油罐清洁连体作业服的开发和工效学评价

张龙女，王云仪，2，李亿光

(1.东华大学服装·艺术设计学院，上海 200051;2.现代服装设计与技术教育部重点实验室(东华大学)，上海 200051;3.海军医学研究所，上海 200090)

石油产品存储设备为工业生产和人民生活提供保障，储油罐是常用的储油设备，配有梯子、栏杆、人孔、放水管、照明设施等附件［1］，主要有狭窄和油污2个方面特点:为减少石油产品的挥发变质，出入油罐的人孔直径仅在500 mm～600 mm之间，局部空间狭窄;而油污的内部环境要求清洁人员必须穿着符合安全规定的劳保服装和配套附件来抵御油污侵蚀。

油污作业服装的研究在国际上初见成效。美国空军发起“JP-8个体防护装备与耐久性防护服研究”课题，首次将GORE-TEX面料用于防污拒水性与透气舒适性结合的特种军服开发，以进行空军飞行器上的油罐清洁和维修作业［2］。研究重点在于面料和结构，对油罐狭窄的特点未深入研究，没有解决合体性与大幅度活动性之间的矛盾，研发的服装臃肿。其他相关的特种服装研发，如煤矿工人服装［3］、防尘防静电服装［4］、医用手术服［5］和摩托车手服装［6］等的研究都充分考虑了服装的穿着环境、工作要求与人体舒适等因素，但同样对于服装的合体度未深入研究。若将人体工效学与防护性能相结合，进一步研究合体度、舒适性与功能性的对立统一关系，将极大地促进此类服装在穿着舒适度上的改进。

本文通过前期研究［7］，根据油罐清洁作业工作内容和场所的要求进行服装结构开发和人体工效学实验评价，研发了功能性、合体性和舒适性相结合的新型油罐清洁作业服。

1 油罐清洁连体作业服的设计研发

根据前期调研，设计动作分析实验和肢体活动性限制实验，确定服装规格和主要设计要素，研发制作油罐清洁连体作业服。

1.1 油罐清洁连体作业服的规格设计

根据GB/T 1335.1—2008《服装号型 男子》对人体号型分类规定，结合本文研究对象的平均身高，确定本文服装号型为男子175/92A。根据相关统计机构研究数据获得身高175 cm的男性人体部位尺寸为:胸围92 cm，腰围80 cm，臀围92 cm，内裆长78 cm。

1.1.1 动作分析

油罐清洁动作包括行走、跨越障碍、弯腰、下蹲、弓步、抬臂、攀爬扶梯、进出狭窄入口等。由此设计合理的动作流程观察受试者穿着现有普通连体装完成上述动作时服装的尺寸拉伸等变化并了解人体的主观感受，记录人体对服装主要部位的尺寸要求以及细部的特殊化要求。

1.1.2 肢体活动范围分析

为使研制的服装能够达到工作时所需最大活动范围，在规格设计前对6名身高175 cm，体重65 kg左右的健康男性进行着装肢体活动性测试。受试者按表1图例中所示流程［8］进行最大幅度运动，利用角度仪测试并记录人体穿着现有连体服时肢体活动性限制的最大角度。表1的每个角度为6名受试者完成每个动作的平均值。

表1 肢体活动性限制平均角度测量结果Tab.1 M easurement result of limb activity lim ited angle

下摆抬升量达到暴露腰部皮肤时，手臂上抬或向前上举量最大只与竖直向下成160°左右，平均夹角局限在140°到150°之间，较显著制约工人进行作业时的动作灵活性和伸展性。臀部的伸展性上，当人体弯腰或下蹲时，后背及腰部的拉紧非常明显，弯腰幅度只能达到与竖直向上75°左右，对工人进行弯腰取物、钻进或钻出狭小孔径等都会产生限制。因此，在进行规格设计的时候要充分考虑到松量的合理设计以及特殊部位的功能性结构设计，以达到满足活动性前提下的合体度。根据动作分析以及肢体活动角度测量，确定表2所示的设计要素。

