服裝安全設計研究現狀與發展趨勢

沈 雷，洪文進

(江南大學生態紡織教育部重點實驗室，江蘇無錫214122)

服裝安全設計是指以人體工程學分析為基礎，系統、全面地考慮人體特殊活動(作業)下的危險性，并以服裝包裝設計為載體來考慮安全措施，從而達到以消除人體安全隱患為目的的現代創新設計方式。近十年來，隨著現代服裝安全防護產業發展迅速，產品研究領域不斷拓寬，設計結構體系趨于完備。現代服裝安全正朝著信息科技創新化、材料復合創新化等多方向發展。本文回顧了20世紀60年代以來中國服裝安全設計的發展歷程，分析了國內外服裝安全設計的研究現狀，同時指出目前服裝安全設計中存在的問題及未來服裝安全設計的發展方向，強調安全設計的多領域與學科間交叉開發為重點，以期進一步推動中國現代服裝安全設計產業結構調整和產業升級，提高服裝安全防護產業科技創新核心競爭力。

1 服裝安全設計發展歷程

20世紀60年代初，以解放軍總后軍需裝備研究所利用分段暖體假人對服裝隔熱性進行評估為標志，開始了中國服裝安全功能性研究。70～80年代，服裝安全系統開發研究逐漸展開，主要體現在航空航天、軍事軍工等領域[1]。90年代，中國服裝安全性設計取得長足進展，主要表現為在產品設計中突出符合人體舒適性的安全設計，利用熱濕傳遞原理，設計出系列溫控(調溫)服裝，確保在特殊作業下人體的舒適安全。90年代中后期以來，中國開始大量引入先進材料和特殊工藝技術，并從國外引進具有現代安全創新設計能力的研究人員。與此同時，隨著科技信息不斷發展和材料科學體系日趨完備，完整、系統地進行服裝安全設計逐步與多領域相結合發展。進入21世紀，中國現代服裝安全設計得到快速發展，尤其在電子科技信息、高性能紡織服裝材料，以及智能數字化等方面取得了質的飛躍。其中感應元件技術、電子元件技術、相變材料技術、形狀記憶材料技術、發光反光材料技術，以及耐撞擊材料等技術組合應用在服裝中，使得服裝安全設計在智能化、多樣化、科技化程度上有了很大的提高[2]。目前，已實現電子感應系統的組合，將濕度感應與溫度感應元件，以及特殊熱敏材料和智能元件相組合，應用設計于嬰幼兒短褲之上，通過借助媒介(感應器)傳遞出嬰幼兒心理特征與生理指征信號設計安全性嬰幼兒護理服裝[3]。

在幾十年的發展歷程中，中國逐步形成了多家服裝安全設計研究單位和機構，并不斷對安全因子進行剖析與再創造組合，設計出具有高技術含量的現代安全防護服裝。

2 服裝安全設計研究現狀

2.1 國外研究現狀

服裝安全設計元素應用主要包括兩大類，一是高科技智能信息技術的應用，一是新型紡織服裝材料的應用。

將高科技智能信息技術應用到服裝安全設計中，是通過對信息元件載體結構優化設計，達到滿足服裝優良服用性能。美國加州生命襯衫公司[4]研制了一款可以使醫生及時了解病人體能狀況的生命襯衫，這種襯衫在領口、腋下、腹部等多個部位分別織入微型傳感器，與佩戴在腰間的微型終端電腦顯示相連接，最終將各項生命指標分析并通過互聯網傳遞給醫生。Infineon公司[5]提出利用體溫和環境溫差來產生電能的概念，將微型軟質存儲器分散在織物(服裝)的各個部位，進行體溫監測，掌握人體指征信息，從而確保人體健康安全。加州大學伯克利分校[6]開發出能應用在服裝上的太陽能軟質電池，將其縫制在服裝上，為設計系列供電安全服裝提供技術支撐。

在新型紡織服裝材料應用研究方面，Shea JT[7]指出，在受到光、熱、電流、壓力、水流或電子束等外界環境因素刺激時，材料顏色發生變化，色彩改變的溫度范圍從－5℃ ～60℃，這種可逆的變化通常應用在提花織物、繡花布和印花布上，以此設計的服裝除了具有時尚效果外，還起到指示人體溫度變化的作用。Zhang X等[8-9]研究指出，耐撞擊材料是利用分子相對運動原理，憑借其運動時緊密結合的分子層，形成剛性保護體，以此緩沖沖擊力，而外力消失后，分子擴散恢復正常柔性，其中以“D3O(Dee-Three-Oh)”命名的新材料，是由內外兩側分別被透氣層和彈性材料所包裹的三層材料構成，可以用于防護各種撞擊，以此設計應用于摩托車運動員競技服、橄欖球運動員手套及現代軍事防彈衣中，可以避免環境外力對人體產生的傷害，達到保護人身安全的目的。普林斯頓大學、北卡州立大學、北德克薩斯大學三所學校[10]聯合開發了將窄條狀薄膜晶體管纖維編織到織物中的技術，實現了安全設計中特殊紡織服裝材料的編織技術應用，提高了服裝的可服用性。三菱重工[11]研究開發了具有高性能防濕可調的形狀記憶膜(Diaplex)，該產品設計于服裝中，為特種作業下的人提供“干爽服裝”，在特殊環境下保護人體安全。

