面向兒童的運動頭盔設計策略研究

摘要：探究兒童運動頭盔的設計原則與設計策略。本文采用文獻綜述和案例分析的方法，通過研究兒童頭部結構、生理心理發展特點以及運動習慣與成年人的差異性，并對市場上現有的兒童運動頭盔進行分析，指出設計過程中存在的不足之處，提出設計原則以及針對性策略。總結了兒童運動頭盔的設計原則和設計策略，為未來兒童運動頭盔的設計提供了實踐指導。本文明確指出兒童運動頭盔的設計重點，總結了兒童運動頭盔的設計原則和策略，幫助設計師和制造商改進現有的頭盔設計。通過對安全性、舒適性、藝術性、適配性和互動性原則的全面考量，提出具體的設計策略和改進方向，推動行業技術發展，以期生產出更符合兒童需求的高品質運動頭盔產品。

關鍵詞：兒童運動頭盔，兒童產品，產品設計，兒童安全，運動護具設計

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A文章編號：1003-0069（2024）16-0047-03

Abstract：This paper aims to explore the design principles and strategies of children’s sports helmets by studying the differences between children’s and adults’ head features and movement characteristics，conforming to the development trend of the market and combining with children’s sports needs. By literature review and case analysis，this paper studied the differences between children’s head structure，physiological and psychological development characteristics，and exercise habits between children and adults，and analyzed the existing children’s sports helmets in the market，pointed out the shortcomings in the design process，and proposed design principles and targeted strategies. According to the characteristics of children’s head structure，physiological and psychological development and sports habits，the design principles and strategies of children’s sports helmets were summarized，which provided practical guidance for the future design of children’s sports helmets. This paper clearly points out the design focus of children’s sports helmets，and deeply studies and summarizes the design principles and strategies of children’s sports helmets to help designers and manufacturers improve the existing helmet design. Through comprehensive consideration of the principles of safety，comfort，artistry，adaptability and interactivity，specific design strategies and improvement directions are proposed to promote the development of industry technology，with a view to producing high-quality sports helmet products that better meet the needs of children.

Keywords：Children’s sports helmets；Children’s products；Product design；Children’s safety；Sports protective equipment design

引言

近年來，兒童健康和運動的重要性受到越來越多家長和社會的重視。為了保護兒童在運動中的安全，兒童運動頭盔的設計起著關鍵作用。設計兒童運動頭盔是一項既具有挑戰性又充滿創新機遇的任務，在這個過程中，我們需要遵循一系列重要的設計原則和策略，以確保頭盔能夠在保護兒童安全的同時，提高他們的佩戴興趣，提供舒適的佩戴體驗，以及適應多種運動場景的需求。安全性、適配性、互動性、舒適性和藝術性成為頭盔設計的核心原則，并通過迎合兒童審美、結合人工智能技術，優化適應性組件等策略來實現這些原則。本文旨在研究面向兒童的運動頭盔設計原則和設計策略，為未來兒童運動頭盔的設計提供實踐指導。

一、研究背景

在兒童運動中，特別是在涉及高風險運動項目時（如自行車騎行、滑板滑行和輪滑運動等），頭部受傷是最常見且最嚴重的風險之一。因此，運動安全護具，特別是頭盔，對于兒童運動安全具有至關重要的意義。兒童與成人的頭部解剖結構存在明顯差異，因此兒童的頭部安全保護不能簡單地被視為成人頭部的縮小版。此外，兒童的運動習慣和行為方式也與成年人有所不同。然而，目前市面上的兒童運動頭盔設計往往未能充分考慮這些差異，導致現有的兒童運動頭盔在真正滿足安全保護需求方面存在明顯不足。除了安全性能外，傳統的運動頭盔也沒有充分考慮到兒童的舒適性和審美需求，同時也缺乏對兒童運動體驗提升方面的考慮。因此，有必要對面向兒童的運動頭盔設計策略進行深入研究，以期能夠滿足兒童運動的基本和更高級的需求。

