应急救援类防护服装发展现状与趋势

张海棠， 王宏付， 柯 莹

(江南大学 纺织服装学院， 江苏 无锡 214122)

防护服装是一类能够在特殊环境下，保护穿着者不受外界有害因素伤害的特殊服装[1-2]，是世界各国用以保障人民生命安全，提升军事力量、竞争与利用各资源，提高科技能力等的关键装备。防护服装的种类非常庞杂。根据防护服的用途可分为工业用、军用、医疗用、生活用和公共事业用等几大类，各用途下的防护服又可按照防护对象进行细分，例如抗菌服、阻燃服、防弹服和隔热服等[3-4]。本文主要论述应用于公共事业的应急救援防护服装。此类服装需求量大，应用场景多，如地震、矿塌、大型交通事故等灾变现场。应急救援防护服装作为对救援人员的直接防护装备，其功能设计与结构设计成为影响救援效率以及防护能力的重要因素。

目前国内外对应急救援防护服的研究并不多。大多研究集中在特殊功能的开发与研究上，尤其是新型面料的应用，对于服装材料湿阻、热阻等性能及着装舒适性的研究报道也很多[5-7]。在应急救援类防护服装的功能设计方面，研究者多关注极端情况的个案分析，很少涉及应用广泛的一般防护服。另外，国内对应急救援防护服的分类及评价标准没有国外全面和具体。美国早在1992年就发布了NFPA 1999：2003《紧急医疗事故现场防护服标准》，该标准对应急人员防护服装的设计要求、性能要求以及测试方法作出了明确规定。国际标准化组织ISO有关防护服的标准也已在2013年更新，而国内对防护服的相关规定不仅在发表时间上落后，而且更新不及时，在我国GB/T 20097—2006《防护服一般要求》中对防护服的检测条款中才开始考虑人类工效学原则[8-9]。本文将主要针对国内外应急救援防护服设计的一般模式进行文献研究，以救援防护服研究的典型案例为基础，从面料选择、结构设计和测试方法3个方面，整理出应急救援防护服设计与测试的一般规律，总结目前救援防护服的研究瓶颈，并展望其未来的发展趋势，为此类防护服装的优化设计提供一定的基础数据和科学依据。

1 应急救援防护服面料

灾变现场的环境是十分复杂的，救援人员需要应对的危险因素有很多，针对不同危险类别，各国都制定了相关防护服的选用标准，在我国GB/T 11651—2008《个人防护装备选用规范》中，也有针对各事故类型的防护装备选用规则。表1示出灾变现场常见的危险因素，以及不同危险因素下防护面料的选择。

表1 不同危害因素下的面料或纤维选择Tab.1 Selection of fabrics or fibers for different hazard factors

1.1 救援防护服面料结构

1.1.1多层面料结构

目前救援防护服的面料设计大多采用复合面料，将混纺面料、薄膜材料、功能纤维彼此复合成新型面料，新型面料趋于3层结构，外层阻燃、耐磨、耐腐蚀，中层防水、透湿、防化，内层则为亲肤面料，即舒适区[10-11]。伏磊等[12]利用涤纶网眼基布、芳纶类纤网、阻燃黏胶纤维水刺布、聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜等基材将传统多层救援服面料设计为双层，合并舒适层、隔热层和防水透气层。曾晓明等[13]发明了双层复合结构的新型救援服面料，外层阻燃拒水抗静电，经纬纱采用2上1下的斜纹结构，内层为粘胶吸湿阻燃面层，经纬纱采用1上1下的平纹结构。

以上研究表明，救援防护服越来越薄型化的趋势，薄型化的救援防护服不仅有效地保护救援人员的人身安全，而且减轻了防护服自身重量对救援人员所造成的生理负担。

1.1.2单层面料结构

单层面料的应急救援防护服，为众多社会志愿者所穿着。针对这类非专业救援队伍，他们穿着的救援防护服在面料上只需做到防水、透湿、耐磨抗撕、防静电、尺寸稳定等一般要求，通过混纺、后整理方法实现[14]。

