可伸縮雨棚的改良設(shè)計與研究

摘? 要：隨著社會的不斷發(fā)展，雨棚作為一個小型且大眾的臨時性建筑結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品已遍布世界的各個角落，使用量越來越大。但是由于雨棚的設(shè)計問題導致的危險事故也不斷發(fā)生，因此，應(yīng)該更加重視雨棚使用方式的便捷和功能的安全性?？傮w來說，國內(nèi)行業(yè)的雨棚產(chǎn)品還處于慢步發(fā)展階段，因為其消費人群多是大眾化的商家，群體的安全意識和審美訴求較為薄弱。

關(guān)鍵詞：可伸縮；雨棚；結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化設(shè)計

隨著社會的不斷發(fā)展，雨棚作為大眾臨時性建筑結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，不僅能夠為人們遮風擋雨，還具有遮擋陽光等功能，已遍布世界的各個角落?？梢哉f在生活中的各個地方隨處可見這種裝置，如商場、菜市場、大排檔、果蔬種植地等。雨棚的樣式有很多種，使用的方式也都相近。因為雨棚的整體構(gòu)造相對簡潔，而且方便用戶收納挪動，能夠快速地收納、反復地使用，對場地要求低，運輸與操作都極其方便，所以深受人們的喜歡。

一、可伸縮雨棚發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)外的雨棚建材行業(yè)中有著相對明顯的差距。國內(nèi)大多數(shù)人由于消費水平的原因，還在使用相對便宜的雨棚，并沒有考慮到它的使用安全性。在國內(nèi)，很多大排檔因為都是小本生意，都不會注重雨棚的整體安全美觀這一點。消費人群的安全意識薄弱，只考慮價便宜能將就用就行。因此，每一年都會因各種形式的雨棚出現(xiàn)大小不同的慘案。例如2016年8月，廣州因為大風導致火鍋店雨棚掀翻砸傷市民，造成市民九級傷殘；2018年5月，重慶一次大暴雨沖塌了燒烤大排檔雨棚顧客被困，幸好沒人受傷。但是，老板還是直接為當晚的顧客免單化解了問題；2018年6月，深圳—酒店后門雨棚垮掉，6人被壓其下，其中4人身亡。這樣的情況不勝枚舉。雨棚這種臨時的搭建設(shè)施雖說方便了很多，但是，大家只想著方便和價格便宜卻沒有注重它的整體安全性。如由于結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理導致伸縮困難，需要幾人合作才能完成；雨棚內(nèi)部無照明設(shè)施，商家一般自己根據(jù)需要私拉電線把照明設(shè)備直接掛在雨棚內(nèi)，存在較大的用電安全隱患，也影響美觀；篷布的掛取比較麻煩，基本是固定在型材上，封閉性較差，使用舒適度不夠?？傮w來說，國內(nèi)行業(yè)的雨棚產(chǎn)品還處于慢步發(fā)展階段，因為這部分的雨棚消費人群對象多是大眾化的商家，消費群體的安全意識薄弱，貪圖便宜，沒有什么設(shè)計美觀安全的意識，從而導致近幾年雨棚的安全問題頻繁出現(xiàn)。而國外的雨棚行業(yè)在對于整體設(shè)計和安全上均很注重，產(chǎn)品整體品質(zhì)明顯高于國內(nèi)，因此，對于國內(nèi)雨棚行業(yè)來說，應(yīng)該起到一個借鑒的作用。

二、設(shè)計思路

（一）設(shè)計需求研究

接到設(shè)計課題后，對餐飲館、地攤主等雨棚消費群體進行了走訪，了解他們的需求，聆聽他們雨棚使用體驗感受和對雨棚設(shè)計的建議，梳理核心功能需求。深入廠家調(diào)研產(chǎn)品，了解現(xiàn)有產(chǎn)品存在的問題。最后由項目委托方說明客戶的設(shè)計需求，考慮的主要問題和想要達到的目標。

通過詳細的實地調(diào)研和文獻查閱，結(jié)合項目委托方的需求，梳理出的設(shè)計核心需求主要有以下幾點。

1.由于消費群體對雨棚預(yù)算都比較低，因此，設(shè)計時應(yīng)盡量壓縮成本，成本增長控制在15%以內(nèi)比較容易銷售。

2.雨棚的X架伸展滑動處是用一個矩形或者圓形套框固定在立柱上伸展，但是因為矩形和圓形套框的尺寸誤差較大，所以使用起來不是那么順暢，滑塊與立柱之間是滑動摩擦，摩擦阻力較大，因此推拉非常困難，需要在設(shè)計中改善。

