張同會，冀艷波

(西安工程大學，陜西 西安 710048)

緊身騎行服功能性設計研究進展

張同會，冀艷波

(西安工程大學，陜西 西安 710048)

介紹了騎行服市場現(xiàn)狀，從騎行姿勢和人體運動特征兩個方面分析了騎行運動特征，總結(jié)了基于人體皮膚變形和動態(tài)壓力舒適性優(yōu)化騎行服功能性設計的研究現(xiàn)狀，展望了騎行服功能性設計的研究方向。同時提出應從人體延伸量、動態(tài)服裝壓力和面料力學性能的有機結(jié)合、運動生物力學及計算機自動生成紙樣等方面進行研究。

騎行服；結(jié)構(gòu)設計；皮膚形變；壓力；生物力學

功能性服裝是指在滿足基本穿著需求的前提下，還具有滿足特定場合下的特定功能服裝的總稱。隨著人們對綠色出行與健康生活意識的提高，越來越多的人注重運動與健康，紛紛加入自行車運動行列，騎行服作為騎行運動的重要裝備之一，對身體具有防護作用。研究表明，緊身運動服裝對處于運動狀態(tài)的人體具有積極的作用，比如減少血乳酸集聚，緩解肌肉酸痛，減小在速跑或跳躍過程中的阻力[1-4]，但往往在騎行過程中，會出現(xiàn)類似臀部痛、膝蓋痛以及肌肉酸痛等運動性損傷。緊身騎行服是最貼近人體皮膚的騎行裝備，對減少慢性運動損傷的作用不容忽視。因此，研究與開發(fā)最適合騎行運動的功能性服裝是很有必要的，在減少騎行過程中產(chǎn)生的生理疲勞和運動損傷的同時，滿足其運動功能性。

1 騎行服市場現(xiàn)狀

中國因自行車數(shù)量龐大而被世界公認為自行車王國，但自行車產(chǎn)業(yè)在中國剛剛起步，并不完善。尤其是近年來，隨著國內(nèi)自行車比賽的設立以及人們綠色出行觀念的提高，越來越多的人加入自行車運動中，騎行服作為運動功能型服裝，需求量逐年上升，但國內(nèi)市場上的騎行服往往滿足不了消費者的生理防護及運動自由度需求。調(diào)研國內(nèi)捷酷、捷安特、思帕客(SPAKCT)等品牌發(fā)現(xiàn)，目前國內(nèi)騎行服市場主要有以下特點。

1.1 款式結(jié)構(gòu)單一

國內(nèi)騎行服的基本款式是立領中款貼身合體，前門襟拉鏈開口，插肩袖設計，在此基礎上進行分割，再利用不同性能、不同顏色、不同印花的面料進行搭配組合。因此，國內(nèi)騎行服款式過于單一，缺乏時尚新穎感，美觀設計亟待提高。造成該問題的原因主要有兩點：一方面，國內(nèi)關于騎行服結(jié)構(gòu)設計的研究尚未深入，其款式結(jié)構(gòu)大多按照人體直立狀態(tài)下的尺寸進行設計，缺乏對人體動態(tài)尺寸的測量；另一方面，市場上缺乏根據(jù)消費者需求和體型進行設計開發(fā)的騎行服，且一部分款式直接模仿國外騎行服款式，而國外騎行服根據(jù)國外體型設計，并非適合中國人體型，因此國內(nèi)消費者很難買到既穿著舒適又滿足運動自由度的產(chǎn)品。

1.2 功能性結(jié)構(gòu)設計不合理

作為騎行運動專用裝備，應在滿足人體運動功能的基礎上，即以人體為中心，從適合人體內(nèi)在和外在各種需要為出發(fā)點進行結(jié)構(gòu)設計。對于騎行者來說，最好的騎行服要盡可能減少空氣阻力，且又不能有壓迫感。一份調(diào)研結(jié)果顯示，騎行褲墊檔部位存在摩擦不透氣的問題；在合體性方面，袖口、胸腰部、褲口存在一定的問題；手腕部位、臀部、小腿部易產(chǎn)生疲勞感[5]，出現(xiàn)這類問題主要是版型不合理造成的。目前，騎行服在熱濕舒適性方面已經(jīng)有極大提高，但騎行服分割線的設計主要來自于外觀性考慮，缺乏壓力分布規(guī)律、運動特征等理論指導。