常用的单层面料是涤纶/棉(T/C， 65/35)防静电面料和CVC(涤棉混纺面料，棉比例更高)防静电面料，表2中对比了2种面料的性能特点，这2种面料都是导电丝、涤纶和棉混纺，只是涤、棉的含量不同。CVC由于棉的含量更多，因而具备的棉的性能较为突出，弹性和吸湿性能都优于T/C，手感也比T/C面料更加柔软，但因CVC的价格比T/C稍贵，因此在单层面料的应急救援防护服中采用T/C作为主面料的比较多。

1.2 救援防护服面料成分

作为一种综合性能优异的新型纤维，芳纶类纤维在救援防护服中的应用越来越多，但芳纶的疏水性较强，其制品透湿能力差。Wang等[15]提出可通过复合亲水性强的材料，如阻燃粘胶纤维等，利用毛细效应加强其吸水能力，从而达到排湿效果。目前救援防护服的面料设计要求已经转变为在保证防护能力的前提下提高面料的舒适性，相变材料等新型纤维材料的出现一定程度上解决了救援防护服防护能力与舒适性之间的矛盾，为救援防护服的材料选择及智能化发展提供更广阔的思路。

表2 2种应急救援防护服常用单层面料性能比较Tab.2 Performance comparison of single layer fabric used in two kinds of emergency rescue suits

1.3 救援防护服面料的辨识度

复杂的救援环境除了对救援服装的面料有着较高要求，还要求救援服装在黑暗或光线昏暗的环境下具有很好的辨识性[16]。按照国际惯例，通常会在救援人员穿着的防护服装上附着反光材料。反光材料除了要有良好的反光性能，也要具有阻燃性能和耐热性能，欧洲标准EN 469—2007《消防防护服-战斗防护服性能要求》中规定反光带必须具有阻燃性能，在高温条件下不能熔化、碳化、脱落和滴流。目前市场多采用3M高亮阻燃反光材料，在防护服的胸部、手臂、腿侧等部位附着。

在我国，常用的反光材料有2种：玻璃微珠和高光泽度晶格。由于二者的反射原理不同，如图1所示，因此在性能上有所差异。晶格是有多个抛面的微棱镜结构，类似钻石原理，因此反光效能和广角性能都远远高于玻璃微珠。同时其拥有较长的使用寿命，因此是救援服反光部位的首选材料。由于晶格的价格比玻璃微珠高，因此其目前使用率低于玻璃微珠。

图1 晶格与玻璃微珠的反光原理Fig.1 Reflection principle of lattice and glass microsphere.(a) Lattice; (b) Glass microsphere

2 应急救援防护服结构设计

应急救援防护服装的结构设计是影响防护服舒适性的重要因素[17]。在进行结构设计时，一般会从款式结构、开口设计、部位设计、整体结构这4个方面考虑。

2.1 款式结构

一般救援防护服的款式有2种，即上、下装式与连体(帽)式。款式需要根据应用环境来进行选择，如水域救援防护服一般采用连体式结构，在裁剪时会选择一体式裁剪，减少面料分割和接缝；而在地震救援防护服的设计上，通常会采用上、下装结构，便于躯干弯曲等大幅度动作[18]。

HAVENITH等[19]指出款式结构和放松量会直接影响穿着者与服装之间间隙，衣下间隙又影响着服装热阻，从而决定穿着舒适程度。放松量同时也是为修正尺寸，形成各类防护服的最佳功能尺寸，从而适应不同的救援动作，让防护服达到最舒适效果。在救援防护服的结构设计中，褶裥、分割、松紧及拉链的合理运用可以大大提高活动自由度和舒适度。

2.2 开口设计

救援防护服的开口设计，会增加衣内空气对流，利于衣内水汽散发，提高服装透湿指数[20]，从而提高舒适性。开口设计包括针对领口、袖口、下摆、裤脚口等自然开口形式和针对胸部、背部、侧腰部、腋下等部位非自然开口形式2个方面。在腋下、侧腰部等部位做一些开口设计，可更加有效地促进人体热量散失以及运动时的热湿平衡。开口设计可以是侧缝开口、袖底缝开口等接缝开口形式，也可以是透气面料(网孔面料)与主体面料在易出汗部位(腋下等)的拼接形式。

