基于服裝模塊化設(shè)計(jì)的煤礦工作服創(chuàng)新設(shè)計(jì)

朱弘弟，陳雨琦

（天津師范大學(xué)，天津 300380）

1 煤礦工作環(huán)境危險(xiǎn)性分析

煤礦工作環(huán)境一直以來(lái)都被認(rèn)為是極其危險(xiǎn)和具有挑戰(zhàn)性的，礦工們面臨著各種潛在的危險(xiǎn)和健康風(fēng)險(xiǎn)。礦山內(nèi)充滿了各種機(jī)械設(shè)備，如采礦機(jī)、運(yùn)輸設(shè)備和爆破設(shè)備。不適當(dāng)?shù)牟僮骰驒C(jī)械故障可能導(dǎo)致傷害或事故；在煤洞中，礦工常常暴露于煤塵、巖屑和瓦斯等有害氣體中。長(zhǎng)期暴露于這些環(huán)境中可能導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)問(wèn)題，如塵肺病和其他呼吸道疾??；地下爆炸和坍塌風(fēng)險(xiǎn)，礦山中的天然氣或瓦斯泄漏可能導(dǎo)致爆炸，而坍塌則可能在工作區(qū)域中引發(fā)嚴(yán)重的安全問(wèn)題。這些事件不僅危及礦工的生命，還可能造成煤礦設(shè)施的損壞[1]；深入地下的礦工可能會(huì)面臨極高的溫度和濕度，尤其在較深部位的礦山中。這種環(huán)境條件可能導(dǎo)致中暑、脫水和體力疲勞；此外在心理上，煤礦工作常常需要在地下深處或高壓環(huán)境中工作長(zhǎng)時(shí)間地在地下工作可能導(dǎo)致孤獨(dú)感和心理壓力，對(duì)礦工的心理健康產(chǎn)生負(fù)面影響[2]?？傊旱V工作環(huán)境是一個(gè)充滿危險(xiǎn)和挑戰(zhàn)的領(lǐng)域，因此保障礦工的安全和舒適性至關(guān)重要。模塊化設(shè)計(jì)的煤礦工作服的優(yōu)化可能有助于降低礦工在這些危險(xiǎn)環(huán)境中面臨的風(fēng)險(xiǎn)。

2 礦業(yè)工作服現(xiàn)狀

2.1 煤礦工作服的重要性

煤礦工作服在煤礦行業(yè)中扮演著至關(guān)重要的角色，其重要性顯而易見。首先，它是礦工的首要安全防護(hù)裝備，具備防火、阻燃和抵抗化學(xué)物質(zhì)侵害等特性，有效減輕了火災(zāi)、爆炸、有害氣體以及機(jī)械傷害等潛在危險(xiǎn)帶來(lái)的威脅，為礦工的生命和健康提供堅(jiān)實(shí)保障。其次，合適的工作服設(shè)計(jì)提供了舒適性和工作效率的提升，尤其在高溫、高濕度和通風(fēng)不佳的煤礦環(huán)境中，工作服可協(xié)助調(diào)節(jié)體溫、增強(qiáng)通風(fēng)效果，減輕了礦工的體力負(fù)擔(dān)，提高了工作效率。此外，工作服的高可見性元素如反光帶，在低光照或多塵環(huán)境下提高了礦工的可見性，不僅減少了事故風(fēng)險(xiǎn)，還增進(jìn)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作，提高了工作的安全性。工作服還包括身體保護(hù)和防護(hù)要素，如肘部和膝部補(bǔ)丁，有效降低了機(jī)械傷害的風(fēng)險(xiǎn)，提供額外的防護(hù)。此外，工作服還能抵御塵埃和污染物，減少對(duì)礦工健康的潛在威脅，提供清潔和健康的工作環(huán)境?？傊旱V工作服的重要性在于它們不僅是礦工的第二層皮膚保護(hù)著礦工的生命和健康，還提高了工作效率、降低了事故風(fēng)險(xiǎn)、改善了工作環(huán)境、確保了合規(guī)性，因此對(duì)于煤礦行業(yè)的運(yùn)作至關(guān)重要[3]。

2.2 我國(guó)煤礦工作服現(xiàn)狀及問(wèn)題

我國(guó)煤礦工作服的現(xiàn)狀和問(wèn)題是一個(gè)備受關(guān)注的議題，煤礦行業(yè)一直是我國(guó)的重要能源領(lǐng)域，而礦工的安全和舒適性對(duì)于礦山生產(chǎn)和工人的健康至關(guān)重要。在我們的國(guó)家，煤礦工作服在提供基本安全要求方面已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，但仍然面臨著一系列問(wèn)題，需要更多的關(guān)注和改進(jìn)。