2.2 國內研究現狀

在高科技智能信息技術應用方面，因信息載體元件與服裝的服用性結合難度較大、服用性能較差，故國內該類設計應用的研究較少。焦作大學梁超[12]通過自主設計嬰兒尿濕報警器，并將其再設計組合應用于尿布(短褲)之上，根據報警器結構原理，及時提醒父母進行相應護理，確保嬰兒身體健康安全。德州學院孟秀麗[13]將太陽能電板與服裝進行創新組合設計，根據太陽能供電模塊原理的系統分析研究，得出應用于醫療衛生領域的太陽能服裝，即太陽能智能測壓服。蘇州大學洪巖等[14]為了研究人體生理特征指標和人體舒適安全性的監測方法，利用智能傳感器和顯示器技術設計組合，研制出可以設計于服裝之上的安全警示系統。

紡織服裝材料安全元素設計方面，往往需要對材料進行試驗數據分析。江南大學葛明橋等[15]通過對彩色與彩色光稀土夜光纖維的開發和應用分析，按照一定組織結構和一定原料比例混紡配對研制出夜光、反光材料，并將其設計應用于服裝之上，可起到特殊安全防護作用。郝新敏等[16]通過對聚四氟乙烯(PTFE)復合膜的結構分析和性能研究，與有機導電纖維結合，研制出具有防病毒、防輻射、抗菌等多項安全防護功能的服裝。車青松等[17]分析指出，稀土發光材料是指利用稀土經高溫加工而成，能把外界吸收的各種形式的能量轉換為非平衡光輻射的功能材料。樊美公[18]認為，熒光材料為稀土材料中的一種，它是物質從激發態失活到多重性相同的低能狀態時所釋放的輻射，肯定了它們使服裝在特殊環境下起到視覺凸顯作用。楊水[19]、趙中浩等[20]，指出，反光材料具有特殊的反光特性和強回歸光逆反射效應，由高折射率玻璃微珠，反光材料層耐候性高分子樹脂及高強度黏合劑等組成的復合型薄膜材料，是服裝安全設計領域可以應用的新型光學材料。

3 服裝安全設計存在問題和解決措施

雖然國內服裝安全設計已取得階段性進展，但在具體設計過程中也存在著一些關鍵問題:

1)服用性能問題:安全設計理念過于傳統化和程式化，安全元素組合式設計較多，缺乏對產品服用性能的考慮;2)工藝技術問題:與傳統服裝設計相比，安全設計中安全材料和紡織服裝材料結合的工藝實現度難度大;3)材料選擇問題:對信息技術和新型材料的掌握程度不夠，面料再創造能力欠缺。

針對這些問題，針對性擬定解決措施:

1)突破傳統服裝設計指導模式，轉變設計手法，了解滿足人體在穿著環境下的服裝服用性能特征;2)將安全材料性能測試技術、材料再加工技術、服裝制版技術、生產工藝技術相結合，實現多領域工藝技術優化創新;3)了解新材料技術研究成果，強化服裝材料知識結構體系和創新實踐應用能力。

4 服裝安全設計發展趨勢

服裝安全設計研究較傳統服裝設計而言起步較晚，但已有研究成果對整個現代紡織服裝業的生產發展和技術創新具有積極推動作用。當前所設計的安全性服裝是指一種針對為消除(警示)環境外力對人體產生的危害，將多種安全要求科學合理地設計于服裝之上，且質量和采用技術相對較高，能保護人體安全的服裝。因此，在未來服裝的安全性設計研究過程中，應摒棄傳統程式化設計理念，進行多層次化的、多角度的、全面系統的研究。

4.1 信息科技創新化設計

進入21世紀以來，隨著信息技術、電子技術的快速發展，信息科技發展與應用得到前所未有的關注。作為時代的產物，信息科技在服裝中的創新應用，將是微電子元件、智能元件與服裝進行結合的產物，它不僅能夠按照預先設定適時采集信號，而且能對信號做出及時處理和反饋[21]。目前，此領域設計多集中于運動休閑類服裝，通過工藝與材料技術既不斷改進，逐步完善其服用性能。這對今后真正實現服裝的系列化、層次化和模塊式安全設計具有指引作用。

