人體上半身體表變化對軟殼沖鋒衣結構設計的影響

劉鵬林， 王永進*，2

(1. 北京服裝學院 服裝藝術與工程學院，北京 100029；2. 361°-北京服裝學院 高性能運動服裝設計研發中心，北京 100029)

軟殼沖鋒衣是戶外陸地運動項目(如登山、徒步、攀巖等)通常選用的服裝，因其具有柔軟舒適、防風防潑水的特點，近年來備受推崇。結構設計是研發軟殼沖鋒衣的關鍵，直接影響其穿著舒適性和功能表現[1]。調查發現市場上軟殼沖鋒衣產品結構過于單一，裝袖款式居多。戶外服裝對運動舒適性要求較高，相關的學術研究大多集中在對軟殼面料的研發[1]，對其結構進行針對性的研究較少。戶外運動過程中人體關節隨著動作發生變化，導致體表形狀和尺寸相應改變[2-3]。因此，文中從人體工學的角度出發，采用體表網格畫線法，對靜態人體體表尺寸以及模擬戶外登山類運動姿勢下的動態體表尺寸數據進行采集，從量變和形變兩方面分析體表變化對軟殼沖鋒衣結構設計的影響，為科學合理構建軟殼沖鋒衣的樣板提供參考依據。

1 實驗方案

1.1 實驗目的

通過體表測量法分析不同姿勢下人體體表尺寸變化量與變化率，以及對軟殼沖鋒衣松量設置的影響；采用體表觀測法對動態姿勢下體表形變趨勢、方向進行分析，討論其對分割線設計的影響。

1.2 研究對象

招募6名年齡在22～35歲、身高160±3 cm、胸圍84±3 cm、身體質量指數(Body Mass Index,BMI)在19～23范圍且經常進行戶外登山運動的女子作為研究對象，具體信息見表1。

表1 6名研究對象信息統計

注：BMI是衡量肥胖和標準體質量的重要指標，BMI為體質量(kg)與身高(m)平方之比。

1.3 實驗方法

1.3.1體表測量法確定測量標記線。依據ISO 8559—1989《服裝結構和人體測量：人體尺寸》中的相關標準[4-5]，結合服裝與人體的關鍵結構部位，在體表確定前中線、后中線、胸峰線、肩胛線、體側線、肩線、前胸寬線、后背寬線、胸圍線等測量基準線以及根據等分點繪制的部分標記線，前身自上而下分別記作前橫1～前橫9、自中至側記作前縱1～前縱5。后身自上而下分別記作后橫1～后橫9，自中至側記作后縱1～后縱5。手臂確定臂根圍線、臂圍線、肘圍線、腕圍線等測量基準線以及根據等分點繪制的部分標記線，自上而下記作臂橫1～臂橫8，手臂以下縱線、前縱線、峰縱線、后縱線作為縱向測量標記線，所有標記線形成體表網格，用于采集每個局部在不同動作下的尺寸數據。上半身體表畫線示意如圖1所示。

②確定測量姿態。通過對戶外登山類運動動作的分析，將運動時的姿態提取為以關節為軸的不同方向和角度的11個動作姿態，具體結果見表2。表2中基本包含了登山類運動過程中肢體的活動范圍。

圖1 上半身體表畫線示意Fig.1 Schemic of the upper part of the body described line

動作編號運動部位身體姿態說明姿態1姿態2姿態3姿態4姿態5肩部肘部共同參與運動雙臂抱胸兩臂后交叉30°～45°兩手叉腰雙手抱頭(戴帽子動作)手臂前擺90°時屈肘150°姿態6姿態7姿態8姿態9肩部運動上肢外擺135°上肢上舉180°上肢前擺90°兩臂前交叉30°～45°姿態10姿態11肘部運動手臂自然下垂時屈肘90°手臂自然下垂時屈肘150°

③測量方法。測量人員在測量前進行統一培訓，按照統一測量標準，確保測量誤差控制在允許的范圍之內，采用手工皮尺測量，讀數時采取連續讀數的方法，相減得到每一段網格線長度。

被測試者穿著淺色內褲，胸部貼胸貼，先進入實驗室休息20 min，確保放松狀態，再由專業人員按要求畫標記線，并依次對表2中每一個動作下的各線段尺寸進行測量，記錄數據。

④收集實驗數據。所有收集到的數據中，通過變化量除以靜態長度得到變化率，對體表網格線段在不同動作姿態下的變化率進行分析。根據體表皮膚變化情況和對應位置對體表進行分區，應用于軟殼沖鋒衣的結構松量設置。人體體表皮膚拉伸變化率△L的計算公式為

△L=(LM-L0)/L0

其中：LM,L0分別為運動姿態下與靜止狀態下體表網格線段長度。

由于軟殼沖鋒衣為合體的設計，體表的伸長對服裝結構影響較大，因此數據分析中著重考慮變化率為正值的情況。

1.3.2體表觀測法 6名實驗對象依次完成體表測量實驗設計的11種動態姿勢，通過觀察體表網格線與拍照記錄，了解在不同姿態下各部位皮膚的滑移與伸展方向，具體如圖2所示。