目前，我國(guó)的煤礦工作服通常采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，以確保符合相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。這些工作服包括外層防護(hù)層、內(nèi)襯、可見性元素和保護(hù)裝置。雖然這些工作服在提供基本安全要求方面表現(xiàn)出色，如防火、阻燃和抗靜電特性，以減少火災(zāi)和爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，以及高可見性元素，以提高礦工在礦山環(huán)境中的可見性。然而，工作服的舒適性問(wèn)題一直是一個(gè)關(guān)注點(diǎn)。在高溫高濕度和通風(fēng)不足的環(huán)境中，工作服的透氣性和通風(fēng)性仍然需要改進(jìn)，以減輕礦工的體溫上升和脫水風(fēng)險(xiǎn)。煤礦工作環(huán)境可能導(dǎo)致工作服需要頻繁清潔和維護(hù)，這增加了成本并縮短了服裝的使用壽命[4]。

另一個(gè)問(wèn)題是工作服的定制性不足。傳統(tǒng)工作服通常是標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，無(wú)法滿足每位礦工的個(gè)性化需求。這可能導(dǎo)致礦工在舒適性、大小和風(fēng)格等方面感到不滿。此外，工作服的復(fù)雜性和材料特性使其難以維護(hù)和清潔。這可能增加了維護(hù)成本，降低了服裝的使用壽命。盡管煤礦工作服一直是關(guān)鍵的安全裝備，但在創(chuàng)新方面的投入有限。新材料和制造技術(shù)的應(yīng)用潛力未充分挖掘，未能充分滿足未來(lái)礦工需求。最后，一些工作服材料可能不易回收和再利用，可能對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利影響?？沙掷m(xù)性方面需要更多關(guān)注。

綜上所述，我國(guó)煤礦工作服在提供基本安全要求方面取得了一定進(jìn)展，但仍存在許多問(wèn)題，包括舒適性、定制性、維護(hù)性、創(chuàng)新性和可持續(xù)性等方面的挑戰(zhàn)。因此，有必要繼續(xù)研究和創(chuàng)新工作服設(shè)計(jì)，以提高礦工的安全性和工作舒適性，提高煤礦行業(yè)的生產(chǎn)效率。這需要跨學(xué)科的合作和政府、礦山企業(yè)以及研究機(jī)構(gòu)的投入。解決這些問(wèn)題將有助于確保我國(guó)的煤礦工作環(huán)境更加安全、健康和可持續(xù)。

3 模塊化設(shè)計(jì)在煤礦工作服中的應(yīng)用

3.1 模塊化設(shè)計(jì)原理

模塊化設(shè)計(jì)在煤礦工作服中的應(yīng)用為改進(jìn)工作服的功能性、適應(yīng)性和性能提供了廣泛的機(jī)會(huì)。這一設(shè)計(jì)方法以模塊的方式將工作服分解成獨(dú)立的組件或部分，每個(gè)模塊都具有特定的功能和特性。模塊化要素包括外層防護(hù)層、內(nèi)襯、可見性元素和保護(hù)裝置，它們可以根據(jù)工作環(huán)境的需求進(jìn)行靈活調(diào)整。在安全性模塊中，可以選擇更耐火、阻燃的外層防護(hù)層，以減少火源接觸的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)針對(duì)有害氣體和化學(xué)品的威脅，特殊的化學(xué)品防護(hù)層也可以被集成。為提高舒適性，透氣性模塊提供更好的通風(fēng)，降低礦工體溫、減少出汗和脫水風(fēng)險(xiǎn)。此外，人體工程學(xué)設(shè)計(jì)確保工作服與礦工的身體結(jié)構(gòu)緊密貼合，提高穿著舒適度?？删S護(hù)性模塊允許輕松更換損壞的模塊，而不必更換整套工作服，從而延長(zhǎng)了服裝的使用壽命。同時(shí)，易清洗和保養(yǎng)的材料減少了維護(hù)的復(fù)雜性。最重要的是，模塊化設(shè)計(jì)還為個(gè)性化選擇提供了空間，允許礦工根據(jù)個(gè)人需求和工作條件選擇合適的模塊，使工作服更適應(yīng)不同的情境。因此，模塊化設(shè)計(jì)為改進(jìn)煤礦工作服的安全性、舒適性和適應(yīng)性提供了全新的可能性，有望大幅提升礦工的工作體驗(yàn)和安全[5]。

