基于人体工效学的轮椅使用者服装的结构研究论文

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1、基于人体工效学的轮椅使用者服装的结构研究服装设计与工程1142班 范清清 学号：201110514241摘 要: 分析了轮椅使用者静体特征和动势形态, 以工效学为基础, 用实验的方法定量分析了轮椅使用者动势形态与服装放松量的关系, 得到轮椅服装结构中控制部位与人体的对应关系, 建立了女性轮椅者无障碍的连衣裙基样。关键词: 人体工效学; 轮椅; 服装，无障碍一. 前 言轮椅属于医用助行器械的一种, 使残疾者得以进行日常活动。据统计, 我国共有残疾人5 000 多万, 占总人口的5%, 其中轮椅使用者占了相当比例。目前, 国内专门研究轮椅使用者服装的领域尚属空白, 本文采用人体工效学的分析方法,

2、以青年女性轮椅使用者日常生活中最频繁的动作为研究对象, 在人体运动与服装宽松量关系以及如何改善正常服装使之适合轮椅使用者穿用方面进行了基础性的研究工作。二. 残疾者下肢体结构特征与裤装结构设计第一节裤装与残疾者下肢体构造及变化的关系从生理学、人体解剖学的角度了解人体的形态是为了能够根据人体的构造与设计的服装相匹配。人体结构中的骨骼、肌肉以及脂肪的凸起于凹陷, 会形成一个变化的凹凸不平曲面,根据这些变化,设计合适的服装,弥补了身体的缺陷,美化了人体的外形。这要求设计师不仅有敏锐的观察分析能力,熟练的工艺技术,而且, 还要对人体形态、服装的结构以及人体与服装的造型等方面有深入的了解,对人体结构、人

3、体骨骼、肌肉的形态变化以及人体的动态和静态情况下变化的了解,达到修饰人体缺陷,美化人体的效果。1、下肢构造下肢由骨骼、肌肉和皮下脂肪体等几部分组成,中间与胯关节、膝关节和踩关节相连接,下肢明显的特征就是大腿粗小腿细,并且用来支撑整个身体,所以会比上肢粗壮。下肢不仅能够通过胯与腰部相连,而且自身的运动范围广泛。2、与骨骼的关系下肢骨骼由骨盆(骸骨、骸骨),股骨,小腿骨,足骨所组成的。它们对裤装的臀部、股上、股下、膝盖部有重要的影响。不同方位的下肢结构,分别表现出各自的外形特征。对于研究残疾者裤装影响比较大的是胯骨和膝盖骨。单拐或假肢使用者,他们身体的重量往往偏向单条腿上,另一条腿只是一种辅助和审

4、美的需要, 靠胯部和膝关节进行活动。胯部骨盆对于肢体残疾者裤装影响较大。骨盆由骸骨、尾骨、左右的髓骨和韧带组成,它的功能主要是支撑体重,协调运动、保护脏器。对于女性来说还具有分娩的功能。女性骨盆较男性骨盆,有很大的差异。由于女性骨盆具有孕育婴儿和分娩的功能,骨盆在外形上宽而短,骨盆腔为圆桶状,骨盆上口较大,相似圆型。从形态方位来看,前面,骨盆的宽和高,股骨和小腿骨在膝关节处形成的角度, 膝盖骨及踩骨的位置关系;侧面,骨盆的倾斜角度,膝盖骨和踩骨的相对变化位置和形状;后面,臀沟和坐骨下端的位置关系,骼骨、尾骨和耻骨,三者之间的位置关系,与裤档弧线存在密切关系。3、与关节的关系骨盆和股骨构成了股关

5、节,小腿节和股骨构成了膝关节,小腿骨和足骨构成了足关节。关节受损能够引起肌肉、筋键和骨骼的移位、伸缩和膨胀等变化,从而形成了特定部位的变形。各关节的动态变化对下肢体各部位的变形方向和变化量的研究,对肢体残疾者裤装结构造型起非常重要的作用。股关节和膝关节是活动比较频繁的两个部位,如果把股关节设定为驱动力点,膝关节前后曲势变化的范围是0一180。之间,表现为不同程度的正面曲势变化。它是人体运动时常见的下肢体结构生理表现,是满足人体运动所必需的。因此,应该在腰臀部位、膝盖部位增加“量”满足下肢体生理结构以及活动的需要。对于假肢或单拐使用者,他们往往重力在单条腿上,对于骨骼构造尤其是关节来说极易发生变