圖2 皮膚變化走向與分區設置 Fig.2 Change trend and partition settings of skin

圖2對各運動姿態下皮膚的運動伸展方向與體表曲面之間的轉折位置進行了標記，分析體表形變方向與曲面轉折位置，據此可對體表進行分區，為軟殼沖鋒衣結構設計提供可參考依據。

2 實驗結果

2.1 人體在動態姿勢中體表量變特征分析

2.1.1整體數據分析 根據測量數據，提取出每名被測者體表各橫向、縱向標記線的最大變化率△Lmax，6名被測者體表網格線的△Lmax均值范圍見表3。由于體表伸長對服裝結構影響比較大，因此在數據分析時著重考慮變化率為正值的情況。

表3被測者體表皮膚整線最大變化率情況

Tab.3Maximumchangerateofthewholelineintheskinsuefaceofsubjects

△Lmax/%體表皮膚標記線位置軀干手臂<5肩線、前橫1、前橫4、前橫5(前胸圍)、前橫6、前橫7、前橫9、后頸圍、后橫1、后橫9、后臂根臂縱2(手臂前縱線)、臂縱3(手臂外縱線)5～10前縱1、前縱2、前縱3、前橫2、前橫8(腰圍)、后縱1、后縱3、后縱4、后橫8(腰圍)臂橫4、臂橫5、臂橫8(腕圍)11～20前頸圍、前縱4、前橫3(前胸寬)、后縱2、后橫2、后橫5、后橫6、后橫7臂縱1(手臂下縱線)、臂縱4(手臂后縱線)、臂橫1、臂橫7>20前縱5、體測線、后縱5、后橫3(后背寬)臂橫2、臂橫3、臂橫6(肘圍)

在實驗中各標記線△Lmax均值超過20%的部位為背寬橫向區域、袖窿底部縱向區域和袖山頭、袖肘部分，分別影響服裝的背寬部位松量、袖窿形狀及松量、袖山與袖肥、袖子與袖窿的配伍效果以及袖肘的松量與自由度。因此，在研究軟殼沖鋒衣結構時，需要重點考慮這些變化，作為設置松量及衣身和袖子造型的參考。其他部位受動作影響相對較小，相對應的服裝部位松量可以參考日常生活著裝的松量設置。

2.1.2局部體表尺寸受運動影響變化規律分析 由于皮膚拉伸形變較大的部位對服裝版型設計影響較大，因此針對變化率較大的局部部位單獨分析，表4列出了前身體表變化率極大值與均值大于20%的部位。由表4可以看出，運動姿態下前身變化率較大部位集中在從前腋點到腋底的體表區域，這些變化表明在服裝結構設計時需重點考慮前袖窿尤其是腋底部分的松量需求。

表4前身體表皮膚變化率≥20%的部位

Tab.4 Parts of the former body girth skin deformation rate greater than or equal to 20% %

后身體表皮膚總體拉伸變化情況與前身相反，橫向拉伸較縱向明顯，具體見表5。

表5后身體表皮膚變化率≥20%的部位

由表5可以看出,靠近肩胛骨內側與下部的區域、肩胛骨部位與靠近后腋點和腋底的部位縱向拉伸明顯，并呈現出距離腋窩越近變化率越大的趨勢。后身背寬部分，特別是肩胛骨及其靠近腋點的區域變化率較大，這就要求設計后身樣板時應著重考慮后背寬的松量。正如前身體表皮膚一樣，后身體變化率較大部位同樣集中在從后腋點到腋底的體表區域，這也要求在服裝結構設計時同樣需重點考慮后袖窿部分的松量需求。

在運動姿態下手臂橫向線整體呈伸長趨勢，縱向線中前縱線和峰縱線總體呈收縮趨勢，具體見表6。

表6手臂皮膚變化率≥20%的部位

Tab.6 Parts of the arm girth skin deformation rate greater than or equal to 20% %

由表6可以看出，手臂下縱線和后縱線呈拉伸趨勢。橫向線中臂根圍線以上部分拉伸較為明顯，尤其是靠近腋窩附近的區域，部分線段變化率達20%以上；其次是臂根線以下峰縱線經前縱線至下縱線之間的部分變化率在10%～20%之間。縱向線之間變化差別較為明顯，后縱線靠近肘部區域伸長明顯，下縱線腋下區域稍有伸長，其余均呈收縮趨勢。

2.1.3體表皮膚基于拉伸量變的分區分析 對人體體表皮膚變化率的分析可知，人體上半身各部位在運動過程中的變化差異較大。根據變化率的差別可將體表進行分區，人體上半身體表皮膚變化率的分布如圖3所示。

圖3 人體上半身體表皮膚變化率的分布Fig.3 Distribution of skin deformation rate on the upper part of body

由圖3可知，軀干前身變化率主要指縱向伸長率，變化率最大的部位集中在前腋底，其次是靠近前腋點與下肋的位置，前中區域變化較小；軀干后身變化分區圖在后背區域主要指橫向伸長率，后背寬線靠近后腋點的區域變化率最大，向后中逐漸減小；腋下區域縱向伸長率最大，向下側逐漸減小。手臂部分在臂根、腋底以及肘部橫向與縱向變化均較為明顯。在服裝結構設計尤其是設置松量時應著重考慮松量與人體拉伸變化的關系。