3.雨棚的頂棚掛取方式，是單獨加了一塊型材固定在立柱上，把雨棚四周的圍布運用繩子拴上去的方式。這樣雖然解決了雨棚掛上去和取下來的問題，然而實際用起來很是麻煩，還會影響雨棚的整體美觀。

4.雨棚立柱和斜柱還有橫梁的連接是焊接的形式，同時在加上了個薄型材和很多顆螺絲加以固定或者用一個立性型材焊接支撐。非常簡單粗魯?shù)慕鉀Q了三組型材的連接。最后在實際安裝和實際拆卸上超級困難

5.雨棚照明的使用方法是直接牽線到雨棚，然而雨棚內(nèi)部的型材連接混亂復雜完全不利于燈泡的使用。這樣在電的使用上是完全沒有任何安全保護的。同時，由于每天都要要收納雨棚，使用起來也不方便。如果不收納，受潮受曬會引發(fā)安全事故，存在安全隱患。

（二）解決方案研究

明確了設(shè)計需求，采用頭腦風暴的形式對設(shè)計進行方案探索，對每一個需求點進行深入研究。由于雨棚消費群體消費能力有限預(yù)算少的問題，項目委托方要求新產(chǎn)品成本相對現(xiàn)有產(chǎn)品提升不能超過15%。因此，在設(shè)計中應(yīng)盡量簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，不宜在現(xiàn)有產(chǎn)品基礎(chǔ)上增設(shè)過多構(gòu)件，應(yīng)從改造現(xiàn)有產(chǎn)品的型材入手為好。

雨棚伸縮阻力主要來自于自身重量與地面的摩擦力和X架在變形中滑塊的阻力?，F(xiàn)有雨棚使用空心型材為主要結(jié)構(gòu)，自身重量可以減少的空間比較小，底部均采用滾動摩擦的形式，與地面摩擦力可減小的幅度非常有限，因此，解決此問題的著重點應(yīng)在滑塊的摩擦力。現(xiàn)有產(chǎn)品滑塊采用環(huán)狀型材套在主型材中上下滑動摩擦的形式，特別是在型材生銹的情況下，摩擦系數(shù)變大，使雨棚推拉起來更加困難，因此，滑動摩擦應(yīng)改為滾動摩擦，這樣會大大減少摩擦阻力。

照明系統(tǒng)是雨棚常用的系統(tǒng)，但目前雨棚中并沒有系統(tǒng)的照明，如何做到節(jié)約用電、安全用電、照明充分安全美觀是本次課題的主要設(shè)計點。經(jīng)過反復研究，LED燈帶是最好的選擇。把燈帶置入雨棚結(jié)構(gòu)中，電線也可以在型材內(nèi)部穿梭，把明線改為隱藏線，達到既美觀又安全的效果。

整個雨棚使用同一種型材，使雨棚可以穿在型材中是解決篷布掛取問題的關(guān)鍵，不需要加裝五金件就可以掛取篷布既能減少施工人員的工作量，又能增加掛取的方便性。

（三）雨棚使用的材料

雨棚的整體形式是用矩形鋁材的構(gòu)架方法，頂部和四周面都有PVC的一個圍布。運用的鋁合金材料是GB/T-6061標準的，這個材料是經(jīng)國家有色金屬質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心檢驗的，完全合格。

壓鑄材料里經(jīng)常被使用的材料之一是鋁合金，因為它的特性的優(yōu)勢，常常被運用在生活中大大小小的不同環(huán)境。

鋁合金的特點：

1.鋁合金的密度相對于鐵、銅、鋅的密度較小，但是它的強度和剛度高都相對較高。

2.鋁合金能很好地將電和熱進行細致的轉(zhuǎn)換。

3.鋁合金抗氧化和抗腐蝕性好。在空氣中，鋁的表面容易生成一個保護膜，能阻止進一步被氧化。

4.鋁合金有著良好的壓鑄功能，鋁合金壓鑄方式簡便，成形和加工都較好，具有較高的力學和耐腐性，是除了鋼鐵以外最好的合金。

5.鋁合金在耐高溫和耐低溫方面都有著很好的力學性能。

6.鋁合金的缺點是容易在凝固處出現(xiàn)大的集中縮孔率，鋁合金和鐵材質(zhì)很相近，所以他們的融合度很高，可以在冷室壓鑄上組合。

鋁合金還分很多種，而用得最多的就是市面上所說的6061和6063材料，而我們運用6063這個材料是因為它比6061的強度更強，加工方式也比6061更加方便。

篷布主要用的是PVC材料，也叫熱塑性熟料。熱塑性熟料是一種運用很多的材料，它主要以熱塑性樹脂，再添加一些輔助劑而制成。其分子結(jié)構(gòu)呈線形或支鏈形結(jié)構(gòu)，在一定的溫度條件下，熟料能軟化和熔融成任意形狀，冷卻固化之后形狀不變。這種狀態(tài)可以反復塑造，是一種物理變化。

