基于用戶需求的國家電網應急搶險服虛擬仿真設計

許 星

（常州紡織服裝職業技術學院 服裝學院，江蘇 常州 213164）

在應急搶險過程中，由于時間緊、任務重、風險大等，電力工人需要24 h值守在搶修現場，且惡劣的天氣和環境也給電力工人埋下了一定的安全隱患。因此，為了保障電力工人的人身安全，提高電力工人的工作效率，亟須設計一套適用于國家電網電力工人的應急搶險服裝。

1 國家電網應急搶險服裝設計需求

本研究以用戶需求為導向，基于虛擬仿真技術對國家電網應急搶險服裝進行設計。根據國家電網公司應急管理要求和應急搶險工作特點，運用服裝設計方法和虛擬仿真技術，從功能性、美觀性、實用性等角度進行設計，構建以用戶體驗為導向的國家電網應急搶險服裝虛擬仿真設計流程（圖1）。

圖1 功能服裝虛擬仿真設計流程

1.1 工作環境調研

應急搶險服裝必須具有輔助人體適應外界氣候變化、防止和消除外界對于人體危害的功能[1]。前期需要了解產品的使用場景，預設在此場景中可能存在的危險以及人體受到損傷的可能性，從而分析該產品需具備哪些功能，進而有針對性地進行防護功能設計。

第一，高空搶修常伴有橫風，尤其在冬季極寒天氣下高空橫風刺骨，對服裝的保暖防風性能提出了很高的要求。第二，在地震、洪災后執行搶修作業時，環境中有大量的污水污泥。工作服需要具備防水抗污的性能，同時要考慮后續服裝清洗維護的便捷性，因此，服裝面料要選擇防水抗污、易清洗的材料。第三，在高溫環境下執行搶修作業時，工作人員會大量出汗。工作服需要具備輕便透氣且散熱快的特點。同時，高溫下服裝與身體摩擦易產生靜電，會對人體造成危害，因此，服裝需選擇具有永久防靜電特性的面料。第四，夜間作業可視度低。為保證工作人員的安全，工作服應具備反光的功能。第五，雨雪天氣搶修，除了要考慮工作服的保暖性能，同時還要具備防水以及高密封度等性能。

1.2 工作姿態剖析

功能服裝最基本的特性是對人體生理層面的保護，運動是表現人體生理特征及需求的最好狀態。通過運動狀態下動作的分析，可以更好地掌握用戶在工作時的生理需求。通過國家電網應急搶險類工作場景和工作內容的調研分析，總結出應急搶險工作人員工作中常用動作為騎、跨、爬、蹲、趴、拉、抗、拽等，皆為幅度較大的動作。服裝應具備高耐磨性、高撕裂強度等特性，保障工作服的使用壽命。由于工作時常出現蹲的動作，可適當加大下擺長度并做可調節收緊下擺的設計，同時適當提高褲裝腰線，防止工作人員的腰部皮膚暴露出來，起到保護皮膚的作用。高空作業時工作人員常伴有攀爬、騎線等動作，服裝需寬松舒適，方便活動，同時騎線的動作對襠部的耐磨性有很高的要求，應做加強耐磨結構，提高工作服的耐穿性。

1.3 用戶需求調研

為了切實了解電網工人對工作服的生理和心理需求，通過問卷調查和訪談的形式，對國家電網工作人員進行調研。調查問卷共發放60份，回收58份，有效問卷回收率約為96.7%，其中81.6%被調查者希望解決工作服的耐穿性和防護性問題；76.7%被調查者認為服裝款式老舊，同時服裝口袋設計不合理，無法滿足置物的需求；71.6%被調查者希望解決服裝耐臟污的問題；65.0%被調查者希望解決工作服穿脫不方便的問題；46.7%被調查者認為現有工作服不美觀且沒有國家電網特色；31.6%被調查者希望服裝可以區分男女款。通過對國家電網工作人員訪談資料的歸納整理，分析總結出國家電網工作人員對工作服的主要訴求為方便活動、易穿脫、耐臟耐磨、吸汗透氣、美觀、標識性強且具有國家電網特點。

2 國家電網應急搶險服裝設計實踐

功能性服裝需要同時具備功能性和舒適性，本研究將影響服裝功能性和舒適性的主要因素作為開發特定環境和特殊工種用途服裝的設計原則。通過服裝的結構、面料、色彩等構成要素的設計，可預測其功能性和舒適度。在確定服裝的基本防護功能后，還需要對其他影響因素進行細化考察，例如是否有行業標準與習俗、用戶和企業標準的差異化以及公司的預算成本等因素。在產品研發過程中，核心是用戶的需求，同時還要兼顧自然、經濟等影響最終設計效果的其他因素。

