全天候多功能戶外防寒服裝的設(shè)計與評價

薛惠心， 倪軍

(東華大學(xué) 服裝與藝術(shù)設(shè)計學(xué)院，上海 200051)

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們生活水平的提高，戶外運動逐漸普及，出現(xiàn)了“常態(tài)化戶外”“輕戶外”等概念。戶外運動群體不斷擴(kuò)大，相關(guān)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，消費者對戶外服裝、裝備以及整個戶外產(chǎn)業(yè)提出了新的要求[1-3]。

在登山、徒步等戶外運動中，除了服裝、鞋襪等穿在身上的裝備，仍需要其他輔助裝備(如背包、繩子、通訊裝備、照明設(shè)備、指南針、水壺、登山杖、帳篷、睡袋等)，從而滿足戶外活動的需求[1]。戶外運動中攜帶的裝備較多，對于儲物空間需求較大，攜帶備用的衣物也會產(chǎn)生額外的儲物需求，這些都會給戶外運動者增加較大的負(fù)荷。

服裝的多功能設(shè)計可將各種功能整合到一件服裝中，使服裝具有多用途的特性[4]。根據(jù)多功能服裝穿用形式的不同，可以將其分為3種類型：結(jié)構(gòu)調(diào)整型服裝(服裝長度、松緊和開口的調(diào)整)；一衣多穿型服裝(通過部件的拆裝、變形實現(xiàn)[5-7])；可轉(zhuǎn)換為裝備的服裝(通過變形、重組等實現(xiàn)[8])。

文中根據(jù)戶外運動著裝需求，分析戶外運動服裝的設(shè)計要點，總結(jié)戶外運動服裝的設(shè)計方法；結(jié)合多功能設(shè)計手段，進(jìn)行多功能戶外防寒服裝的設(shè)計與評價，以期為戶外運動服裝的多樣化發(fā)展提供參考。

1 多功能戶外防寒服裝的設(shè)計原則

1.1 設(shè)計需求

戶外服裝著裝環(huán)境處于戶外，氣溫變化相對迅速且劇烈，需要適應(yīng)迅速升高或降低的氣溫以及可能的風(fēng)、雨、雪、霧等氣象變化；戶外運動中人的肢體活動范圍較大，需要減少服裝對人體的束縛；戶外運動一般時間較長，需要減輕運動者的負(fù)載；現(xiàn)代消費群體對戶外服裝有著更高的審美要求。因此，文中將戶外運動服裝的需求歸納為安全防護(hù)性、舒適性、靈活性、美觀性4個方面。

1.1.1安全防護(hù)性 戶外防寒服裝的安全防護(hù)性體現(xiàn)在維持人體生理狀態(tài)穩(wěn)定、防止受傷、方便救援、對抗惡劣環(huán)境等方面[9-10]。

由于戶外環(huán)境的復(fù)雜和活動形式的多樣，人體受傷的可能性大大提升，服裝需要具有良好的抗撕破、抗拉伸性能以及關(guān)鍵部位的耐磨性；同時服裝在戶外環(huán)境中有較好的辨識度，方便進(jìn)行辨識和遇險時救援；另外，在戶外活動時服裝容易蹭到污漬，清洗不方便，服裝面料和色彩還需具備耐臟污性能和抗菌除臭性能[10]。

1.1.2舒適性 戶外運動中人體長時間處于負(fù)荷較大狀態(tài)，對服裝的著裝舒適性有更高的需求。戶外運動中出現(xiàn)體溫降低會極大影響人身安全，故服裝的保暖性是戶外服裝必備屬性；長時間戶外運動會產(chǎn)生一定的汗液，因此服裝應(yīng)具有良好的排濕、速干性能,以維持良好的熱濕舒適性；戶外運動時，肢體活動范圍大，服裝還必須具有良好的運動舒適性[11-13]。

1.1.3靈活性 在復(fù)雜多變的戶外環(huán)境中，服裝的靈活使用能夠有效減輕負(fù)載[14]、便于運動。

1.1.4美觀性 隨著戶外運動的流行，戶外愛好者的群體不斷增大，審美需求也在不斷提高，美觀性成為戶外防寒服裝選擇的新熱點。

1.2 設(shè)計要點及實現(xiàn)手段

根據(jù)戶外服裝設(shè)計需求總結(jié)出其設(shè)計要點及相應(yīng)的實現(xiàn)手段，具體見表1。

表1 設(shè)計要點及實現(xiàn)手段

2 多功能戶外防寒服裝的設(shè)計實現(xiàn)

