全天候多功能戶外防寒服裝的設計與評價

薛惠心， 倪軍

(東華大學 服裝與藝術設計學院，上海 200051)

隨著國民經濟的快速發展和人們生活水平的提高，戶外運動逐漸普及，出現了“常態化戶外”“輕戶外”等概念。戶外運動群體不斷擴大，相關產業蓬勃發展，消費者對戶外服裝、裝備以及整個戶外產業提出了新的要求[1-3]。

在登山、徒步等戶外運動中，除了服裝、鞋襪等穿在身上的裝備，仍需要其他輔助裝備(如背包、繩子、通訊裝備、照明設備、指南針、水壺、登山杖、帳篷、睡袋等)，從而滿足戶外活動的需求[1]。戶外運動中攜帶的裝備較多，對于儲物空間需求較大，攜帶備用的衣物也會產生額外的儲物需求，這些都會給戶外運動者增加較大的負荷。

服裝的多功能設計可將各種功能整合到一件服裝中，使服裝具有多用途的特性[4]。根據多功能服裝穿用形式的不同，可以將其分為3種類型：結構調整型服裝(服裝長度、松緊和開口的調整)；一衣多穿型服裝(通過部件的拆裝、變形實現[5-7])；可轉換為裝備的服裝(通過變形、重組等實現[8])。

文中根據戶外運動著裝需求，分析戶外運動服裝的設計要點，總結戶外運動服裝的設計方法；結合多功能設計手段，進行多功能戶外防寒服裝的設計與評價，以期為戶外運動服裝的多樣化發展提供參考。

1 多功能戶外防寒服裝的設計原則

1.1 設計需求

戶外服裝著裝環境處于戶外，氣溫變化相對迅速且劇烈，需要適應迅速升高或降低的氣溫以及可能的風、雨、雪、霧等氣象變化；戶外運動中人的肢體活動范圍較大，需要減少服裝對人體的束縛；戶外運動一般時間較長，需要減輕運動者的負載；現代消費群體對戶外服裝有著更高的審美要求。因此，文中將戶外運動服裝的需求歸納為安全防護性、舒適性、靈活性、美觀性4個方面。

1.1.1安全防護性 戶外防寒服裝的安全防護性體現在維持人體生理狀態穩定、防止受傷、方便救援、對抗惡劣環境等方面[9-10]。

由于戶外環境的復雜和活動形式的多樣，人體受傷的可能性大大提升，服裝需要具有良好的抗撕破、抗拉伸性能以及關鍵部位的耐磨性；同時服裝在戶外環境中有較好的辨識度，方便進行辨識和遇險時救援；另外，在戶外活動時服裝容易蹭到污漬，清洗不方便，服裝面料和色彩還需具備耐臟污性能和抗菌除臭性能[10]。

1.1.2舒適性 戶外運動中人體長時間處于負荷較大狀態，對服裝的著裝舒適性有更高的需求。戶外運動中出現體溫降低會極大影響人身安全，故服裝的保暖性是戶外服裝必備屬性；長時間戶外運動會產生一定的汗液，因此服裝應具有良好的排濕、速干性能,以維持良好的熱濕舒適性；戶外運動時，肢體活動范圍大，服裝還必須具有良好的運動舒適性[11-13]。

1.1.3靈活性 在復雜多變的戶外環境中，服裝的靈活使用能夠有效減輕負載[14]、便于運動。

1.1.4美觀性 隨著戶外運動的流行，戶外愛好者的群體不斷增大，審美需求也在不斷提高，美觀性成為戶外防寒服裝選擇的新熱點。

1.2 設計要點及實現手段

根據戶外服裝設計需求總結出其設計要點及相應的實現手段，具體見表1。

表1 設計要點及實現手段

2 多功能戶外防寒服裝的設計實現

2.1 設計思路

文中設計的全天候多功能防寒服裝，旨在適應一天內多變的氣溫。正午人體在戶外做運動時，由于代謝量的增大可能出汗，可調整服裝為短款；傍晚或清晨氣溫較低時，短款服裝可變換為長款服裝使用，護住下肢區域，進一步達到防寒功效；夜晚，再將其轉換為全封閉睡袋。另外，通過部件的拆裝、結構的變換，實現服裝與包袋等裝備的轉化，實現了一件服裝的全天候、多功能使用。

