利用測量人體面部數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)工業(yè)防護(hù)口罩研究

孫寅楓 屠靈智 黃小芳

摘? 要：近年來隨著工業(yè)需求的逐漸提升，工業(yè)環(huán)境中的防護(hù)口罩成了工業(yè)生產(chǎn)中的必需品。目前單一的防護(hù)口罩尺寸無法有效適配不同用戶的面部數(shù)據(jù)特征，佩戴時(shí)防護(hù)口罩與用戶面部之間容易產(chǎn)生縫隙，降低防護(hù)口罩的防護(hù)性能與適配性。為了讓用戶在工業(yè)環(huán)境下佩戴防護(hù)口罩能更加貼合面部輪廓，增加防護(hù)口罩佩戴時(shí)的防護(hù)性能與適配性，通過三維掃描40名實(shí)驗(yàn)者的面部形狀，測量統(tǒng)計(jì)整合面部數(shù)據(jù)特征，并對重要面部部位尺寸進(jìn)行了聚類分析，確定了面部三種尺寸。最后通過對現(xiàn)有防護(hù)口罩的結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行比對分析，結(jié)合現(xiàn)有的材料以及用戶的需求，設(shè)計(jì)出了一款用戶可根據(jù)自己面部數(shù)據(jù)特征選擇相應(yīng)尺寸的工業(yè)防護(hù)口罩。

關(guān)鍵詞：工業(yè)環(huán)境；防護(hù)口罩；三維掃描；面部數(shù)據(jù)特征

基金項(xiàng)目：本文系2021年度浙江省高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目（ 2021YW62）研究成果。

隨著社會經(jīng)濟(jì)與科技的進(jìn)步，口罩逐步從簡單的防護(hù)用品向多功能化轉(zhuǎn)變。口罩的貼合度與舒適性往往是設(shè)計(jì)口罩時(shí)需要考慮的關(guān)鍵因素[1]。人們利用佩戴口罩來遮住面部，保護(hù)他們的面部不受灰塵，污染物，病毒或者寒冷天氣的影響。但是因?yàn)閭€(gè)體面部形狀和大小存在差異，一個(gè)不太合適的口罩可能會降低佩戴時(shí)的用戶體驗(yàn)。例如，口罩太過貼合可能會對鼻部以及面部造成過度壓力，從而降低用戶體驗(yàn)；相反，寬松的口罩可能導(dǎo)致面部與口罩之間存在縫隙，無法使口罩有效起到防護(hù)作用。針對此類問題，文章從測量面部數(shù)據(jù)特征并分析，設(shè)計(jì)一款人性化口罩的角度出發(fā)，提高口罩的可用性以及佩戴時(shí)的用戶體驗(yàn)。

一、工業(yè)防護(hù)口罩種類研究

口罩的出現(xiàn)最初是為了能有效的阻擋飛沫、病毒及有害物質(zhì)通過口鼻進(jìn)入人體，降低人群受病毒細(xì)菌感染的風(fēng)險(xiǎn)。據(jù)文獻(xiàn)所述，佩戴口罩被認(rèn)為是一項(xiàng)有效的措施，可顯著降低人與人之間的呼吸道傳染病風(fēng)險(xiǎn)[2]。隨著口罩的不斷發(fā)展，其防護(hù)功能得到了顯著提升，不僅能夠有效抵御更多的病原體，同時(shí)也成功研發(fā)出了防毒、防霾等多種功能，也衍生出了不同領(lǐng)域的防護(hù)口罩，例如工業(yè)防護(hù)口罩。根據(jù)張雪艷[3]等學(xué)者研究，工業(yè)防護(hù)口罩的定義是采用符合GB2626-2019標(biāo)準(zhǔn)的顆粒物防護(hù)口罩。在我國，工業(yè)防護(hù)口罩屬于一類特殊商品。工業(yè)級的防護(hù)口罩不僅具有防塵和抗霧霾的功能，這些口罩還能有效地幫助使用者減少吸入空氣中的懸浮顆粒物，從而保護(hù)用戶不被污染物傷害。目前社會上常見的工業(yè)防護(hù)口罩種類主要如表1所示。