6、形,这种变化会影响裤子造型。在进行残疾者裤装设计时,为了使裤装更符合人体,满足人体的基本活动需要,掌握关节的活动和变化规律十分重要。4、与肌肉、皮肤的关系由于肌肉的作用,人体呈起伏的立体曲面形状,并且每个人这种曲面表现程度有很大差异, 肌肉的构成形态和发达程度影响着体型,这部分与服装的造型有着极大的关系。假肢或单拐使用者,受力不均匀,极容易受到运动产生的压力和运动时,容易发生牵引使裤子变形,裤子设计过, 松,会形成很多余量,影响美观。裤子发生牵引是沿着皮肤纹理伸展方向,这个方向表现为臀沟部到大腿内侧或臀沟部到大腿外侧,无论怎样选择, 都要选择经过变化大的大腿三角区,在设计时充分考虑到这一变化,

7、可以消除牵引变化,实现设计的运动功能化。臀部是很容易积累脂肪的部位,所以,臀部有很多的皮下脂肪, 女性的臀部要比男性的厚实,对于女裤,要有一定的放松量,臀沟处不起皱褶自然悬垂即为美观。裤装是包裹人体下肢的服装,即包裹人体的腹部、臀部、腿部,而人体下肢臀部又是一个复杂的曲面体,上面是臀大肌,下面有皮下脂肪,因此,对于裤装的设计,必须要考虑人体下肢构造以及状态的变化以满足人体在静态体态和动态体态下对裤装的需求。裤装在肢体残疾者的服装设计中占有重要的地位。而下肢体残疾者裤装的基型是绘制不同残疾部位裤装结构中最基本、最简单的一种。它高度概括了下肢体残疾者裤装结构的特征。第二节残疾者下肢体形态与裤装的关

8、系残疾者的下肢形态跟正常人的下肢形态有很大差异,主要表现在下肢生理结构的变化和运动机能的变化。残疾者裤装的外观和结构与下肢体的形态有密切的联系, 比如,下肢体外形特征、比例、静态或动态变化特征等。造型设计不仅需要通过测量得到的下肢某部位的长度、围度、宽度还需要观察分析动态变化的形体的态势。1、残疾者下肢形态特征下肢体残疾者的体型形态不仅与正常人的肢体形态有很大差异,而且在下肢体残疾者中,由于残疾程度和残疾部位的不同,使残疾者的下肢体形态各不相同。并且根据残疾的程度可以把肢体残疾者分为不同的残疾等级。在第一章第二节对肢体残疾者的分类已有介绍,下面仅介绍四种情况的肢体残疾者人体与正常人体之间的对比

9、。图3一1正常人体3一2肢体残疾者人体1.1、单下肢和双下肢缺失者,在此种情况下,由于他们的双上肢是健全的,所以, 在日常的裤装的穿脱过程中可以依靠上肢来完成。但是,对于双下肢缺失或轮椅使用者来说,还要考虑到裤子的穿脱方便性和运动机能的特性等方面。因此,根据肢体残疾者的残疾程度和残疾部位,设计兼具舒适性、功能性和美观性于一体的裤装, 是本论文研究的重点内容。1.2、单上肢和单下肢、单上肢和双下肢缺失者,由于肢体都有不同程度的残疾, 使日常的服装穿脱增加了困难,部分活动需要家人的帮助才能完成。对裤装的设计在穿脱方面和结构特征方面(宽松量、紧固件、开口方向等)要有特殊的要求,使裤子的开口方向应在单

10、上肢健全的一侧,有利于裤子的穿脱从以下图片中对残疾者下肢体形态结构及变化进行分析。从以上X光片中可以看出,残疾者的下肢体形态己发生了严重的变化。首先,要分析这种形态变化与正常形态结构变化的关系。其次,要在这种形态结构基础上分析所体现的运动机能的情况以及与裤装结构造型的关系。2、下肢体残疾者与裤装的关系下肢与腹部相连。下装,是指在人体腰节以下穿着的服装总称。包括裙装和裤装两大类,这里我们研究裤装。了解下肢结构是研究裤装的前提。大腿根部肌肉发达最粗壮处为横档所在位置,如果大腿根部过紧会使腿部运动受影响,活动不便,影响美观。双腋杖者或轮椅使用者长期久坐,腰、臀、腿部肌肉处于伸张状态,大腿根部横向拉伸

