自由式滑雪竞赛服面料优化及其压力舒适性评价

袁围围，孙 超，刘 莉，衣卫京

(1.北京服装学院 服装艺术与工程学院，北京 100029； 2.中华女子学院 艺术学院，北京 100101)

自由式滑雪空中技巧项目隶属于技能类表现项群，需要根据完成动作的难度和质量予以评分[1]。滑雪服需要在保证人体着装舒适的前提下提供运动保障，面对寒冷的户外环境，滑雪服外层面料的选择和使用要符合生理机能、防护机能、耐久性能的需要，应以质轻、保暖、防风雪、舒适合身、不妨碍行动为原则，具有一定的抗磨损、抗拉伸、抗撕裂等性能[2-4]。运动时，人体与服装之间形成了动态接触，人体的活动对服装产生牵引导致变形[5-6]，衣料变形产生的内应力对人体接触部位产生束缚力，使人体感受到服装压力，当压力超出一定范围会影响服装舒适性，进而影响运动表现[7-9]。

自由式滑雪运动员访谈结果表示目前所使用的竞赛服在面料弹性方面仍需要改进，本文针对这一问题，选取不同的滑雪服面料进行性能测试，并运用因子分析法选择综合性能较好的2种面料制作版型相同的滑雪服，并针对静止站立以及运动关键动作进行服装压力舒适性评价。

1 面料实验

1.1 实验材料

选用7种梭织面料和3种针织面料进行测试，面料的规格参数见表1。

表1 梭织面料规格参数Tab.1 Woven fabric specification parameters

表2 针织面料规格参数Tab.2 Knit fabric specification parameters

1.2 面料性能测试方法

滑雪服面料的性能测试：防水性能(沾水法)根据GB/T 4745—2012《纺织品 防水性能的检测和评价 沾水法》，使用YG813型织物沾水测定仪(宁波纺织仪器厂)测试；防水性能(静水压法)根据GB/T 4744—2013《纺织品 防水性能的检测和评价 静水压法》，使用YG812L型数字式渗水性测定仪(莱州市电子仪器有限公司)测试；织物耐磨性根据GB/T 21196.3—2007《纺织品 马丁代尔法织物耐磨性的测定 第3部分：质量损失的测定》，使用YG401L型织物平磨仪(莱州市电子仪器有限公司)测试；织物透气性根据GB/T 5453—1997《纺织品 织物透气性的测定》，使用YG461Z型全自动透气性能测试仪(莱州市电子仪器有限公司)测试；织物透湿性根据GB/T 12704.2—2009《纺织品 织物透湿性试验方法 第2部分：蒸发法》，使用YG601H型电脑式织物透湿仪(宁波纺织仪器厂)测试；断裂性与拉伸性根据GB/T 3923.1—2013《纺织品 织物拉伸性能 第1部分 断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)》，织物回弹性根据FZ/T 01034—2008《纺织品 机织物拉伸弹性试验方法》，三者均使用YG065C型电子织物强力仪(莱州市电子仪器有限公司)测试。

1.3 面料性能结果与分析

面料性能测试结果如表3所示。

由实验数据可以看出2#、3#、8#面料的抗沾湿性能较差，其他面料都具有优异的抗沾湿性能。

结合自由式滑雪项目的运动环境，根据GB/T 32614—2016《户外运动服装 冲锋衣》对于户外运动服装静水压的要求，将自由式滑雪竞赛服面料的静水压要求定为大于13 kPa，可见10种面料几乎都满足标准要求，说明面料经过一定的涂层处理之后，其抗静水压防水性能可以满足自由式滑雪空中技巧竞赛服面料的防水需求。

面料的耐磨性与面料所用纤维的种类、纱线结构、组织结构、密度等因素有关，在多种因素综合影响下，3#、4#、5#、6#面料的耐磨性能较好，10种面料在耐磨指数上虽有不同，但整体上的差异并不大。