2.1 設(shè)計思路

文中設(shè)計的全天候多功能防寒服裝，旨在適應(yīng)一天內(nèi)多變的氣溫。正午人體在戶外做運動時，由于代謝量的增大可能出汗，可調(diào)整服裝為短款；傍晚或清晨氣溫較低時，短款服裝可變換為長款服裝使用，護(hù)住下肢區(qū)域，進(jìn)一步達(dá)到防寒功效；夜晚，再將其轉(zhuǎn)換為全封閉睡袋。另外，通過部件的拆裝、結(jié)構(gòu)的變換，實現(xiàn)服裝與包袋等裝備的轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)了一件服裝的全天候、多功能使用。

2.2 款式設(shè)計

2.2.1色彩設(shè)計 為了提高戶外服裝的辨識度，選用藏青色為主色調(diào)，橙色為警示色，形成醒目的撞色效果。

2.2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計 以傳統(tǒng)戶外服裝的廓形為基礎(chǔ)，運用多功能設(shè)計手法,實現(xiàn)服裝一衣多穿。弱化戶外運動裝備和服裝的界限，將包袋和服裝融為一體，并通過結(jié)構(gòu)變換增加服裝部件的收納功能，以取代部分或全部背包的功能。

2.2.3材料選擇 面、里料采用全滌雙面布，持久防水；使用TPU膜復(fù)合，具有良好的防風(fēng)性;絮填料采用仿絲棉。

所設(shè)計的戶外防寒服裝具有以下功能：①服裝能夠在短款防寒服、長款防寒服、睡袋3種形態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，滿足早、中、晚戶外活動的需求；②服裝部件可以轉(zhuǎn)化為包袋、披肩、臨時擔(dān)架或防潮墊，實現(xiàn)多功能應(yīng)用的目的。

2.3 功能實現(xiàn)

文中設(shè)計的多功能戶外防寒服裝部件如圖1所示。圖1包括衣身、可拆卸風(fēng)帽、右加長袖筒、左加長袖筒、右前衣身加長片、左前衣身加長片、后衣身加長片7個部件，由不同部件可以組成不同穿著形態(tài)的服裝及工具。

注：1—衣身；2—可拆卸風(fēng)帽；3—右加長袖筒；4—左加長袖筒；5—右前衣身加長片；6—左前衣身加長片；7—后衣身加長片。圖1 多功能防寒服裝部件Fig.1 Multifunctional cold-proof clothing parts

2.3.1短款防寒服 短款防寒服由圖1中衣身(1)與可拆卸風(fēng)帽(2)兩個部件組成，其結(jié)構(gòu)分別如圖2和圖3所示。衣身(1)與可拆卸風(fēng)帽(2)通過后領(lǐng)部分的拉鏈(8)連接，形成短款防寒服。

圖2中，衣身可以作為短款外套單獨穿著。衣身高領(lǐng)設(shè)計，雙層門襟，具有良好的防風(fēng)性，內(nèi)側(cè)門襟通過魔術(shù)貼(9)與里襟連接，里襟通過領(lǐng)部的四合扣(10)與外側(cè)門襟固定。袖子為插肩中袖，袖底添加三角插片，以增加袖子的活動性，并可通過抽繩調(diào)節(jié)袖子的長度。

注：8—后領(lǐng)拉鏈；9—前門襟魔術(shù)貼；10—前門襟四合扣。圖2 衣身結(jié)構(gòu)示意Fig.2 Body structure diagram

圖3中，可拆卸風(fēng)帽上有3條橫向的拉鏈(11～13)，拉鏈(11)拉開后帽子分為前后兩部分。帽子前部能夠調(diào)整位置擋住面部達(dá)到防風(fēng)的目的，帽子后部的拉鏈(12，13)拉開可以增加帽深，遮住額頭。帽子開口處的抽繩(14)可以調(diào)節(jié)帽口松緊，拉鏈(11)開口處的抽繩(15)可以調(diào)節(jié)后側(cè)帽子開口的大小。帽子左右設(shè)有疊門，通過四合扣閉合。