2.2 款式設計

2.2.1色彩設計 為了提高戶外服裝的辨識度，選用藏青色為主色調，橙色為警示色，形成醒目的撞色效果。

2.2.2結構設計 以傳統戶外服裝的廓形為基礎，運用多功能設計手法,實現服裝一衣多穿。弱化戶外運動裝備和服裝的界限，將包袋和服裝融為一體，并通過結構變換增加服裝部件的收納功能，以取代部分或全部背包的功能。

2.2.3材料選擇 面、里料采用全滌雙面布，持久防水；使用TPU膜復合，具有良好的防風性;絮填料采用仿絲棉。

所設計的戶外防寒服裝具有以下功能：①服裝能夠在短款防寒服、長款防寒服、睡袋3種形態之間進行轉換，滿足早、中、晚戶外活動的需求；②服裝部件可以轉化為包袋、披肩、臨時擔架或防潮墊，實現多功能應用的目的。

2.3 功能實現

文中設計的多功能戶外防寒服裝部件如圖1所示。圖1包括衣身、可拆卸風帽、右加長袖筒、左加長袖筒、右前衣身加長片、左前衣身加長片、后衣身加長片7個部件，由不同部件可以組成不同穿著形態的服裝及工具。

注：1—衣身；2—可拆卸風帽；3—右加長袖筒；4—左加長袖筒；5—右前衣身加長片；6—左前衣身加長片；7—后衣身加長片。圖1 多功能防寒服裝部件Fig.1 Multifunctional cold-proof clothing parts

2.3.1短款防寒服 短款防寒服由圖1中衣身(1)與可拆卸風帽(2)兩個部件組成，其結構分別如圖2和圖3所示。衣身(1)與可拆卸風帽(2)通過后領部分的拉鏈(8)連接，形成短款防寒服。

圖2中，衣身可以作為短款外套單獨穿著。衣身高領設計，雙層門襟，具有良好的防風性，內側門襟通過魔術貼(9)與里襟連接，里襟通過領部的四合扣(10)與外側門襟固定。袖子為插肩中袖，袖底添加三角插片，以增加袖子的活動性，并可通過抽繩調節袖子的長度。

注：8—后領拉鏈；9—前門襟魔術貼；10—前門襟四合扣。圖2 衣身結構示意Fig.2 Body structure diagram

圖3中，可拆卸風帽上有3條橫向的拉鏈(11～13)，拉鏈(11)拉開后帽子分為前后兩部分。帽子前部能夠調整位置擋住面部達到防風的目的，帽子后部的拉鏈(12，13)拉開可以增加帽深，遮住額頭。帽子開口處的抽繩(14)可以調節帽口松緊，拉鏈(11)開口處的抽繩(15)可以調節后側帽子開口的大小。帽子左右設有疊門，通過四合扣閉合。

注：11～13—帽身拉鏈；14—帽口抽繩；15—后側帽口抽繩。圖3 可拆卸風帽結構示意Fig.3 Removable hood structure diagram

2.3.2長款防寒服 長款防寒服由圖1中全部7個部件組成，具體如圖4所示。在短款防寒服的基礎上，衣袖利用拉鏈(17，16)分別與左右加長袖筒(4，3)連接；衣身(1)下擺利用拉鏈(19，18，20)分別與左右前衣身加長片和后衣身加長片(6，5，7)連接形成左右下片及后下片；前下門襟通過魔術貼(21，22)閉合前中；前下片在左右側縫處通過拉鏈(23，24)與后片拼合，形成長款防寒服。長款防寒服長度到腳踝位置；側縫處的開衩長度可以通過拉鏈(23，24)調節，方便活動。

注：1—衣身；2—可拆卸風帽；3—右加長袖筒；4—左加長袖筒；5—右前衣身加長片；6—左前衣身加長片；7—后衣身加長片；16—右袖拉鏈；17—左袖拉鏈；18—右前拉鏈；19—左前拉鏈；20—后身拉鏈；21—加長片外側魔術貼；22—加長片內側魔術貼；23—左側縫拉鏈；24—右側縫拉鏈。圖4 長款防寒服結構示意Fig.4 Long cold-proof sportswear structure diagram

加長袖結構示意如圖5所示。圖5中，加長袖筒上端拉鏈內側有0.5 cm寬的掛袢(25)，配合鎖扣使用可將加長袖筒懸掛在背包上；袖筒內側夾裝羅紋(26)，有防風作用；袖口內側設置抽繩(27)，用以抽緊封閉袖口。