2 騎行服運動特征分析

2.1 騎行姿勢分析

自行車運動是人體和自行車相結(jié)合且具有周期性特點的一種運動項目。對于騎行姿勢沒有嚴格的標準，而是根據(jù)自身情況在實際騎行過程中不斷進行調(diào)整，找到適合自己的姿勢。一般的姿勢如圖1所示，是頭部稍前傾，收腹，挺骨盆，便于腰部弓屈，增加上半身的彎曲度，減少風阻，雙臂自然屈曲，雙手穩(wěn)而輕地握把，這樣可以使人體肌肉、骨骼放松，達到“人車合一”的狀態(tài)。

圖1 騎行姿勢

2.2 人體特征分析

自行車運動是單一動作循環(huán)的過程，它是借助運動員腳蹬帶動曲柄轉(zhuǎn)動，以此推進自行車運動的一種方式[6]。但是在騎行過程中，上下肢分工不同，上肢與軀干的作用是靜止性支撐及控制騎行方向，騎行運動中下肢的活動量較大，主要提供前行的動力。騎行運動不僅借助關節(jié)如腕掌關節(jié)、髖關節(jié)、膝關節(jié)、踝關節(jié)等，還需肌肉群的作用。

張建等[7]在研究中指出，運動員在踏蹬時下肢是連動骨杠桿，不能單獨割裂只看髖關節(jié)速度或膝關節(jié)速度，應注重大腿肌群力量的訓練，尤其是股四頭肌的強化訓練，提高其專項擺動能力，以獲得較高的角速度及髖、膝、踝關節(jié)的速度。Joseph Hamill等[8]在其關于肌肉壓力與作用的研究中提出肌肉對于加速具有促進作用。因此，大多數(shù)緊身類運動服裝會施加壓力于肌肉，提高運動效率。

除了關節(jié)、肌肉以外，還需要考慮人體體表皮膚的變形。人體的骨骼由具有不同活動范圍和方向的關節(jié)連接而成，關節(jié)活動帶動肌肉的收縮與膨脹，導致體表皮膚的變形。研究表明：在騎行運動過程中，臀部區(qū)域的皮膚整體呈拉伸變形，臀褶區(qū)域拉伸率達到58%；靠近腹股溝與腹股溝方向一致的斜向區(qū)域皮膚收縮逐漸增大，收縮率達到50%；大腿前部皮膚形變比大腿后部小[9]。皮膚的拉伸量是緊身類服裝松量設置的主要依據(jù)，是騎行服提供自由運動度的關鍵所在。

3 騎行服功能性設計的方法

近年來，國內(nèi)關于騎行服功能性設計的研究主要集中在人體皮膚變形量和動態(tài)壓力舒適性兩個方面。

3.1 人體皮膚變形

動態(tài)動作下皮膚變形量的大小是服裝寬裕量設計的理論依據(jù)，對于功能性緊身類服裝的開發(fā)尤為重要。2014年，羅蘭[10]通過對人體騎行運動動作進行捕捉，挑選出具有代表性的5個騎行動作，對其進行腿部皮膚拓樣，結(jié)果表明腿部各部位皮膚拉伸變化量最大且復雜，變形量范圍是(-50%～58%)，其中襠部和腰圍線附近的皮膚變形最為明顯。2016年，黃莉等[11]使用三維運動捕捉系統(tǒng)，捕捉騎行動作，獲取人體騎行狀態(tài)下的人體尺寸數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)腿部各個部位的拉伸變化量是不同的，主要集中在大腿外側(cè)和膝蓋周圍，運動過程中，小腿內(nèi)側(cè)縱向拉伸變化最為明顯，無論哪個騎行狀態(tài)，膝蓋部位始終是一個變化率比較大的區(qū)域。這些研究是針對一個騎行周期進行分析的，但是騎行過程也會遇到上坡下坡的情況，為了明確不同路況下的皮膚變形量，王永榮等[12]針對上坡、下坡、平地3種路況下的騎行姿勢進行進行分析，測試結(jié)果表明長度方向(前身長、后背長、下肢長)和圍度方向(胸圍、腰圍、臀圍、大腿圍等)皮膚的變化率各不相同。通過研究騎行狀態(tài)下腿部皮膚拉伸變化，可以結(jié)合面料的彈性回復率等參數(shù)，選擇最佳的騎行褲面料，同時根據(jù)腿部皮膚拉伸變化規(guī)律，對騎行服分割線位置及形狀，提供科學的設計依據(jù)。