2.1 設計目標與思路

在功能服裝的各項性能中，生理和心理的防護性至關重要。防護性包含硬防護和軟防護。其中，硬防護是從著裝者的生理角度出發，主要通過對服裝的結構、面料進行有針對性的設計，防御各種可能對身體造成損傷的外界危害。應急搶險類工作服在設計過程中首先要考慮其工作內容的特殊性，要全面考慮各種極端工作環境對工作人員造成危害的可能性，最大化避免工作人員在工作中受到傷害，并盡可能提升工作人員穿著的舒適度。軟防護是指從心理方面出發，對服裝的整體風格、標志識別、色彩等方面進行針對性設計，突出企業風貌，提高企業文化認同感，對用戶的心理產生積極作用。新工裝設計以“國電綠”為基調標識，從“能源轉型、綠色發展”理念及“人民電業為人民”宗旨等文化內涵中提煉工裝色彩，形成反映國家電網IP形象和企業文化的高辨識度新工裝。

在設計之前，首先進行前期調研，通過現場勘查、查閱視頻素材以及問卷訪談等方式，對國家電網應急搶險工作環境以及工作人員在工作中的運動狀態進行分析，結合工作人員自身對服裝的訴求，得出應急搶險工作服的功能需求點。根據用戶對產品外觀、功能等方面的期望，確定基本的設計方向，并著重解決其不滿意點、遺憾點以及強化希望點，有針對性地進行功能設計和美感設計，最終設計出一款高于用戶現有實際需求的產品，如圖2所示。

圖2 國家電網應急搶險類工裝設計思路（王興偉、許星）

2.2 面料特性的選擇

功能性服裝對面料性能具有較高要求，尤其是國家電網應急搶險類特殊工種的工作服，需要在各種惡劣工作環境中保護工作人員的身體免受傷害。在服裝材料上，選用高支平紋棉滌混紡面料加“SYCORE-TEX”涂層材料，達到新工裝對阻燃、抗靜電、防電弧、耐磨、抗撕、防水等功能的標準要求，貼身衣物為140高支密全棉面料，具備抗靜電、吸濕、保暖、親膚性能。冬裝內層材料采用輕薄、透氣性好的冷隔絕材料疊加態，疊加態常用于羽絨、抓絨布、纖維絮片等，具有輕薄、透氣性好、冷隔絕的優點。因此，將疊加態運用于夾層，同時填充仿鵝絨高保暖絮片的新型紡織纖維材料，設計可拆卸內膽，極大地保障雨雪濕寒天氣的保暖效果。新工裝混紡與涂層材料均符合防污、易洗滌、不變形的要求。

2.2.1 高彈性與耐磨性

應急搶險服對服料的耐磨性、耐撕裂性以及彈性有很高的要求。應急搶險工作人員在工作時的運動強度很大，會做一些幅度較大的動作，如騎線、攀爬等。高撕裂強度和高耐磨性保障工作服的結實耐穿性，延長服裝的使用壽命。為了提高服用者在運動中的舒適性，對服裝面料的彈性也有較高的要求，高彈力面料在提高穿著者運動能力方面也發揮著重要作用。

2.2.2 舒適性與保暖性

服裝最基本的功能是幫助人體適應外界氣候，在溫度較低的環境中，服裝要具有很好的保暖性能。功能服裝在具有很好的保暖性能的同時還要避免臃腫，便于工作人員活動。冬裝內層可拆卸保暖層的表層使用錦絲綢，夾層使用輕薄、透氣性好的冷隔絕材料疊加態，同時填充仿鵝絨高保暖絮片的新型紡織纖維材料，提升環境適應性。

2.2.3 吸濕性與透氣性

吸濕透氣性是應急搶險類工作服舒適性的重要指標。搶修工作往往伴隨著高強度的運動，工作人員在運動后會產生大量的熱量以及分泌大量的汗液，工作服需要及時將人體汗液傳導至外界，保持人體的干爽，從而保證穿著者的生理舒適性。因此，服裝內里材料需要具備良好的吸濕透氣性能。140高支密全棉面料具備抗靜電、吸濕、保暖、親膚性能，利用纖維表面微細溝槽所產生的毛細現象使汗水經芯吸、傳輸、擴散迅速遷移至織物表面并發散，從而保持人體皮膚的干爽[2]。