注：11～13—帽身拉鏈；14—帽口抽繩；15—后側(cè)帽口抽繩。圖3 可拆卸風(fēng)帽結(jié)構(gòu)示意Fig.3 Removable hood structure diagram

2.3.2長款防寒服 長款防寒服由圖1中全部7個部件組成，具體如圖4所示。在短款防寒服的基礎(chǔ)上，衣袖利用拉鏈(17，16)分別與左右加長袖筒(4，3)連接；衣身(1)下擺利用拉鏈(19，18，20)分別與左右前衣身加長片和后衣身加長片(6，5，7)連接形成左右下片及后下片；前下門襟通過魔術(shù)貼(21，22)閉合前中；前下片在左右側(cè)縫處通過拉鏈(23，24)與后片拼合，形成長款防寒服。長款防寒服長度到腳踝位置；側(cè)縫處的開衩長度可以通過拉鏈(23，24)調(diào)節(jié)，方便活動。

注：1—衣身；2—可拆卸風(fēng)帽；3—右加長袖筒；4—左加長袖筒；5—右前衣身加長片；6—左前衣身加長片；7—后衣身加長片；16—右袖拉鏈；17—左袖拉鏈；18—右前拉鏈；19—左前拉鏈；20—后身拉鏈；21—加長片外側(cè)魔術(shù)貼；22—加長片內(nèi)側(cè)魔術(shù)貼；23—左側(cè)縫拉鏈；24—右側(cè)縫拉鏈。圖4 長款防寒服結(jié)構(gòu)示意Fig.4 Long cold-proof sportswear structure diagram

加長袖結(jié)構(gòu)示意如圖5所示。圖5中，加長袖筒上端拉鏈內(nèi)側(cè)有0.5 cm寬的掛袢(25)，配合鎖扣使用可將加長袖筒懸掛在背包上；袖筒內(nèi)側(cè)夾裝羅紋(26)，有防風(fēng)作用；袖口內(nèi)側(cè)設(shè)置抽繩(27)，用以抽緊封閉袖口。

注： 25—加長袖口掛袢；26—加長袖口羅紋；27—加長袖口抽繩。圖5 加長袖筒結(jié)構(gòu)示意Fig.5 Elongated sleeves structure diagram

前衣身加長片結(jié)構(gòu)示意如圖6所示。圖6中，前衣身加長片(5，6)為雙層設(shè)計，上端開口可作為口袋使用。前衣身加長片上有貫穿側(cè)縫、下擺和前中下部的雙頭拉鏈(28，29)，可將兩層展開。前中和側(cè)縫處夾裝門襟，并均勻設(shè)置氣眼；側(cè)縫門襟在頂部設(shè)置一個四合扣與后片固定，提高側(cè)縫的防風(fēng)性，下方均勻設(shè)置氣眼。前衣身加長片里層下擺口袋內(nèi)層設(shè)置魔術(shù)貼(30)，可與后衣身加長片下擺連接形成密封的下擺。

后衣身加長片結(jié)構(gòu)如圖7所示。后衣身加長片的側(cè)縫門襟上均勻設(shè)置氣眼；下擺向上翻折，通過四合扣固定，下擺放下來后露出拉鏈(31)，拉鏈(31)拉開后形成口袋，口袋上層內(nèi)側(cè)設(shè)置魔術(shù)貼(30)與前片內(nèi)層連接。

注：5—右前衣身加長片；6—左前衣身加長片；28—右前展開拉鏈；29—左前展開拉鏈；30—下擺魔術(shù)貼。圖6 前衣身加長片結(jié)構(gòu)示意Fig.6 Front body extension structure diagram

注：7—后衣身加長片；30—下擺魔術(shù)貼；31—后內(nèi)開口拉鏈。圖7 后衣身加長片結(jié)構(gòu)示意Fig.7 Back body extension structure diagram

