jìn)行袖子制板[3]。但皮膚是有彈性的有機(jī)組織，是服裝材料無(wú)法比擬的，同時(shí)服裝與人體的關(guān)系也無(wú)法達(dá)到皮膚與皮下組織緊密貼合的狀態(tài)，因此，用現(xiàn)行方法給不同體型的人制作袖子，穿著效果并不理想。

有研究者試圖通過(guò)制作不同參數(shù)的袖子，對(duì)比在人模上的效果，確定最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)，得到回歸公式[4]。由于與袖子相關(guān)的人體部位有肩部、手臂和胸部，每個(gè)部位有6種形態(tài)，如肩部前后方向有厚、薄、中，上下方向有溜、平、中，由此得出相關(guān)靜態(tài)體型729種。如果用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行研究，不僅工作量大、周期長(zhǎng)，而且偶然因素多，很難找到造成袖子差異化效果的理論依據(jù)。因此，文中通過(guò)觀(guān)察現(xiàn)實(shí)生活中不同體型人的袖子缺陷，從人體工學(xué)角度分析袖子的運(yùn)動(dòng)功能，以重力平衡的視角探究袖子幾何形態(tài)的結(jié)構(gòu)力學(xué)原理，并用該原理進(jìn)行袖子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使袖子更加貼合人體。

1 袖子的結(jié)構(gòu)重力平衡

1.1 袖子的結(jié)構(gòu)

以結(jié)構(gòu)特征分類(lèi)的袖子有中式袖、裝袖、插肩袖[4]；以幾何形態(tài)分類(lèi)的袖子有長(zhǎng)袖、花瓣袖、緊身袖，不論何類(lèi)袖子都是圍繞手臂構(gòu)建，并通過(guò)袖根與衣身相連。

袖子的結(jié)構(gòu)如圖1所示。由圖1可知，袖根位置與臂根對(duì)應(yīng)，位于肩頭到腋窩的截面，中式袖只有袖根位置，沒(méi)有實(shí)質(zhì)的袖根結(jié)構(gòu)；裝袖的袖根與衣身袖窿有縫合線(xiàn)，其輪廓線(xiàn)包括袖山弧線(xiàn)和袖底弧線(xiàn)，袖根結(jié)構(gòu)完整，故文中以裝袖為例進(jìn)行分析。

1.2 袖子的重力平衡

袖子在手臂上的受力分析如圖2所示。由圖2可知，當(dāng)人體自然站立時(shí)，手臂重力平衡狀態(tài)是大臂稍向后偏轉(zhuǎn)，肘部在肱骨頭后側(cè)，小臂向前偏轉(zhuǎn)(前偏角因人而異)，重心線(xiàn)在肱骨頭和腕骨連線(xiàn)上，其重力平衡原理是手部力矩等于肘部力矩。

袖子是圍繞手臂的柔性體，無(wú)法獲得手臂一樣的平衡力矩，自然懸垂是其重力平衡狀態(tài)，袖根連在袖窿上(人體的承重區(qū))，是袖子承重段；袖身位于手臂下垂部分，是懸垂段。袖子的重力通過(guò)材料傳導(dǎo)到承重段，當(dāng)人體承載力和袖子材料強(qiáng)度能夠抵抗袖子重力，即G1=T2，G2=T5，袖子處于重力平衡狀態(tài)時(shí)，袖子平順、飽滿(mǎn)[5]，反之，袖子易打綹、堆褶。

1.3 袖子結(jié)構(gòu)重力平衡機(jī)制

袖子結(jié)構(gòu)重力平衡就是建立在重力平衡基礎(chǔ)上的結(jié)構(gòu)平衡，表現(xiàn)為承重段均衡包覆在袖窿部位，懸垂段自然下垂。袖子要實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)重力平衡，代表拉力作用方向的袖子中心線(xiàn)應(yīng)該鉛垂向下，分別從正面和側(cè)面對(duì)其進(jìn)行分析：

