油罐清潔連體作業服的開發和工效學評價

張龍女，王云儀，2，李億光

(1.東華大學服裝·藝術設計學院，上海 200051;2.現代服裝設計與技術教育部重點實驗室(東華大學)，上海 200051;3.海軍醫學研究所，上海 200090)

石油產品存儲設備為工業生產和人民生活提供保障，儲油罐是常用的儲油設備，配有梯子、欄桿、人孔、放水管、照明設施等附件［1］，主要有狹窄和油污2個方面特點:為減少石油產品的揮發變質，出入油罐的人孔直徑僅在500 mm～600 mm之間，局部空間狹窄;而油污的內部環境要求清潔人員必須穿著符合安全規定的勞保服裝和配套附件來抵御油污侵蝕。

油污作業服裝的研究在國際上初見成效。美國空軍發起“JP-8個體防護裝備與耐久性防護服研究”課題，首次將GORE-TEX面料用于防污拒水性與透氣舒適性結合的特種軍服開發，以進行空軍飛行器上的油罐清潔和維修作業［2］。研究重點在于面料和結構，對油罐狹窄的特點未深入研究，沒有解決合體性與大幅度活動性之間的矛盾，研發的服裝臃腫。其他相關的特種服裝研發，如煤礦工人服裝［3］、防塵防靜電服裝［4］、醫用手術服［5］和摩托車手服裝［6］等的研究都充分考慮了服裝的穿著環境、工作要求與人體舒適等因素，但同樣對于服裝的合體度未深入研究。若將人體工效學與防護性能相結合，進一步研究合體度、舒適性與功能性的對立統一關系，將極大地促進此類服裝在穿著舒適度上的改進。

本文通過前期研究［7］，根據油罐清潔作業工作內容和場所的要求進行服裝結構開發和人體工效學實驗評價，研發了功能性、合體性和舒適性相結合的新型油罐清潔作業服。

1 油罐清潔連體作業服的設計研發

根據前期調研，設計動作分析實驗和肢體活動性限制實驗，確定服裝規格和主要設計要素，研發制作油罐清潔連體作業服。

1.1 油罐清潔連體作業服的規格設計

根據GB/T 1335.1—2008《服裝號型 男子》對人體號型分類規定，結合本文研究對象的平均身高，確定本文服裝號型為男子175/92A。根據相關統計機構研究數據獲得身高175 cm的男性人體部位尺寸為:胸圍92 cm，腰圍80 cm，臀圍92 cm，內襠長78 cm。

1.1.1 動作分析

油罐清潔動作包括行走、跨越障礙、彎腰、下蹲、弓步、抬臂、攀爬扶梯、進出狹窄入口等。由此設計合理的動作流程觀察受試者穿著現有普通連體裝完成上述動作時服裝的尺寸拉伸等變化并了解人體的主觀感受，記錄人體對服裝主要部位的尺寸要求以及細部的特殊化要求。

1.1.2 肢體活動范圍分析

為使研制的服裝能夠達到工作時所需最大活動范圍，在規格設計前對6名身高175 cm，體重65 kg左右的健康男性進行著裝肢體活動性測試。受試者按表1圖例中所示流程［8］進行最大幅度運動，利用角度儀測試并記錄人體穿著現有連體服時肢體活動性限制的最大角度。表1的每個角度為6名受試者完成每個動作的平均值。

表1 肢體活動性限制平均角度測量結果Tab.1 M easurement result of limb activity lim ited angle

下擺抬升量達到暴露腰部皮膚時，手臂上抬或向前上舉量最大只與豎直向下成160°左右，平均夾角局限在140°到150°之間，較顯著制約工人進行作業時的動作靈活性和伸展性。臀部的伸展性上，當人體彎腰或下蹲時，后背及腰部的拉緊非常明顯，彎腰幅度只能達到與豎直向上75°左右，對工人進行彎腰取物、鉆進或鉆出狹小孔徑等都會產生限制。因此，在進行規格設計的時候要充分考慮到松量的合理設計以及特殊部位的功能性結構設計，以達到滿足活動性前提下的合體度。根據動作分析以及肢體活動角度測量，確定表2所示的設計要素。