本項目選擇的是Serge Ferrari 高性能遮陽材料。因為此材料具有很好的視覺效果和熱量舒適度，視覺效果將直射可見光變成柔和的漫射光，避免眩光，增強了視覺舒適度。同時還與頂部燈帶的區(qū)域很好地結(jié)合，具備更好的視覺效果和熱量舒適度，散熱效果好，解決了大熱天防曬和悶熱的問題。尺寸穩(wěn)定，而且還解決了反復收納時變形的問題，永久百分百防水，而篷布最怕的就是防水功能不好。法拉利遮陽材料除了微孔產(chǎn)品系列以外，均能百分百防水。防水性能源自材料生產(chǎn)制造工藝，與材料壽命同樣持久，無需額外再做表面防水處理，解決了漏水這一大毛病。

抗污、易清潔也是選擇此材料的主要原因。法拉利預(yù)應(yīng)力專利技術(shù)篷布始終處于張力狀態(tài)，材料表面極為光滑平整，不容易沾染和粘結(jié)污物，即使有墨水痕跡，材料仍不受影響，用肥皂或清水清洗即可。長久使用后可以使用Serge Ferrari專業(yè)清洗劑進行清洗維護，不易霉變。生產(chǎn)過程中高性能無毒和長效抗霉處理，也使法拉利產(chǎn)品解決了霉變的問題，不褪色。按照UNI EN ISO 105 B04標準測試顯示，經(jīng)過4000小時紫外線加速老化測試，證明法拉利材料在常規(guī)氣候條件下具有極高的耐候性能，能夠讓整體一直保持著最好的樣子。

更重要的是，法拉利遮陽材料為難燃性建筑材料，它具備超強的防火性能。Soltis聚酯涂層系列產(chǎn)品達到了中國防火標準B1級別，離火自熄，不會產(chǎn)生火焰蔓延。SoltisSK20系列產(chǎn)品為A級防火，可以有效避免火災(zāi)事故的發(fā)生。

三、設(shè)計成果

根據(jù)現(xiàn)有雨棚存在的問題，同時結(jié)合2018年RTAsia亞洲門窗遮陽展上國外優(yōu)秀的產(chǎn)品進行借鑒優(yōu)化，整體雨棚橫梁用兩根大型鋼絲支撐拉力，轉(zhuǎn)動中間螺絲處的松緊度固定平衡，整體看起來給人一種很堅固的視覺感。X架軌道和主型材形成卡扣形式連接，在展開和收納的時候能夠輕松使用。圓規(guī)式直桿支撐用于側(cè)板與X架同時使用，用兩種方式的支撐能夠使得整體支撐更加穩(wěn)定堅固。篷布的掛取方式，采用內(nèi)外掛解決遮擋大型鋼絲簡單粗暴的造型，美化整體。燈帶與頂部支撐，圓規(guī)式解決棚內(nèi)照明和頂部篷布支撐，一個形式解決兩個問題。燈帶做在連接處也是考慮照明亮度的問題。

配合以上需求，型材的設(shè)計是本設(shè)計中的關(guān)鍵，經(jīng)過反復修改，最終確定的設(shè)計方案如圖1、圖2所示。

掛取篷布處：制定專屬的篷布開槽使得篷布能夠更加方便地收放，更好地滿足客戶更換的便捷 。

內(nèi)槽處：此型材是外觀的主型材，所以為了使得雨棚更加地穩(wěn)固，內(nèi)部就會有相應(yīng)的型材進行內(nèi)套，從而增加產(chǎn)品的強度。

固定內(nèi)槽凸點：因為內(nèi)套不能完全地無縫貼合，增加這個凸點是為了讓內(nèi)套型材更加穩(wěn)定貼合，使得外形不晃動。

放H滑輪和燈帶處：整個雨棚的主型材都是用這個造型，能同時滿足放置滑輪和燈帶兩種使用形式，使得整體效果更加美觀。

燈殼處：在此地增加了一個燈殼，是因為燈帶光的聚攏效果不好。加一個燈外殼將光線聚攏，這樣也符合人們的使用標準。

型材的材料為鋁合金（GB/T-6063）， 因為要制作高品質(zhì)產(chǎn)品，雨棚所有主型材均用一個造型，型材的尺寸49mm×101mm，型材厚度2mm。同時把立柱與X架H形狀的滑輪配合主型材，由于要減小內(nèi)部的摩擦力，因此，內(nèi)部使用了氧化的表面處理工藝，H型的造型使接觸面積更小，有效地減小了阻力。左右兩邊各加了兩個凸點，以便更好地固定滑輪，不會像滾輪滑輪那樣左右搖擺，從而使得滑動的時候不會卡頓。內(nèi)部的加強筋從L造型改變成直形的，可以很好地利用到內(nèi)部的每一個空間，也能更加穩(wěn)固。H形狀滑輪處同時也是燈帶放置的地方。

