于曉坤，關(guān)娟娟，羅 洋

(1. 東華大學(xué)a.服裝與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院;b.現(xiàn)代服裝設(shè)計(jì)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200051；2.天津科技大學(xué) 藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，天津300457)

老年人幾乎95%的髖部骨折是由跌倒造成的[1]。相比昂貴的治療費(fèi)，髖部保護(hù)產(chǎn)品[2-3]可有效降低摔倒后髖部骨折的發(fā)生率，通過將具有震動(dòng)吸收功能的材料整合在特殊設(shè)計(jì)的服裝或紡織品中，以吸收來自跌倒或物體沖撞而突然引起的沖擊力震動(dòng)[4]。目前，商用髖部保護(hù)產(chǎn)品多為貼身穿著的緊身內(nèi)褲，兩側(cè)髖關(guān)節(jié)部位裝有可拆卸的防護(hù)墊，但其穿脫便利性和產(chǎn)品依從性較差，致使用戶不愿意穿著或者穿著時(shí)間短，使得該產(chǎn)品的應(yīng)用受到限制。少量商用髖部保護(hù)產(chǎn)品為外穿型[5]，需穿在外褲的外面，造型突兀，難以和日常穿著服裝搭配，美觀性較差。

女性屬于易發(fā)生髖部骨折的群體，但市面上專門針對(duì)女性老年人日常穿著的髖部保護(hù)產(chǎn)品很少。本文將調(diào)研所獲得的用戶穿著需求轉(zhuǎn)化為具體服裝設(shè)計(jì)制作解決方案，進(jìn)行女性老年人髖關(guān)節(jié)保護(hù)日常服裝的設(shè)計(jì)開發(fā)和跌倒保護(hù)測試，在滿足保護(hù)功能性需求的同時(shí)解決目標(biāo)群體在日常穿著過程中遇見的問題。

1 用戶需求分析

深入用戶日常生活場景，圍繞10項(xiàng)日?；顒?dòng)內(nèi)容進(jìn)行深度訪談，從用戶穿著過程中遇到的需求和問題入手，分析和確定抗沖擊髖關(guān)節(jié)保護(hù)褲裝的設(shè)計(jì)要素。通過線下走訪，采取一對(duì)一問答形式對(duì)目標(biāo)人群進(jìn)行15～20 min的訪談。訪談問題項(xiàng)結(jié)合Clothing Taskscape[6]的10項(xiàng)內(nèi)容，包括選擇、購物、穿脫、如廁、盥洗、吃飯、睡覺、鍛煉、護(hù)理以及存儲(chǔ)，共設(shè)置10項(xiàng)問題。通過深入穿著者的日常生活，并對(duì)服裝的功能設(shè)計(jì)提出要求，為本文探索服裝功能屬性提供了切實(shí)可行的思路。

采用靈動(dòng)性非隨機(jī)取樣法選取樣本，共26名60～89歲的女性，其中，8名來自東華大學(xué)，5名來自老年大學(xué)，13名來自江蘇省新星苑社區(qū)中心。

應(yīng)用扎根理論收集歸納和分析訪談資料。扎根理論可以從產(chǎn)品最終用戶的角度歸納總結(jié)要點(diǎn)，研究過程包括開放式編碼、主軸編碼和選擇式編碼3個(gè)階段。開放式編碼是指對(duì)收集到的資料進(jìn)行整理并提取包含需求的語句，最終得到原始語句130條。主軸編碼是指建立各原始語句的內(nèi)在聯(lián)系，最終形成38個(gè)初始概念。選擇性編碼是指根據(jù)不同初始概念之間的關(guān)系和邏輯次序進(jìn)行歸類，得到功能、美學(xué)、表現(xiàn)及自我實(shí)現(xiàn)4個(gè)主要的需求范疇[7]。根據(jù)這4種需求建立4級(jí)需求層次模型，如圖1所示。

