南通大學(xué)紡織服裝學(xué)院，江蘇 南通 226000

講究城市作戰(zhàn)的21世紀(jì)，新式殺傷性武器不斷涌現(xiàn)，且殺傷力和破壞力越來(lái)越大。高速、大面積且密集的爆破小碎片對(duì)人體致命部位的侵徹、瞬時(shí)空腔、壓力波作用及爆炸效應(yīng)，是導(dǎo)致士兵傷亡的首要原因[1]，它們也使得士兵下體受傷和腿部高位截肢的比例更高[2]。目前，士兵作戰(zhàn)內(nèi)褲缺乏針對(duì)性，不僅面料單一，而且形式結(jié)構(gòu)無(wú)功能性，缺乏有效防護(hù)，嚴(yán)重影響著士兵安全。

本文從人體的內(nèi)臟器官、骨骼和血管的分布出發(fā)，結(jié)合男性體器官的安全性和內(nèi)褲的舒適性，對(duì)防爆內(nèi)褲進(jìn)行功能分區(qū)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)與面料，以期提高防爆內(nèi)褲的防護(hù)性能與穿著舒適性。

1 士兵腰腹部生理與體型特征

1.1 腰腹部生理與體型特征的測(cè)量

1.1.1 腰腹部生理特征

士兵腰腹部生理特征：腰節(jié)線在第2腰椎處；左右髂嵴點(diǎn)的水平線經(jīng)過(guò)第4腰椎；腹主動(dòng)脈在第4腰椎處結(jié)束，并分出左、右兩支髂總動(dòng)脈；髂總動(dòng)脈在骶髂關(guān)節(jié)的前方結(jié)束，并分出髂外動(dòng)脈和髂內(nèi)動(dòng)脈；髂外動(dòng)脈在腹股溝韌帶中點(diǎn)結(jié)束。人體腰椎間盤的厚度為0.80～1.00 cm，腰椎體的厚度為3.00～4.00 cm[3]。

如圖1所示，解剖學(xué)將人體腹部分為三部九區(qū)。兩側(cè)肋弓下緣連線、兩側(cè)髂前上棘連線將腹部分為三部(上腹部、中腹部、下腹部)。再通過(guò)兩側(cè)腹股溝韌帶中點(diǎn)向上作2條垂直線。4條線相交將腹部分為九區(qū)，分別為左右季肋區(qū)、腹上區(qū)、左右腹外側(cè)區(qū)、臍區(qū)、左右腹股溝區(qū)、恥區(qū)[4]89-90。防爆內(nèi)褲主要涉及腰節(jié)線及以下部位，因此本文的研究重點(diǎn)為中腹部和下腹部。

圖1 腰腹部的標(biāo)志線和分區(qū)

基于內(nèi)臟器官及血管在腹部各區(qū)的分布，將中腹部和下腹部按照重要程度由高至低排序：臍區(qū)、恥區(qū)、左右腹外側(cè)區(qū)、左右腹股溝區(qū)[4]89-90。其中，臍區(qū)與恥區(qū)是防爆內(nèi)褲的關(guān)鍵防護(hù)區(qū)域。

1.1.2 腰腹部體型特征的測(cè)量及數(shù)據(jù)分析

本試驗(yàn)將醫(yī)學(xué)影像與人體測(cè)量相結(jié)合。測(cè)量對(duì)象為年齡22～26歲、身高170.00～176.00 cm、體質(zhì)量60～70 kg的30名成年男性。醫(yī)學(xué)影像采用東軟NeuViz 16 Pro多層螺旋CT數(shù)字成像，手工測(cè)量采用軟尺、馬丁測(cè)量?jī)x等工具，共測(cè)量了腰圍、臀圍、腰高、會(huì)陰點(diǎn)高、髂嵴間寬等15項(xiàng)腰腹部體型特征指標(biāo)。

利用SPSS軟件對(duì)上述測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)、Pearson相關(guān)分析，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行主成分分析，得到初始特征值中前4個(gè)因子特征值大于1，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)83.2%。因此，可認(rèn)為這4個(gè)因子能夠涵蓋原始數(shù)據(jù)中的大部分信息。對(duì)這4個(gè)因子進(jìn)一步分析，得到旋轉(zhuǎn)后的因子負(fù)荷矩陣，通過(guò)各因子與變量間的相關(guān)程度及累計(jì)貢獻(xiàn)率，提取出8個(gè)代表性體型特征指標(biāo)。其中，腰圍、臀圍、大腿根圍、腰高、會(huì)陰點(diǎn)高及直襠長(zhǎng)是設(shè)計(jì)內(nèi)褲結(jié)構(gòu)的主要指標(biāo)，胯寬是表現(xiàn)人體體態(tài)的指標(biāo)，髂嵴間寬是決定人體防護(hù)區(qū)域大小的指標(biāo)，它們對(duì)防爆內(nèi)褲的結(jié)構(gòu)優(yōu)化有著至關(guān)重要的作用。表1為8個(gè)代表性體型特征指標(biāo)的描述性統(tǒng)計(jì)量。