表2 連體服主要設計要素Tab.2 Key elem ents of one-piece-overall design

1.1.3 規格設計

根據身體尺寸和動作分析數據，本文對服裝進行了基本規格設計:衣長164 cm，胸圍122 cm，腰圍108 cm，臀圍122 cm，袖長67 cm。

1.2 款式結構設計及分析

服裝結構設計是影響防護服裝著裝舒適性的重要因素［9］。整體上采用較合體風格，確定了圖1的款式設計方案并制作服裝。

帽子1(hood):可脫卸三片帽。

領部2(collar):較貼體立領和面料包住拉鏈頭的設計都能防止油污、洗滌劑等侵入面輔料。

約克3(yoke):前胸和背部過肩約克采用雙層面料，提高對油污的抵御并增強耐磨性能。

開口4(opening):袖口和腳口均加入三角插片，以拉鏈收口方便穿脫，可減少抬臂時手腕的裸露面積，并減少橡筋等對手腕腳腕的束縛感。

口袋5(pocket):立體貼袋，外側縫將貼袋分為前后2部分，前部較大可裝清潔的抹布，后部狹長，適于裝入有手柄的工具等。

膝蓋6(knee):省道起拱提供下蹲活動量。

衣袖7(sleeve):一片袖便于活動，左袖有功能性口袋。

后背8(back):折裥提供背部活動松量。

腰部9(waist):后腰彈帶型折裥采用雙層面料，內置3條縱向橡筋作為后腰的可伸展設計。

圖1 連體工作服款式圖Fig1 Style design of overall jacket

2 油罐清潔連體作業服工效性評價

在環境模擬系統中，根據服裝性能評價的五級分析系統中的第四級要求，在一定條件下進行有限的現場試穿實驗［8］，獲得肢體的最大活動角度、服裝覆蓋度等工效性客觀數據。

2.1 實驗用服裝

采用與新型連體服裝(1號)相似面料的現有連體服裝(2號)進行人體工效學實驗。2套服裝的款式差異如表3，而2套服裝平鋪于桌面上時測得的整體衣長、胸圍、腰圍、臀圍、前后襠長、袖長等關鍵尺寸保持一致。針對新型服裝在款式結構上的改進和創新，設計人體工效學實驗對功能性結構的實用性進行驗證。

表3 實驗服裝款式差異表Tab.3 Style differences of garments

2.2 人體工效學測試方法及結果

6名健康男性受試者(A-F)，身高 173～178 cm，體重(65±5)kg，年齡(20±2)歲。實驗條件為溫度25℃，風速小于0.2m/s的室內。

2.2.1 新型連體服折裥活動量實驗

受試者按要求直立彎腰與豎直向上方向達一定角度直到完成下蹲彎腰動作，用軟尺依次測量腰部折裥長度，計算其打開量。測量順序依次為直立 0°、彎腰 30°、彎腰 45°、彎腰 60°、彎腰 90°、彎腰120°、直身下蹲(上身保持豎直)和彎腰下蹲(身體盡量蜷縮)。

2.2.2 袖口皮膚暴露量實驗

利用角度儀定位，使被測者單手手臂向正前方上抬，直到手臂與豎直向上方向夾角達到30°時，測量袖口到指尖的長度L2，隨后受試者手臂自然下垂，測量此時的袖口到指尖的長度L1。

