應急救援類防護服裝發展現狀與趨勢

張海棠， 王宏付， 柯 瑩

(江南大學 紡織服裝學院， 江蘇 無錫 214122)

防護服裝是一類能夠在特殊環境下，保護穿著者不受外界有害因素傷害的特殊服裝[1-2]，是世界各國用以保障人民生命安全，提升軍事力量、競爭與利用各資源，提高科技能力等的關鍵裝備。防護服裝的種類非常龐雜。根據防護服的用途可分為工業用、軍用、醫療用、生活用和公共事業用等幾大類，各用途下的防護服又可按照防護對象進行細分，例如抗菌服、阻燃服、防彈服和隔熱服等[3-4]。本文主要論述應用于公共事業的應急救援防護服裝。此類服裝需求量大，應用場景多，如地震、礦塌、大型交通事故等災變現場。應急救援防護服裝作為對救援人員的直接防護裝備，其功能設計與結構設計成為影響救援效率以及防護能力的重要因素。

目前國內外對應急救援防護服的研究并不多。大多研究集中在特殊功能的開發與研究上，尤其是新型面料的應用，對于服裝材料濕阻、熱阻等性能及著裝舒適性的研究報道也很多[5-7]。在應急救援類防護服裝的功能設計方面，研究者多關注極端情況的個案分析，很少涉及應用廣泛的一般防護服。另外，國內對應急救援防護服的分類及評價標準沒有國外全面和具體。美國早在1992年就發布了NFPA 1999：2003《緊急醫療事故現場防護服標準》，該標準對應急人員防護服裝的設計要求、性能要求以及測試方法作出了明確規定。國際標準化組織ISO有關防護服的標準也已在2013年更新，而國內對防護服的相關規定不僅在發表時間上落后，而且更新不及時，在我國GB/T 20097—2006《防護服一般要求》中對防護服的檢測條款中才開始考慮人類工效學原則[8-9]。本文將主要針對國內外應急救援防護服設計的一般模式進行文獻研究，以救援防護服研究的典型案例為基礎，從面料選擇、結構設計和測試方法3個方面，整理出應急救援防護服設計與測試的一般規律，總結目前救援防護服的研究瓶頸，并展望其未來的發展趨勢，為此類防護服裝的優化設計提供一定的基礎數據和科學依據。

1 應急救援防護服面料

災變現場的環境是十分復雜的，救援人員需要應對的危險因素有很多，針對不同危險類別，各國都制定了相關防護服的選用標準，在我國GB/T 11651—2008《個人防護裝備選用規范》中，也有針對各事故類型的防護裝備選用規則。表1示出災變現場常見的危險因素，以及不同危險因素下防護面料的選擇。

表1 不同危害因素下的面料或纖維選擇Tab.1 Selection of fabrics or fibers for different hazard factors

1.1 救援防護服面料結構

1.1.1多層面料結構

目前救援防護服的面料設計大多采用復合面料，將混紡面料、薄膜材料、功能纖維彼此復合成新型面料，新型面料趨于3層結構，外層阻燃、耐磨、耐腐蝕，中層防水、透濕、防化，內層則為親膚面料，即舒適區[10-11]。伏磊等[12]利用滌綸網眼基布、芳綸類纖網、阻燃黏膠纖維水刺布、聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜等基材將傳統多層救援服面料設計為雙層，合并舒適層、隔熱層和防水透氣層。曾曉明等[13]發明了雙層復合結構的新型救援服面料，外層阻燃拒水抗靜電，經緯紗采用2上1下的斜紋結構，內層為粘膠吸濕阻燃面層，經緯紗采用1上1下的平紋結構。

以上研究表明，救援防護服越來越薄型化的趨勢，薄型化的救援防護服不僅有效地保護救援人員的人身安全，而且減輕了防護服自身重量對救援人員所造成的生理負擔。

1.1.2單層面料結構

單層面料的應急救援防護服，為眾多社會志愿者所穿著。針對這類非專業救援隊伍，他們穿著的救援防護服在面料上只需做到防水、透濕、耐磨抗撕、防靜電、尺寸穩定等一般要求，通過混紡、后整理方法實現[14]。

常用的單層面料是滌綸/棉(T/C， 65/35)防靜電面料和CVC(滌棉混紡面料，棉比例更高)防靜電面料，表2中對比了2種面料的性能特點，這2種面料都是導電絲、滌綸和棉混紡，只是滌、棉的含量不同。CVC由于棉的含量更多，因而具備的棉的性能較為突出，彈性和吸濕性能都優于T/C，手感也比T/C面料更加柔軟，但因CVC的價格比T/C稍貴，因此在單層面料的應急救援防護服中采用T/C作為主面料的比較多。

1.2 救援防護服面料成分

作為一種綜合性能優異的新型纖維，芳綸類纖維在救援防護服中的應用越來越多，但芳綸的疏水性較強，其制品透濕能力差。Wang等[15]提出可通過復合親水性強的材料，如阻燃粘膠纖維等，利用毛細效應加強其吸水能力，從而達到排濕效果。目前救援防護服的面料設計要求已經轉變為在保證防護能力的前提下提高面料的舒適性，相變材料等新型纖維材料的出現一定程度上解決了救援防護服防護能力與舒適性之間的矛盾，為救援防護服的材料選擇及智能化發展提供更廣闊的思路。