表1 常見工業(yè)口罩的種類

種類 外觀 價(jià)格 優(yōu)勢

立體式口罩 0.8-2元 價(jià)格便宜，收納方便

杯型口罩 3-10元 貼合性好，佩戴方式舒服

半面罩式口罩 30-318元 貼合性好，過濾效果好，佩戴方式舒適

工業(yè)口罩按外形分類可分為三類，分別是折疊式、杯型、半面罩式。其中折疊式口罩價(jià)格最為低廉，且方便收納，但是受結(jié)構(gòu)影響佩戴時(shí)與面部的貼合性仍存在不足。杯型口罩的制作一般以熱壓成型為主，所以結(jié)構(gòu)固定且材質(zhì)較硬，杯型口罩與面部的接觸充分，貼合性好，密封性好。半面罩式口罩是基于防毒面具進(jìn)行簡化設(shè)計(jì)后的產(chǎn)品，它與面部接觸區(qū)域增加了一圈橡膠結(jié)構(gòu)，在佩戴時(shí)有更好的舒適性，與面部的貼合性相較于杯型口罩有了明顯的提升，但是半面罩是口罩體積過大不易攜帶，且價(jià)格較高。工業(yè)口罩除了外形不同外，佩戴方式也存在明顯的不同，主要分為三類：耳戴式、頭戴式、卡扣式。耳戴式是最常見的佩戴方式，長時(shí)間佩戴容易造成耳部的疼痛；頭戴式一般應(yīng)用在杯型口罩上，整體受力于頭部，適合長時(shí)間佩戴，但是佩戴時(shí)相較于耳戴式更繁瑣；卡扣式與頭戴式類似，受力點(diǎn)位于頭部或者頸部，但鏈接方式變?yōu)閽煦^等可拆卸材料，在保持佩戴舒適性不變的情況下提高了佩戴的效率。本文將通過比較各類口罩的優(yōu)勢與不足，并結(jié)合人體測量方法，設(shè)計(jì)出一款結(jié)構(gòu)與佩戴舒適性更加滿足用戶需求的工業(yè)防護(hù)口罩。

二、人體測量面部數(shù)據(jù)研究現(xiàn)狀

人體測量方法主要分為傳統(tǒng)測量方法與三維測量方法兩類。其中傳統(tǒng)測量方法是使用測量工具對人體各個(gè)部位進(jìn)行直接測量，例如，使用皮尺、測量帶、測量尺等工具測量身高、體重、臂長、腿長、腰圍、胸圍等尺寸。在各高校以及相關(guān)研究所的應(yīng)用中，傳統(tǒng)測量方法的使用頻率極高。歐陽山蓓[4]等人采用人體測量對300例（男女各150例）青年學(xué)生的鼻外形進(jìn)行活體測量分析。鹿建春[5]等人為設(shè)計(jì)適用于我國人臉形的生物防護(hù)口罩，選取了具有代表性群體特征共2011人進(jìn)行了測量與統(tǒng)計(jì)，使用的測量工具為直腳規(guī)、彎腳規(guī)以及三腳平行規(guī)，最后根據(jù)不同人群特征提出了半臉式口罩的設(shè)計(jì)參考尺寸。傳統(tǒng)測量方法的測量成本相對較低，但在測量過程中耗時(shí)耗力，并且存在一定的誤差。三維人體測量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是測量速度快、耗時(shí)短、精確度高，且能進(jìn)行大規(guī)模的人體測量。現(xiàn)有的研究已經(jīng)通過使用三維測量方法為更多的產(chǎn)品開發(fā)了尺寸系統(tǒng)和新設(shè)計(jì)。三維測量方法常常用來測量面部數(shù)據(jù)特征以改善面部產(chǎn)品的尺寸系統(tǒng)。Han和kim利用三維測量方法測量了10個(gè)面部尺寸（包括面長和面寬），設(shè)計(jì)了一款新型半面罩式口罩，他們的報(bào)告稱他們設(shè)計(jì)的新口罩比現(xiàn)有的口罩在定量擬合測試（QNFT）中有很更好的表現(xiàn)[6]。Lee W等人根據(jù)現(xiàn)有的空軍飛行人員的三維面部數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)了一款氧氣面罩，他們的報(bào)告稱有現(xiàn)有的氧氣面罩相比，這款新型氧氣面罩的不適性下降了33%-56%，面部的壓迫感降低了11%-33%，口罩在面部的滑動程度降低了24%[7]。本文宗旨在于利用三維測量方法，開發(fā)一種新型工業(yè)半面罩適口罩，根據(jù)佩戴對象的面部尺寸特征，可自主選擇適合自己的尺寸口罩，提高佩戴時(shí)的適合性與舒適性。