2.2.3 肢體活動范圍實驗

按照表1的要求分別對目標服裝進行肢體活動性測試，記錄測試結果。

2.3 結果與討論

2.3.1 彈帶型折裥活動量實驗結果及分析

根據6名受試者彎腰至不同角度及抱膝下蹲所測量的折裥長度，計算1號服裝腰部折裥打開量并進行分析。

人體在站立或行走姿態時，腰部彈帶型折裥放松，橡筋的拉力可以保持服裝的合體性。人體稍彎腰至30°，折裥量只有0～0.2 cm的變化，隨著彎腰幅度的增大，打開程度以正比例趨勢增大，最大平均打開長度為2.5 cm。當彎腰至人體最大程度時，折裥依然有一定的未打開量，說明此處的設計可以在滿足合體度的同時達到人體腰部活動量。直身下蹲時，腰部折裥量只有少量的打開或無變化，彎腰程度加大直到最大程度的抱膝下蹲時，平均折裥打開量4.6 cm，只有1位受試者達到所設計的最大折裥打開量5.5 cm，其他受試者均可在折裥未完全打開就完成最大抱膝下蹲幅度。

2.3.2 抬臂袖口皮膚暴露量實驗結果及分析

以表4數據對2套服裝的皮膚暴露量使用SPSS軟件進行獨立樣本T檢驗。F值為1.946，相伴概率為0.193，大于0.05的顯著性水平，不能拒絕方差相等的假設，認為無顯著差異。方差相等的T檢驗的結果為相伴概率0.193，大于顯著性水平0.05，不能拒絕T檢驗的零假設，即2套服裝的袖口皮膚覆蓋無顯著差異。

表4 抬臂時手臂皮膚暴露變化量Tab.4 Skin exposure change when lifting arm

結合平均值的計算，只考慮衣袖的包覆能力和隨著手臂動作的移位幅度，2套連體服裝在袖口防護性能和抗移位性方面差異并不明顯，因此在綜合考慮穿著舒適性、透氣性等諸多方面時，三角插片拉鏈收口設計是相對改良。

2.3.3 肢體活動范圍實驗結果及分析

從統計學角度對6名受試者重復多次做每個動作的平均值分別進行獨立樣本T檢驗，檢驗2套不同設計的服裝在做相同動作情況下肢體活動角度是否有顯著變化。8個動作的F值相伴概率分別為0.322、0.350、0.655、0.388、0.095、0.609、0.880 和0.775，均大于0.05的顯著性水平，不能拒絕方差相等的假設;上述方差相等的T檢驗相伴概率結果分別為 0.187、0.603、0.587、0.966、0.507、0.691、0.278和0.834，均大于0.05的顯著性水平，認為著不同服裝做上述8個動作時人體的肢體活動角度在統計學概念上無顯著差異。從每個動作的平均值來進一步分析，1號工作服在所有的運動角度上都明顯高于2號服裝(見表5)。認為1號服裝的合體型設計并沒有犧牲服裝的活動性，甚至比具有明顯放松量的現有服裝有更好的表現。特別的結構設計起到了一定的作用:1號服裝在手臂的伸屈性和外展性、臀部的伸展性都明顯優于2號服裝，主要由于腰部折裥的作用，不僅后腰處在彎腰或下蹲時提供更多余量，還解決了手臂上抬時服裝整體吊起并且襠部拉緊的問題。也有部分結構設計并沒有對活動性起到顯著影響，如膝部省道設計和背部縱向折裥沒有對膝蓋伸屈性和背部的橫向的伸展性起到明顯提升作用，但考慮到受試者的主觀舒適性感受，膝部的省道設計具有可行性。

表5 肢體活動性限制平均角度測量結果Tab.5 M easurement result of limb activity lim ited angle°

3 結論

本文在考慮防護性的基礎上兼顧舒適性和合體度，結合面料的性能，從功能性的結構設計入手，設計新型連體工作服并評價其人體工效學特點。

新型連體工作服的設計點在于5 cm最大打開量的腰部彈帶型折裥可使新型服裝在直立或直身下蹲時保持合體性，輕度彎腰平均達2.5 cm打開量，彎腰或抱膝等大幅動作時拉伸服裝達平均4.6 cm打開量。腳口和袖口的三角插片和拉鏈封口設計與普通橡筋的皮膚覆蓋程度無顯著差異，但能提高舒適性。在人體整體的肢體活動的限制程度上，新型連體服裝明顯小于現有連體服，人的肢體活動更加靈活。

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