1)袖子正面的結(jié)構(gòu)重力平衡與绱袖角有關(guān)。袖子正面形態(tài)如圖3所示。圖3中左側(cè)手臂下垂，袖子內(nèi)側(cè)受到身體約束(擠壓)，袖子正面變癟；外側(cè)自然下垂，處于重力平衡狀態(tài)。

右側(cè)手臂舉到绱袖角(袖子中心線(xiàn)與鉛垂線(xiàn)的夾角)位置，袖身正面變寬，側(cè)面較癟，因?yàn)樾渥觾?nèi)部有手臂支撐，且處于運(yùn)動(dòng)中，可以不考慮其重力平衡問(wèn)題。

2)袖子側(cè)面的結(jié)構(gòu)重力平衡取決于袖子的重心與袖窿的關(guān)系，如果袖子重心線(xiàn)和袖窿承載中心線(xiàn)重合，袖子會(huì)自然下垂；如果袖子重心線(xiàn)和袖窿承載中心線(xiàn)有夾角，袖子會(huì)扯綹。

小臂對(duì)應(yīng)的袖段(俗稱(chēng)小袖)前端超出袖窿水平投影范圍小，其局部重力可以忽略，不會(huì)引起袖子結(jié)構(gòu)失衡，因此，小袖前偏角對(duì)袖子的結(jié)構(gòu)重力平衡影響很小。

袖窿是袖子對(duì)應(yīng)人體的承重區(qū)，袖子受到袖窿向上拉力，袖窿的承載中心線(xiàn)是大臂的重心線(xiàn)，大臂重心線(xiàn)與肩線(xiàn)(肩脊線(xiàn))的夾角是臂肩角，因此袖子的結(jié)構(gòu)重力平衡與臂肩角有關(guān)。

可見(jiàn)，袖子側(cè)面的結(jié)構(gòu)重力平衡機(jī)制就是通過(guò)袖身重心線(xiàn)和袖窿承載中心線(xiàn)重合，實(shí)現(xiàn)承重段(袖山段)均衡承載和懸垂段自然平衡下垂，外在表現(xiàn)為袖子的中心線(xiàn)與鉛垂線(xiàn)的夾角等于臂肩角。

2 袖子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的“2A”原理

袖子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的“2A”原理就是以人體肱骨頭為轉(zhuǎn)動(dòng)軸(Axes)，以臂肩角和绱袖角為偏轉(zhuǎn)角(Angle)構(gòu)造衣袖，實(shí)現(xiàn)袖子結(jié)構(gòu)重力平衡的設(shè)計(jì)原理，也稱(chēng)“轉(zhuǎn)角”原理。

2.1 “2A”原理中肱骨頭的作用

肱骨頭是人體手臂向各個(gè)方向活動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸，也是 “2A”原理設(shè)計(jì)袖子的核心結(jié)構(gòu)點(diǎn)。人體大臂向各個(gè)方向的動(dòng)作始終以肱骨頭為軸，袖子隨大臂運(yùn)動(dòng)，一側(cè)表現(xiàn)為向運(yùn)動(dòng)方向擠壓，另一側(cè)向反方向拉伸，因此肱骨頭也是袖子結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，由此可知：

1)緊身袖袖子中心線(xiàn)通過(guò)肱骨頭,轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)與手臂同軸，腋下的袖底轉(zhuǎn)動(dòng)半徑最小，偏轉(zhuǎn)的距離(弦長(zhǎng))最小，需要的袖根余量(拉伸量)最少，最便于活動(dòng)。

2)任何結(jié)構(gòu)體的轉(zhuǎn)動(dòng)都需要自由度，手臂轉(zhuǎn)動(dòng)的約束點(diǎn)在肱骨頭。因此裝袖的袖根(袖窿)在達(dá)到肱骨頭的截面位置極限時(shí)，袖根越向肩外側(cè)偏移越方便手臂活動(dòng)。同理，便于手臂向各個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的袖窿應(yīng)在垂直于肩線(xiàn)的鉛垂面上[6]，但為了減少袖子內(nèi)側(cè)堆褶，使其造型更加美觀(guān)，袖窿截面則應(yīng)由上至下向內(nèi)偏斜。