表2 连体服主要设计要素Tab.2 Key elem ents of one-piece-overall design

1.1.3 规格设计

根据身体尺寸和动作分析数据，本文对服装进行了基本规格设计:衣长164 cm，胸围122 cm，腰围108 cm，臀围122 cm，袖长67 cm。

1.2 款式结构设计及分析

服装结构设计是影响防护服装着装舒适性的重要因素［9］。整体上采用较合体风格，确定了图1的款式设计方案并制作服装。

帽子1(hood):可脱卸三片帽。

领部2(collar):较贴体立领和面料包住拉链头的设计都能防止油污、洗涤剂等侵入面辅料。

约克3(yoke):前胸和背部过肩约克采用双层面料，提高对油污的抵御并增强耐磨性能。

开口4(opening):袖口和脚口均加入三角插片，以拉链收口方便穿脱，可减少抬臂时手腕的裸露面积，并减少橡筋等对手腕脚腕的束缚感。

口袋5(pocket):立体贴袋，外侧缝将贴袋分为前后2部分，前部较大可装清洁的抹布，后部狭长，适于装入有手柄的工具等。

膝盖6(knee):省道起拱提供下蹲活动量。

衣袖7(sleeve):一片袖便于活动，左袖有功能性口袋。

后背8(back):折裥提供背部活动松量。

腰部9(waist):后腰弹带型折裥采用双层面料，内置3条纵向橡筋作为后腰的可伸展设计。

图1 连体工作服款式图Fig1 Style design of overall jacket

2 油罐清洁连体作业服工效性评价

在环境模拟系统中，根据服装性能评价的五级分析系统中的第四级要求，在一定条件下进行有限的现场试穿实验［8］，获得肢体的最大活动角度、服装覆盖度等工效性客观数据。

2.1 实验用服装

采用与新型连体服装(1号)相似面料的现有连体服装(2号)进行人体工效学实验。2套服装的款式差异如表3，而2套服装平铺于桌面上时测得的整体衣长、胸围、腰围、臀围、前后裆长、袖长等关键尺寸保持一致。针对新型服装在款式结构上的改进和创新，设计人体工效学实验对功能性结构的实用性进行验证。

表3 实验服装款式差异表Tab.3 Style differences of garments

2.2 人体工效学测试方法及结果

6名健康男性受试者(A-F)，身高 173～178 cm，体重(65±5)kg，年龄(20±2)岁。实验条件为温度25℃，风速小于0.2m/s的室内。

2.2.1 新型连体服折裥活动量实验

受试者按要求直立弯腰与竖直向上方向达一定角度直到完成下蹲弯腰动作，用软尺依次测量腰部折裥长度，计算其打开量。测量顺序依次为直立 0°、弯腰 30°、弯腰 45°、弯腰 60°、弯腰 90°、弯腰120°、直身下蹲(上身保持竖直)和弯腰下蹲(身体尽量蜷缩)。

2.2.2 袖口皮肤暴露量实验

利用角度仪定位，使被测者单手手臂向正前方上抬，直到手臂与竖直向上方向夹角达到30°时，测量袖口到指尖的长度L2，随后受试者手臂自然下垂，测量此时的袖口到指尖的长度L1。

2.2.3 肢体活动范围实验

按照表1的要求分别对目标服装进行肢体活动性测试，记录测试结果。

2.3 结果与讨论

2.3.1 弹带型折裥活动量实验结果及分析

根据6名受试者弯腰至不同角度及抱膝下蹲所测量的折裥长度，计算1号服装腰部折裥打开量并进行分析。

人体在站立或行走姿态时，腰部弹带型折裥放松，橡筋的拉力可以保持服装的合体性。人体稍弯腰至30°，折裥量只有0～0.2 cm的变化，随着弯腰幅度的增大，打开程度以正比例趋势增大，最大平均打开长度为2.5 cm。当弯腰至人体最大程度时，折裥依然有一定的未打开量，说明此处的设计可以在满足合体度的同时达到人体腰部活动量。直身下蹲时，腰部折裥量只有少量的打开或无变化，弯腰程度加大直到最大程度的抱膝下蹲时，平均折裥打开量4.6 cm，只有1位受试者达到所设计的最大折裥打开量5.5 cm，其他受试者均可在折裥未完全打开就完成最大抱膝下蹲幅度。

