张同会，冀艳波

(西安工程大学，陕西 西安 710048)

紧身骑行服功能性设计研究进展

张同会，冀艳波

(西安工程大学，陕西 西安 710048)

介绍了骑行服市场现状，从骑行姿势和人体运动特征两个方面分析了骑行运动特征，总结了基于人体皮肤变形和动态压力舒适性优化骑行服功能性设计的研究现状，展望了骑行服功能性设计的研究方向。同时提出应从人体延伸量、动态服装压力和面料力学性能的有机结合、运动生物力学及计算机自动生成纸样等方面进行研究。

骑行服；结构设计；皮肤形变；压力；生物力学

功能性服装是指在满足基本穿着需求的前提下，还具有满足特定场合下的特定功能服装的总称。随着人们对绿色出行与健康生活意识的提高，越来越多的人注重运动与健康，纷纷加入自行车运动行列，骑行服作为骑行运动的重要装备之一，对身体具有防护作用。研究表明，紧身运动服装对处于运动状态的人体具有积极的作用，比如减少血乳酸集聚，缓解肌肉酸痛，减小在速跑或跳跃过程中的阻力[1-4]，但往往在骑行过程中，会出现类似臀部痛、膝盖痛以及肌肉酸痛等运动性损伤。紧身骑行服是最贴近人体皮肤的骑行装备，对减少慢性运动损伤的作用不容忽视。因此，研究与开发最适合骑行运动的功能性服装是很有必要的，在减少骑行过程中产生的生理疲劳和运动损伤的同时，满足其运动功能性。

1 骑行服市场现状

中国因自行车数量庞大而被世界公认为自行车王国，但自行车产业在中国刚刚起步，并不完善。尤其是近年来，随着国内自行车比赛的设立以及人们绿色出行观念的提高，越来越多的人加入自行车运动中，骑行服作为运动功能型服装，需求量逐年上升，但国内市场上的骑行服往往满足不了消费者的生理防护及运动自由度需求。调研国内捷酷、捷安特、思帕客(SPAKCT)等品牌发现，目前国内骑行服市场主要有以下特点。

1.1 款式结构单一

国内骑行服的基本款式是立领中款贴身合体，前门襟拉链开口，插肩袖设计，在此基础上进行分割，再利用不同性能、不同颜色、不同印花的面料进行搭配组合。因此，国内骑行服款式过于单一，缺乏时尚新颖感，美观设计亟待提高。造成该问题的原因主要有两点：一方面，国内关于骑行服结构设计的研究尚未深入，其款式结构大多按照人体直立状态下的尺寸进行设计，缺乏对人体动态尺寸的测量；另一方面，市场上缺乏根据消费者需求和体型进行设计开发的骑行服，且一部分款式直接模仿国外骑行服款式，而国外骑行服根据国外体型设计，并非适合中国人体型，因此国内消费者很难买到既穿着舒适又满足运动自由度的产品。

1.2 功能性结构设计不合理

作为骑行运动专用装备，应在满足人体运动功能的基础上，即以人体为中心，从适合人体内在和外在各种需要为出发点进行结构设计。对于骑行者来说，最好的骑行服要尽可能减少空气阻力，且又不能有压迫感。一份调研结果显示，骑行裤垫档部位存在摩擦不透气的问题；在合体性方面，袖口、胸腰部、裤口存在一定的问题；手腕部位、臀部、小腿部易产生疲劳感[5]，出现这类问题主要是版型不合理造成的。目前，骑行服在热湿舒适性方面已经有极大提高，但骑行服分割线的设计主要来自于外观性考虑，缺乏压力分布规律、运动特征等理论指导。

2 骑行服运动特征分析

2.1 骑行姿势分析

自行车运动是人体和自行车相结合且具有周期性特点的一种运动项目。对于骑行姿势没有严格的标准，而是根据自身情况在实际骑行过程中不断进行调整，找到适合自己的姿势。一般的姿势如图1所示，是头部稍前倾，收腹，挺骨盆，便于腰部弓屈，增加上半身的弯曲度，减少风阻，双臂自然屈曲，双手稳而轻地握把，这样可以使人体肌肉、骨骼放松，达到“人车合一”的状态。

图1 骑行姿势

2.2 人体特征分析

自行车运动是单一动作循环的过程，它是借助运动员脚蹬带动曲柄转动，以此推进自行车运动的一种方式[6]。但是在骑行过程中，上下肢分工不同，上肢与躯干的作用是静止性支撑及控制骑行方向，骑行运动中下肢的活动量较大，主要提供前行的动力。骑行运动不仅借助关节如腕掌关节、髋关节、膝关节、踝关节等，还需肌肉群的作用。