三、三維面部特征數(shù)據(jù)測量

（一）實(shí)驗(yàn)對象

本次實(shí)驗(yàn)共招募40名在校大學(xué)生（20名男生，20名女生）進(jìn)行三維面部掃描，本次實(shí)驗(yàn)?zāi)行耘c女性參與者的平均年齡為24歲（范圍為21-26歲），所有參與者都被告知了研究目的和程序的描述，并同意簽訂知情同意書參加實(shí)驗(yàn)。

（二）實(shí)驗(yàn)步驟

整個(gè)過程分為兩個(gè)階段，面部掃描階段與面部特征數(shù)據(jù)分析階段（如圖1）。 面部掃描階段分為以下三步驟進(jìn)行。第一步向參與者解釋研究的目的和實(shí)驗(yàn)過程，獲得參與人員的知情同意。第二步指導(dǎo)參與人員佩戴實(shí)驗(yàn)過程中需要使用的防護(hù)口罩，在佩戴完成后，人工選擇防護(hù)口罩與面部之間的接觸點(diǎn)作為關(guān)鍵點(diǎn)，利用圓形反光貼紙（直徑為5mm）標(biāo)記（如圖2）。第三步要求參與人員做到指定地方，允許他們選擇一個(gè)適合自己的坐姿，并保持面部放松狀態(tài)，在掃描過程中要求參與人員盡量保持靜止?fàn)顟B(tài)（大約持續(xù)兩分鐘）。面部掃描在距離參與者40-100cm的距離間進(jìn)行，（如圖3），多次掃描參與者不佩戴口罩的面部情況與佩戴指定防護(hù)口罩的面部情況，保存三維掃描面部數(shù)據(jù)用于數(shù)據(jù)分析。

（三）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

所有參與者的三維掃描面部數(shù)據(jù)分三個(gè)步驟進(jìn)行分析，盡可能的提取面部和防護(hù)口罩之間的輪廓線。第一步將三維掃描人臉數(shù)據(jù)導(dǎo)入Geomagic Studio 20，通過編輯、細(xì)化、補(bǔ)孔、平滑等功能進(jìn)行重建，并按照之前研究的方法完成重建的三維人臉模型。第二步在四個(gè)點(diǎn)上提面部與防護(hù)口罩頂部的接觸線，繪制面部尺寸與防護(hù)口罩輪廓的形狀。第三步提取繪制的輪廓線，并將所以參與者的輪廓線進(jìn)行集中分析。表2總結(jié)了本次實(shí)驗(yàn)中參與者的部分面部特征尺寸的描述性統(tǒng)計(jì)。

表2 參與人員部分面部特征尺寸數(shù)據(jù)

統(tǒng)計(jì)參數(shù) 各個(gè)部位測量值（mm）

面寬 形態(tài)下面長 顴點(diǎn)距 鼻寬 鼻高

平均值 139.8 97.3 106.1 35.1 45.6

最大值 166.1 122.1 134.2 43.2 58.1

最小值 114.7 61.8 71.6 29.8 39.4

總體標(biāo)準(zhǔn)差（s） 8.9 6.8 10.7 3.7 4.6

（四）代表性尺寸確定

在實(shí)驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)由于每位參與人員的鼻部的特征相較于其他面部與防護(hù)口罩接觸點(diǎn)有更加明顯的差異，因此防護(hù)口罩與鼻部的貼合性較弱（如圖4）。為了更好的提取防護(hù)口罩與鼻部的輪廓線，通過層次聚類分析法進(jìn)行研究。采用歐幾里得距離作為相似性度量，將參與人員劃分為多個(gè)大小的組，得到小型、中型和大型三組的鼻部輪廓線（如圖5），其中小型輪廓線比例為27.5%（11人），中型輪廓線比例為40%（16人），大型輪廓線比例為32.5%（13人）。參與人員鼻部特征統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表3所示。此外還統(tǒng)計(jì)了不同性別人群的鼻部測量數(shù)據(jù)的結(jié)果（如表4、表5）。