2.2 人體在動態姿勢中體表形變特征分析

2.2.1體表形態變化 由圖2～圖3可以看出，人體在進行肩關節與肘關節運動時，腋底周圍的網格線拉伸變化明顯，手臂上抬時，腋底部位皮膚沿著體側線與手臂下縱線向兩個方向延伸，上抬角度越大，伸長量越大，同時腰部兩側網格線有一定的拉伸變形；后片肩胛骨周圍的網格線也有明顯拉伸；當手臂前擺、后擺或做叉腰動作時，形變同樣集中在上述區域，形變量減小。圖4為不同姿態下人體體表區域的分割狀況，顯示了人體在運動時手臂皮膚的延展方向與適合的結構線位置。圖4中手臂前縱線明顯呈現收縮狀態，手臂后縱線明顯呈現伸長狀態；另外，在肘關節運動時，肘部變形量較大，肘部網格線在長度和圍度方向均有延伸，肘彎區域呈現收縮狀態。

圖4 不同姿態下人體體表區域分割線 Fig.4 Segmentation of human body surface regions under different postures

2.2.2人體上半身體表皮膚基于拉伸形變的分區

圖4中根據對軀干及手臂變化特征的分析，在體表兩曲面之間設置分割線，對體表進行分區，得出了軀干與手臂的分區位置標記線。這些標記線可作為服裝版型設計時分片設計的參考，同時也為松量加放位置與加放方法提供了科學合理的依據。

3 分析與討論

3.1 體表形變對軟殼沖鋒衣分割線設計的影響

在模擬戶外運動動作姿態時，發現體表皮膚變化量較大的部位集中在前腋點、腋底至后腋點區域以及袖肘周圍，對應服裝的衣袖結構部位。因此對于軟殼沖鋒衣的結構設計主要體現在衣袖結構的設計上，使衣袖結構能更好地滿足運動舒適性的需要。結合圖4不同姿態下體表區域分割線位置，可以更加科學合理地設計軟殼沖鋒衣的結構線。圖5為設計的4款分割袖結構軟殼沖鋒衣。

圖5 基于體表皮膚分區的軟殼沖鋒衣結構設計 Fig.5 Structure design of soft shell jacket based on skin area division

圖5中的插肩袖與腋下連袖設計，在結構制版時可方便在腋下增加橫向松量和縱向松量，在保持衣身合體性的同時滿足腋底周圍需要的活動量，從而提高人體穿著時的運動自由度，這種設計相對裝袖款式的舒適性更好。在袖肘部位設計時可加入橫向分割線并運用切展的方式，在肘部加量達到運動舒適性的效果。

3.2 體表拉伸對軟殼沖鋒衣松量設置的影響

分割線位置的合理確定有助于準確合理地加放松量[5]。軟殼沖鋒衣一般為合體收腰型款式，合體型服裝的松量一般包括靜態松量、動態松量、造型松量與視覺松量[6]。根據上述測量結果分析，針對軟殼沖鋒衣的樣板設計，首先應考慮滿足動態松量的參考值，保證背寬線、袖窿弧長、袖肘圍度、袖肥大小不小于凈體尺寸的20%，其他結構參數可參考日常生活著裝的尺寸設置；其次還要考慮穿著過程中體表與服裝之間的滑移因素[7-8]以及局部的松量設置；通過增加不同程度的松量實驗完成成衣制作，并進行試穿評價綜合分析，得到合理的松量配置，達到功能性與美觀性的最佳平衡。

3.3 體表拉伸對軟殼沖鋒衣面料選擇的影響

軟殼沖鋒衣面料是微彈功能性面料，拉伸變形率較小。依據上述實驗結果，可選擇在體表變化率較大的衣身側面與袖底部位采用針織彈性面料設計，結合運動前后體表尺寸的變化率，決定設計中所采用的面料在橫、縱方向的彈性，保證軟殼沖鋒衣在合體美觀的前提下有較好的運動舒適性，滿足人體在運動中的皮膚擴展和形態變化。

4 結語

不同的服裝品類對服裝的結構形態與松量的需求不同，按照人體工學規律研究服裝結構是非常有必要的。掌握人體在戶外運動姿態下體表變化特征以及各細節部位的變化量，是科學研究戶外服裝結構的必要條件，可以為結構設計中分割線的位置確定與松量設計提供一定的可參考依據。通過本次研究，發現人體在穿著軟殼沖鋒衣活動時各部位變化率差異很大，前、后腋點與腋底周圍皮膚的縱向變化率較大，同時后身尤其是后腋點周圍皮膚橫向變化率明顯大于前身。通過實例分析了適合軟殼沖鋒衣的結構線分割設計，并且提出了人體體表變化對軟殼沖鋒衣松量設置的影響以及參照動態松量完成軟殼沖鋒衣的結構樣板構建方法。

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