圖1 需求層次模型Fig.1 Hierarchy model of requirements

2 服裝設(shè)計(jì)方案

從深度訪談的資料中了解到，77%訪問對(duì)象對(duì)市場上髖部保護(hù)產(chǎn)品的接受度較低，其中65%認(rèn)為有壓迫感，70%認(rèn)為外觀上保護(hù)墊太過突出，還有54%額外關(guān)注膝部保護(hù)產(chǎn)品。因此，本文以日常褲裝為切入點(diǎn)，同時(shí)應(yīng)用髖部及膝部保護(hù)墊，并兼顧保護(hù)褲裝的穿著舒適性和保護(hù)功能性?；谛枨髮哟文Ｐ偷那?級(jí)制定設(shè)計(jì)方案(見表1)，以提出具體的服裝設(shè)計(jì)方法。

表1 髖部保護(hù)褲裝的設(shè)計(jì)方案

(續(xù)表)

3 髖部保護(hù)襯墊設(shè)計(jì)

3.1 材質(zhì)及厚度選擇

選用常用的6種軟質(zhì)緩沖材料，即海綿、彈力棉、丁苯橡膠(styrene butadiene rubber，SBR)、乙烯丙烯二烯單體(ethylene propylene diene monomer，EPDM)、氯丁二烯橡膠(chloroprene rubber，CR)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(ethylene-vinyl acetate copolymer，EVA)，進(jìn)行材料抗沖擊性能測試。

試樣厚度為5、10、15、20和25 mm，尺寸為100 mm×100 mm，采用Instron Dynatup 2950型落錘沖擊試驗(yàn)儀進(jìn)行試驗(yàn)，其中落錘沖擊頭采用半球形沖擊頭，直徑為25 mm，落錘質(zhì)量m=7.293 kg。在其他條件不變的情況下，設(shè)定落錘高度為51 mm，初始速度為1 m/s[8-9]。根據(jù)能量守恒定律，得出落錘瞬時(shí)初始沖擊能量為最大沖擊動(dòng)能，即沒有任何緩沖時(shí)的初始沖擊能量為3.65 J。沖擊試驗(yàn)時(shí)試樣放置在氣動(dòng)夾持器上，脈沖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)共捕獲8192個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。每個(gè)試樣進(jìn)行5次試驗(yàn)，結(jié)果求取平均值。

圖2 不同材料試樣的能量吸收情況Fig.2 Energy absorption of different material samples

不同材料的不同厚度試樣吸收能量如圖2所示。由圖2可知，材料吸收的能量隨材料厚度的增加而增加，表明緩沖性能不斷增加，但是當(dāng)厚度超過20 mm后，緩沖性能趨于平緩，EVA的緩沖性能在材料厚度約為20 mm時(shí)達(dá)到最佳且趨于穩(wěn)定。此外，針對(duì)商用款部保護(hù)產(chǎn)品的調(diào)研結(jié)果表明，緩沖材料的厚度為15～22 mm的產(chǎn)品約占69%。綜合考慮之下，本文選擇厚度為20 mm的EVA作為保護(hù)襯墊的材料。

3.2 形態(tài)設(shè)計(jì)

形態(tài)設(shè)計(jì)考慮兩方面：一是覆蓋面積的尺寸大??；二是符合人體髖部曲面。文獻(xiàn)[9-10]研究表明，人體股骨大轉(zhuǎn)子區(qū)域是重點(diǎn)保護(hù)的位置。選擇腰圍為78 cm、臀圍為94 cm的女體模特，采用石膏復(fù)模法獲取人體股骨大轉(zhuǎn)子區(qū)域的曲面形狀，即結(jié)合髖關(guān)節(jié)的理論位置與實(shí)際位置確定保護(hù)區(qū)域，然后將薄膜貼服于人體髖關(guān)節(jié)所在區(qū)域，用石膏輕輕涂覆在薄膜表面上，待石膏變干剝離后得到人體體表形狀的硬質(zhì)復(fù)制品。這種方法有助于把握人體的形態(tài)以及測量人體體表尺寸和形狀變化[11]。石膏復(fù)模過程見圖3。

(a) 確定位置

(b) 涂抹石膏

(c) 石膏模型

通過分析石膏模型尺寸獲得特征數(shù)據(jù)，然后模擬石膏模型形態(tài)，用EVA材料設(shè)計(jì)制作護(hù)墊。其中，護(hù)墊的長度取17 cm，寬度取15 cm，厚度取2 cm，則其凹立面的深度為2.3 cm，如圖4所示。