11、,所以,此处的放松量要控制得当, 方能表现出舒适理想的效果。膝盖处是腿部活动非常频繁的部位,此处裤装不应设计过紧, 以免影响腿部运动或者是大幅度的运动。脚部位,由于脚面骨是隆起的,而脚跟骨是直立的,在设计裤装的脚口时,前片裤应上翘0.5一0.SCm,相应后片裤口要下降0.5一0.SCm,具体的数值要根据裤装的造型设计来选用。如,假肢使用者或单拄杖者,要充分考虑到辅助工具及障碍部位对裤装的影响,为了穿脱方便和活动的需要应有足够的宽松量。3、下肢体残疾者腰腹部与裤装的关系在静态情况下人体腰节最细处不是水平的,呈前高后低的态势,并且腰部主要向前运动,普通的裤装是在后腰处加放ZCm左右的量,对于轮椅使

12、用者或是假肢、单拐杖使用者应加长Zcm。并且,轮椅使用者长期久坐容易使上身脊柱部位向前弯曲,形成腰腹前部较正常人变短,腰后部由于肌肉伸展而变长。腹部上方较平坦, 腹部容易囤积脂肪,而变得隆起的圆形状,腹峰为腹部着力点,肥胖形体的下肢体残疾者腰部突出,而瘦小的下肢体残疾者腹部平坦,在进行裤装设计量体时应量腹围。对于我国裤装成品规格,一般是在净腰围基础上加Zcm的松量。但是从下肢体残疾者生理方面来说,为使下肢体活动方便和舒适性能应该有足够的放松量。从审美方面来说,松量太多容易形成大量皱褶,尤其是夏天不易散发热量, 外观上看也不美观;松量太少又容易使裤子紧绷,既不舒服又影响运动。在满足肢体结构和运动

13、机能的前提下,尽量使裤装在腰围以下平整,没有褶皱和余量。4、下肢体残疾者臀部与裤装的关系臀部是:下肢体体面变化最明显的部位,臀部表面是臀大肌,是臀部最丰满处, 女性臀部脂肪要比男性臀部脂肪厚,臀部会较丰满,此部位造型与裤装后臀部的合体程度有很大关系。左右两侧臀大肌相连处为臀沟,又与大腿部构成明显的臀底弧线。在臀部的后中线、腹部的前中线和臀沟底线处相连接,形成裤装原形的前后档部位结构线。后档斜线的倾斜程度是由臀围量的大小决定的,立档尺寸主要的依据是从腰线到档底部凹陷和臀部造型的需要。线的距离,裤后片的省量是依据臀围和腰围的差量, 是为了适应腰对假肢使用者需在裤装的臀部设计中有较大的松量,能够满足

14、肢体机能活动的需要。对于轮椅使用者来说,臀部支撑着整个身体,是受力的基点,并且,长期处于久坐的状卜态,肢体受压迫,使血液循环不流畅。所以,臀部要有与活动空间相适应的松量,应选择柔软、舒服,对身体刺激性小的面料。三 轮椅使用者下体的数据分析1 . 轮椅使用者较正常体相应部位尺寸的比较分析人体腰围，臀围，大腿围的截面是近似于圆的复杂图形，为避免研究过分复杂化，将这些部分的截面简化为圆，设人体站立状态下某部位截面周长为l，在进行实验指定的某一动作状态下相应标记部位的截面周长为L，则标记部位尺寸的变化率为K（Ll）/L100%。2. 各标记处皮肤的伸长率和伸长量分析皮肤横向与纵向伸长变形的乘积，作为该

15、处皮肤的变形量，用f表示。皮肤的变形主要有两种情况：一种是当人体运动时皮肤的变化量很小，另一种皮肤的变形非常明显。对于第一种情况，服装本身的面料伸缩性及宽松量大体可满足运动需要，故不需对结构进行修正，第二种情况讨论的，即这些部位是人体运动时变形的关键部位，通过对它们的着重研究，可以较好地把握运动变形与服装的关系，减少人体运动时服装对人体的障碍。3 轮椅使用者下体关键部位相关性分析对各组变化率K和变形量f的值进行回归分析，列出fABK的回归方程，代入平均值，可得出理想宽松率、理想半径和理想加放量（表 2）。 3 轮椅使用者裤装基型样板的建立轮椅使用者一般都处于坐姿状态，所以在进行服装设计的时候，