4.1.1 交通安全類服裝設計

交通安全類服裝設計是從現代道路交通角度設計出發，提高交通安全性。從道路交通事故產生原因著手，除了對本體交通安全意識進行廣泛教育，對其穿著衣服外包裝將是未來減少交通事故的有效措施，為穿著主體提供“護身符”[22]。如利用LED微型電子燈，設計于服裝袋口邊緣、后背育克、帽沿、側縫等明顯處，通過聲控和自控方式把握LED燈發亮程度，以起到夜間警示司機注意行人，安全駕駛作用。又如，在特殊人群(特指老人與兒童)中，為了方便交通定位，防止意外走失，將GPS定位系統設計于服裝內，通過現代工藝技術既實現造型美觀目的又達到滿足安全功能需求。

4.1.2 醫療衛生類服裝設計

醫療衛生類服裝安全設計是一個從繁到簡的設計過程，在此過程中既要以美觀、舒適、耐用及成本廉價為總體原則，又要重點把握便捷實用性，提高醫護人員對患者的護理效率[23]。在現代醫療衛生領域中，病服的設計不僅要滿足患者日常生活的特殊需要，更要起到保護患者身體健康安全的作用。因此，從監測患者角度出發，通過無線傳感感應技術，將患者體能信息實時傳達給護理和監護人員，這是中國未來服裝安全設計在醫療衛生領域的重要突破口。

4.1.3 針織安全服裝設計

在現代針織服裝設計中，將巧妙結合科技因子與工藝技術成為今后針織服裝安全設計的難點與重點。國內針織服裝業自20世紀80年代以來得到長足的進步，已從手工作坊發展到具有現代技術特征的產業，并從滿足“數量競爭”達到“高技術水平競爭”。目前，針織服裝主要集中于常規款式的開發設計，從服裝智能科技與技術角度綜合考慮，應加入兩者的融合再創作。例如，在常規運動類針織服裝袖肘部、背部與肩部添加安全因子即EL冷光技術設計，通過電子聲控原理，采用現代先進車縫技術，將其鑲嵌于服裝各部位，以改變服裝視覺效果，起到警示安全和時尚作用[24]。

4.2 材料復合創新設計

在提高服裝服用性能的前提下，擴大新型材料復合創新設計是未來實現服裝安全設計的研究方向之一。在日常生活(作業)環境下，人體通過服裝包裝所避免的安全隱患不計其數。在兒童服裝或現代校服設計中，通過熒光植絨材料、3M反光條包邊牙條材料在服裝肩、袖、育克、側縫等局部進行塊面或線形復合創新設計，以起到警示司機注意力，避免交通事故，保障人身安全的作用。現代醫學護理服飾和特殊作用服裝設計中，在注重安全功能的基礎上，通過改進護理服裝款式和對紡織服裝高技術材料的合理選用，將新型變色材料和耐撞擊材料結合應用，一方面起到顯現人體生理健康指標、舒緩心理健康的作用，另一方面起到安全防護作用。

5 結語

近幾十年，中國服裝安全設計取得快速發展，然而在安全元素設計和高技術信息載體優化設計，以及兩者與服裝結合所達到的服用性能還存在一定的不足，建議堅持現代藝術和工藝技術的科學結合，堅持以信息科技創新設計、材料復合創新設計為方向，加強多領域學科間的融合發展，以自主創新設計能力為核心，從而提升中國服裝安全設計的國際競爭力。

[1]龐誠，陳景山.暖體假人在設計評價航天服調溫功能中的作用[J].中國空間技術，1997(1):18-22.PANG Cheng，CHENG Jingshan.The action of warm false body in the design and evaluation of the role ofspacesuit temperature adjustment function[J]. China's Space Technology，1997(1):18-22.

[2]R·斯素.運動用紡織品[M].北京:中國紡織出版社，2008:145-153.SHISHOO R.Textiles in Sport[M].Beijing:China Textile and Appare Press，2008:145-153.

[3]沈雷，洪文進.尿濕感應嬰幼兒短褲:中國，201310012636.8[P].2013-03-05.SHEN Lei，HONGWenjin.Design and development of a new wet inducation infantshorts:CN，201310012636.8[P].2013-03-05.

[4]The Peratech Team. Elektex:elektex and softswitch redirection landing page[EB/OL].(2013-01-01)[2013-06-24].http://www.softswitch.co.uk/.

[5]LAUTERBACH C，STRASSER M，JUNG S，etal.Smart clothesself-powere by body heat[J].Avantex Proceedings，2002，15(5):143-146.