表1 代表性體型特征指標(biāo)的描述性統(tǒng)計(jì)量

1.2 生理定位點(diǎn)的確定

骨盆位于軀干與自由下肢骨之間，主要起傳導(dǎo)重力和支持、保護(hù)盆腔臟器的作用。因此，為更好地保護(hù)腹部、盆部?jī)?nèi)臟器官與血管，將左右髂嵴點(diǎn)設(shè)為關(guān)鍵生理定位點(diǎn)。如圖2所示，ICR為右髂嵴點(diǎn)，ICL為左髂嵴點(diǎn)。

圖2 生理定位點(diǎn)

因臍區(qū)與恥區(qū)是防爆內(nèi)褲的關(guān)鍵防護(hù)區(qū)域，故將腹部2條垂直線所經(jīng)過(guò)的腹股溝韌帶中點(diǎn)作為關(guān)鍵生理定位點(diǎn)。如圖2所示，髂外動(dòng)脈末端在腹股溝韌帶中點(diǎn)處，即EIAR為右髂外動(dòng)脈末端，EIAL為左髂外動(dòng)脈末端。

2 結(jié)構(gòu)模型的建立

2.1 結(jié)構(gòu)模型

基于士兵腰腹部生理與體型特征，提出了防爆內(nèi)褲的結(jié)構(gòu)模型，如圖3所示。

圖3 骨盆梯形及髂動(dòng)脈三角形模型

依次連接點(diǎn)ICR、ICL、EIAR、EIAL，形成梯形ACDB。由于ICR與ICL、EIAR與EIAL分別關(guān)于腹中線對(duì)稱，因此該梯形可看成等腰梯形，命名為骨盆梯形。

將人體血管近似看作直線，連接點(diǎn)EIAR、EIAL，則這條直線與兩側(cè)髂總動(dòng)脈、髂外動(dòng)脈可形成圖3中的髂動(dòng)脈三角形ECD。其中，ED、EC分別為左右髂總動(dòng)脈與髂外動(dòng)脈的長(zhǎng)度和。

從人體醫(yī)學(xué)影像可知，骨盆梯形與髂動(dòng)脈三角形發(fā)生了重疊，髂動(dòng)脈三角形的頂點(diǎn)E落在骨盆梯形的底邊AB上。

2.2 模型的計(jì)算

在骨盆梯形中，根據(jù)人體測(cè)量數(shù)據(jù)，髂嵴間寬即骨盆梯形的底邊AB的生理參數(shù)變化范圍為24.00～36.00 cm，均值為30.43 cm。

在髂動(dòng)脈三角形ECD中，根據(jù)余弦定理：

(1)

式中：θ為左、右髂總動(dòng)脈的夾角。

從活體形態(tài)學(xué)可知：EC=EM+MC，ED=EN+ND，同時(shí)EM=5.00 cm，MC=11.30 cm，EN=4.00 cm，ND=10.50 cm，θ=60°～65°[5]。將這些數(shù)值代入式(1)可得CD=15.48～16.62 cm。

3 功能區(qū)域的劃分與優(yōu)化

3.1 功能區(qū)域的劃分

3.1.1 定位線

眾所周知，男性生殖器是男性生殖和繁衍后代的器官。失去生殖器的男性士兵大都存在嚴(yán)重的心理問(wèn)題，更有甚者會(huì)喪失生活的勇氣[6]。恥區(qū)分布有動(dòng)脈血管。此外，人體大腿內(nèi)側(cè)也分布有極其重要的股動(dòng)脈。若股動(dòng)脈被切斷，則人體全身血液將在大約3 min內(nèi)全部流完[7]。因此，生殖器、股動(dòng)脈與腹部都需要很好的防護(hù)。

圖4 內(nèi)褲定位線與功能區(qū)域

如圖4所示，為保護(hù)臍區(qū)、恥區(qū)及生殖器，從襠底分別過(guò)定位點(diǎn)EIAR、EIAL向腰部作順滑弧線，形成2條定位線。同時(shí)，為保護(hù)左右腹外側(cè)區(qū)、左右腹股溝區(qū)及股動(dòng)脈，從褲口內(nèi)側(cè)縫分別過(guò)定位點(diǎn)ICR、ICL向腰部作弧線，形成2條定位線；內(nèi)褲的背面，以相同的方式作2條定位線。