二、兒童運動頭盔國內外研究現狀

國外針對兒童護具的研究要早于國內，對于數據以及技術的探討也比較深入，能夠體現出對于兒童運動安全的重視，但是尚未出現較好的解決方案，有關兒童運動頭盔的專題設計研究也鮮有出現。

H . R . Chapman和A . L . M . Curran在《Bicycle helmets—does the dental profession have a role in promoting their use？》的研究中提出了在兒童意外風險中頭部損傷和面部損傷的風險，承認并呼吁兒童正確使用安全頭盔以規避風險。Nattawood Prasartthong和Julaluk Carmai 在《Investigation of the Effect of Child Helmet Design Parameters on Head and Brain Injuries Using ReducedOrder Modelling》的研究中建立降階模型用于預測不同頭盔使用情況下的線性和旋轉加速度，并提出泡沫鋁材料的使用能夠減少線性和旋轉加速度以及減輕頭盔的重量。Cole Wymore1和Gerene在《Parental attitudes and family helmet use for all-terrain vehicles and bicycles》的研究中通過人口統計學采集兒童頭盔使用頻率以及影響頭盔使用因素的信息，提出提高兒童頭盔使用率的干預措施。

目前，我國對于嬰童運動頭盔的研究非常少，在國內幾乎搜索不到針對性很強的文章，但是在其他相關領域，國內學者也有比較不錯的研究成果。陳鵬飛和雷雨成在《基于兒童頭型安全關鍵件設計優化》的研究中重點關注在交通事故中兒童頭部損傷的嚴重性，并通過研究兒童頭部損傷機理，運用HYPERMESH和LS_DYNA軟件對發動機鎖扣和雨刮器進行優化設計，減少在交通事故中對兒童頭部的傷害。湖南大學的吳恒基通過建立3-12歲兒童頭部參數化模型，為后續相關產品的開發和研究提供了模型數據。其他類似的研究還有曹立波的《10歲兒童頭部有限元模型的建立及驗證》；楊啟帆的《六歲兒童頭部有限元模型的建立及驗證》。在兒童運動頭盔的標準化建立的成果中，于6月1日，市場監管總局發布了推薦性國標GB/T42801-2023《嬰童用品 日常運動防護器具通用技術要求》。[1]

總的來說，國外的兒童運動頭盔研究相較于國內更注重實用性，關注醫療數據采集、模型建立探討如何科學地減少頭部損傷，另外，通過研究父母對于兒童頭盔的使用態度、社會環境的影響以及兒童自我的心理因素，期望能夠增加運動頭盔的使用率，提高大眾對于兒童運動的安全保護意識。而國內尚未出現兒童運動護具的針對性研究，市面上售賣的運動頭盔缺乏規范性、安全性，設計師沒有很好地研究嬰童的頭部結構、生理發展結構、心理因素，并且沒有一個系統的研究能夠提供理論支持。

三、兒童與運動頭盔

（一）兒童與成人的差異性概述

兒童和成人在頭部結構和運動行為上有明顯差異。首先兒童的頭部所占的比例和尺寸較大，重心較高。比如初生兒的頭部尺寸大約占身高的1/4，質量占30%，而成人頭部尺寸僅占身高的1/7，頭部占身體總質量的6%左右。[2]除了頭部的比例和尺寸差異外，兒童的顱骨相對較軟，頸椎的彈性較大，因此更容易發生脊椎移位和拉伸傷害。在運動行為表現方面，兒童的運動協調能力相對較弱。他們在動作的控制和精細動作處理方面的能力明顯低于成人，兒童在運動計劃性上也有所不足，空間感更差，運動持久性困難，并且缺乏穩定性。這主要是因為兒童正處于生長發育的階段，生理和心理上尚未完全成熟，因此對運動損傷更為敏感。此外，兒童的體溫調節能力較差，容易受到熱、寒環境的影響，他們的生長發育也可能不平衡，生長板對損傷更為敏感。在運動心理方面，兒童往往注意力無法集中，容易多動。綜合來說，兒童與成人在頭部結構和運動行為上的差異使他們對環境和運動損傷更加脆弱和敏感。