[6]CHAPMAN K .High tech fabrics forsmartgarments[J].Concept2 Consumer，2002(9):15-19.

[7]SHEA J T.How Wearable Technologies Will Impact the Future of Health Care:New Generation ofWearable Systems for Health[M].Dise:University of Pise，203:34-40.

[8]ZHANG X.Heat-storage and Thermoregulated Textiles and clothing:In Tao(ed)，Smart Fibres，Fabrics and clothing.[M].Cambridge:Woodhead Publishing Ltd，2001:34-57.

[9]PAUSE B.Development of heat and cold insulating membrancestructures with phase charge materials[J].Journal of Coated Fabrics，1995，25(7):59.

[10]MCCULLOUGH E. Phase change and Protectove Possibilities[J].Industrial Fabric Products Review，2001，78(1):64-67.

[11]GNADE B T，KINWANDE A.Active devices on fiber:the building blocks for electronic Textiles[C].Cambridge:Proceedings of Intermational Interactive Textiles for the Warrior Conference，2002:9-11.

[12]梁超.嬰兒尿濕報警器的設計與制作[J].焦作大學學報，2011(1):106-107.LIANG Chao.The design and manufacture of baby diaperwetalarm[J].Journal of Jiaozuo University，2011(1):106-107.

[13]孟秀麗.一種功能性太陽能服裝的設計與開發[J].上海紡織科技，2011，39(6):39-41.MENG Xiuli.The design and development of a functional Solar costume[J].Shanghai Textiles and Technology，2011，39(6):39-41.

[14]洪巖，楊敏，陳雁.人體生理指標與服裝微氣候檢測系統研發[J].紡織學報，2013，34(1):96-100.HONG Yan，YANG Min，CHEN Yan.Development of clothing micro climate monitoring system for human Physiological inderes[J].Journal of Textiles Research，2013，34(1):96-100.

[15]葛明橋，虞國煒.彩色與彩色光稀土夜光纖維的開發應用[J].針織工業，2004(4):65-67.GE Mingqiao，YU Guowei.Color and color luminous light rare earch development and application of fiber[J].Knitting Industries，2004(4):65-67.

[16]郝新敏，張建春，周國泰，等.聚四氟乙烯復合膜多功能“非典”防護服研究[J].中國個體防護裝置，2003(3):11-14，22.HAO Xinmin，ZHANG Jianchun，ZHOU Guotai，etal.Study on multi-function protective clothing against SARS with PTFE composite membrane[J]. China Personal Protection Equipment，2003(3):11-14，22.

[17]車青松.發光材料的安全防護作用及發展建議[J].中國個體防護裝備，2002(2):27-28.CHE Qingsong.Thesuggestions of luminescent material's Safety protection[J].China's Individual Protective Equipment，2002(2):27-28.

[18]樊美公.光化學基本原理與光子學材料科學[M].北京:科學出版社，2001.FANMeigong.Basic Principle of Photochemistry and Photonics Materials Science[M].Beijing:Science Publishing Limited，2001.

[19]楊水，李瑛，徐創霞，等.有機熒光材料研究進展[J].化學研究與應用，2003，15(1):11-15.YANG Shui，LI Ying，XU Chuangxia ，etal.Study and developing of oranic flourescent materials[J].Chemical Research and Application，2003，15(1):11-15.

[20]趙中浩.中國反光材料產業已發展成熟[J].公路運輸文摘，2004(4):32-33.ZHOU Zhonghao.The reflective material industry of China hasgrown up[J].Road and Transport Digest，2004(4):32-33.

[21]VAN LANGENHOVE L，HERTLEER C.Smart textiles:a foresight[J].Journal of Textile and Apparel，Technology and Mangement，2004，3(1):1-5.

[22]沈雷，蔣學換.兒童交通安全服裝的設計[J].上海紡織科技，2011，39(7):44-45.SHEN Lei，JIANG Xuehuan.Design of children's clothing with trafficsecurity[J].Shang Hai Textile Science and Technology，2011，39(7):44-45.

[23]周健軍，焦曉寧，劉亞.與隔離服配套的醫用一次性貼身服裝的研發[J].上海紡織科技，2004，32(5):52-53.ZHUO Jianjun， JIAO Xiaoning， LIU Ya. Study on disposable fundation wear formadical-use insulationgarment[J].Shang Hai Textile Science and Technology，2004，32(5):52-53.

[24]李克兢，高原.EL冷光片對服裝功能性設計的影響與應用研究[J].山東紡織科技，2012(5):53-55.LIKejing，Gaoyuan.EL cold light on the funcatonal design of the clothing and applied[J].Shandong Textile and Economic，2012(5):53-55.