张建等[7]在研究中指出，运动员在踏蹬时下肢是连动骨杠杆，不能单独割裂只看髋关节速度或膝关节速度，应注重大腿肌群力量的训练，尤其是股四头肌的强化训练，提高其专项摆动能力，以获得较高的角速度及髋、膝、踝关节的速度。Joseph Hamill等[8]在其关于肌肉压力与作用的研究中提出肌肉对于加速具有促进作用。因此，大多数紧身类运动服装会施加压力于肌肉，提高运动效率。

除了关节、肌肉以外，还需要考虑人体体表皮肤的变形。人体的骨骼由具有不同活动范围和方向的关节连接而成，关节活动带动肌肉的收缩与膨胀，导致体表皮肤的变形。研究表明：在骑行运动过程中，臀部区域的皮肤整体呈拉伸变形，臀褶区域拉伸率达到58%；靠近腹股沟与腹股沟方向一致的斜向区域皮肤收缩逐渐增大，收缩率达到50%；大腿前部皮肤形变比大腿后部小[9]。皮肤的拉伸量是紧身类服装松量设置的主要依据，是骑行服提供自由运动度的关键所在。

3 骑行服功能性设计的方法

近年来，国内关于骑行服功能性设计的研究主要集中在人体皮肤变形量和动态压力舒适性两个方面。

3.1 人体皮肤变形

动态动作下皮肤变形量的大小是服装宽裕量设计的理论依据，对于功能性紧身类服装的开发尤为重要。2014年，罗兰[10]通过对人体骑行运动动作进行捕捉，挑选出具有代表性的5个骑行动作，对其进行腿部皮肤拓样，结果表明腿部各部位皮肤拉伸变化量最大且复杂，变形量范围是(-50%～58%)，其中裆部和腰围线附近的皮肤变形最为明显。2016年，黄莉等[11]使用三维运动捕捉系统，捕捉骑行动作，获取人体骑行状态下的人体尺寸数据，发现腿部各个部位的拉伸变化量是不同的，主要集中在大腿外侧和膝盖周围，运动过程中，小腿内侧纵向拉伸变化最为明显，无论哪个骑行状态，膝盖部位始终是一个变化率比较大的区域。这些研究是针对一个骑行周期进行分析的，但是骑行过程也会遇到上坡下坡的情况，为了明确不同路况下的皮肤变形量，王永荣等[12]针对上坡、下坡、平地3种路况下的骑行姿势进行进行分析，测试结果表明长度方向(前身长、后背长、下肢长)和围度方向(胸围、腰围、臀围、大腿围等)皮肤的变化率各不相同。通过研究骑行状态下腿部皮肤拉伸变化，可以结合面料的弹性回复率等参数，选择最佳的骑行裤面料，同时根据腿部皮肤拉伸变化规律，对骑行服分割线位置及形状，提供科学的设计依据。

3.2 动态压力

骑行服并不仅仅涉及到热湿舒适性，还应该考虑动态压力舒适性，合适的压力有助于提高运动员成绩，同时满足其生理性和运动性防护要求，因此研究骑行服的压力大小及分布可以为骑行服结构优化设计提供理论指导，但目前国内尚未出现系统的基于压力舒适性的骑行服设计，包括关于服装压力舒适性的研究也是近十几年才开始。

国内从21世纪以来，一直都在研究服装静态压力，且侧重于服装压力舒适性和面料的关系，从2009年开始研究服装动态压力舒适性，但是仅仅局限于测量方法以及模拟方法的研究，其中包括服装压力预测的理论计算模型、有限元模拟和软体假人在服装压力舒适性研究中的应用等，并没有直接将动态压力舒适性研究用于优化设计中。赵锦[13]从服装功能性角度分析研究了如何将骑行服的设计理论分析运用到生产实践中去，通过对骑行动作、着装者受力情况等方面的分析，从骑行服的面料、结构、工艺三个方面来研究骑行服的功能性设计要求。但该结论只是提供骑行服理论设计指导，并未通过实例进行验证其准确性。

近年来，随着动态压力及压力分布预测研究的不断深入，相关研究人员开始尝试运用压力分布规律等理论来指导优化紧身类服装结构设计。杨娟等[14]通过对骑行部位进行分析，找出主要受力部位，并对其进行测量分析，得出下肢关键部位的变化量，结合裤装结构设计原理，对自行车骑行裤进行优化设计。

