刘京 陈如仪 宋嘉泽

摘要：为医护人员和有防护服穿着需求的人设计一款更加舒适的防护服。通过设计研究的基本方法汇总医用防护服目前的不足。利用ROSTCM6文本分析、KANO模型进行设计关键因素分析，进一步确定设计方案。设计出一款尺寸可调节，面部防护装备一体化的新型防护服。ROSTCM6文本分析和KANO模型分析在本次防护服设计调查中发挥了极大作用，是两个非常有效的分析工具。

关键词：防护服 用户体验 Kano模型 ROSTCM6 创新设计

中图分类号：TS941.2

文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2021）04-0098-04

引言

在本次新冠肺炎疫情期间，医护人员的医用防护服暴露出很多问题，如透湿度差、尺寸不合适、难以识别身份等，造成医护人员穿着体验不佳。本文拟通过对用户体验进行分析，设计一款新型防护服，改善医用防护服的穿着体验。

一、医用防护服的研究概况

研究小组在中国知网上以“医用防护服”为主题进行检索，检索数据库范围为“总库”，检索进行时间为2021年1月25日，共检索到文献287篇。由图1可以看出，2020年以“医用防护服”为主题的论文发表数量达到峰值。研究小组对防护服研究的主要主题和次要主题进行归类，发现和防护服设计相关的主题主要集中在防护服的材料性能和生产流程上：关于防护服材料的文献占总文献的49.7%，关于防护服性能标准的文献占总文献的21.32%，关于防护服生产工艺、生产设备的文献占总文献的9.71%。文献来源大部分为《中国纺织》《纺织服装周刊》和《纺织科学研究》三个有关纺织科学的学术期刊，学科主要分布在轻工业手工业、工业经济、预防医学与卫生学等领域。

根据易宇玲、侯胜超等人的研究，在专利发表方面医用防护服相关专利申请量在2020年也达到了峰值，防护服的材料研究、生产工艺、性能用途为专利申请的集中领域，其他领域的防护服专利申请量很少且质量不高。

可见，目前关于防护服的研究较为局限。集中在材料性能、生产工艺等科研和生产领域。对医护人员实际穿着体验、人机需求的考虑较为欠缺。因此研究小组重新归纳整理了目前医用防护服存在的设计问题，为新型防护服提供了参考。

二、设计调研

（一）用户行为分析

研究小组对医护人员穿防护用具的全套穿脱流程和穿着过程中涉及到的行为进行了深入调研。

穿脱流程的调查材料为网络发布的医护人员穿脱防护服的视频教程。总结过程如图2所示，主要的问题集中在穿脱用时过长、缺乏对应号型和防护设备种类过多上。

穿着过程的分析调查材料主要包括对武汉一线医护人员的访谈及网络关于医护人员工作时的视频记录。分析发现，医护人员在穿着防护服时活动频率最高的部位为手腕和脚腕，活动幅度最大的部位为腰部和肘部。防护服使用过程中存在以下问题：

1.防护服无弹性，限制医护人员行动。

2.防护服透气性差，影响医护人员穿着舒适度。

3.防护服外观设计无辨识度，影响医护人员交流效率。

4.防护服外观设计缺乏温度，容易绐患者带来负面情绪。

（二）ROST-CM6文本分析

ROST-CM6文本分析软件是武汉大学沈阳博士团队开发的一款文本分析软件，常用于人文社科类研究。文章主要使用软件的中文词频分析和情感分析功能。[2]

1.词频分析：本次选取的词频分析材料为权威网络媒体的相关新闻报道（主要包括中国青年网、新华网、南方日报、医师报等网络媒体）。检索关键词为“医用防护服”、“医用防护服不足”、“医用防护服不适”、“防护服设计”。设定时间采集范围为2019年12月之前，得到与本次研究相关词出现频率如图3所示：

其中，与防护服材质相关的词（如材料、透气、面料）占总词频的27%：与防护服尺寸相关的词（如尺寸、尺码、不合）占总词频的17%：与防护服设计相关的词（如设计、研究、研发）占总词频的14%（总词频为上图各词频的计数和）。可见防护服的材料和尺寸为大家最关注的两点。

2.情感分析：ROST-CM6软件的情感分析功能可以快速提取文本材料的积极词、中性词和消极词，并根据表达情感的强烈程度进一步将积极词和消极词分为一般、中度和高度三个层级，同时生成正面、中性、负面情感结果统计文件，方便调查人员了解用户对产品的情感态度。