3)當(dāng)手臂以肱骨頭為軸，向前后方向轉(zhuǎn)動(dòng)到自然下垂?fàn)顟B(tài)時(shí)，大臂軸線(xiàn)與肩線(xiàn)之間會(huì)產(chǎn)生夾角，稱(chēng)之為臂肩角。當(dāng)手臂以肱骨頭為軸，向左右方向轉(zhuǎn)動(dòng)到袖子平順狀態(tài)時(shí)，袖子中心線(xiàn)與鉛垂線(xiàn)之間會(huì)產(chǎn)生夾角，稱(chēng)之為绱袖角。

2.2 “2A”原理中臂肩角的作用

臂肩角是袖子側(cè)面結(jié)構(gòu)重力平衡的關(guān)鍵角。以肱骨頭為軸、臂肩角為偏轉(zhuǎn)角構(gòu)造袖子，能夠適應(yīng)人體前后方向的體型差異，使袖山(承重區(qū))均衡承載，避免應(yīng)力集中，袖身自然平衡下垂，達(dá)到結(jié)構(gòu)重力平衡狀態(tài)。

在人體重力平衡調(diào)節(jié)機(jī)制的控制下，手臂的重力平衡狀態(tài)取決于腰背部形態(tài)，即臂肩角等于腰背傾角。實(shí)踐中，一般把人體腰背特征簡(jiǎn)化為中正(腰背傾角0～5°)、內(nèi)傾(挺胸體，腰背傾角>5°)和外傾(駝背體，腰向外拱，腰背傾角<0°)3種類(lèi)型。

臂肩角與手臂重力平衡如圖4所示。腰背傾角相反的挺胸體和駝背體兩類(lèi)人手臂重力平衡狀態(tài)亦相反，挺胸體的身體重心在手臂重心線(xiàn)前部，肩線(xiàn)在手臂重心線(xiàn)后部，肩線(xiàn)相當(dāng)于以肱骨頭為軸向后偏轉(zhuǎn)角度E(即后轉(zhuǎn)臂肩角為E)。同理，駝背體肩線(xiàn)在前，前轉(zhuǎn)臂肩角為E＇。

2.3 “2A”原理中绱袖角的作用

绱袖角是袖子中心線(xiàn)與鉛垂線(xiàn)的夾角，在空間上相當(dāng)于袖子繞肱骨頭向高處轉(zhuǎn)動(dòng)的某個(gè)角度，用以適應(yīng)手臂側(cè)舉形態(tài)。在袖子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，绱袖角用來(lái)確定袖山高，以確保袖子正面結(jié)構(gòu)平衡。

當(dāng)人的手臂從下垂到上舉轉(zhuǎn)動(dòng)180°時(shí)可收放自如，且腋下不會(huì)堆褶。而袖子如果不使用高彈性面料，其绱袖角超過(guò)30°，袖子放下后內(nèi)側(cè)就會(huì)堆褶。高彈力面料雖然接近皮膚的彈性，但只適合制作運(yùn)動(dòng)類(lèi)服裝或內(nèi)衣，因此，為保證袖子的功能性和美觀(guān)性(內(nèi)側(cè)少堆褶)，設(shè)計(jì)時(shí)需要應(yīng)用人體工學(xué)原理，根據(jù)服裝類(lèi)型和穿著者需要的袖子活動(dòng)范圍，確定绱袖角。

3 運(yùn)用“2A”原理設(shè)計(jì)袖子結(jié)構(gòu)

在運(yùn)用“2A”原理設(shè)計(jì)袖子時(shí)，首先要確定袖子造型風(fēng)格，然后用系統(tǒng)性思維構(gòu)建立體模型，解決袖子結(jié)構(gòu)重力平衡，最后有目的、有重點(diǎn)地做裝飾設(shè)計(jì)。