表3 鼻部測量數(shù)據(jù)四分位統(tǒng)計(jì)結(jié)果

四分位 0 1 2 3 4

鼻寬 29.8 32.2 34.7 37.3 43.2

鼻高 39.4 46.2 49.7 53.0 58.1

表4 女性鼻部測量數(shù)據(jù)四分位統(tǒng)計(jì)結(jié)果

四分位 0 1 2 3 4

鼻寬 29.8 31.5 33.2 35.3 41.2

鼻高 39.4 44.4 48.1 51.7 57.1

表5 男性鼻部測量數(shù)據(jù)四分位統(tǒng)計(jì)結(jié)果

四分位 0 1 2 3 4

鼻寬 33.1 34.7 38.1 39.3 43.2

鼻高 44.5 48.4 503 53.9 58.1

四、防護(hù)口罩設(shè)計(jì)實(shí)踐

（一）工業(yè)防護(hù)口罩的設(shè)計(jì)定位

本次研究的防護(hù)口罩類型為工業(yè)防護(hù)口罩，因此在設(shè)計(jì)時(shí)著重注意防護(hù)口罩佩戴時(shí)與面部的貼合性以及佩戴防護(hù)口罩時(shí)穩(wěn)定性，這樣才能在工業(yè)環(huán)境中工作有更好的用戶體驗(yàn)。

工業(yè)防護(hù)口罩的設(shè)計(jì)初衷就是為了將現(xiàn)有的各類防護(hù)口罩的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，設(shè)計(jì)一款更加符合用戶面部形態(tài)的口罩，但是口罩整體個(gè)性化的定制往往會增加口罩的生產(chǎn)成本，為了盡可能的降低防護(hù)口罩的生產(chǎn)成本，通過對于現(xiàn)有的半面罩罩式口罩的拆卸研究發(fā)現(xiàn)，可在設(shè)計(jì)研究中加入可拆卸功能模塊，通過立體框架結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)功能模塊的使用。工業(yè)環(huán)境中充滿了灰塵、PM2.5以及其他微小顆粒，所以防護(hù)口罩與面部之間最好采用軟性材料，這樣才能最大程度的貼合面部，目前市場上軟性硅膠材質(zhì)是一個(gè)較好的選擇，防護(hù)口罩的立體框架采用PP塑料壓鑄成型，PP塑料不僅質(zhì)量輕，硬度強(qiáng)，而且無毒無危害，不會對佩戴者產(chǎn)生傷害。在防護(hù)濾芯上，外部使用的聚氨酯海綿材料能夠初步過濾較大的物質(zhì)，例如花粉和灰塵，而阻隔油性顆粒物和細(xì)菌的材料是疊加的雙層熔噴HEPA纖維，PM2.5的過濾效率高達(dá)97%以上。在之后防護(hù)口罩設(shè)計(jì)中，可加入其他具有多種功能的過濾材料作為濾芯，引入可替換的概念，以滿足用戶根據(jù)自己的具體需求來選擇性地更換濾芯夾片。在這個(gè)基礎(chǔ)上，還增加了前后立體框架結(jié)構(gòu)，以賦予防護(hù)口罩更多的功能性。考慮到使用的環(huán)境為工業(yè)環(huán)境，防護(hù)口罩的顏色以暗色調(diào)為主，如黑、白、灰、墨綠等，讓防護(hù)口罩在工業(yè)環(huán)境中有更好的視覺體驗(yàn)。

（二）防護(hù)口罩框架結(jié)構(gòu)分析

口罩的外觀設(shè)計(jì)在整個(gè)設(shè)計(jì)流程中起著至關(guān)重要的作用，它體現(xiàn)了內(nèi)部構(gòu)造與外部形態(tài)之間的和諧融合。