3.1.2 功能區(qū)域劃分

圖4中，正面4條定位線將內(nèi)褲正面分割成5個(gè)部分；背面2條定位線及后中縫將內(nèi)褲背面分割成4個(gè)部分?；诟共俊⑸称?、股動(dòng)脈的重要程度，以及防爆內(nèi)褲的防護(hù)功能，本文將這9個(gè)部分劃分為3個(gè)等級(jí)：臍區(qū)、恥區(qū)與生殖器是防爆內(nèi)褲的第1防護(hù)區(qū)域，為特級(jí)防護(hù)區(qū)(Z1區(qū))；腹外側(cè)區(qū)、腹股溝區(qū)及大腿內(nèi)側(cè)股動(dòng)脈是第2防護(hù)區(qū)域，為加強(qiáng)防護(hù)區(qū)(Z2區(qū))；剩余區(qū)域以大塊的肌肉為主，如腹外斜肌、臀中肌、股四頭肌等，為一般防護(hù)區(qū)(Z3區(qū))。

3.2 功能區(qū)域的優(yōu)化

3.2.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

基于褲片結(jié)構(gòu)：

(1)Z1區(qū)結(jié)構(gòu)優(yōu)化主要為髂動(dòng)脈三角形中CD值的確定。已知CD=15.48～16.62 cm，考慮到此處需完全包覆住人體重要器官及血管，縫跡線分別左右外放0.50 cm。因此，CD的閾值范圍為16.48～17.62 cm。

(2)Z2區(qū)結(jié)構(gòu)優(yōu)化主要為骨盆梯形中底邊AB的優(yōu)化。已知AB為30.43 cm。服裝壓力是人體與服裝共同作用的結(jié)果，過(guò)度的服裝壓力會(huì)增加人體負(fù)荷，甚至引起骨骼變形[8]。因此，綜合考慮人體與服裝間的摩擦及服裝扭曲變形對(duì)服裝壓力分布的影響[9]，對(duì)人體骨骼點(diǎn)進(jìn)行避讓，縫跡線左右各外放0.50 cm。另根據(jù)解剖學(xué)，人體腰節(jié)線在第2腰椎處，ICR、ICL點(diǎn)的水平連線經(jīng)過(guò)第4腰椎處，腰椎間盤的厚度為0.80～1.00 cm，腰椎體的厚度為3.00～4.00 cm，因此腰節(jié)線應(yīng)在ICR、ICL點(diǎn)上方7.60～10.00 cm處。

3.2.2 面料優(yōu)化配置

為加強(qiáng)對(duì)人體不同區(qū)域的防護(hù)，共研制了2種織物：一種是100%的桑蠶絲平針織物，面密度44.0 g/m2，厚度0.23 mm；另一種是桑蠶絲/芳綸(50/50)雙層針織物[10]，面密度45.5 g/m2，厚度0.38 mm，如圖5所示，表層為芳綸(抗沖擊層)，里層為桑蠶絲(舒適層)，外層和里層通過(guò)芳綸紗連接(緩沖層)，這種組合兼顧了芳綸的防護(hù)功能和桑蠶絲的服用功能，同時(shí)緩沖層中的芳綸紗可增加利器與織物間的摩擦，有效提高織物的防護(hù)性能[11]。

圖5 桑蠶絲/芳綸(50/50)雙層針織物

如表2所示，為加強(qiáng)防爆內(nèi)褲的防護(hù)性，對(duì)不同功能區(qū)域進(jìn)行了面料配置。

表2 不同功能區(qū)域的面料配置

4 結(jié)論

1) 運(yùn)用解剖學(xué)分析人體生理特征參數(shù)，為制定防爆內(nèi)褲的定位點(diǎn)、定位線提供了依據(jù)。

2) 運(yùn)用醫(yī)學(xué)影像與人體測(cè)量相結(jié)合的手段，進(jìn)一步探索代表性人體生理與體型特征參數(shù)，為防爆內(nèi)褲的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3) 根據(jù)定位點(diǎn)、定位線及人體腹部三部九區(qū)的分布，制定了不同等級(jí)的防護(hù)區(qū)域——特級(jí)保護(hù)區(qū)、加強(qiáng)保護(hù)區(qū)、一般保護(hù)區(qū)。

4) 根據(jù)建立的骨盆梯形與髂動(dòng)脈三角形，并結(jié)合服裝工藝，優(yōu)化了防爆內(nèi)褲的結(jié)構(gòu)與面料。