研究小组使用知乎、微博平台中关于“防护服改进”相关的回答和讨论作为分析材料，各部分情感分布如图4所示。

其中，积极情绪占67.19%，中级情绪占7.81%，消极情绪占25%，可见整体上医护人员呈现乐观态度，但是消极情绪还是占据相当一部分。在消极情绪中，一般消极情绪占14.06%，中度消极情绪占4.69%，高度消极情绪占0%。可见目前防护服虽然有不足，但是没有达到极端不能忍受的情况。进一步分析发现，消极情绪的主要聚集在防护服的材质和尺寸上，出现的关键词有“浑身湿透”、“不便”、“勒痕”等。与新闻材料的文本分析结果一致。

（三）调研结论

综合上文的调研，研究小组归纳了防护服目前的设计缺陷主要有以下几点：（1）现有的医用防护服穿脱的程序繁琐;（2）现有的医用防护服难以用卫生的方式快速脱下;（3）现有的医用防护服的材质难以吸收医护人员工作时产生的大量汗液。造成医护人员工作时的不适;（4）现有的医用防护服外观设计冰冷容易绐患者带来负面的心理暗示;（5）现有防护服各部位尺寸不匹配医护人员的身材，且缺乏弹性。（6）现有医用防护服缺乏身份辨識度，影响医护人员的工作效率。

还可以初步确定在这些缺陷中对用户体验影响较大的几个方面为：防护服的穿脱程序繁琐、防护服材质不透气及尺寸不匹配身材。

三、新型防护服设计原则

（一）功能优先级确定

针对调研总结的防护服不足，研究小组设定了新型防护服初步的功能点：（1）防护服吸汗不闷热。（2）防护服可以快速穿脱。（3）防护装备一体化设计。（4）防护服大小尺寸可调节。（5）防护服外观的情感化设计。（6）防护服具有身份辨识度。

下面研究小组将使用KANO模型分析法对这些功能点进行设计优先级排序。

KANO模型被广泛应用于用户满意度调查和产品改进中，主要应用以下表格来划分用户对产品是否有具有相关功能的需求程度3。（如表1）

期望型需求代表用户满意度随产品提供该功能提升，随产品缺少该功能下降。魅力型需求代表用户满意度随产品提供该功能大幅上升，但是不提供该功能用户满意度用户满意度也不会下降。无差异型需求代表用户满意度与该功能无关。必备型需求代表提供该功能用户满意度不会上升，但是缺少该功能用户满意度就会大幅降低[4。

在KANO模型中，增加某项功能后的满意系数被称为better系数（SI），消除某项功能后的不满意系数被称为worse系数（DSI），如果记魅力型需求为A，期望型需求为0，必备型需求为M，无差别型需求为。则better系数和worse系数的计算方法为：SI=（A+0）/（A+O+M+l）;DSI=-1*（O+M）/（A+O+M+l）。由于DS为负数，为比较方便通常取其绝对值。SI和|DSI|的大小是对产品进行优先级排序的重要标准。[5]

研究小组通过线上线下两种形式向武汉市抗疫一线的医护人员发放了针对防护服穿着体验问题的Kano问卷，线下共发放30份，回收有效问卷28份。线上共发放70份，回收有效问卷60份，总计有效问卷填写88份，计算出每个设计点的better系数和worse系数（如表2所示）。

根据平均值进行Kano模型的象限划分，位于第一象限的是期望型需求，位于第二象限的是魅力型需求，位于第三象限的是无差异型需求，位于第四象限的是必备型需求。根据表格绘制了KANO模型的需求象限图（如图5所示），从而确定了新型防护服设计的优先层级。

由图可得，防护服的尺寸调节、防护装备一体化和吸汗不闷热属于期望型需求，防护服具有身份辨识度属于魅力型需求，防护服的情感化设计和快速穿脱设计为无差异型需求。在产品设计中应遵循以下顺序：必备型需求>期望型需求>魅力型需求>无差异型需求。同一类型需求应按照better系数和worse系数绝对值之和的大小进行排序。则设计优先级：防护服大小尺寸可调节>防护服吸汗不闷热>防护装备一体化设计>防护服有身份辨识度>防护服方便快速穿脱>防护服的颜色样式情感化设计。

可见排名前三的设计需求为：防护服的尺寸调节、防护装备一体化、防护服吸汗不闷热。与第二部分设计调研的结论基本相符。由于防护服吸汗不闷热的研究已经相对完备，本次新型防护服设计不再讨论，选择防护服的尺寸调节和防护装备一体化设计作为本次新型防护服设计的重点。

（二）防护服设计的安全性原则

由于防护服是在高污染高病毒密度的场景下使用的，在进行防护服设计时，必须注意防护服的安全性。

已有研究表明]，防护服的安全性能主要集中在防护服的结构和材料上。其中，在防护服的结构方面要尤其注意防护服的气密性。由于新冠病毒主要通过空气传播，眼部、口部和鼻部易受感染，因此前胸部位应尽量减少结构性缝合。防护服的开口位置尽量设置在背部、肩部、腋下等部位。除此之外，防护服帽子需与领口组合设计，袖口和脚口可采用高弹面料以加强防护服的防护性。