贾瑶[15]使用Labview客观压力测试系统进行实验，针对特定体型人群的骑行裤进行压力舒适性研究，基于压力舒适性主客观评价对现有骑行裤进行结构优化。将压力大小考虑到骑行裤的结构设计中，为后期的骑行服设计提供了很好的设计思路，但研究者仅仅选择一款骑行裤作为研究对象，不具有代表性，且并未深入探讨骑行周期服装压力规律。

刘娜[16]也在其研究中指出，面对国内日益上升的骑行服装备的市场需求，国内品牌应在面料开发、款式版型的研发等方面利用先进的扫描技术，结合人体工程学开发出符合中国市场需求的产品。

2016年，东华大学骆顺华等[17]为了研究周期骑行运动过程中下肢动态压力变化规律，使用日本AMI-3037压力测试仪，将一个骑行周期分解成12个离散动作。实验结果表明：右踏板处于0～30°位置时，8个测量点动态压力最大；其中大腿前中、大腿后中股内侧肌末端与股外侧肌末端的动态压力波动与对应肌肉拉伸量有很大相关性；腹部与臀部动态压力变化幅度很小；所有位置动态压力随样裤松量递减而线性增加。为后续研究骑行裤不同部位合理松量设计提供理论基础，以改善骑行裤舒适性与运动性能。

2016年，Liu kaixuan等[18]通过对比动静态服装压的方法对骑行服结构进行优化设计。首先他们在人体上标注53个特征点并依次测定该点静态和动态服装压力值，根据压力值来指导骑行服装的结构设计，结果显示优化后的设计在动态压力舒适性方面有所改善。

以上这些研究文献中，都是基于压力舒适性对骑行服进行结构设计，但并未综合考虑分析面料的力学性能及人体生理心理舒适性方面，因此对于骑行服优化设计还需进一步研究。

4 发展趋势

4.1 结合人体延伸、动态服装压力和面料力学性能的综合研究

一款成功的骑行服，是面料和结构共同作用的结果。就结构而言，目前关于骑行服结构研究处于基础阶段，一般是以人体皮肤延伸量或服装压力舒适性为基础，要进一步提高骑行服的功能性，必须将人体延伸、动态压力分布规律以及面料的力学性能三者结合进行深入研究，以更科学的理论来优化现有骑行服版型。

4.2 计算机自动生成纸样研究

随着国内“工业4.0”和“互联网+”的提出，服装作为传统行业的一个分支，其竞争愈演愈烈，基于运动防护的弹性紧身骑行服的合体功能性要求比一般的无弹性服装高，并且人体体型差别较大，若能将传统服装业和现代信息技术相结合，通过服装三维虚拟试衣技术，自动生成具有骑行运动功能性的弹性紧身服装；同时在服装制造过程中，通过对面料的选择以及服装的宽裕量，就能直观显示服装在人体不同部位的压力分布情况，由此根据压力分布规律为紧身服装制作商提供合理化设计指导。

4.3 基于运动生物力学的结构设计

弹性紧身骑行服结构需考虑基于运动生物力学的骑行动作下肌肉与骨骼位移、与人体生理作用机制关系等问题。2015年上海工程技术大学姚瑞祥[19]已经运用生物力学研究骑行裤垫，但国内对骑行服结构的运动生物力学基础理论研究基本尚属空白。将生物力学应用于骑行服的研究中，结合肌电图学、解剖学及运动生理学模拟人体在骑行运动时，下肢骨骼肌表面肌电的变化情况，以此为基础对骑行服结构版型进行研究。

5 结语

骑行运动日益成为当下流行的户外健身方式，研发出最舒适的骑行服无疑是目前服装工程学的热点。本文依据骑行服现状特点，同时从骑行姿势和人体运动特征两个方面分析骑行运动特征，对紧身骑行服的功能性设计提出了构想，今后应综合考虑运动中的人体皮肤延伸量、动态服装压力舒适性以及面料的力学性能，来研究紧身骑行服结构设计方法，并在计算机自动生成纸样及虚拟试衣方面做进一步的探讨。

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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

陕西省教育厅省级重点实验室科研计划项目(16JS035)；陕西省教育厅专项科研计划 (16JK1338)；西安工程大学博士科研启动项目(BS1501)

张同会(1991-)，女，在读硕士研究生，研究方向：服装结构设计。

TS941.7

A

1673-0356(2017)06-0051-04