16、裤装的工效性和功能性是设计的关键。在上文测得的数据基础上，基于正常人体的裤型样板和实验数据，采用剪切法对部分部位进行补正，增大放松量或减少浮余量，重新建立轮椅使用者裤装的基型样板。首先，考虑到裤子的合体性，把裤装由原来的 4 片式改为 6 片式，这样更能符合人体的体形特征。在前裤片腰围的前中心处下调 1 cm，侧缝处上抬 0.5 cm；在后马裆线臀围处剪开加入 4 cm，在前马裆线腹处剪开重叠 2 cm，解决人体在坐姿状态时腹部与前横档处褶皱堆积以及弥补后腰臀处迁移的问题。另外在问题较大的中裆处，采用前片中心剪开加入 6 cm，后片重叠 3 cm方法来使裤子的结构更加适合坐姿人体状态。样板的具

17、体剪切方法如图 2（a）所示，剪切展开后的结构图如图 2（b）所示四.肢体残疾人服装舒适性概述服装面料穿着的舒适性影响因素很多, 要综合考虑纤维 ， 纱线及织物的性状等因素, 为穿着者设计出面料舒适 ， 外观美丽的服装对于不同季节 ， 不同功能的服装面料应考虑的主要因素也应有所不同 。服装的穿着舒适性是一个多种性能的综合反映, 其含义极其广泛, 通常可分为心理上的舒适和生理上的舒适 。心理上的舒适性包括色彩，光泽 ， 款式 ，与环境的适合性等; 而生理上的舒适包括: 导热性 ， 吸湿性，保暖性 ，柔软性 ，伸缩性 ， 重量和化学特性等， 它们大都由制作服装的材料性能所决定 。在这里着重分析肢体

18、残疾人服装面料舒适性中的生理舒适性 。1.服装面料的概念及基本类型常见的服装面料五花八门, 日新月异, 这些面料都具备哪些舒适性, 肢体残疾人服装需要哪些面料作为材料是关键问题 ，从总体上来讲, 优质 ， 高档的面料大都具有穿著舒适 、 吸湿透气 、 悬垂挺括 、 视觉高贵 、 触觉柔美等几个方面的特点。服装以面料制作而成, 面料就是用来制作服装的材料 ，常见服装面料的分类有棉织物 、麻织物 、毛织物 、丝绸织物 、化学纤维面料 、 针织品类面料 !、裘皮及皮革面料 。1.2常见服装面料生理舒适性的比较服装面料生理舒适性中与穿着联系最密切的包含: 柔软性 、伸缩性 、保暖性 、 耐磨性 、透气

19、性 、 吸湿性 、轻薄程度, 常见的服装 面料具备的生理舒适性对比 (表1) :2.肢体残疾人服装舒适性调查服装舒适性对于服装起着决定性作用 春秋季气候适宜, 出现的问题较少; 而在夏冬两季, 夏天的炎热和冬天的寒冷, 对于服装面料甚至舒适性有着高标准的要求，肢体残疾人中, 有些必须长期穿戴着由金属或皮革制作的假肢或矫形器等辅助工具, 在炎热的夏季, 这些辅助工具带来的褥热, 是常人无法想象的, 也成为肢体残疾人生活中不得不忍受的痛苦; 在冬季, 肢体残疾人活动量较少, 热量低, 容易倍感寒冷 。同时, 肢体残疾人因运动受限, 肢体血液循环欠佳, 易产生皮肤疾病, 因此, 服装的舒适性问题对于