(a) 俯視圖

(b) 主視圖

4 服裝設(shè)計(jì)與制作

4.1 功能設(shè)計(jì)

(1)保護(hù)功能性設(shè)計(jì)：髖部為主要保護(hù)部位，膝部為次級(jí)保護(hù)位置。通過試穿試驗(yàn)確定髖部大轉(zhuǎn)子區(qū)域的服裝結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，確定緩沖材料放置位置。將髖關(guān)節(jié)保護(hù)墊放入外置的口袋中，周圍用魔術(shù)粘貼定位以減小保護(hù)墊滑移程度，且髖部周圍尺寸設(shè)計(jì)需較為合體，避免移動(dòng)范圍太大而影響保護(hù)效果。膝蓋部位使用防滑的可調(diào)節(jié)松緊帶，老年人在活動(dòng)的時(shí)候可根據(jù)自身情況自由調(diào)節(jié)膝部圍度。

(2)隱蔽性和活動(dòng)舒適性設(shè)計(jì)：髖部設(shè)計(jì)立體口袋，膝部設(shè)計(jì)貼袋，保護(hù)墊置入后，對(duì)人體沒有壓迫感。人體下半段軀干處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，髖部的動(dòng)靜態(tài)形態(tài)幾乎不發(fā)生變化，膝部主要為縱向形態(tài)變化，而老年人的膝部更為突出。因此為滿足活動(dòng)舒適性要求，在膝部采取立體彎曲設(shè)計(jì)，以增加膝部的縱向松量。

(3)穿脫方便性設(shè)計(jì)：由于老年人身體機(jī)能減弱，四肢關(guān)節(jié)活動(dòng)能力減弱，對(duì)穿脫方便性有一定要求，因此褲裝腰部設(shè)有松緊帶。為使讓使用者輕松拆卸保護(hù)袋，保護(hù)墊外部采用有拉手袢的拉鏈設(shè)計(jì)。

4.2 款式設(shè)計(jì)

在分析深度訪談資料中發(fā)現(xiàn)，目標(biāo)人群喜歡穿著寬松舒適的休閑居家褲，而且跌倒易發(fā)生的生活場景主要分為外出和家中活動(dòng)過程中，比如外出購物、在家做家務(wù)，但在鍛煉期間反而不易發(fā)生摔倒，這可能與鍛煉期間身體素質(zhì)和心理警惕有關(guān)系。綜合考慮需求進(jìn)行功能褲裝款式設(shè)計(jì)，如圖5所示。細(xì)節(jié)說明如下：(1)整體較寬松，腰部松緊帶設(shè)計(jì)，4片分割為滿足髖部保護(hù)襯墊置入和膝部彎曲前后褲片的長度差異處理；(2)為隱藏髖部襯墊突出外觀，在髖部設(shè)計(jì)有褶裥的羅馬裝飾立體袋；(3)為彌補(bǔ)膝關(guān)節(jié)部位加入保護(hù)襯墊外觀突出以及老年人走路時(shí)腿部本身的彎曲，褲子設(shè)計(jì)為前長后短，即加長前褲片以掩蓋膝關(guān)節(jié)部位突出的部分，最終制成立體彎曲的褲裝。

圖5 功能褲裝款式圖Fig.5 Sketch of developed functional pants

4.3 尺寸規(guī)格與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)合老年女性體型變化特征，本設(shè)計(jì)采用160/80A尺碼進(jìn)行規(guī)格設(shè)計(jì)，結(jié)合筆者課題組前期針對(duì)中老年女性體型的相關(guān)測量分析成果[12]進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì)，經(jīng)3次試樣修正，得到髖關(guān)節(jié)保護(hù)褲裝的相關(guān)成品規(guī)格尺寸，如表2示。

表2 尺寸規(guī)格表

本文設(shè)計(jì)的功能褲裝結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。為最大限度提高褲裝的運(yùn)動(dòng)舒適度，采用側(cè)縫拼接的方法進(jìn)行褲身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[13]。通過加大襠部寬度、增加內(nèi)襠縫傾斜角設(shè)計(jì)量來提高穿著舒適度。根據(jù)3.2節(jié)確定的髖部大轉(zhuǎn)子區(qū)域位置，通過試穿試驗(yàn)確定此區(qū)域位置的服裝結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，從而確定緩沖材料放置位置，并結(jié)合側(cè)部暗袋的設(shè)計(jì)在暗袋兩側(cè)設(shè)計(jì)貫穿褲身的分割線?？紤]膝部前側(cè)放置的防護(hù)墊以及膝部活動(dòng)彎曲量，在前褲片中檔位置通過縱向分割拉展2 cm，以增加膝部活動(dòng)松量。