3.1 體型識(shí)別

體型識(shí)別是通過(guò)測(cè)量人體數(shù)據(jù)識(shí)別穿著者形體特征，并利用人體體型關(guān)鍵點(diǎn)和關(guān)鍵角數(shù)據(jù)，進(jìn)行袖子結(jié)構(gòu)重力平衡設(shè)計(jì)。如判斷腰背傾角屬于內(nèi)傾還是外傾，以此調(diào)整臂肩角的角度以達(dá)到袖子結(jié)構(gòu)的重力平衡。

另外，可從行為學(xué)角度分析人體體型，如通過(guò)腰背部形態(tài)判斷人體狀態(tài)，當(dāng)腰背內(nèi)傾>15°是緊張或表演姿態(tài)；腰背內(nèi)傾5～15°是有活力的人，站姿挺拔；腰背內(nèi)傾0～5°是平常人，站姿中正；腰背傾角<0°(腰背向外弓)是平常人的坐姿，或體弱老年人無(wú)力的站姿。以上4種體態(tài)透出不同的氣質(zhì)，不可避免會(huì)影響著裝風(fēng)格，因此，體型識(shí)別又是為了在服裝設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)穿著者身材、氣質(zhì)選擇適合的袖型結(jié)構(gòu)風(fēng)格。

但體型識(shí)別不是找人的缺陷，有人把溜肩歸為體型缺陷并通過(guò)墊肩、聳肩造型向標(biāo)準(zhǔn)體型調(diào)整[7]，這種把服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變成按模板塑造，不顧及穿著者個(gè)性特征的做法有待商榷。

3.2 服裝類(lèi)型與袖子活動(dòng)量

通過(guò)結(jié)構(gòu)力學(xué)分析可知，袖窿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)影響袖子重力平衡，當(dāng)袖窿截面在肩凸點(diǎn)外[8]，就失去了人體直接支撐，只有使用厚硬材料，或加上墊肩挑起袖窿，才能承受住袖子重力；如果用輕薄面料，也沒(méi)有墊肩，袖窿和懸吊的袖子會(huì)呈塌落狀，通常這種袖子绱袖角接近90°，多用于運(yùn)動(dòng)休閑類(lèi)服裝。

女性禮服和時(shí)裝可把袖窿截面設(shè)在肩凸點(diǎn)內(nèi)側(cè)，接近袖窿極限位置，顯得肩形柔美，并采用小于30°的绱袖角，用鼓脹的袖子(羊腿袖、泡泡袖類(lèi))提供必要的活動(dòng)余量。

教師和司機(jī)經(jīng)常前伸手臂工作，從人體工學(xué)的角度設(shè)計(jì)袖子的绱袖角應(yīng)該大于60°，袖窿截面在肩凸點(diǎn)外，并向前偏轉(zhuǎn)15°左右。

長(zhǎng)時(shí)間操作電腦(或者服裝縫紉)人群，由于工作性質(zhì)經(jīng)常彎曲小臂工作，小袖前偏角要略大，以減少臂彎袖子堆積和肘部拉伸帶來(lái)的不適感。

3.3 袖子結(jié)構(gòu)平衡

袖子造型有合體、膨大等多種式樣[9]，厚重的面料，一般用對(duì)稱(chēng)式設(shè)計(jì)，輕薄面料可采用不對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)。對(duì)稱(chēng)的袖子結(jié)構(gòu)平衡，對(duì)袖山拉力均衡，袖子能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)重力平衡；不對(duì)稱(chēng)的袖子結(jié)構(gòu)不平衡，對(duì)袖山的拉力不均衡，袖山局部應(yīng)力集中，容易扯綹，有的會(huì)引起肩線(xiàn)移位。

同理，對(duì)于在袖子上的堆疊、懸垂、褶皺設(shè)計(jì)，或外綴裝飾物設(shè)計(jì)，也要考慮袖子的重力平衡和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，以及袖山的承載狀態(tài)，避免設(shè)計(jì)意圖外的結(jié)構(gòu)失衡，重力失控。

3.4 裝袖設(shè)計(jì)