表3 面料性能测试结果Tab.3 Fabric performance test results

由实验结果可知,10种面料的透气率均小于10 mm/s，根据FZ/T 01149—2009《纺织品 防风透湿性能的评定》防风性能的评定标准，10种面料的防风性能都达到了3级标准，具有优异的防风性能，其中透气率最大的为4#面料。大多数面料的正面都是不透气的，这不仅与织物材料、组织结构有关，还可能与织物防水层的处理工艺有关。

防水透湿面料的透湿性能不仅与面料的孔隙率相关，还与织物的吸湿能力以及防水层处理工艺有关系。由实验结果示出，透湿率较大的是1#、4#、6#面料，透湿率最小的是2#面料，可能是因为锦纶比涤纶的吸湿性好。空隙率大的织物更容易透过水汽，但其最大的透湿率也仅达到户外运动服装透湿率的1级标准，说明目前滑雪服所用的面料在透湿性能方面还有待提高。

10种面料的断裂强力在406～835 N之间，经向断裂强力最大的面料为4#，纬向断裂强力最大的面料为2#。

面料弹性与面料氨纶的含量、染整加工工艺、织物组织结构有关。由实验结果可知，8#针织面料横向伸长率大于其他梭织面料，但是纵向伸长率相较于其他梭织面料并没有显著的优势，主要是因为本次实验的8#针织面料为单向弹力面料。9#针织面料的断裂伸长率相对较小，原因在于9#针织面料的覆膜不具有弹性，限制了面料本身的弹性。10#针织面料经过加大氨纶的含量和采用弹性覆膜后，其横向纵向伸长率都显著大于其他梭织面料。可知面料的弹性不仅与面料本身纱线的弹性和组织结构有关，还与覆膜的弹性有关。

面料的回复率主要与织物的密度、厚度和纱线捻度有关，织物的密度、厚度和纱线捻度越大，回复率就越高。因此在多种因素综合影响下，1#、3#、10#面料的回弹性能较好，虽然在回复率上有一定的差异，但整体上的差异并不大。

1.4 基于因子分析法的面料优选方案

由单项指标来看，10种面料的性能基本上可以满足滑雪服的面料需求，但制作竞赛服需要考虑面料的综合性能。

将实验数据导入IBM SPSS Statistics 21软件中，进行因子分析，所得数据见表4。由KMO和Bartlett的检验结果可知，sig为0.000小于显著性水平0.050,且KMO的值为0.803，在0.8～0.9之间，表明面料性能的数据可以做因子分析。

表4 KMO和Bartlett统计量检验Tab.4 KMO and Bartlett′s test

相关系数矩阵的特征与贡献率见表5,碎石图见图1。由表5、图1示出，当主成分为4个时，因子对变量解释的累计贡献率达到了85.412%，符合变量的表达。经计算，试样1#～10#的综合得分为1.03、0.59、0.72、0.84、0.75、0.93、0.71、0.89、0.74、1.28，筛选出排名靠前的2款面料分别是1#面料、10#面料，进行后续的压力实验。

2 服装实验

2.1 服装压力实验

实验用服装款式为2018年冬奥会中国队队员所穿的竞赛服，分为连体式与分体式滑雪服，将选取的2种面料作为外层面料制作滑雪服，其规格尺寸、辅料以及工艺基本一致，共4套服装，分别用A1、A2、B1、B2表示1#面料分体竞赛服、1#面料连体竞赛服、10#面料分体竞赛服、10#面料连体竞赛服。

表5 相关系数矩阵的特征与贡献率Tab.5 Characteristics and contribution rate of correlation coefficient matrix

图1 碎石图Fig.1 Crushed stone diagram

以自由式滑雪空中技巧国家代表队身穿165/88A竞赛服的女运动员的体型为参照，选取8名青年女性作为实验对象。受试者基本信息见表6。

表6 受试者基本信息统计表Tab.6 Statistical table of basic information of subjects

实验分为主观评价和客观服装压力测试，实验仪器采用AMI3037-10-II气囊式接触压力测试仪(日本AMI TECHNO公司)。

根据对自由式滑雪空中技巧运动的分析，选取8个关键运动动作，请实验者穿着服装后按要求依次完成，分别为Z1(静止站立)、Z2(出台)、Z3(助滑)、Z4(空中团身)、Z5(空中转体)、Z6(空中直立)、Z7(着陆前期)、Z8(着陆后期)，分别对P1(肩部)、P2(背部)、P3(胸部)、P4(肘部)、P5(腰部)、P6(虎口部位)、P7(臀部)、P8(膝盖)压力感觉进行评价，并对该动作的压力舒适性进行评价，当穿着一套滑雪服完成所有的动作后对这件服装的总体压力舒适性进行量化评价。图2为10#面料竞赛服的主观评价示意图，图2(a)～(h)分别对应Z1～Z8这8个实验动作。