2.2.4 防水性與防風性

應急搶險工作經常遇到雨雪天氣，工作服須具備良好的防水性與防風性。通過靜水壓指標進行評價，要求靜水壓不小于160 cm水柱，穩壓5 min，布面出現的水珠不超過6顆。Gore-Tex是由薄膜層壓涂層制成的高性能紡織品，這種薄膜每平方英寸（約0.000 6 m2）有90億個微孔，微孔的大小只有水滴的1/20 000，這些微孔足以使汗氣透過薄膜，同時阻止外界風雨滲入[3]，可以有效應對雨雪等惡劣工作環境。

2.3 服裝款式結構設計

對工作人員的運動姿勢、受力情況等方面進行分析，針對工作人員攀爬、騎線等大幅度動作，在肘部、膝蓋和臀胯部位均采用加強加厚結構設計，最大限度地減少工作過程中服裝的磨損，從而更好地保護服用者，減小意外傷害和肌肉受損等危險。袖部帶有高明度色彩醒目條，前后身重點部位均設計鐳射反光條，工裝背部反光條為“男三女二”原則，以備低辨識環境下的精準辨識，從而提高服用者在夜間危險環境作業的安全性。服裝版型根據男女的體型特征差異進行了細微調整，提高了女性工作人員工作服的合體性，如圖3所示。

圖3 效果與版片示意（王興偉、許星）

春秋裝、夏裝腰身部位采用無結構設計，保障工作中維修安全裝備的穿著無障礙，盡可能減小工作人員高空作業的危險系數。針對雨雪等惡劣天氣作業，服裝的口袋均采用壓膠防水隱藏式口袋，有效保障通信設備不被雨水淋濕，同時大臂外側設計了放置對講設備的黏膠，保障對講設備拿取方便以及高空工作人員與地下工作人員溝通的便捷性。冬裝采用雙層可拆卸的設計，保暖層的表層使用錦絲綢，夾層使用輕薄、透氣性好的冷隔絕材料疊加態，同時填充仿鵝絨高保暖絮片的新型紡織纖維材料，可根據溫度、濕度等情況進行穿脫，最大限度地提高服裝的舒適性。針對高空作業的橫風，對領口、袖口、褲腳口等部位做了可調節功能的防風設計，有效提高服裝的保暖防風性能。

2.4 服裝的美飾性功能設計

舒適性和防護性是功能服裝最基本的需求之一，滿足穿著者的生理需求和安全需求。在標志識別、企業形象等方面提高企業文化認同感，給予穿著者集體歸屬感以及行業自信。因此，在設計功能服裝時，首先需要滿足穿著者對服裝的舒適性和防護功能性需求，其次從服裝的美飾性角度融入企業文化，通過服裝傳達企業精神，從而充分滿足穿著者對美的追求，使其產生心理認同感。

設計師在設計產品時要遵循實用性與藝術性相結合的原則。從傳統意義上的美學而言，服裝設計的造型美學主要體現在服裝的款式結構和顏色質感兩個方面。國家電網應急搶險類工裝在色彩上使用了國家電網代表色“國電綠”，使服裝不僅有視覺形式上的美感，同時還涵蓋了企業精神文化，充分反映企業員工的情感、心理和審美取向等內容。服裝的藝術設計不僅是視覺上的創新創意，同時也是信息傳達設計的一種方式，其將企業的精神內涵、文化傳承、意識元素等全部融入服裝的外觀設計中[4]，賦予工作服審美價值和情緒價值。

3 虛擬仿真技術

虛擬仿真技術是指將計算機技術、仿真技術和多媒體技術相結合，創建虛擬的產品、過程或環境，從而使用戶體驗到產品、過程或環境的虛擬實現。在虛擬仿真中，用戶可以采取多種手段對產品進行觀察和操作，進而體驗產品的各項功能和特性。虛擬仿真技術主要包括視覺仿真、聽覺仿真、觸覺仿真、嗅覺仿真等。國家電網應急搶險服裝采用虛擬仿真技術進行設計。

利用虛擬仿真技術可使用戶體驗到搶險服的各項功能和特性。Style 3D Fabric可以精確捕捉紋理細節，使圖像更加清晰，色彩更加真實，同時高度還原復雜面料，全自動獲取PBR貼圖，高清模擬面料屬性，實現高仿真面料上身呈現，讓設計圖更加逼真。Style 3D自有柔性仿真技術，讓3D服裝設計更真、更快、更高效，同時可以讓電網工作人員更直觀地感受成衣的款式色彩、面料質感以及上身效果[5]。

4 結語

本研究首先基于用戶需求分析建立了以用戶體驗為導向的國家電網應急搶險服裝虛擬仿真設計流程，其次根據用戶體驗需求確定了以色彩、面料、款式、功能為主要設計要素的搶險服虛擬仿真設計方案，最后利用Style 3D進行三維建模，并對模型進行貼圖、調色處理，完成了搶險服虛擬仿真設計。