（二）兒童運動頭盔概述

兒童運動護具和頭盔起源于對兒童安全意識的提高和對運動傷害的認識。20世紀初，體育用品制造商開始生產適用于兒童的護具，滿足他們在騎車和溜冰等運動中的保護需求。到了1960-1970年代，兒童頭盔開始出現，最初主要用于自行車騎行。隨后，針對特定運動的專業兒童頭盔逐漸流行，提供了更好的保護和舒適性。隨著科技進步和對兒童運動安全的重視，兒童運動護具和頭盔的設計不斷創新，注重輕量化、透氣性和優質材料的運用。現代的兒童運動頭盔還擁有一些新功能，如碰撞檢測、可調節的通風系統和照明系統，以進一步提高保護效果。

根據對市場現有的兒童運動頭盔調查分析可將運動頭盔按照使用用途分類為自行車頭盔、滑板頭盔、滑雪頭盔和多功能頭盔（如表1）。而應用最廣泛的是多功能頭盔，經調研發現，除滑雪頭盔有其特殊的功能和結構之外，其他娛樂運動包括自行車、滑板車、平衡車、輪滑等所使用的頭盔都大同小異，幾乎沒有功能、結構、材質上的差別。

四、 兒童運動頭盔設計原則

基于兒童和成人在頭部結構和運動行為上的差異，結合兒童對于運動頭盔產品在造型、結構和功能方面的使用需求，總結出5個關鍵的設計原則。通過詳細研究和分析這些原則，能夠為設計師和制造商提供相應的策略和指導，以創造出更適應兒童需求、更為安全舒適的兒童運動頭盔。

（一）安全性原則

兒童在運動中容易遭受頭部損傷，包括顱骨和腦組織的損傷、頭皮和面部的撞擊損傷。傳統頭盔結構能夠有效保護顱骨和腦組織，但對面部、下頜和頸部的保護尚不足；兒童的頸部肌肉和韌帶發育不完全，對碰撞和摔倒的耐受性較差，可能導致頸椎扭傷、拉傷等損傷；兒童面部骨骼較大，面部軟組織相對薄弱，跌倒和撞擊時易受傷，包括軟組織損傷、骨折等。因此，在兒童頭盔設計中應該考慮到全面的保護，不僅僅局限于顱骨和腦組織的防護，在兒童運動中最大程度地減少頭部和面部損傷的風險。佩戴全方位保護頭部的頭盔是一種重要的措施，需要我們特別關注和重視。

（二）適配性原則

在兒童的生長發育過程中，頭部尺寸會有一定的變化。為了確保頭盔的適配性，在設計中需要考慮兒童頭圍、頭長、頭高和頭寬的尺寸調整。頭圍是指從額骨最突出的部分到腦后最突出的部分的周長。在3-12歲期間，頭圍會逐漸增長，但增長速度會因個體差異和生長發育情況而有所不同。頭長是指從前額到腦后的距離，而頭寬則是頭部最寬處的距離。在兒童生長發育期間，頭長和頭寬也會隨著生長而增加，但變化的速度可能不如頭圍明顯。頭高是指從耳部的最高點到頭頂的垂直距離，頭高的高度也會有輕微的增加，但通常變化不如頭圍、頭長和頭寬顯著。在頭盔佩戴過程中，頭盔與頭部必須緊密貼合不能留下空隙，以提供有效的減震效果和保護，如果頭盔與頭部不貼合，可能導致保護作用不足增加頭部受傷的風險甚至導致二次傷害。因此，在選擇和佩戴頭盔時，確保頭盔的適配性是至關重要的。除了使用頭圍調節器來調整頭圍大小外，還能夠根據個人需要調整其他部分，以確保頭盔與頭部緊密貼合提供最佳的保護效果。