圖6 服裝結(jié)構(gòu)圖Fig.6 Pattern of garment

4.4 成衣制作

試穿時(shí)，觀察服裝整體外觀以及尺寸合體性，護(hù)具與服裝配置是否統(tǒng)一，以及護(hù)具是否覆蓋保護(hù)區(qū)域。經(jīng)3次試穿，修正腰部尺寸、側(cè)縫位置、髖部立體口袋大小和膝部保護(hù)襯墊的放置位置，根據(jù)修正后的紙樣圖，用黑色毛滌針織面料進(jìn)行成衣制作，成品試穿效果如圖7所示。由圖7可以看出，髖部與膝蓋部位的保護(hù)襯墊覆蓋住了髖關(guān)節(jié)和膝蓋骨，可滿足遮蔽性要求。

(a) 紙樣圖

(b) 試穿效果

5 跌倒保護(hù)測試

5.1 試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)與原理

本試驗(yàn)通過側(cè)向摔倒試驗(yàn)，驗(yàn)證此款髖關(guān)節(jié)保護(hù)服裝的抗沖擊力學(xué)性能效果。利用壓電薄膜傳感器、電荷放大器、低噪聲線性穩(wěn)壓電源和示波器搭建測量裝置，如圖8所示。PVDF(polyvinylidene fluoride)壓電薄膜傳感器是一種可將機(jī)械能轉(zhuǎn)換電能的動(dòng)態(tài)應(yīng)變傳感器，其具有輕薄、柔軟以及對(duì)力的變化敏感等特點(diǎn)，因此可將其直接固定在人體皮膚上，以測試摔倒?fàn)顟B(tài)下髖部的受力情況。電荷放大器能夠?qū)弘姳∧鞲衅鬏敵龅奈⑷蹼姾尚盘?hào)轉(zhuǎn)化為放大的電壓信號(hào)。電荷放大模塊在使用過程中需供電，同時(shí)選用低噪聲線性穩(wěn)壓電源進(jìn)行降噪，電荷放大器的輸出偏置電壓為1.25 V。電路的輸出設(shè)備為InfiniiVision MSOX4104A型示波器。

(a) 電路連接原理

(b) 電路連接

5.2 模擬摔倒試驗(yàn)

鑒于老年人的身體情況不適合做模擬摔倒試驗(yàn)，選擇體型相似的5名青年進(jìn)行試驗(yàn)，其年齡為(25±2)歲、體質(zhì)量為(60±5)kg、身高為(163±5)cm、腰圍為(78±4)cm、臀圍為(96±4)cm。試驗(yàn)過程中，受試者均采用側(cè)向姿勢跌倒進(jìn)行預(yù)跌倒試驗(yàn)(見圖9(a))。具體方法：用膠布將壓電薄膜傳感器固定于人體大轉(zhuǎn)子部位(見圖9(b))，以測量大轉(zhuǎn)子受到的沖擊力；然后進(jìn)行預(yù)試驗(yàn)，試驗(yàn)中觀察測試數(shù)據(jù)是否穩(wěn)定，受試者是否有不適感或皮膚表面是否有淤青擦傷，若無任何異常進(jìn)行下一步正式試驗(yàn)；受試者分別在無護(hù)具、本研究開發(fā)的褲裝和SHK-6010(一款防護(hù)性能較好的商用髖部產(chǎn)品)著裝狀態(tài)下進(jìn)行跌倒試驗(yàn)，每個(gè)著裝狀態(tài)下進(jìn)行5次平行試驗(yàn)，去除最高值和最低值，中間做適當(dāng)調(diào)整和休息。記錄數(shù)據(jù)并求取平均值。