图2 主观评价示意图Fig.2 Schematic diagram of subjective evaluation

主观压力评价采用心理学中广泛使用的心理量表，将评价指标分为5个级别进行评价。评价标准如表7所示，当评价等级达不到整级标准时，将采用半级标准，如1.5、2.5、3.5和4.5。

表7 评价标准Tab.7 Evaluation Criteria

2.2 服装实验结果与分析

2.2.1 主观评价一致性检验

由8位实验对象得出服装压力舒适性的主观评价结果，实验对象之间的些许差异会对主观评价结果产生一定的影响，为评判主观评价数据的有效性，采用SPSS数据分析软件里的多变量Kendall(肯德尔)协和系数进行一致性检验。

协和系数检验见表8，示出，肯德尔协和系数的值为0.905,且渐进显著性P值为0.000，小于显著性水平0.05，表明8位实验对象对于4套滑雪服服装压力的主观评价具有一致性，即服装压力的主观评价数据具有一定的可信度，可用于展开后续的分析。

表8 协和系数检验Tab.8 Concordance coefficient test

2.2.2 服装压力舒适性主观评价结果及分析

图3为受试者穿着1#和10#面料制作的滑雪服在8个动作下的8个压力测量点的服装压力舒适性主观评价结果，4套服装的主观评价结果见图3。

图3 4套服装主观评价结果Fig.3 Subjective evaluation results of 4 sets of clothing. (a) Split race suit made by 1#; (b) One-piece race suit made by 1#; (c) Split race suit made by 10#; (d) One-piece race suit made by 10#

由图3可知，针对动作评分较低的压力部位有P4、P6、P7、P8，这些评分较低的结果主要集中于Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z7，主要是由于各动作对于手臂的拉伸以及膝部和臀部的变化造成的，其中P8即膝盖骨中点的主观压力评分结果由低至高分别是Z7、Z4、Z3，即穿着舒适性由低至高分别为Z7、Z4、Z3，而其他动作对于P8的评分没有明显的增长趋势，可见其穿着舒适性主要还是与膝盖部位的弯曲程度有关；图3(a)中P7主观压力评分结果的由低至高分别是Z7、Z4、Z3，即梭织面料分体款滑雪服穿着舒适性由低至高分别为Z7、Z4、Z3；图3(b)中由低至高分别是Z4、Z7、Z3，即梭织面料连体滑雪服穿着舒适性由低至高分别为Z4、Z7、Z3；图3(c)中P7主观评价结果Z3=Z7

对整套滑雪服A1、A2、B1、B2服装压力的主观评价值分别为2.69、3.63、4.00、4.50，可以看出，无论是梭织面料还是针织面料，连体款竞赛服的主观评价结果都高于分体款，说明连体款竞赛服的穿着舒适性要优于分体款；针对同款不同面料的整套服装的主观评价结果来看，无论是分体款还是连体款，10#针织面料材质的整套竞赛服的服装压力主观评价结果都比1#梭织面料材质的高，说明10#针织面料材质的竞赛服的整体穿着舒适性比1#梭织面料材质的竞赛服要好。

2.2.3 服装压力舒适性客观测量结果及分析

选取8位受试者在60 s内的一段稳定数据并取平均值，得到各运动状态下各测试点的客观测量结果，不同动作下的服装压力见图4。图4(a)～(h)分别表示Z1～Z8这8个动作的客观评价结果。