（三）互動性原則

除了護具和頭盔等防護設備外，父母的監督和關注對于保證兒童運動安全同樣至關重要。父母的監督可以預防意外發生，發現潛在的安全隱患并及時采取措施進行預防，他們可以指導和教育兒童掌握正確的運動安全知識，增強安全意識和遵守規則的能力。在緊急情況下，父母在場可以迅速應對并處理突發狀況，保證兒童的安全，還可以督促兒童正確佩戴防護設備，提供額外的防護保障。

（四）藝術性原則

兒童運動頭盔的設計在滿足安全性和舒適度的基礎上，需要考慮藝術性原則，以減少兒童的心理抗拒并提高可識別性。色彩鮮艷的設計能夠吸引兒童的注意力，減少他們對頭盔的心理抗拒感。明亮豐富的顏色能夠增加產品的吸引力，讓孩子們更愿意佩戴頭盔參與運動。此外，色彩鮮艷的設計也有助于增加頭盔的可見性，提高兒童在騎行或滑板等運動中的安全性。另外，易識別的設計可以讓父母和監護人更容易辨認兒童佩戴的頭盔，從而加強安全監管。

（五）舒適性原則

舒適性原則在兒童運動頭盔設計中扮演著至關重要的角色。兒童在參與高風險運動（例如騎自行車、滑板、滑雪等）時，頭盔舒適性的優劣直接影響他們是否樂意佩戴頭盔。若頭盔不舒適，兒童可能會不情愿戴上頭盔，甚至在無人監督的情況下選擇不佩戴，從而增加了發生意外傷害的風險。舒適的頭盔不僅能夠提高兒童佩戴頭盔的意愿，還能減少佩戴時的不適感和磨損，有效保護兒童頭部安全。目前市面上的兒童運動頭盔可能存在以下不舒適的問題：尺寸不合適、缺乏內墊和墊片、通風設計不合理、綁帶和調節系統不易操作、材質選擇不當、影響視野和聽覺等。這些問題可能導致頭盔佩戴不穩定、增加頭部壓力和摩擦、頭部過熱和不透氣、不舒適甚至痛苦、引起過敏或疼痛感、限制視野和聽覺。設計師在頭盔設計中應注重考慮舒適性原則，確保頭盔輕便且透氣，以提供兒童在運動中的最佳保護和體驗，如圖1。

五、 兒童運動頭盔設計策略分析

基于對兒童頭部結構、生理心理發展特點以及運動習慣的研究與分析，運動頭盔的設計明確了安全性、舒適性、藝術性、適配性和互動性的設計原則，同時也為制訂切實可行的設計策略提供了寶貴的指導。根據五大設計原則，結合頭盔的造型、結構以及功能考慮，本文提出以下兒童運動頭盔設計策略：

（一）造型迎合兒童審美并確保安全

消費日報實習記者劉元在《嬰童運動頭盔將有標可依》一報道中提到家長對于孩子佩戴頭盔這件事情十分苦惱，“買了不愛戴”“戴上不舒服，又沉又悶”等成為孩子們抗拒佩戴頭盔的主要原因。兒童缺少自主判斷能力，既不清楚運動過程中存在的安全隱患，也不了解佩戴護具的重要性，而頭盔設計不美觀、體量過大、舒適性不足等更容易造成兒童的抗拒心理。設計師可以根據兒童不同年齡段的審美偏好進行頭盔造型設計。利用明顯特征的卡通形象、形狀和圖案等吸引年齡較小的兒童，而對于年齡較大的兒童，則采用具象、完整的三維立體形象。在色彩選擇上，抓住兒童眼球并形成瞬時記憶，吸引佩戴欲望。同時，根據兒童的性別差異，采用不同的色彩進行系列化設計。