注： 25—加長袖口掛袢；26—加長袖口羅紋；27—加長袖口抽繩。圖5 加長袖筒結構示意Fig.5 Elongated sleeves structure diagram

前衣身加長片結構示意如圖6所示。圖6中，前衣身加長片(5，6)為雙層設計，上端開口可作為口袋使用。前衣身加長片上有貫穿側縫、下擺和前中下部的雙頭拉鏈(28，29)，可將兩層展開。前中和側縫處夾裝門襟，并均勻設置氣眼；側縫門襟在頂部設置一個四合扣與后片固定，提高側縫的防風性，下方均勻設置氣眼。前衣身加長片里層下擺口袋內層設置魔術貼(30)，可與后衣身加長片下擺連接形成密封的下擺。

后衣身加長片結構如圖7所示。后衣身加長片的側縫門襟上均勻設置氣眼；下擺向上翻折，通過四合扣固定，下擺放下來后露出拉鏈(31)，拉鏈(31)拉開后形成口袋，口袋上層內側設置魔術貼(30)與前片內層連接。

注：5—右前衣身加長片；6—左前衣身加長片；28—右前展開拉鏈；29—左前展開拉鏈；30—下擺魔術貼。圖6 前衣身加長片結構示意Fig.6 Front body extension structure diagram

注：7—后衣身加長片；30—下擺魔術貼；31—后內開口拉鏈。圖7 后衣身加長片結構示意Fig.7 Back body extension structure diagram

2.3.3睡袋 睡袋由長款防寒服變形而來，睡袋結構示意如圖8所示。在長款防寒服的基礎上，確保帽子連接到衣身上，左右門襟閉合蓋住嘴巴；帽子最前方拉鏈(11)拉開，前部分帽身向前拉蓋住臉頰，露出鼻孔；拉開拉鏈(12，13)拉展后側帽身，增加后側帽身的深度，蓋住額頭，然后抽緊帽身開口處的抽繩(14，15)，實現上口的密封。

將前中、側縫完全閉合，完成衣身上的密封。后片下擺處有向內折疊的加長部分，通過四合扣固定在內側。將折疊部分打開，后片下擺可以在內側通過拉鏈(31)展開，在下側形成口袋；調整前片雙頭拉鏈(28)(29)開口的位置，使前片下擺張開，將后片下擺的袋口蓋住前下擺開口的內層，通過魔術貼(30)固定前后片，將下擺密封，長款防寒服即轉變為睡袋形態。

注：1—衣身；2—可拆卸風帽；3—右加長袖筒；4—左加長袖筒；5—右前衣身加長片；6—左前衣身加長片；7—后衣身加長片；11～13—帽身拉鏈；14—帽口抽繩；15—后側帽口抽繩；28—右前展開拉鏈；29—左前展開拉鏈；30—下擺魔術貼；31—后內開口拉鏈。圖8 睡袋結構示意Fig.8 Sleeping bag structure diagram

2.3.4服裝的部件功能變化 利用服裝結構變化，服裝部件可以轉化為不同功能的戶外工具。

1) 包袋 背包由前衣身加長片轉化而來，具體如圖9所示。對折前衣身加長片，用鎖扣或繩帶穿過側邊的氣眼固定背包的深度，配合包帶用作背包，可收納脫下的衣物，背包的深度根據對折方式的不同進行靈活調整；調節裝配包帶的長度及固定位置，靈活變化背包的方式；背包上的氣眼可以配合鎖扣，用來懸掛水壺或其他小包等。收納袋可利用加長袖筒實現。抽緊抽繩(27)，袖筒的袖口下端閉合，形成小收納袋，可用于收納水杯等物品；袖口內側的羅紋起到固定作用；袖口上端設置掛袢(25)，可用鎖扣連接到其他包袋上。

2) 披肩、擔架和防潮墊 由前、后衣身加長片變形而來。前衣身加長片側縫到前中的拉鏈(28，29)拉開后，其雙層結構可拉展為單層，并能夠通過繩帶或鎖扣連接氣眼拼合左右兩片、后片，變換為長度不同、功能靈活的披肩；在遭遇緊急情況時，連接起來的單層衣片可以作為臨時擔架用于搬抬傷者、病人；由于面料具有良好的防水性，連接起來的單層衣片可以鋪在地上、帳篷內，起到防潮墊的作用。