1.防護(hù)口罩佩戴形式分析

口罩的佩戴方式設(shè)計(jì)也是尤為重要的一方面，口罩的佩戴方法主要分為三類，耳戴式、頭戴式和頸戴式。其中頭戴式與頸戴式的佩戴方式較為類似，頭戴式口罩通常是將彈力繩、綁帶或者卡扣通過頭部來固定口罩，受力點(diǎn)在于頭部且頭部的受力較為均勻，佩戴時(shí)不易產(chǎn)生不適感，適合作業(yè)時(shí)長時(shí)間地佩戴，佩戴時(shí)也更加的穩(wěn)定；頸戴式與頭戴式的區(qū)別在于頸戴式口罩是通過后頸部位來固定口罩，受力也較為均勻，但是閆雯宇[8]在研究中發(fā)現(xiàn)頸戴式口罩與固定點(diǎn)之間的角度原因，可能會在佩戴時(shí)在鼻部產(chǎn)生發(fā)迫感，造成不適。耳戴式是生活中口罩最為常見的佩戴方式，通過耳朵來固定口罩，但耳部皮膚較為敏感和脆弱，所以長時(shí)間的佩戴會造成耳部的不適。丁文彬[9]等學(xué)者通過測試比對了七種類型的防護(hù)口罩，發(fā)現(xiàn)耳戴式口罩與佩戴者的面部貼合度最低，容易受面部運(yùn)動產(chǎn)生松；頭戴式口罩與面部貼合度較高，并且頭戴式口罩與面部貼合輪廓之間不易產(chǎn)生縫隙，有較好的密封性。

通過上訴分析可以得出防護(hù)口罩采用頭戴式的佩戴方式能夠更加符合工業(yè)環(huán)境中的使用需求，擁有更加舒適的佩戴體驗(yàn)，也擁有了更加良好的密封性，大大提升了防護(hù)性能。

2.防護(hù)口罩框架結(jié)構(gòu)分析

從內(nèi)部結(jié)構(gòu)上來看，通過比較已有的幾類工業(yè)防護(hù)口罩后發(fā)現(xiàn)，在使用口罩時(shí)，在口罩內(nèi)部加入一個(gè)拱形支架，使得口罩內(nèi)部與臉部之間擁有有足夠的呼吸區(qū)域，進(jìn)而在口鼻之間創(chuàng)造一個(gè)空間，使得呼吸更為流暢。拱形材質(zhì)采用PE材料制成，其優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量輕，韌性好，結(jié)合軟性硅膠材質(zhì)，能更好的貼合面部輪廓，在工業(yè)作業(yè)進(jìn)行大幅度動作時(shí)也穩(wěn)定舒適，不易產(chǎn)生明顯的縫隙，保證了防護(hù)性能?？蚣苁褂昧绥U空的設(shè)計(jì)，盡可能的增加了氣體的通過性，降低了呼吸阻力，也大大減輕的佩戴時(shí)的重量。

為了使防護(hù)口罩的尺寸結(jié)構(gòu)更加的貼合國人的面部數(shù)據(jù)特征，提高口罩的密封性。在設(shè)計(jì)防護(hù)口罩的尺寸時(shí)參考了鹿建春等學(xué)者通過人機(jī)工程學(xué)采集測量了中國人的面部尺寸，鼻梁與頦下的直線距離為62～122 mm，顴點(diǎn)距長度距離為72～136 mm，所以防護(hù)口罩的最大尺寸不宜超出橫向140 mm，縱向130 mm，鼻中寬的尺寸為20～45 mm，鼻中高的尺寸為8 ～27 mm，并且在研究中提到鼻部的密封是口罩設(shè)計(jì)時(shí)的關(guān)鍵[10]?；谶@些信息，確定了支撐框架的基本尺寸以及幾個(gè)關(guān)鍵的面部接觸點(diǎn)，面部的起伏變化尺寸和口罩內(nèi)部結(jié)構(gòu)對防護(hù)口罩的框架與整體外觀有著直接的影響。通過對上訴實(shí)驗(yàn)中當(dāng)用戶佩戴不同類型工業(yè)防護(hù)口罩時(shí)進(jìn)行面部輪廓三維掃描，將防護(hù)口罩與面部的貼合輪廓曲線利用Geomagic Studio軟件進(jìn)行提取，所提取的曲線為后續(xù)的改良設(shè)計(jì)提供結(jié)構(gòu)的參考。再利用Rhino軟件對所提取的結(jié)構(gòu)曲線進(jìn)行優(yōu)化，得到更加準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)曲線（如圖6）。