3.2 動態(tài)壓力

騎行服并不僅僅涉及到熱濕舒適性，還應該考慮動態(tài)壓力舒適性，合適的壓力有助于提高運動員成績，同時滿足其生理性和運動性防護要求，因此研究騎行服的壓力大小及分布可以為騎行服結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計提供理論指導，但目前國內(nèi)尚未出現(xiàn)系統(tǒng)的基于壓力舒適性的騎行服設計，包括關于服裝壓力舒適性的研究也是近十幾年才開始。

國內(nèi)從21世紀以來，一直都在研究服裝靜態(tài)壓力，且側(cè)重于服裝壓力舒適性和面料的關系，從2009年開始研究服裝動態(tài)壓力舒適性，但是僅僅局限于測量方法以及模擬方法的研究，其中包括服裝壓力預測的理論計算模型、有限元模擬和軟體假人在服裝壓力舒適性研究中的應用等，并沒有直接將動態(tài)壓力舒適性研究用于優(yōu)化設計中。趙錦[13]從服裝功能性角度分析研究了如何將騎行服的設計理論分析運用到生產(chǎn)實踐中去，通過對騎行動作、著裝者受力情況等方面的分析，從騎行服的面料、結(jié)構(gòu)、工藝三個方面來研究騎行服的功能性設計要求。但該結(jié)論只是提供騎行服理論設計指導，并未通過實例進行驗證其準確性。

近年來，隨著動態(tài)壓力及壓力分布預測研究的不斷深入，相關研究人員開始嘗試運用壓力分布規(guī)律等理論來指導優(yōu)化緊身類服裝結(jié)構(gòu)設計。楊娟等[14]通過對騎行部位進行分析，找出主要受力部位，并對其進行測量分析，得出下肢關鍵部位的變化量，結(jié)合褲裝結(jié)構(gòu)設計原理，對自行車騎行褲進行優(yōu)化設計。

賈瑤[15]使用Labview客觀壓力測試系統(tǒng)進行實驗，針對特定體型人群的騎行褲進行壓力舒適性研究，基于壓力舒適性主客觀評價對現(xiàn)有騎行褲進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。將壓力大小考慮到騎行褲的結(jié)構(gòu)設計中，為后期的騎行服設計提供了很好的設計思路，但研究者僅僅選擇一款騎行褲作為研究對象，不具有代表性，且并未深入探討騎行周期服裝壓力規(guī)律。

劉娜[16]也在其研究中指出，面對國內(nèi)日益上升的騎行服裝備的市場需求，國內(nèi)品牌應在面料開發(fā)、款式版型的研發(fā)等方面利用先進的掃描技術(shù)，結(jié)合人體工程學開發(fā)出符合中國市場需求的產(chǎn)品。

2016年，東華大學駱順華等[17]為了研究周期騎行運動過程中下肢動態(tài)壓力變化規(guī)律，使用日本AMI-3037壓力測試儀，將一個騎行周期分解成12個離散動作。實驗結(jié)果表明：右踏板處于0～30°位置時，8個測量點動態(tài)壓力最大；其中大腿前中、大腿后中股內(nèi)側(cè)肌末端與股外側(cè)肌末端的動態(tài)壓力波動與對應肌肉拉伸量有很大相關性；腹部與臀部動態(tài)壓力變化幅度很??；所有位置動態(tài)壓力隨樣褲松量遞減而線性增加。為后續(xù)研究騎行褲不同部位合理松量設計提供理論基礎，以改善騎行褲舒適性與運動性能。

2016年，Liu kaixuan等[18]通過對比動靜態(tài)服裝壓的方法對騎行服結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計。首先他們在人體上標注53個特征點并依次測定該點靜態(tài)和動態(tài)服裝壓力值，根據(jù)壓力值來指導騎行服裝的結(jié)構(gòu)設計，結(jié)果顯示優(yōu)化后的設計在動態(tài)壓力舒適性方面有所改善。