2.3.2 抬臂袖口皮肤暴露量实验结果及分析

以表4数据对2套服装的皮肤暴露量使用SPSS软件进行独立样本T检验。F值为1.946，相伴概率为0.193，大于0.05的显著性水平，不能拒绝方差相等的假设，认为无显著差异。方差相等的T检验的结果为相伴概率0.193，大于显著性水平0.05，不能拒绝T检验的零假设，即2套服装的袖口皮肤覆盖无显著差异。

表4 抬臂时手臂皮肤暴露变化量Tab.4 Skin exposure change when lifting arm

结合平均值的计算，只考虑衣袖的包覆能力和随着手臂动作的移位幅度，2套连体服装在袖口防护性能和抗移位性方面差异并不明显，因此在综合考虑穿着舒适性、透气性等诸多方面时，三角插片拉链收口设计是相对改良。

2.3.3 肢体活动范围实验结果及分析

从统计学角度对6名受试者重复多次做每个动作的平均值分别进行独立样本T检验，检验2套不同设计的服装在做相同动作情况下肢体活动角度是否有显著变化。8个动作的F值相伴概率分别为0.322、0.350、0.655、0.388、0.095、0.609、0.880 和0.775，均大于0.05的显著性水平，不能拒绝方差相等的假设;上述方差相等的T检验相伴概率结果分别为 0.187、0.603、0.587、0.966、0.507、0.691、0.278和0.834，均大于0.05的显著性水平，认为着不同服装做上述8个动作时人体的肢体活动角度在统计学概念上无显著差异。从每个动作的平均值来进一步分析，1号工作服在所有的运动角度上都明显高于2号服装(见表5)。认为1号服装的合体型设计并没有牺牲服装的活动性，甚至比具有明显放松量的现有服装有更好的表现。特别的结构设计起到了一定的作用:1号服装在手臂的伸屈性和外展性、臀部的伸展性都明显优于2号服装，主要由于腰部折裥的作用，不仅后腰处在弯腰或下蹲时提供更多余量，还解决了手臂上抬时服装整体吊起并且裆部拉紧的问题。也有部分结构设计并没有对活动性起到显著影响，如膝部省道设计和背部纵向折裥没有对膝盖伸屈性和背部的横向的伸展性起到明显提升作用，但考虑到受试者的主观舒适性感受，膝部的省道设计具有可行性。

表5 肢体活动性限制平均角度测量结果Tab.5 M easurement result of limb activity lim ited angle°

3 结论

本文在考虑防护性的基础上兼顾舒适性和合体度，结合面料的性能，从功能性的结构设计入手，设计新型连体工作服并评价其人体工效学特点。

新型连体工作服的设计点在于5 cm最大打开量的腰部弹带型折裥可使新型服装在直立或直身下蹲时保持合体性，轻度弯腰平均达2.5 cm打开量，弯腰或抱膝等大幅动作时拉伸服装达平均4.6 cm打开量。脚口和袖口的三角插片和拉链封口设计与普通橡筋的皮肤覆盖程度无显著差异，但能提高舒适性。在人体整体的肢体活动的限制程度上，新型连体服装明显小于现有连体服，人的肢体活动更加灵活。

［1］ 梁利君，谈平庆，杨增良.油罐技术问答［M］.北京:中国石化出版社，2005:1.LIANG Lijun，TAN Pingqing，YANG Zengqing.Tank Technology［M］.Beijing:China Petrochemical Press，2005:1.

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