另外，針對兒童的頭盔造型設計上可能存在一些安全隱患，需要設計師們引起重視并采取相應解決方案。一方面，異物卡入可能導致兒童的安全受到威脅。頭盔表面可能存在縫隙過大或空隙問題，容易讓小物品如樹枝或石子進入頭盔內部，設計師應確保不存在可能引發異物卡入的縫隙或空隙。另一方面，銳利邊緣的存在會增加兒童在事故中受到的劃傷或傷害風險，頭盔的外觀表面應保持光滑無缺陷，避免出現銳利邊緣。不合理的重量分布可能使頭盔佩戴時造成頭部不平衡和不適感，設計師需考慮到整體平衡性，確保重量分布均勻。兒童運動頭盔設計還應兼顧通風效果，避免不良的通風孔位置和數量，避免影響頭部的散熱和呼吸使兒童在運動過程中感到不舒適。

（二）結合人工智能以增強互動性

讓兒童運動頭盔的互動體驗更豐富，能夠激發孩子對運動的熱情和積極性。這可以通過內置傳感器和數據跟蹤，記錄兒童的運動數據，從而分析和激勵他們的興趣。同時，通過在頭盔上增加可視化和聲音互動元素，例如內置LED燈或音響系統，可提供更加有趣和引人入勝的運動體驗。將虛擬現實技術集成到頭盔中，可以讓兒童體驗更加沉浸和互動的運動環境，并增強他們的參與感和樂趣。另外，頭盔的智能連接功能，讓多個兒童的頭盔可以互動和社交，進一步促進他們在運動中的互動和社交。

考慮融入智能化數字化的功能，讓兒童在佩戴運動頭盔時度過更有趣和豐富的時光，激發他們對運動的興趣和動力。

（三）優化頭盔組件適應多種運動場景

兒童身體變化大且運動需求廣泛，一款運動頭盔應適應多種運動場景。除了可以提高兒童運動頭盔的使用率和價值，減少消費者購買需求，節省金錢和空間之外，還能增加頭盔的耐用性和壽命，減少了因運動類型變化而頻繁購買新頭盔的情況，符合綠色可持續設計的理念。模塊化和可調節的組件設計是一種有效的方式。通過設計可拆卸的面罩、騎行眼鏡、耳機等配件，頭盔可以根據不同的運動需求進行變換和調整。為頭盔設計多個孔洞和插槽，可以讓兒童根據實際需要安裝不同的附件，例如通風網片、護目鏡支架等，從而在不同的運動中提供適宜的通風和保護功能。另外，頭盔設計應該增加相應的保護組件。下頜是兒童頭部的重要組成部分，容易受到撞擊和沖擊的影響，應該配備適當的下頜保護；頸部是兒童運動中一個重要而脆弱的區域，容易受到外部沖擊的影響，設計中可以考慮延伸頸部保護模塊并嵌入具有沖擊吸收功能的材料，以減輕頸部受到的力量。同時，頭盔設計也應該考慮對兒童視線的影響。為了開闊兒童的視野范圍，頭盔的結構設計應該專注于不影響他們正常的視線。可以通過增加透明度高的材料或優化通風孔設計，來減小頭盔對視野的影響，幫助兒童更好地觀察周圍環境，為他們提供更加全面和貼心的保護。

結語

兒童運動頭盔的設計需求是多樣化的，需要根據不同使用場景和不同年齡段的兒童群體需求針對性地結合設計原則和策略進行綜合考慮設計，以實現頭盔在安全、美觀、舒適、適應性和互動性等方面的完美表現。從造型、功能、結構幾個方面入手，使兒童運動頭盔的設計更科學合理，重點在于確保頭盔安全組件符合人機工程學，能夠適應不同兒童頭部尺寸和形狀，并在現有功能基礎上考慮增加互動體驗和多場景化設計，同時迎合兒童審美需求，保證輕便透氣，使兒童在運動中獲得最佳的保護和舒適體驗，提高兒童與家長對產品的接受度，生產出更滿足兒童需求的高品質運動頭盔產品。

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