2.3 工作需求设计

在救援过程中，救援人员会有抬手、下蹲、弯腰等很多大幅度动作，当人体在做此类大幅度动作时要求服装相关部位有更大的宽松度以满足动作需要，防护服在结构设计时要根据不同的动作对服装上的相应部位做合适改动，综合考虑如何使服装最大化适应这些动作[21]。如针对弯腰、下蹲动作，通常在服装背部、裤膝关节处做褶裥设计。褶裥类型的选择需要根据大量实验结果来确定，以增大穿着者最大的运动范围。

Mullet[22]比较了不同袖型结构(装袖、连袖、插肩袖和腋下插角连袖)上装对人体运动的影响。实验通过不同方位、不同角度的抬臂动作，测量服装在袖口、下摆侧部、下摆后中等部位产生的滑移量。结果表明，连袖在袖口处产生的滑移量大于其他袖型，而装袖、插角连袖在下摆侧部处的滑移量大于连袖，这说明不同的结构会使服装对人体运动的应变能力不同。

2.4 整体结构设计

应急救援防护服在确定最终的结构设计方案前，一定要回归整体，再次审视并进行优化设计。一般从人体—服装—环境系统分析，了解救援人员所处的环境以及救援任务，分析他们对防护服的性能要求，根据不同要求，综合改进并优化防护服的结构。例如在地震、工矿企业爆炸的救援现场，建筑废墟中有很多尖锐物体，救援人员在救援过程中又会有很多跪地动作，膝盖部位很易磨损，因而在防护裤装的设计中，可在膝盖部位加缝双层耐磨面料，以延长防护服的使用寿命[23]。

3 应急救援防护服的测试方法和原则

3.1 应急救援防护服的测试方法

3.1.1评价方法

防护服在实际使用前会进行性能和舒适性测试与评估，以保证穿着者的安全与穿着舒适度。防护服的测评过程很复杂，包括基本面料、结构设计、生理卫生、防护功能等方面的评价。

UMBACH等[24]提出防护服性能评价的5种方法，如图2所示。在防护服研究设计的不同阶段可采用其中一种或多种方法结合。5种评价方法分别为织物“皮肤”模型上的物理学试验、利用暖体假人的生物物理学分析、环境舱内人体穿着试验、小规模有限现场试验和大规模现场试验。在应急救援防护服的性能评价中，可结合实际救援环境，对救援服进行针对性的性能测试和综合评价。

图2 应急救援防护服性能评价5种分析方法Fig.2 Five methods of analysis for performance evaluation of emergency rescue protective clothing

织物测试一般要求对不同用途所要求指标进行测试检验。在测试救援防护服整体热湿性能时，通常利用暖体假人来对服装的隔热与透湿性能进行评价[25]。环境舱中的人体穿着实验，会模拟救援环境时的温湿度，结合主观问卷调查，对人体体温、心率等其他指标进行测量，来评价救援服的舒适性。

3.1.2工效性评价及反光带测试

在防护服的舒适性评价中，越来越多的学者提出工效性评价的重要性。Camenzid等[26]认为，防护服的裁剪、设计及其他附加功能需要进行穿着试验来测试。针对应急救援的防护服工效性能评价方法，广义上包括技术评估(人类工效学性能：尺寸、结构、易用性、兼容性)、生理评估(对环境压力的忍受限度)和大规模试穿评估(问卷形式，收集穿着者主观感受)[27]等。从狭义上来说，就是指评价服装是否满足人体活动的力学需求。评价内容包含关节活动范围、操作灵活性和服装压力等方面[28-29]。将问卷形式的主观评价结果与相关测量的客观数据相结合，对防护服装整体工效性进行评价。

对于反光带的性能测评，相关标准如EN 471—2003《专用高能见度警示服装测试方法及要求》中，对反光材料的测试方法有详细说明。Havenith[30]提出在全黑的情况下用汽车前灯模拟集聚光源，以司机视角观察100 m目标物体，在规定时间内，将服装上的发光材料产生光圈描绘成图像，再用专业控制仪表进行分析、评估。