20、肢体残疾人显得尤为重要 。为了了解肢体残疾人对服装面料舒适性因素有哪些需求 。 有何特殊之处, 笔者对80名肢体残疾人做了名为，肢体残疾人服装要求调查问卷的调研。三肢截肢或缺肢者1人; 双大腿或双大臂截肢或缺肢者2人 ; 双下肢膝关节以下或双上肢肘关节以下截肢或缺肢者无; 一上肢肘关节以上或一下肢膝关节以上截肢或缺肢者2人; 一肢严重障碍, 两肢重度障碍, 三肢中度障碍者2人; 一上肢肘关节以下或一下肢膝关节以下截肢或缺肢者1 人; 一肢中度障碍, 两肢轻度障碍者22人; 脊柱强直: 驼背大于70度, 脊柱侧凸大于45度者8人; 双下肢不等长大于SC M 者25人; 侏儒症者7人 。根据面料舒

21、适特性以及肢体残疾人对于面料需求的特殊性, 在肢体残疾人服装面料舒适性调研问题中, 选项设置为: 柔软性 、伸缩性 、 保暖性 、 耐磨性 、 透气及吸湿性、以及轻薄程度 。从肢体残疾人服装要求调查之服装面料的舒适性需求问题的柱状图 (图1 ) 可以看出, 肢体残疾人对于服装的柔软性要求最高, 对于透气性 、 吸湿性、 保暖性的需求其次 。前文提到, 服装舒适性对于服装至关重要, 对于肢体残疾人服装更是必不可少的问题之一 对于舒适性需求极高的肢体残疾人服装来说, 面料的选择是关键中的关键 。3.1肢体残疾人服装面料舒适性的特性分析调查中发现, 肢体残疾人对服装的柔软性 、 透气及吸湿性和保暖性

22、要求较高, 这些性能主要通过面料特性体现 。从柔软性角度来分析, 根据调查发现, 对于服装柔软性要求的肢体残疾人有26 名, 即有多于1/4 的被调查者认为服装的柔软性最重要 ，服装面料的柔软程度主要是服装面料的触觉舒适感服装面料的柔软性能是指材料的柔和程度, 对人的心理和生理都有一定影响 。柔软性能与纤维的粗细, 质地的软硬直接有关 选用的材料越柔软, 制成的服装穿起来也越舒适 。服装面料的过硬或粗糙直接会刺激皮肤, 易引发或加剧皮肤疾病, 不仅仅对于小儿麻痹症患者的残疾部位有影响, 对于其它残疾人也是至关重要的, 他们正常肢体对于面料的触感, 直接影响到穿着的舒适性, 柔软的面料也会给他们

23、心理上的安全感。从透气性 、 吸湿性角度分析: 首先, 透气性能是影响服装面料穿着舒适性的又一重要因素 。从卫生学角度来说, 具有一定透气性的服装面料有利于面料内外气体的交换, 有利于人体皮肤的新陈代谢 透气性能是调节人体舒适感的性能, 与人体健康密切相关 。透气性能的强弱, 取决于材料组织的密度 。厚度及其表面形状, 选用时, 应根据设计意图, 慎重挑选 。其次, 吸湿性是服装面料必备的基本性能之一 。良好的吸湿性能可以使人穿着时感到舒适, 及时吸附人体排出的汗液, 调节体温 。在调查中发现有15名肢体残疾人注重透气和吸湿性能 ，他们本身行动不方便, 还有一些需要穿戴假肢或者矫形器以帮助行动

24、, 平时出汗没有常人多, 但是吃力行动时产生的汗水多于常人, 更加需要吸湿性较好的面甚至以上层数穿着, 夏季仅为内层即可, 春秋季可为两层穿着, 即省略中层 。4.小结肢体残疾人服装设计不仅要考虑款式 。色彩, 更应根据款式选择相应的服装面料, 满足肢体残疾人对服装舒适性的要求 。根据以上研究得出: 肢体残疾人外层服装应选用棉 、人造皮毛 、 人造皮革等, 使用棉面料时 , 应加以耐磨面料如化学纤维及人造毛皮在关节部位或者易磨部位进行拼接式的设计; 中层服装应采用毛织物以及人造皮毛等; 内层服装为棉面料等 对于面料选择的具体问题, 还应考虑面料的柔软程度 ! 毛织物的具体种类 。人造皮革及皮毛

