戶外便攜式背負系統的研究與設計

李雪琪 許熠瑩 毛夢吉

【摘 要】本文從簡述背負系統的概念及結構入手，注重人與產品的關系，論述為提高人體使用時的舒適度可做的改進與拓展。文章研究的便攜式背負系統主要針對短途戶外旅行的用戶。全文由背負系統的結構調節、舒適度的組成及提高方向和設計方案這三個方面構成。

【關鍵詞】背負系統;結構;舒適;人性化

中圖分類號： S225 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）07-0035-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.07.014

【Abstract】Starting with the concept and structure of the backpack system， this paper focuses on the relationship between people and products， and discusses the improvement and expansion that can be made to improve the comfort of human body. The portable backpack system studied in this paper is mainly aimed at users who travel outdoors for short distances. The paper consists of three aspects： structure adjustment of the backpack system， composition of comfort of the backpack system， direction improvement and design scheme.

【Key words】Saddled system structure; Comfortable humanity

0 引言

背負系統是指在背負產品中，主要運用于承受整個產品重量，同時為使用者提供身心舒適的負重平臺。背負系統以一定的承重性能為基礎，需具備長時間使用的舒適性及耐用性。所以在設計中，以背負系統的重點與核心作為切入點。本文以可調解式背負的歐式包作為研究對象，主要有Bigpack、Duter等品牌。從背負結構的研究、舒適性分析和尋求輕量化這幾個方面入手，達到對便攜式背負系統再設計的目的。

1 戶外便攜式背負系統結構研究

1.1 背負系統結構組成

首先，受力帶包括為肩帶、胸帶、腰帶、肩部受力帶、腰部受力帶和包底受力帶等。以Gregory STOUT 30L背包為例（如圖1）。肩帶的作用是為防止背包從身體上滑落以及兼顧部分背包承重;肩部受力帶的作用是連接包身與肩帶頂部，可以拉近身體與背包的距離，將部分重量轉移到鎖骨上;腰帶是將背包重量分擔給臀部的重要部分，是背負系統中關鍵的一環;腰部受力帶主要用來承重，增強穩定性;包底受力帶增強背包的承重與穩定性。

其次是受力支撐部分，主要包括：支撐裝置（內支架，如圖2）、通風裝置和調節裝置。構成支撐裝置（內支架）的形式多種多樣，如V形、倒U形、H型、X型等。通風裝置主要為解決背負系統背部設計中的通風散熱問題。調節裝置靈活的滿足了背負系統的包容性，符合不同人群的需求。

1.2 背負系統的可調節性

（1）可調節背負結構的必要性

對于不同身高、體重和性別的人群，所需求的背包尺寸不同，背包的可調節式結構必不可少。除此之外還有三個方面的原因：一是背包所裝物品;二是背包與身體接觸程度不同;三是使用者活動狀態的不同。[1]

（2）背負結構可調節設計的要素參考

背板是背負結構的核心，背板的形狀取決于人體背部的形狀。健康的背部是由頸部曲線、胸部曲線和腹部曲線構成，組成類似字母“S”的形狀，這個“S”形曲線能合理有效地將身體重量分布在脊椎間和脊柱的椎間盤之間，保證人們生活的正常自由活動。所以背板的基礎形狀應是“S”形，在此基礎上的外接支撐裝置可做變化和調整。[2]

（3）可調節背負結構的設計

首先是背包整體的調節設計。現今的可調節式分為上調節式、下調節式以及腰肩連接無極調整式，符合不同使用者的要求，滿足不同位置的需求。[1]比如BIGPACK的Performic系列背包，都是采用這一調節方式。其次是腰帶調節設計，在初次使用背包時需要調節腰帶的位置及內傾角度，使得背包更加貼合腰臀部，有效地將重量分散在腰部。最后是肩帶調節設計。除了需要調節背帶的長度還需要調節背帶的角度，使背帶在使用時能夠轉動到合適的角度，有效地減輕背包對肩部和頭部兩側的壓力。