（三）防護(hù)口罩設(shè)計(jì)整合

通過上述對工業(yè)防護(hù)口罩的材質(zhì)的選用，結(jié)構(gòu)框架的分析，以及功能的確定，為后續(xù)設(shè)計(jì)建模提供的一定參考依據(jù)。單一的防護(hù)口罩尺寸就算選取的再精準(zhǔn)也無法滿足所有人的面部數(shù)據(jù)特征，結(jié)合防護(hù)口罩模塊化、可拆卸化設(shè)計(jì)可以盡可能在生產(chǎn)時(shí)減少成本，提高可實(shí)現(xiàn)性，在設(shè)計(jì)防護(hù)口罩時(shí)口罩的立體支撐結(jié)構(gòu)采用統(tǒng)一尺寸設(shè)計(jì)，而在設(shè)計(jì)與防護(hù)口罩與面部區(qū)域接觸的結(jié)構(gòu)時(shí)為了能讓佩戴者選擇更適合自己面部尺寸的產(chǎn)品尺寸時(shí)，可以對該部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行分級設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)尺寸可參考實(shí)驗(yàn)過程中測量的其他部位人體面部數(shù)據(jù)特征進(jìn)行確定（如表6、表7、表8），從表中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，不同性別用戶的四分位面部測量數(shù)據(jù)存在一定的交叉覆蓋，在與面部接觸的硅膠圈的尺寸設(shè)計(jì)可根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行選取確認(rèn)，設(shè)計(jì)出三種大小不一的尺寸（如圖7）。

表6 面部測量數(shù)據(jù)四分位統(tǒng)計(jì)結(jié)果

四分位 0 1 2 3 4

面寬 114.7 134.5 141.1 145.9 166.1

形態(tài)下面長 61.8 93.7 98.7 103.5 122.1

顴點(diǎn)距 71.6 97.8 108.6 117.1 134.2

表7 女性面部測量數(shù)據(jù)四分位統(tǒng)計(jì)結(jié)果

四分位 0 1 2 3 4

面寬 114.7 129.2 139.3 143.1 155.8

形態(tài)下面長 61.8 91.5 95.1 97.7 118.2

顴點(diǎn)距 71.6 96.3 105.8 114.3 131.1

表8 男性面部測量數(shù)據(jù)四分位統(tǒng)計(jì)結(jié)果

四分位 0 1 2 3 4

面寬 121.1 139.4 145.1 153.3 166.1

形態(tài)下面長 84.8 98.6 103.5 108.1 122.1

顴點(diǎn)距 83.5 104.2 113.3 118.1 134.2

根據(jù)防護(hù)口罩的結(jié)構(gòu)分析可知，該防護(hù)口罩相較于一次性口罩在重量上有了一定的提升，因此在選擇佩戴方式的時(shí)候顯得尤為重要。隨著防護(hù)口罩重量的增加，佩戴時(shí)產(chǎn)生的拉力也會隨之提升，而耳戴式的佩戴方式會增加耳部的疼痛感，不適合長時(shí)間的佩戴，頭戴式的佩戴方式能有效降低拉力增加所帶來的不適感，也減緩了防護(hù)口罩重量增加的不適感，提高了工作時(shí)配戴防護(hù)口罩的用戶體驗(yàn)。頭戴式的佩戴方式采用了卡扣進(jìn)行固定（如圖8），穿戴時(shí)更加方便，也更加便于調(diào)節(jié)和把控佩戴時(shí)的松緊，提高了佩戴時(shí)防護(hù)口罩與面部之間的貼合度，增加了密封性?？紤]到更換防護(hù)口罩時(shí)成本的問題，為了盡可能的降低用戶在使用防護(hù)口罩時(shí)的費(fèi)用，前部框架采用了更換濾芯的設(shè)計(jì)方案，濾芯夾在外側(cè)框架與中間支撐框架之間，兩個(gè)框架之間采用暗扣的方式固定鏈接（如圖9），方便拆卸與更換內(nèi)部的濾芯，佩戴者還能根據(jù)工作的環(huán)境選擇合適的濾芯進(jìn)行更換。