(a) 跌倒姿勢圖

(b) 髖部測量位置示意圖

5.3 結(jié)果與分析

試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)為電壓值，根據(jù)式(1)計(jì)算得到電壓值對(duì)應(yīng)的壓電薄膜傳感器受到的沖擊力值。

F=(U-Up)×K/Ks

(1)

式中：F為髖部壓電薄膜傳感器受到的沖擊力，N；U為傳感器輸出電壓，V；Up為電荷放大器偏置電壓，為1.25 V；K為電荷放大器的電荷/電壓轉(zhuǎn)換倍數(shù)，10 000 pC/V；Ks為壓電薄膜的電荷/力轉(zhuǎn)換倍數(shù)，為33 pC/N。

壓力薄膜傳感器的面積S1為3.7 cm2，人體髖關(guān)節(jié)大轉(zhuǎn)子面積S2為8.0 cm2，通過式(2)計(jì)算大轉(zhuǎn)子所受到的沖擊力。

F1=F×S2/S1

(2)

式中：F1為髖部大轉(zhuǎn)子受到的沖擊力N。

通過計(jì)算得到不同受試者在不同保護(hù)狀態(tài)下髖部受到的沖擊力峰值均值及保護(hù)效果。相比無護(hù)具時(shí)所受到的沖擊力為1 724.49 N，穿著SHK-6010內(nèi)褲時(shí)沖擊力為1 383.78 N，保護(hù)效果為19.76%；穿著筆者課題褲裝的沖擊力為1 208.45 N，保護(hù)效果為29.92%。相比SHK-6010內(nèi)褲，本文設(shè)計(jì)的保護(hù)褲裝的抗沖擊效果提高了12.67%。

在其他影響因素固定情況下，對(duì)不同保護(hù)狀態(tài)與沖擊力的影響進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。KMO(Kaiser-Meyer-Olkin)和Bartlett檢驗(yàn)結(jié)果如表3所示。其中KMO檢驗(yàn)用于比較變量間的相關(guān)系數(shù)，KMO=0.724>0.7，表明保護(hù)狀態(tài)與峰沖擊力間存在較強(qiáng)相關(guān)性。采用兩配對(duì)t樣本檢驗(yàn)法對(duì)不同狀態(tài)下峰沖擊力進(jìn)行兩兩比較，結(jié)果如表4所示。由表4可知，P值(Sig.)均小于0.05，表明無襯墊和保護(hù)組、SHK-6010組和保護(hù)褲裝組均存在顯著性差異，因此可認(rèn)為本文所設(shè)計(jì)的褲裝具有顯著保護(hù)效果。

表3 KMO和Bartlett檢驗(yàn)結(jié)果

表4 配對(duì)樣本相關(guān)系數(shù)

6 結(jié) 語

為解決髖關(guān)節(jié)保護(hù)服裝的外觀凸出、緊身壓迫等造成的不舒適穿著體驗(yàn)，本文以老年女性用戶需求為中心，通過深度訪談探索用戶在不同日常生活場景中的需求與問題，應(yīng)用扎根理論建立用戶在功能、美學(xué)、表現(xiàn)和自我實(shí)現(xiàn)的需求。結(jié)合服裝設(shè)計(jì)制作，將用戶需求轉(zhuǎn)化為髖部保護(hù)和褲裝設(shè)計(jì)制作的具體解決方案。通過市場調(diào)研和試驗(yàn)驗(yàn)證選擇厚度為20 mm的EVA作為保護(hù)襯墊材料，通過石膏復(fù)模法獲得髖部保護(hù)襯墊的形態(tài)和數(shù)據(jù)特征(高17 cm，寬15 cm，凹立面的深度約為2.3 cm)，解決了護(hù)墊的保護(hù)功能性問題。充分考慮服裝的保護(hù)功能性、隱蔽性、穿著舒適性以及穿脫方便性，在褲裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中進(jìn)行分割拼合、剪開拉展，完成一款膝部彎曲且髖部立體口袋內(nèi)設(shè)有EVA緩沖襯墊，適合老年女性日常穿著的保護(hù)褲裝。跌倒保護(hù)試驗(yàn)結(jié)果表明，相比商用SHK-6010產(chǎn)品，本文所設(shè)計(jì)的抗沖擊褲裝的抗沖擊效果提高了12.67%。