2.3.3睡袋 睡袋由長款防寒服變形而來，睡袋結(jié)構(gòu)示意如圖8所示。在長款防寒服的基礎(chǔ)上，確保帽子連接到衣身上，左右門襟閉合蓋住嘴巴；帽子最前方拉鏈(11)拉開，前部分帽身向前拉蓋住臉頰，露出鼻孔；拉開拉鏈(12，13)拉展后側(cè)帽身，增加后側(cè)帽身的深度，蓋住額頭，然后抽緊帽身開口處的抽繩(14，15)，實現(xiàn)上口的密封。

將前中、側(cè)縫完全閉合，完成衣身上的密封。后片下擺處有向內(nèi)折疊的加長部分，通過四合扣固定在內(nèi)側(cè)。將折疊部分打開，后片下擺可以在內(nèi)側(cè)通過拉鏈(31)展開，在下側(cè)形成口袋；調(diào)整前片雙頭拉鏈(28)(29)開口的位置，使前片下擺張開，將后片下擺的袋口蓋住前下擺開口的內(nèi)層，通過魔術(shù)貼(30)固定前后片，將下擺密封，長款防寒服即轉(zhuǎn)變?yōu)樗螒B(tài)。

注：1—衣身；2—可拆卸風(fēng)帽；3—右加長袖筒；4—左加長袖筒；5—右前衣身加長片；6—左前衣身加長片；7—后衣身加長片；11～13—帽身拉鏈；14—帽口抽繩；15—后側(cè)帽口抽繩；28—右前展開拉鏈；29—左前展開拉鏈；30—下擺魔術(shù)貼；31—后內(nèi)開口拉鏈。圖8 睡袋結(jié)構(gòu)示意Fig.8 Sleeping bag structure diagram

2.3.4服裝的部件功能變化 利用服裝結(jié)構(gòu)變化，服裝部件可以轉(zhuǎn)化為不同功能的戶外工具。

1) 包袋 背包由前衣身加長片轉(zhuǎn)化而來，具體如圖9所示。對折前衣身加長片，用鎖扣或繩帶穿過側(cè)邊的氣眼固定背包的深度，配合包帶用作背包，可收納脫下的衣物，背包的深度根據(jù)對折方式的不同進(jìn)行靈活調(diào)整；調(diào)節(jié)裝配包帶的長度及固定位置，靈活變化背包的方式；背包上的氣眼可以配合鎖扣，用來懸掛水壺或其他小包等。收納袋可利用加長袖筒實現(xiàn)。抽緊抽繩(27)，袖筒的袖口下端閉合，形成小收納袋，可用于收納水杯等物品；袖口內(nèi)側(cè)的羅紋起到固定作用；袖口上端設(shè)置掛袢(25)，可用鎖扣連接到其他包袋上。

2) 披肩、擔(dān)架和防潮墊 由前、后衣身加長片變形而來。前衣身加長片側(cè)縫到前中的拉鏈(28，29)拉開后，其雙層結(jié)構(gòu)可拉展為單層，并能夠通過繩帶或鎖扣連接氣眼拼合左右兩片、后片，變換為長度不同、功能靈活的披肩；在遭遇緊急情況時，連接起來的單層衣片可以作為臨時擔(dān)架用于搬抬傷者、病人；由于面料具有良好的防水性，連接起來的單層衣片可以鋪在地上、帳篷內(nèi)，起到防潮墊的作用。

注：5—右前衣身加長片；6—左前衣身加長片。圖9 包袋示意Fig.9 Bag structure diagram

2.4 成衣展示

根據(jù)服裝款式設(shè)計制作成衣，多功能戶外防寒服裝的著裝效果如圖10所示。此款服裝具有多種穿著模式，能夠在長款、短款、睡袋3種形態(tài)中轉(zhuǎn)換。

圖10 全天候多功能戶外防寒服成衣展示Fig.10 Multifunctional outdoor cold-proof sportswear

3 多功能戶外防寒服裝的熱阻測試

3.1 實驗儀器

Newton暖體假人，美國西北測試科技有限公司制造。

3.2 實驗條件

實驗在人工氣候艙內(nèi)進(jìn)行，氣候艙溫度控制在(15±1)℃，相對濕度(50±5)%，風(fēng)速(0.4±0.1) m/s。

3.3 實驗方法

采用恒溫模式進(jìn)行假人實驗，假人各區(qū)段皮膚溫度設(shè)定為(35±0.5) ℃，軟件設(shè)定每分鐘記錄一次皮膚溫度、輸入功率、環(huán)境溫度、環(huán)境相對濕度、環(huán)境風(fēng)速。圖11為3種著裝模式的暖體假人實驗。分別測試3種著裝形式下該多功能防寒服裝的服裝熱阻，每種著裝方式測試3次，取平均值。