以上這些研究文獻中，都是基于壓力舒適性對騎行服進行結(jié)構(gòu)設計，但并未綜合考慮分析面料的力學性能及人體生理心理舒適性方面，因此對于騎行服優(yōu)化設計還需進一步研究。

4 發(fā)展趨勢

4.1 結(jié)合人體延伸、動態(tài)服裝壓力和面料力學性能的綜合研究

一款成功的騎行服，是面料和結(jié)構(gòu)共同作用的結(jié)果。就結(jié)構(gòu)而言，目前關于騎行服結(jié)構(gòu)研究處于基礎階段，一般是以人體皮膚延伸量或服裝壓力舒適性為基礎，要進一步提高騎行服的功能性，必須將人體延伸、動態(tài)壓力分布規(guī)律以及面料的力學性能三者結(jié)合進行深入研究，以更科學的理論來優(yōu)化現(xiàn)有騎行服版型。

4.2 計算機自動生成紙樣研究

隨著國內(nèi)“工業(yè)4.0”和“互聯(lián)網(wǎng)+”的提出，服裝作為傳統(tǒng)行業(yè)的一個分支，其競爭愈演愈烈，基于運動防護的彈性緊身騎行服的合體功能性要求比一般的無彈性服裝高，并且人體體型差別較大，若能將傳統(tǒng)服裝業(yè)和現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合，通過服裝三維虛擬試衣技術(shù)，自動生成具有騎行運動功能性的彈性緊身服裝；同時在服裝制造過程中，通過對面料的選擇以及服裝的寬裕量，就能直觀顯示服裝在人體不同部位的壓力分布情況，由此根據(jù)壓力分布規(guī)律為緊身服裝制作商提供合理化設計指導。

4.3 基于運動生物力學的結(jié)構(gòu)設計

彈性緊身騎行服結(jié)構(gòu)需考慮基于運動生物力學的騎行動作下肌肉與骨骼位移、與人體生理作用機制關系等問題。2015年上海工程技術(shù)大學姚瑞祥[19]已經(jīng)運用生物力學研究騎行褲墊，但國內(nèi)對騎行服結(jié)構(gòu)的運動生物力學基礎理論研究基本尚屬空白。將生物力學應用于騎行服的研究中，結(jié)合肌電圖學、解剖學及運動生理學模擬人體在騎行運動時，下肢骨骼肌表面肌電的變化情況，以此為基礎對騎行服結(jié)構(gòu)版型進行研究。

5 結(jié)語

騎行運動日益成為當下流行的戶外健身方式，研發(fā)出最舒適的騎行服無疑是目前服裝工程學的熱點。本文依據(jù)騎行服現(xiàn)狀特點，同時從騎行姿勢和人體運動特征兩個方面分析騎行運動特征，對緊身騎行服的功能性設計提出了構(gòu)想，今后應綜合考慮運動中的人體皮膚延伸量、動態(tài)服裝壓力舒適性以及面料的力學性能，來研究緊身騎行服結(jié)構(gòu)設計方法，并在計算機自動生成紙樣及虛擬試衣方面做進一步的探討。

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Research Progress on Functional Design of Tight Riding Clothing

ZHANG Tong-hui, JI Yan-bo

(Xi′an Polytechnic University, Xi′an 710048, China)

The current market status of riding clothing was introduced. From two aspects of riding posture and human movement characteristics, the characteristics of riding movement were analyzed. The research situation of optimizing functional design of riding clothing based on the human skin deformation and dynamic pressure comfort was summarized. The research direction of the functional design of riding clothing was prospected. It could be studied from the organic combination of extension of human body, dynamic pressure of clothing and mechanical properties of fabric, sports biomechanics and automatic pattern generation.

riding clothing; structure design; skin deformation; pressure; biomechanics

2017-05-03

陜西省教育廳省級重點實驗室科研計劃項目(16JS035)；陜西省教育廳專項科研計劃 (16JK1338)；西安工程大學博士科研啟動項目(BS1501)

張同會(1991-)，女，在讀碩士研究生，研究方向：服裝結(jié)構(gòu)設計。

TS941.7

A

1673-0356(2017)06-0051-04