四、新型防护服设计

（一）初步方案

研究小组的初步设计方案如图6、7所示，防护服整体采用连体式设计，背部开口。与现行医用防护服相比主要创新点为防护装备一体化设计与尺寸调节设计。

防护装备一体化设计上，研究小组将护目镜、口罩与防护服的帽口相连、手套与防护服的袖口相连、脚套与防护服的裤子相连。医护人员在穿脱防护服时，可以省略戴帽子、口罩、护目镜、双层手套和鞋套的流程，可以大大提高医护人员穿脱防护服的效率。

尺寸调节设计上，研究小组在现行医用连体防护服上添加了魔术贴以调节袖长和裤长。考虑到魔术贴的稳定性，将魔术贴位置设定在活动频率较低，活动范围较小的上臂和大腿处。除此之外，研究小组对防护服的号型覆盖范围也做了修改，现阶段防护服采用GB19082-2009《医用一次性防护服技术要求》进行号型区分，参数如表3所示（单位：cm）。

现行标准只涵盖身高为160cm-185cm的人群，研究小组拟将新型防护服的尺码覆盖的身高范围扩大至155cm-190cm，更大程度地满足身材较为矮小和较高医护人员的穿着需求。

对方案进行评估发现，在防护装备一体化设计中，连脚式和连手式设计虽然方便了医护人员的防护服穿着，但是并不合理。根据郝学峰、肖宏瑶的研究7，医护人员在走动中很可能摩擦脚底防护服，造成防护服磨损。且每个人的手部和足部尺寸相差较大，直接和袖子裤子相连一体化生产可能会导致手套和鞋套不贴合手部和脚部，影响医护人员的操作。面部虽然不存在摩擦破损问题，却容易产生较大空隙，不能保证防护服整体的气密性，加大了被病毒感染的风险。

在尺寸调节设计中，魔术贴的毛绒织物和勾状织物的面积需要重新确定，由于勾状织物在使用过程中可能会沾到头发等具有传染性的物质，应尽量减少勾状织物暴露，即毛绒状织物面积占比需更大。此外，勾状织物和毛绒状织物之间需要留有一定的折叠余量，一方面可以增加魔术贴的调节范围，另一方面也减小了魔术贴在使用过程中被挣开的可能。同时，根据厉谦等人对防护服结构舒适性的研究8，在进行防护服尺寸设计时，不仅要考虑防护服的长短，还应该考虑防护服穿着者的体型和防护服余量之间的关系。不同身高的医护人员对于防护服的不适部位不同：对于低于160cm的医护人员而言号型偏大，衣下間隙过大。对于高于185cm的医护人员而言号型过小，会导致头颈部和裆部的不适。即使在号型规格内，现行防护服的胸宽也明显过宽，体型偏瘦的医护人员会因为上衣余量过大产生不适。

根据以上评估，研究小组决定对设计方案进行修改。

（二）方案修改

1.防护装备一体化修改：由于防护装备穿脱用时长的最大原因是为了防止病毒和皮肤接触必须谨慎穿着，防止病毒接触面部。如果能有效地在保证头部的气密性，医护人员在脱防护服时就无需担心污染物对面部皮肤的威胁，即使手部和脚部没有一体化设计，也可以在很大程度上简化防护服的穿脱流程。因此研究小组准备加强面部的气密性。在初始方案中，面部气密性差的主要原因是护目镜和口罩之间存在空隙。研究小组对此做了改进，如图8、图9所示。面部采用全封闭设计。使用高透明度和高阻隔性能的面罩与帽口直接相连，在面罩的右下角安装与N95口罩过滤性能相同的过滤器保证医护人员呼吸。同时，将去掉一体防护装置的袖口和脚口使用弹性收束设计，保证防护服的气密性和安全性的同时也方便了医护人员的移动和操作。

2.尺寸调节修改：尺寸调节设计上，除尺寸覆盖范围外，增加了衣下余量的调节。如图所示，在腰腹处增加一条弹性系带。医护人员穿上防护服后，可以通过调整系带的长短控制防护服的衣下余量。

研究小组还确定了新型防护服具体尺码标准，如表4所示（单位：cm）。

为增大防护服的可调节范围，研究小组减少了尺码数量，只用了S/M/L三个尺码。同时每个尺码覆盖更大的范围，尺码之间间隔的尺寸余量由魔术贴来补足（图中灰色部位）。魔术贴仍然分布在衣袖和腿部，衣袖上毛绒织物宽度为8cm，可调节范围最大可达9cm，腿部毛绒织物为13cm，可调节范围最大可达14cm，完全覆盖了设定的防护服尺码范围。此外，勾状织物带的宽度为1cm，与毛绒状织物带留有1cm的间隔以保证勾状织物带的弯折余量。由于修改后的防护服会更加贴身，对于肘关节、膝关节，腰部和头颈部等经常活动的部位，拉扯不适可能会更加明显。因此，研究小组在肘关节、膝关节、腰部、头颈部使用弹性防护服材料替换原有的防护服材料（图中绿色部分）。