圖11 3種著裝模式暖體假人實驗Fig.11 Experiments with three types of wearing models

計算各軀段的熱阻

(1)

式中：Ri為第i軀段的熱阻(℃·m2/W);Ts為軀段平均溫度(℃)；Ta為周圍環(huán)境溫度(℃)，Q/A為單位面積加權(quán)熱通量(W/m2)。采用并行法計算服裝系統(tǒng)的固有熱阻,即

(2)

式中：Rcl為服裝固有熱阻(℃·m2/W)；Ai為第i軀段表面積；At為假人的總表面積。

服裝的額定溫度指人體穿著服裝時能夠維持熱舒適的最低可適應(yīng)環(huán)境溫度[15]。根據(jù)ASTM F2732—11確定冷環(huán)境中防寒服裝的溫度分級標(biāo)準(zhǔn)，在已知服裝固有熱阻的前提下，可根據(jù)下式預(yù)測該服裝適用的環(huán)境溫度：

Rt,s=Rcl+(Ra,s/fcl)；

(3)

TR=-276.08Rt,s+104.09。

(4)

其中，Rt,s為服裝標(biāo)準(zhǔn)總熱阻(℃·m2/W)；Ra,s為暖體假人皮膚表面空氣層標(biāo)準(zhǔn)熱阻(℃·m2/W)，取0.078 ℃·m2/W；fcl為服裝面積因子，取1.1；TR為服裝在2 Met代謝水平下的服裝額定溫度(℃)。

3.4 實驗結(jié)果

多功能防寒服3種著裝形態(tài)下下肢的散熱量見表2。

表2 多功能防寒服3種著裝形態(tài)下下肢的散熱量

在3種不同著裝狀態(tài)下，多功能防寒服裝覆蓋區(qū)域的差異在下肢部位。由表2可以看出，在從短款向長款、睡袋的變化過程中，下肢各局部散熱量均逐漸減小，起到了增加保暖性的作用。

當(dāng)人體活動水平為2 Met時，該服裝的總熱阻值及服裝的額定溫度見表3。由表3可以看出，在3種不同的著裝狀態(tài)下該多功能服裝固有熱阻值逐漸增加，相應(yīng)所適用的環(huán)境額定溫度逐漸降低，說明在服裝加長和密閉的過程中服裝保暖性能顯著增強(qiáng)。服裝能通過變形實現(xiàn)不同的最低可適應(yīng)環(huán)境溫度，適應(yīng)戶外活動過程中溫度的變化。

表3 多功能防寒服3種著裝形態(tài)下熱阻及額定溫度

4 結(jié)語

文中通過對戶外運動服裝著裝條件的分析，結(jié)合目前日益擴(kuò)大的戶外運動群體對戶外運動服裝復(fù)雜的社會性需求，總結(jié)出戶外服裝在安全防護(hù)性、舒適性、靈活性、美觀性方面的設(shè)計需求，提煉出設(shè)計要點與實現(xiàn)手段。應(yīng)用所建立的多功能服裝設(shè)計方法，設(shè)計并制作了一款具有多功能屬性的戶外防寒服裝。通過服裝結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新運用，實現(xiàn)服裝的形態(tài)變化，使服裝既能在短款防寒服、長款防寒服和睡袋之間自由轉(zhuǎn)化，滿足全天候的保暖需求，又可將服裝部件拆卸重組，轉(zhuǎn)化為包袋、披肩、臨時擔(dān)架或防潮墊，達(dá)到多功能的應(yīng)用目的。暖體假人實驗表明，該多功能戶外防寒服裝，可適用于(3.9～15.4) ℃的戶外環(huán)境中，滿足早、中、晚全天候的戶外活動需求。該款服裝所采用的絮填料為仿絲棉，若更換為保暖性更好的羽絨等材質(zhì)，預(yù)計保暖范圍可進(jìn)一步提升。