防護(hù)口罩的結(jié)構(gòu)框架可以分為5個(gè)部分（如圖10），其中標(biāo)號1的為最外側(cè)框架，材質(zhì)較硬，保護(hù)防護(hù)口罩在使用時(shí)受到撞擊而損壞；標(biāo)號3的為內(nèi)部支撐框架，表面鏤空設(shè)計(jì)，不僅降低了重量，還能保證氣體順利進(jìn)入減少了呼吸阻力；標(biāo)號2的為防護(hù)口罩中最為重要的濾芯部分，能有效的阻擋各種微小顆粒及有害物質(zhì)通過，濾芯夾在外部框架與內(nèi)部支撐框架之間，能夠隨時(shí)根據(jù)工作環(huán)境進(jìn)行更換濾芯的種類；標(biāo)號4的為鏈接框架，用于固定綁帶，綁帶為具有彈性的硅膠材質(zhì)，不易與皮膚產(chǎn)生過敏情況；標(biāo)號5的為貼合面部的硅膠圈，通過鏈接框架與內(nèi)部支撐框架固定，目前設(shè)計(jì)了三個(gè)尺寸，可根據(jù)用戶需求進(jìn)行選擇。

隨著人們生活品質(zhì)的不斷提升，大家對產(chǎn)品的期望逐漸轉(zhuǎn)向功能與形式的完美融合。在設(shè)計(jì)產(chǎn)品的過程中，不僅要注重實(shí)用性，還要追求外觀的美感（如圖11），并融入環(huán)保理念，這樣既能讓人們在享受戶外活動的同時(shí)，也能確保產(chǎn)品的可持續(xù)發(fā)展。

五、結(jié)語

工業(yè)防護(hù)口罩的功能與結(jié)構(gòu)的確認(rèn)需要結(jié)合實(shí)際進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，本文通過對40名實(shí)驗(yàn)人員的面部數(shù)據(jù)進(jìn)行掃描，提取了防護(hù)口罩與實(shí)驗(yàn)人員面部之間的輪廓線，通過整理實(shí)驗(yàn)人員面部數(shù)據(jù)與輪廓線，設(shè)計(jì)了可供這40名實(shí)驗(yàn)人員根據(jù)自身面部數(shù)據(jù)特征進(jìn)行選擇的三種不同尺寸的工業(yè)防護(hù)口罩。隨著我國對工業(yè)安全生產(chǎn)的重視不斷提升，用戶在生產(chǎn)過程中更加注重自己的身心健康，防護(hù)口罩成為了工業(yè)生產(chǎn)的必需品。人們對防護(hù)口罩的需求也不在是追求簡單防護(hù)，而是在防護(hù)效果、佩戴的舒適性以及使用的經(jīng)濟(jì)性上有了綜合的追求。未來為了設(shè)計(jì)出更加適合面部數(shù)據(jù)特征以及具有更好防護(hù)性能的防護(hù)口罩，可增大實(shí)驗(yàn)樣本，并結(jié)合更新型的材料進(jìn)行研究設(shè)計(jì)。

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作者簡介：

孫寅楓，中國計(jì)量大學(xué)藝術(shù)與傳播學(xué)院藝術(shù)設(shè)計(jì)碩士。研究方向：藝術(shù)設(shè)計(jì)。

屠靈智，中國計(jì)量大學(xué)藝術(shù)與傳播學(xué)院藝術(shù)設(shè)計(jì)碩士。研究方向：藝術(shù)設(shè)計(jì)。

黃小芳，中國計(jì)量大學(xué)藝術(shù)與傳播學(xué)院講師。研究方向：藝術(shù)設(shè)計(jì)。