2 戶外便攜式背負系統的舒適性分析

（1）穩定性

首先承重點的位置要與人體背部曲線及肌肉分布相適應，根據背包承重原理，人體的尾骨上方的腰窩是主要承重點，腰窩連接到兩側胯骨頂端是主要受力區，雙肩是輔助受力及掌握平衡區。由于要減少背負時的橫向擺動及前后擺動，這就需要起碼三個支撐點，結合幾何學原理，肩部左右兩個支點和腰部一個支點。肩部的左右兩個支點保證了背包的橫向穩定性，腰部的支點和肩部支點的上下排列保證了背包前后的穩定性。其次三點支撐的受力方式最大程度上的保證了背部的通風空間。

（2）貼合性

背包與身體的可靠結合不但能很大程度上的保證背負時的穩定性，還對減輕背包重量有一定作用。腰部和胯部的貼合使用腰帶來調節;肩頸部使用肩帶調節，保證頭部的靈活轉動;背包上部與背部的結合使用肩部受力帶調節。合理地調整四個受力帶是使身體與背包達到最佳貼合的必要行為。

（3）通風性

良好的通風性能不但可以大大提升背負時的舒適度，還可以適當延長背負時間。人在較長時間的背負及運動中，背部會產生大量的汗液及熱量，使人感到不舒服。因此在背負設計中，除了要解決根據人體背部肌肉分布而設計的背墊排布，還要考慮背墊的薄厚、凹凸及大小以此構成良好的通風系統。

（4）重力傳遞合理性

重力傳遞合理性是緩解背負壓力、提高舒適度的首要前提，也是背負系統的關鍵。為解決這個問題，我們需要先從重力傳導的規律入手。首先根據科學的負重分配比例，腰胯受力70%、背部受力20%、肩部受力10%，所以將重心放在腰胯部，減輕肩、背部負擔。其次從前人經驗來看，無論是我國南方山區采藥人的背簍，還是葡萄牙人背酒的酒桶等，其形狀大都呈現為錐形，基本為上部偏大下部略小，接近于倒梯形，所以背包的合理形狀應遵循這個規律。

3 戶外便攜式背負重系統的輕量化設計方法

為達到背包的輕量化要求，可以從結構、面料、配件等方面入手，背包的輕量化設計是體現出背包的針對性和專業性的一大因素，本文主要從背包的結構輕量化和材料輕量化做研究。

3.1 結構的輕量化

市面上的旅行背包在背負系統的設計上大多遵循“五帶三裝置”。由于背包功能的繁瑣導致包體重量的增加，所以輕量化的背包設計可以從簡化背包的功能入手。在背板設計中采用“X”形鈦管作為支撐背包的主體，背包側面穿出的側管為副體。在此基礎上增加弧形鏤空的樹脂板作為背包背部的支撐。樹脂板的鏤空位置需要遵從背部肌肉的分布，以緩解肌肉疲勞。

3.2 材料的輕量化

面料的選擇是背包輕量化的關鍵點。通常情況下，市面上傳統背包面料主要有滌綸和尼龍。中低檔背包大多采用滌綸，常見面料是500D和600D，這種面料相較于尼龍厚重一些，但勝在價格低廉，質感、耐磨度等相對優良。而高檔背包一般采用高密度尼龍（CORDURA、HT NYLON）、高強聚乙烯纖維織物（ DYNEEMA）等。

4 戶外便攜式背負重系統設計方案

這個方案的表現形式是去掉外部包體，留下內支架、肩帶和腰帶，直觀表現內部樣式。在結構設計上背板采用“X”型支架、“米”型背墊，最大程度上的減少背部與包體的貼合;針對脊椎、腰胯尺寸進行改進;舒適性方面肩帶寬度60mm，其整體造型為“S”型，小弧度的彎曲，滿足頭部靈活轉動;背架下部的延伸承重架，與背架一體化連接，有助于壓力的分散;輕量化方面背架采用彈性輕質鋼架，背帶由3D網紗和多層海綿組成，PE材料不但保證背負舒適性還可以提高承重量。

【參考文獻】

[1]李輔弼.戶外背包新型無壓式背負系統的研究與開發[J].企業科技與發展，2014（3）：31-34.

[2]任蕊，戶外背包壓力分散型背板的研究[D].陜西：陜西科技大學，2016

[3]背包設計與人體工程學原理[DB/OL].

[4]測量背長和臀圍以及確定背包尺寸尺碼的具體方法[EB/OL].

[5]萬宗瑜.男裝結構設計[M].上海：東華大學出版社，2011.