裝袖設(shè)計(jì)的目標(biāo)是把設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)平衡的袖子按照手臂的重力平衡狀態(tài)縫合在袖窿上。按照“2A”原理，袖子結(jié)構(gòu)重力平衡設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是識(shí)別承重段，確保承重結(jié)構(gòu)平衡，評(píng)估面料強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，保證袖山合體度使其受力均勻，并根據(jù)人體臂肩角和設(shè)計(jì)的绱袖角確定袖子中心線(xiàn)與人體的關(guān)系。

腰背傾角5°的偏差與人體呼吸、坐、行中自然搖動(dòng)幅度接近，不會(huì)造成袖子局部應(yīng)力集中，因此，“中正”體型的臂肩角可以簡(jiǎn)化為零，裝袖時(shí)袖山頂點(diǎn)對(duì)正肩點(diǎn)(或肩線(xiàn)及其延長(zhǎng)線(xiàn)上的點(diǎn))，這是常規(guī)肩袖結(jié)構(gòu)形式。

腰背“內(nèi)傾”和“外傾”體型，在裝袖時(shí)可以按照臂肩角調(diào)整袖山對(duì)應(yīng)點(diǎn)，也可以按人體臂肩角減5°后調(diào)整，使袖子偏向中正體型，這兩種方式都能避免袖山及上臂段堆褶或打綹，保證袖子美觀(guān)度。

3.5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

袖子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是系統(tǒng)工程，需要考慮和平衡很多因素，在用系統(tǒng)思維進(jìn)行分項(xiàng)、分步設(shè)計(jì)之后，還要用系統(tǒng)性眼光對(duì)袖子制作過(guò)程進(jìn)行審視，在確保袖子美觀(guān)協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)重力平衡的情況下，做到與服裝風(fēng)格協(xié)調(diào)一致[10-11]。

3.6 袖子缺陷識(shí)別

袖子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制板、裁剪和加工環(huán)節(jié)都可能存在缺陷，因此，需要正確識(shí)別袖子缺陷及其誘因，并采取針對(duì)性措施消除缺陷，完善設(shè)計(jì)成果。其中常見(jiàn)的因制板錯(cuò)誤導(dǎo)致的缺陷，具體如下：

1)臂肩角不正確，導(dǎo)致袖子歪斜，起綹；

2)绱袖角不正確，導(dǎo)致舉臂困難；

3)袖山曲線(xiàn)錯(cuò)誤，導(dǎo)致袖山局部起綹；

4)袖山高度不夠，導(dǎo)致袖山頂塌陷，外側(cè)起吊或者打綹；

5)用胸圍推算袖窿，易導(dǎo)致給胸圍大但大臂細(xì)的人做的袖子過(guò)于肥大；

6)前袖窿曲率過(guò)大(向胸部挖的太深)，導(dǎo)致袖子與胸部銜接不自然，起空；

7)后袖窿曲率過(guò)大(向后背挖的太深)，導(dǎo)致袖子前伸困難；

8)高低肩的人，兩側(cè)袖窿對(duì)稱(chēng)，但低肩一側(cè)用墊肩找平后，腋下易過(guò)緊；

9)小袖前偏角不正確，導(dǎo)致小臂彎曲困難。

4 結(jié) 語(yǔ)

采用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法分析袖子在人體上的結(jié)構(gòu)重力平衡狀態(tài)，同時(shí)用人體工學(xué)方法分析袖子與手臂動(dòng)作的關(guān)系，從而發(fā)現(xiàn)袖子結(jié)構(gòu)重力平衡機(jī)理，找到與袖子結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的人體關(guān)鍵點(diǎn)和關(guān)鍵角，進(jìn)而提出以人體關(guān)鍵點(diǎn)為轉(zhuǎn)動(dòng)軸(Axes)，以關(guān)鍵角為偏轉(zhuǎn)角(Angle)的袖子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)“2A”原理。

利用 “2A”原理設(shè)計(jì)袖子結(jié)構(gòu)時(shí)，需要獲取穿著者臂肩角和绱袖角的參數(shù)，因此不管何種體型或何種款式的袖子，相比利用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)方法，使用“2A”原理都更容易實(shí)現(xiàn)袖子設(shè)計(jì)效果，也更有利于高級(jí)定制服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制板。