研究小组就此改进方案咨询了相关专家和老师，得到以下修改意见：

（1）透明面屏设计不合理，水平宽度太小，在医护人员做扭转等动作时不透明的帽子可能会干扰医护人员视线。

（2）弹性材料的形状设计不合理，在实际使用中，防护服的受力情况会影响弹性材料的性能表现，应尽量根据受力情况重新设计弹性材料的形状。

（3）使用弹性材料替换时，还应考虑替换材料的过滤性能，保证医护人员的安全。

（4）腰部系带覆盖范围过小，不能很好地调节衣下余量，防护服因系带收束挤压出的多余衣物会干扰医护人员工作，同时可能藏匿细菌和病毒。

（三）最终设计方案

最终设计方案如图10、11所示：

图中淡蓝色部分为毛绒状织物，网格状部分为勾状织物，绿色部分为弹性材料。

根据前两版方案的设计不足，研究小组做了一些设计改进，主要包括环状面屏半包围设计、弹性绳位置及收束设计和弹性材料形状设计。

考虑到医护人员实际穿着中，只需要眼睛可视范围内为透明材料即可，研究小组将透明面屏简化成环状，采用半包头部的设计，既尽量减小了防护面屏材料的占比，又可以保证医护人员的可视范围。

针对衣下余量控制问题，研究小组将腰部系带加宽到胸部以下，使用两根弹性绳进行控制，上侧的弹性绳主要控制靠近胸部部位的多余衣物，下侧的弹性绳主要控制腹部的多余衣物。弹性绳收紧后，多余的衣物会集中在宽大的腰部调整系带中，避免多余衣物对医护人员产生干扰，也避免前襟的褶皱外露带来的藏匿病毒的风险，增加了防护服的安全性和便利度。

此外，研究小组还分析了在使用过程中防护服的受力情况，发现在经常出现的弯腰和低头动作中，腰部的中部和颈部的中部防护服受到的力相对于腰部两侧和颈部两侧更大，如果采用均匀形状，在弹性材料相同的前提下，受力大的部位产生弹性形变也会更大，可能会造成弹性材料的伸长量不均匀，易造成损坏。同时，假设弹性材料的弹性系数较小，医护人员有可能感受到不均匀的拉扯感，从而产生不适。为保证弹性材料产生的形变均匀，研究小组在腰部和颈部的弹性材料的形状上做了改进。把原有的均匀环状改为中部长两侧短的山形设计。

在弹性材料的选择上，研究小组拟使用过滤性能良好，同时具有优良的力学性能的材料。根据安琪等人关于医用防护服非纺织材料的研究，美国已研发出一款新型纳米纤维网弹性材料，该弹性材料主要由弹性聚氨酯（TPU）纳米材料、熔噴非织造材料和非弹性PA6纳米材料构成，复合后回复力约为20%，对直径为1-5um的气溶胶过滤性能达99.99%。[9]，非常适合本次防护服设计中的弹性材料替换。

医护人员在使用新型防护服的流程如下：在穿新型防护服时，首先佩戴一次性医用口罩，接着从背部直接进入，根据身高和臂长调整魔术贴的粘贴范围，从而使防护服大小基本合身。然后使用腰部系带调整防护服的穿着余量，达到最佳的穿着状态。最后穿戴手部和脚部防护装备。在脱防护服时，先摘取手部和脚部防护装备，松开腰部系带和魔术贴，清洁手后直接脱下整套防护服，再次清洁手并摘下一次性医用口罩。

最终设计方案综合考虑了受力情况的和使用情况，选择了最适合防护服活动部位使用的弹性材料和弹性材料的形状，采用面部环状半包围封闭设计，在很大程度上解决了现行医用防护服的尺寸不合适和穿脱效率低下问题。然而，由于材料工具受限，研究小组无法确定更换材料的成本。后续研究还需对其成本综合分析，选择适当的替换材料尺寸，使其既满足使用需求，又不会增加太多成本。

结论

文章重新梳理了目前防护服的不足之处，基于用户体验设计出了一款可以调节尺寸的、防护装备一体化的新型防护服。文中的防护服相关需求排序可以为之后的设计研究提供参考。此外，研究过程中使用到的ROST-CM6文本分析和KANO模型也可以广泛地用于其他产品设计研究中。

参考文献

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