注：5—右前衣身加長片；6—左前衣身加長片。圖9 包袋示意Fig.9 Bag structure diagram

2.4 成衣展示

根據服裝款式設計制作成衣，多功能戶外防寒服裝的著裝效果如圖10所示。此款服裝具有多種穿著模式，能夠在長款、短款、睡袋3種形態中轉換。

圖10 全天候多功能戶外防寒服成衣展示Fig.10 Multifunctional outdoor cold-proof sportswear

3 多功能戶外防寒服裝的熱阻測試

3.1 實驗儀器

Newton暖體假人，美國西北測試科技有限公司制造。

3.2 實驗條件

實驗在人工氣候艙內進行，氣候艙溫度控制在(15±1)℃，相對濕度(50±5)%，風速(0.4±0.1) m/s。

3.3 實驗方法

采用恒溫模式進行假人實驗，假人各區段皮膚溫度設定為(35±0.5) ℃，軟件設定每分鐘記錄一次皮膚溫度、輸入功率、環境溫度、環境相對濕度、環境風速。圖11為3種著裝模式的暖體假人實驗。分別測試3種著裝形式下該多功能防寒服裝的服裝熱阻，每種著裝方式測試3次，取平均值。

圖11 3種著裝模式暖體假人實驗Fig.11 Experiments with three types of wearing models

計算各軀段的熱阻

(1)

式中：Ri為第i軀段的熱阻(℃·m2/W);Ts為軀段平均溫度(℃)；Ta為周圍環境溫度(℃)，Q/A為單位面積加權熱通量(W/m2)。采用并行法計算服裝系統的固有熱阻,即

(2)

式中：Rcl為服裝固有熱阻(℃·m2/W)；Ai為第i軀段表面積；At為假人的總表面積。

服裝的額定溫度指人體穿著服裝時能夠維持熱舒適的最低可適應環境溫度[15]。根據ASTM F2732—11確定冷環境中防寒服裝的溫度分級標準，在已知服裝固有熱阻的前提下，可根據下式預測該服裝適用的環境溫度：

Rt,s=Rcl+(Ra,s/fcl)；

(3)

TR=-276.08Rt,s+104.09。

(4)

其中，Rt,s為服裝標準總熱阻(℃·m2/W)；Ra,s為暖體假人皮膚表面空氣層標準熱阻(℃·m2/W)，取0.078 ℃·m2/W；fcl為服裝面積因子，取1.1；TR為服裝在2 Met代謝水平下的服裝額定溫度(℃)。

3.4 實驗結果

多功能防寒服3種著裝形態下下肢的散熱量見表2。

表2 多功能防寒服3種著裝形態下下肢的散熱量

在3種不同著裝狀態下，多功能防寒服裝覆蓋區域的差異在下肢部位。由表2可以看出，在從短款向長款、睡袋的變化過程中，下肢各局部散熱量均逐漸減小，起到了增加保暖性的作用。

當人體活動水平為2 Met時，該服裝的總熱阻值及服裝的額定溫度見表3。由表3可以看出，在3種不同的著裝狀態下該多功能服裝固有熱阻值逐漸增加，相應所適用的環境額定溫度逐漸降低，說明在服裝加長和密閉的過程中服裝保暖性能顯著增強。服裝能通過變形實現不同的最低可適應環境溫度，適應戶外活動過程中溫度的變化。

表3 多功能防寒服3種著裝形態下熱阻及額定溫度

4 結語

文中通過對戶外運動服裝著裝條件的分析，結合目前日益擴大的戶外運動群體對戶外運動服裝復雜的社會性需求，總結出戶外服裝在安全防護性、舒適性、靈活性、美觀性方面的設計需求，提煉出設計要點與實現手段。應用所建立的多功能服裝設計方法，設計并制作了一款具有多功能屬性的戶外防寒服裝。通過服裝結構上的創新運用，實現服裝的形態變化，使服裝既能在短款防寒服、長款防寒服和睡袋之間自由轉化，滿足全天候的保暖需求，又可將服裝部件拆卸重組，轉化為包袋、披肩、臨時擔架或防潮墊，達到多功能的應用目的。暖體假人實驗表明，該多功能戶外防寒服裝，可適用于(3.9～15.4) ℃的戶外環境中，滿足早、中、晚全天候的戶外活動需求。該款服裝所采用的絮填料為仿絲棉，若更換為保暖性更好的羽絨等材質，預計保暖范圍可進一步提升。