3.2 应急救援防护服的设计原则

沈润娥[31]在1995年提出了防护服安全、适用、美观、大方的设计原则。贾司光等[32]提出，从安全、舒适、工效和耐受限度这4个方面衡量“人-机-环境”系统的效能。对于防护服装的设计而言，安全、防护是首要的，但防护功能的提高会在一定程度上影响舒适性，这就需要找到最优平衡方案来处理防护和舒适、功能性、外观等各要求之间的矛盾[33]。这些设计理论完全适用于应急救援防护服的设计。

应急救援防护服多功能趋势越来越明显，设计者应该首先分析救援防护服的应用环境，总结危害因素，确定重点防护对象，再针对性进行面料选择和结构设计。面对各功能间的矛盾点，要综合考虑应用环境、市场价格等因素，选择最佳折中方案，图3示出一般的救援防护服设计流程。

图3 一般救援防护服设计流程Fig.3 Design process of general rescue protective clothing

4 应急救援防护服的发展瓶颈和趋势

目前，国内救援防护服品种繁多，在设计上注重救援防护服的专业性和适用性，但各类救援防护服在专业性能上重复交叉，综合功能单一，难以做到兼顾。此外，一般救援现场的救援队伍纷杂，各救援组织穿着的救援防护服装各异，标识不明显，使得救援现场凌乱，降低救援效率，但建立救援防护服装的统一标准需要考虑的因素很多，所以目前国内仍未有相关国家标准。在救援防护服的舒适性评价方面，国内已经开始逐渐采用计算机模拟方法分析“人体-服装-环境”系统之间的热湿传递、评价人体舒适感，但由于“人体-服装-环境”间的热湿交换过程复杂，计算机模拟的精确度还难以控制[34]。

应急救援防护服应用广泛，需求量大，在未来的发展趋势主要有以下几个方面。

1)差别化、高性能化纤维。随着对救援防护服研究的深入，加工工艺和加工材料不断地更新和完善，一些高性能纤维材料不断涌现[35]。中空纤维、超细纤维、PBI纤维、“形状记忆”材料、远红外陶瓷纤维和高强纤维等纤维原料的开发应用，将为未来应急救援防护服装的设计开发带来更多灵感。

2)多功能、智能化救援防护服。应急救援防护服装的设计开发将更加系统，再加上功能兼容技术的成熟，救援防护服装的设计将趋向于集多种防护功能于一体[35]。从高性能纤维与复合、涂层等特种加工工艺的结合，以PTFE织物为代表的复合层压技术中，也能看到未来防护服多功能的影子。相变材料、纳米技术和微电子技术等在防护服上的应用，使其变得智能化。例如在应急救援防护服中加入微电子系统，可实时地反馈穿着者所处的环境状况，实现自我调节。

3)更高地穿着舒适度。强化细节设计，从细微处体现救援防护服的实用价值和高性价比。从面料设计与结构设计上，提高穿着舒适度。如选择性透过膜复合材料、相变材料等在救援防护服上应用，减轻防护服重量，提高透气透湿性能，调节温度。

4)规范的测试系统和评价标准。建立完善的救援防护服测试系统，利用计算机模拟技术提高防护服测试效率[36]。规范救援防护服的分类及使用，确立救援防护服的等级和性能评价标准，都是间接提高救援效率，保障救援人员安全的有效手段。

5 结束语

目前应急救援防护服的设计在追求多功能的基础上，越来越重视舒适性能。在面料选择上倾向薄型面料，新型纤维材料的应用也越来越普遍；结构设计方面注重局部细节，从防护性能和舒适工效性能两方面入手进行结构优化；关于性能测试评价，从织物到服装整体全面评估应急救援防护服装的防护性能和舒适性能，将主观问卷与客观测量数据结合，进行工效性评价。

我国应急救援防护服装在近几年越来越受到重视，虽然和发达国家相比，还存在着一些差距，但也取得了一定的进展。未来更加智能、多功能、舒适、安全的救援防护服装必将真正地保护抢险救援人员自身安全，提高救援效率，保障每个生命的存在价值。

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