3.2 礦工工服的模塊化創(chuàng)新設(shè)計(jì)

煤礦工作服的設(shè)計(jì)和制作過(guò)程是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要綜合考慮安全性、舒適性、功能性以及可維護(hù)性等方面的因素[5]。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，選擇具備防火、阻燃、抗靜電、高可見性等特性的材料。這些材料同時(shí)要具備透氣性、輕便性和舒適性。不同部分的工作服可能需要不同的材料，如外層防護(hù)層、內(nèi)襯和可見性元素。為了確保工作服與礦工的身體結(jié)構(gòu)緊密貼合，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)需要進(jìn)行人體工程學(xué)設(shè)計(jì)。這包括考慮剪裁、尺寸、貼身度以及各種身體部位的活動(dòng)范圍。有創(chuàng)新性的模塊化設(shè)計(jì)是關(guān)鍵步驟。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)需要決定如何將工作服分解成不同的模塊，以滿足礦工的需求。這包括外層防護(hù)層、內(nèi)襯、可見性元素、保護(hù)裝置等不同的模塊，如圖1所示。

圖1 創(chuàng)新礦工作業(yè)服設(shè)計(jì)圖及解析圖Fig.1 Design drawing and analysis drawing of innovative miners' work clothes

礦工服對(duì)面料要求較高，要求其具有防塵、防靜電、拒水拒油、阻燃等功能。因此本次設(shè)計(jì)，在面料選擇上，采用新型的銀纖維混紡面料作為新型礦工服的主體材料，該面料由9.4%銀纖維、84.6%棉纖維、6%麻纖維構(gòu)成。銀纖維具有良好的導(dǎo)電性能，可保證面料的防靜電性能；同時(shí)使用效果較好的含氟拒水拒油整理劑與含磷的阻燃劑進(jìn)行涂層整理[6]。

色彩選擇上，色彩對(duì)礦工的心理產(chǎn)生重要的影響，既不能太活潑，也不可太枯燥，旨在通過(guò)色彩的設(shè)計(jì)傳遞出一種安全信號(hào)，讓礦工時(shí)刻保持警覺狀態(tài)而又不至于過(guò)于緊張。傳統(tǒng)的礦工服多采用黃、藍(lán)色，這兩種色彩是一般工作服的常用色。如圖1所示，本次礦工服設(shè)計(jì)采用藍(lán)色為主色，但在部分結(jié)構(gòu)線處及口袋等部位采用橙紅色和熒光反光面料，一方面解決了單一色彩而引起的枯燥，另一方面又極具警示的作用[7]。

在服裝結(jié)構(gòu)方面，為提高穿著便捷性，本次設(shè)計(jì)中在礦工工作服的總體結(jié)構(gòu)上采用上下分體式結(jié)構(gòu)，腰部使用輕質(zhì)腰帶收緊上衣以防止煤灰等大顆?；覊m進(jìn)入服裝內(nèi)部影響舒適性。領(lǐng)型采用立領(lǐng)與可調(diào)節(jié)性襻帶相結(jié)合，適應(yīng)不同頸圍。領(lǐng)部的可調(diào)節(jié)性大大降低了對(duì)穿著舒適性的影響。在袖口與褲腳口處設(shè)置可調(diào)節(jié)松緊襻帶，日常穿著時(shí)可以松開，在工作時(shí)可扣緊防止煤灰進(jìn)入，褲腳處的襻帶內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)有硅膠防滑條，更方便穿著工作靴防止褲子從鞋子中松動(dòng)滑出。膝蓋部分設(shè)計(jì)模塊化抗磨損設(shè)計(jì)，方便更換減少維護(hù)和生產(chǎn)成本。內(nèi)襯通常采用吸濕排汗材料，該面料由超細(xì)滌綸纖維制成，利用其芯吸效應(yīng)增加服裝透氣透濕性能。同時(shí)對(duì)面料進(jìn)行防塵整理，其面料中的細(xì)小孔隙可以使氣體分子和水分子通過(guò)，而直徑較大的灰塵則無(wú)法通過(guò)[8]，在保證服裝舒適性的同時(shí)可以避免煤灰進(jìn)入服裝。