图4 不同动作下的服装压力Fig.4 Clothing pressure under different actions

服装压力的舒适范围为1.96～3.92 kPa，当服装压力大于这个范围时，人体就会感觉不舒服，令人不舒服的服装压力临界值为5.88～9.81 kPa[10-11]。综合图4(a)～(h)示出，当运动状态发生变化时，人体各个部位的受力情况也会随之发生改变。

当人体处于Z1(静止站立)时，受力最大的部位是肩点(P1)，这是由于人体位于静止站立状态时肩部承受了大部分的服装重量，其压力最大值也仅为0.69 kPa，在人体服装压力舒适范围内。

当人体处于Z2(出台)时，虎口部位(P6)受力较大，这是因为Z2(出台)的手臂上举导致袖子部位产生拉伸，虎口部位与袖套完全贴合，使其受力增大，梭织面料材质的滑雪服的虎口部位服装压力达到5.73 kPa，已经超出了服装压力舒适范围，针织面料材质的滑雪服的虎口部位压力达到3.81 kPa，位于服装压力舒适范围边缘，针织面料的滑雪服要比梭织面料的滑雪服穿着舒适性好。

当人体处于Z3(助滑)和Z4(空中团身)时，臀部后突点(P7)与膝盖骨中点(P8)受力较大，这是由于下蹲时，服装与臀部和膝盖部位完全贴合，面料受到较大拉伸，受力增大。此时梭织面料滑雪服臀部与膝盖部位的服装压力在5.59～6.95 kPa之间，已经超出了人体服装压力的舒适范围，针织面料滑雪服的服装压力在2.37～3.53 kPa之间，位于人体服装压力舒适范围内。其中当人体处于Z3(助滑)时，梭织面料滑雪服虎口部位(P6)的受力也明显的增大，其原因与Z2(出台)相同，由于手臂的前伸产生。

当人体处于Z5(空中转体)时，虎口部位受力较大，其原因也与Z2(出台)相同，由于手臂上举产生。

当人体处于Z6(空中直立)时，肘头点(P4)受力较大，这是由于人体两臂弯曲时，服装与肘部完全贴合，皮肤变形较大，故其受力较大。梭织面料滑雪服此部位的服装压力分别为5.95、4.11 kPa，已经超出了人体服装压力的舒适范围，针织面料滑雪服此处的服装压力都位于人体服装压力的舒适范围内。

当人体处于Z7(着陆前期)时，可以看出人体的臀部后突点(P7)与膝盖骨中点(P8)受力较大，其受力较大的原因与Z3(助滑)和Z4(空中团身)原因相同，此时梭织面料滑雪服臀部的服装压力分别为6.30、8.10 kPa，膝盖部位的服装压力分别为8.10、9.11 kPa，均已超过人体服装压力的舒适范围，针织面料滑雪服臀部的服装压力分别为3.18、2.78 kPa，膝盖部位的服装压力分别为4.31、4.09 kPa，臀部的服装压力处于人体服装压力舒适范围内，膝盖部位的服装压力虽未处于压力舒适范围内，但也没有达到令人体感到不舒适的程度。

当人体处于Z8(着陆后期)时，除了虎口部位(P6)的服装压力值大一些以外，其他部位受力较小，主要是因为滑雪服的服装款式较宽松，当人体处于Z8(着陆后期)时，服装与其他部位不完全贴合，故其他部位的受力较小，而此时虎口部位压力最大值为1.43 kPa，在人体服装压力舒适性范围内，说明当人体处于Z8时，4套滑雪服的着装舒适性都处于良好的状态。

3 结 论

本文测试比较了10种滑雪服面料的性能，并选取性能较好的1种梭织面料和1种针织面料做成连体款和分体款滑雪服，针对自由式滑雪空中技巧的运动特点选取关键动作进行人体穿着实验，并通过主观和客观方法评价滑雪服的压力舒适性。得出以下结论：连体款的竞赛服的着装舒适性比分体款竞赛服的要好，针织面料的弹性可以满足自由式滑雪空中技巧运动的需求，采用针织面料制作的竞赛服，在不同的动作下都具有较合适的压力舒适性，有利于运动员在比赛中动作的发挥。