雨棚整體造型不變，兩邊立柱和斜梁連接處開了方便掛取頂部篷布的缺口槽。因為跨度的選取所以取消了橫梁，如跨度大需加上橫梁。

整個雨棚的立柱和斜梁的度數(shù)都要準確，因為這影響到立柱與斜梁、斜梁與斜梁的連接和焊接的縫隙。同時，所有柱子的連接處都是由內(nèi)套加六角螺絲固定，整體連接的螺絲數(shù)量相對現(xiàn)有雨棚減少了很多，只是所有連接處有，這樣不僅解決了雨棚穩(wěn)定的問題還解決了自主安裝和成本問題，在美觀上也是一個提升。內(nèi)套是4mm*6mm的厚度，300mm*300mm的長度，螺絲的位置離所有中點的22mm處。之前的內(nèi)套是有一小截的斜梁造型的人字，最后改為沒有橫梁形式，因為主型材的長度尺寸增大，內(nèi)套位置有些許變動，還沿用之前的那個人字形內(nèi)套會導致中間點從內(nèi)部看連接有很大的縫隙，因此，改了無縫隙的內(nèi)套，這樣兩個斜梁焊接得更好。

四、結(jié)語

可伸縮式雨棚在我們生活環(huán)境中處處可見，因為它為我們解決了生活中需要臨時搭建一個建筑環(huán)境的問題。也是因為它的臨時性和可隨時移動性深受人們的寵愛。而這些大的突出點也正是造成產(chǎn)品問題的主要因素，一個產(chǎn)品的安全、方便、環(huán)保、美觀是現(xiàn)今人們生活品質(zhì)最注重的細節(jié)。而近幾年因為雨棚引發(fā)的慘案讓人觸目驚心，無法忘卻雨棚最普遍的用戶人群還是很多小商販。本文通過前期的市場調(diào)研、材料分析等一系列調(diào)查研究，最終決定改善雨棚的所有主要型材，解決缺陷毛病。調(diào)研的結(jié)果分四點：第一是雨棚的重量問題，在收納的時候很笨重，X架的滑輪使用不流暢導致很難挪動。第二是雨棚的照明問題，直接引線和直接掛燈泡，掛取使用起來都很麻煩，下雨時會導致漏電、觸電等情況的發(fā)生。第三是篷布和圍布的問題，即雨棚頂部的篷布使用周期和圍布不能自由地掛取。第四是雨棚的結(jié)構(gòu)，雨棚整體的型材都是由不同型材拼湊起來的，在裝配上很是麻煩。

為了解決讓人苦惱的難點和考慮整個雨棚的安全，在型材方面還是采用通用的鋁合金材料，篷布用的是法拉利的材質(zhì)，解決了篷布的使用周期問題。雨棚頂部的篷布和四周的圍布使用魔術(shù)貼的形式解決掛取問題。整個雨棚的主型材都是用的同一個形狀的型材，解決了用戶自己安裝的問題。型材中的滑輪處也做了改革，將輪子由晃動形改為了貼合形的H形狀，同時型材里放置H滑輪處也是放置燈帶的地方，一個點的設(shè)計完善了多個點的毛病。燈帶的內(nèi)置也解決了外引線帶來的安全問題。

本文對現(xiàn)有產(chǎn)品進行調(diào)研分析，試圖改善雨棚結(jié)構(gòu)型材缺陷，通過型材的重新設(shè)計，解決了在收納的時候笨重的X架的滑輪使用不流暢很難挪動的問題，雨棚的照明電線混亂下雨時會漏電、觸電的問題，篷布掛、取麻煩的問題等。通過本次設(shè)計，雨棚性能得到了改善，產(chǎn)品量化生產(chǎn)并成功申請了實用新型專利，客戶滿意度非常高。

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作者簡介：宋祥波，碩士，成都東軟學院數(shù)字藝術(shù)與設(shè)計學院副院長、副教授。研究方向：產(chǎn)品設(shè)計。