在功能性模塊設(shè)計(jì)中，以模塊化理念袖子、褲腳、口袋、手肘做可拆卸替換的模塊化設(shè)計(jì)，方便礦下作業(yè)、服裝后期維護(hù)。右胸處設(shè)計(jì)工具模塊，用于放置一些常用工具，方便作業(yè)時(shí)拿取和收納。左胸前設(shè)計(jì)可拆卸風(fēng)琴袋，用于日常用品放置。腰部采用腰帶設(shè)計(jì)，并在腰帶出處設(shè)計(jì)可移動(dòng)可拆卸風(fēng)琴袋使用方便容量大，同時(shí)可以根據(jù)需要攜帶的物品自定義口袋的數(shù)量位置。此外腰帶的可收緊設(shè)計(jì)一定程度上保證了保暖性，同時(shí)減小上衣體積方便作業(yè)提供一定的靈活性。如圖2所示，上衣袖子采用可拆卸設(shè)計(jì)，袖籠部分使用拉鏈與袖子連接實(shí)現(xiàn)可拆卸，由于礦工在井下作業(yè)時(shí)袖子手肘為主要磨損部位，因此在肘部加上可抗磨損模塊，配合可拆卸袖子在衣身磨損相對(duì)較低的情況下可以單獨(dú)更換袖子和肘部抗磨模塊，盡可能地降低生產(chǎn)成本和維護(hù)成本。右側(cè)設(shè)計(jì)與手部位置相近的可移動(dòng)口袋模塊，方便拿取。膝蓋部分設(shè)計(jì)模塊化抗磨損設(shè)計(jì)，方便更換減少維護(hù)和生產(chǎn)成本。

圖2 安全模塊及可自定義模塊解析圖Fig.2 Security module and customizable module analysis diagram

在安全警示及防護(hù)模塊中，上衣肩部的兩側(cè)設(shè)計(jì)名片信息卡槽，可將工人信息、GPS等標(biāo)明身份和位置信息設(shè)備放入其中，在特殊情況發(fā)生時(shí)有利于搜救或?qū)ふ?，為工人提供安全性。同時(shí)左側(cè)袖子肩部也加設(shè)了口袋方便放置無(wú)線電對(duì)講機(jī)等井下通訊設(shè)備，置于左側(cè)方便作業(yè)時(shí)拿取。上衣也在肩部、背部、腰部、肘部等明顯部位加設(shè)高反光面料，褲裝設(shè)計(jì)中，采用與上衣同色同質(zhì)地的面料，在褲線處設(shè)計(jì)高反光線條，延伸放光面積，起到更好的反光效果，有助于井下救援時(shí)辨別工人位置。此外，還在肩部設(shè)計(jì)的防摔氣囊設(shè)計(jì)，通過(guò)隱藏于服裝內(nèi)部的CO2小氣罐和墜落預(yù)警裝置，在突發(fā)情況下摔倒或受到?jīng)_擊時(shí)位于肩部的氣囊會(huì)瞬間打開以減輕工人的受傷程度，提高安全性。在時(shí)尚感方面，本次設(shè)計(jì)加入了更多的工裝時(shí)尚化元素，在保證功能性和安全性的前提下，在一定程度上提高時(shí)尚感，緩解工人在井下封閉環(huán)境中的心理問(wèn)題。

4 結(jié)論

本次研究重點(diǎn)對(duì)煤礦工人的工作服進(jìn)行了創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計(jì)，以模塊化設(shè)計(jì)對(duì)工作服進(jìn)行模塊劃分，實(shí)現(xiàn)兼功能、便維護(hù)、保安全的煤礦工作服的設(shè)計(jì)。結(jié)合對(duì)現(xiàn)有煤礦工作環(huán)境和現(xiàn)有工作服的現(xiàn)狀及問(wèn)題分析，設(shè)計(jì)中在面料上采用礦用防塵、防靜電、防水、防火面料，縫紉線為阻燃縫紉線，面料和縫紉線均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，且耐勞度高；款式符合“三緊式”要求。改進(jìn)了各個(gè)部位的功能及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并在保障各項(xiàng)要求合規(guī)的情況下加入了更多時(shí)尚元素，將服裝設(shè)計(jì)中的人文關(guān)懷融入工作服的設(shè)計(jì)當(dāng)中，將安全放在設(shè)計(jì)的首位，呈現(xiàn)出時(shí)尚和安全兼?zhèn)涞脑O(shè)計(jì)，為我國(guó)的煤礦工作服設(shè)計(jì)提供一定的設(shè)計(jì)參考價(jià)值。