25、的薄厚程度等, 望在以后的研究中得到更精确的结论 。五、残疾人服装的宽松量设计残疾人服装一般要求宽松, 尽可能减少服装对身体的压力。对于假肢患者, 下落的袖窿和宽大的裤腿可以使胳膊和腿的支架很方便地进出。但过于肥大的服装穿在身上会使人产生不舒适的感觉, 并且过多的余量叠在瘫痪者的身后, 会使患者出汗增多, 甚至产生皮肤疾病。如服装采用紧身的裁剪或有收身结构线时, 可以在服装中另外增加 1 个开口部位以便使服装能穿过该装置穿在身体上。紧扣件在残疾服装设计中是用来帮助穿着者穿脱服装, 也可用来起调节服装合体度的作用。残疾服装紧固件可采用尼龙搭扣、钮扣、挂勾或拉链等, 并根据残疾特征进行针对性使用。

26、尼龙搭扣适应性最好, 拉开或闭合省力方便。钮扣可用弹力线缝在服装上, 这样穿着时就可更容易抓到, 还可用弹力线圈来替代扣眼。六、下身残疾人的服装结构设计1、为方便瘫痪病人大小便的需要, 下装穿脱要方便。裤子从 2 个侧缝开口, 开口长度为腰至脚口, 用开尾拉链或尼龙搭扣粘合。在缝制拉链或尼龙搭扣时, 将拉链或搭扣一侧裤内层相对侧重叠盖住拉链或搭扣, 防止皮肤与拉链或搭扣直接接触。此外男患者裤子在门襟处装拉链或扣子, 女式裤子可做假门襟, 腰部装松紧带, 并装上可装调节松紧的揿钮( 见图 2) 。穿着方法: 先将前裤片的腹部部分向下翻折, 然后将 2 个前片往中间翻, 2 后裤片分开成一定角度,

27、 使患者仰躺于后裤片上, 将前裤片翻上来覆盖在腿上, 再将腹部部分翻上去, 从脚口两侧将拉链拉上。此外, 面料应选用高透气、高吸湿、柔软、不刺激皮肤的特殊卫生材料, 以使患者穿着更舒适, 同时也提高了服装的附加值。2、下肢假肢类服装下肢假肢包括假足和踝部、筒式或骨骼式小腿及接受腔, 大腿假肢有膝关节铰链与大腿筒, 有时还需用固定带帮助悬挂固定。如图 3 所示, 为了使下肢假肢的各个结构都能方便地穿到裤腿中, 同时也便于假肢的安装和拆卸, 裤子侧缝处开口, 开口从裤口往上, 开口的长度由假肢决定。若是小腿假肢, 其接受腔扎套在大腿上, 所以开口应到大腿位置。若是大腿假肢, 需用吊带悬挂及助动,

28、开口可开至腰侧。穿着方法: 先将侧缝的拉链拉开, 将这个裤管套到假肢上, 然后再穿上假肢, 再将拉链拉至下脚口, 闭合开口。七 结束语残疾人服装的设计是一项系统工程。残疾人服装在服装的卫生性、舒适性及服装的结构等方面有别于普通服装的设计要求。有关残疾人群的人体测量, 服装的卫生性能、舒适系数、运动系数等方面还有待研究, 希望能早日设计出既适合残疾人特点又紧跟时尚潮流的服装来。参 考 文 献1、肢体障碍者服装结构解析 唐 虹 沈 晔( 南通工学院纺织服装系, 南通, 226007)2、轮椅使用者的功能服装研发及评价 吴黛唯3、轮椅使用者的裤装样板结构设计研究 朱娜 北京服装学院4、肢体残疾人服装

29、面料舒适性探究吴雪蒙(徐州工程学院, 徐州 江苏221000)5、基于三维人体测量的轮椅使用者裤装的结构研究文 / 庹 武 陈晓鹏 6、基于人体工效学的轮椅使用者服装的结构研究 庹 武, 刘 庆 料 因此服装面料的透气 ! 吸湿性能便成了人体保持舒适的一个重要因素 特别是在炎热的夏季, 肢体残疾人行动的不便带来的大量出汗, 此时服装面料的透气 ! 吸湿性能不仅能使服装保持干燥, 而且能防止人体产生湿感 在寒冷的冬季, 肢体残疾人因为运动过少 , 更需要穿着多层衣物保暖, 所以内层材料服装, 由于贴近皮肤, 因此要求它具有良好的吸湿性和透气性更利于维持人体热平衡以及皮肤水分蒸发 从面料的保暖性角度分析, 衣服的保暖性不仅受服装造型结构因素的影响, 服装材料更是影响衣物保暖性,