表2 2種應急救援防護服常用單層面料性能比較Tab.2 Performance comparison of single layer fabric used in two kinds of emergency rescue suits

1.3 救援防護服面料的辨識度

復雜的救援環境除了對救援服裝的面料有著較高要求，還要求救援服裝在黑暗或光線昏暗的環境下具有很好的辨識性[16]。按照國際慣例，通常會在救援人員穿著的防護服裝上附著反光材料。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熱性能，歐洲標準EN 469—2007《消防防護服-戰斗防護服性能要求》中規定反光帶必須具有阻燃性能，在高溫條件下不能熔化、碳化、脫落和滴流。目前市場多采用3M高亮阻燃反光材料，在防護服的胸部、手臂、腿側等部位附著。

在我國，常用的反光材料有2種：玻璃微珠和高光澤度晶格。由于二者的反射原理不同，如圖1所示，因此在性能上有所差異。晶格是有多個拋面的微棱鏡結構，類似鉆石原理，因此反光效能和廣角性能都遠遠高于玻璃微珠。同時其擁有較長的使用壽命，因此是救援服反光部位的首選材料。由于晶格的價格比玻璃微珠高，因此其目前使用率低于玻璃微珠。

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

2 應急救援防護服結構設計

應急救援防護服裝的結構設計是影響防護服舒適性的重要因素[17]。在進行結構設計時，一般會從款式結構、開口設計、部位設計、整體結構這4個方面考慮。

2.1 款式結構

一般救援防護服的款式有2種，即上、下裝式與連體(帽)式。款式需要根據應用環境來進行選擇，如水域救援防護服一般采用連體式結構，在裁剪時會選擇一體式裁剪，減少面料分割和接縫；而在地震救援防護服的設計上，通常會采用上、下裝結構，便于軀干彎曲等大幅度動作[18]。

HAVENITH等[19]指出款式結構和放松量會直接影響穿著者與服裝之間間隙，衣下間隙又影響著服裝熱阻，從而決定穿著舒適程度。放松量同時也是為修正尺寸，形成各類防護服的最佳功能尺寸，從而適應不同的救援動作，讓防護服達到最舒適效果。在救援防護服的結構設計中，褶裥、分割、松緊及拉鏈的合理運用可以大大提高活動自由度和舒適度。

2.2 開口設計

救援防護服的開口設計，會增加衣內空氣對流，利于衣內水汽散發，提高服裝透濕指數[20]，從而提高舒適性。開口設計包括針對領口、袖口、下擺、褲腳口等自然開口形式和針對胸部、背部、側腰部、腋下等部位非自然開口形式2個方面。在腋下、側腰部等部位做一些開口設計，可更加有效地促進人體熱量散失以及運動時的熱濕平衡。開口設計可以是側縫開口、袖底縫開口等接縫開口形式，也可以是透氣面料(網孔面料)與主體面料在易出汗部位(腋下等)的拼接形式。

2.3 工作需求設計

在救援過程中，救援人員會有抬手、下蹲、彎腰等很多大幅度動作，當人體在做此類大幅度動作時要求服裝相關部位有更大的寬松度以滿足動作需要，防護服在結構設計時要根據不同的動作對服裝上的相應部位做合適改動，綜合考慮如何使服裝最大化適應這些動作[21]。如針對彎腰、下蹲動作，通常在服裝背部、褲膝關節處做褶裥設計。褶裥類型的選擇需要根據大量實驗結果來確定，以增大穿著者最大的運動范圍。

Mullet[22]比較了不同袖型結構(裝袖、連袖、插肩袖和腋下插角連袖)上裝對人體運動的影響。實驗通過不同方位、不同角度的抬臂動作，測量服裝在袖口、下擺側部、下擺后中等部位產生的滑移量。結果表明，連袖在袖口處產生的滑移量大于其他袖型，而裝袖、插角連袖在下擺側部處的滑移量大于連袖，這說明不同的結構會使服裝對人體運動的應變能力不同。

2.4 整體結構設計

應急救援防護服在確定最終的結構設計方案前，一定要回歸整體，再次審視并進行優化設計。一般從人體—服裝—環境系統分析，了解救援人員所處的環境以及救援任務，分析他們對防護服的性能要求，根據不同要求，綜合改進并優化防護服的結構。例如在地震、工礦企業爆炸的救援現場，建筑廢墟中有很多尖銳物體，救援人員在救援過程中又會有很多跪地動作，膝蓋部位很易磨損，因而在防護褲裝的設計中，可在膝蓋部位加縫雙層耐磨面料，以延長防護服的使用壽命[23]。

3 應急救援防護服的測試方法和原則

3.1 應急救援防護服的測試方法

3.1.1評價方法

防護服在實際使用前會進行性能和舒適性測試與評估，以保證穿著者的安全與穿著舒適度。防護服的測評過程很復雜，包括基本面料、結構設計、生理衛生、防護功能等方面的評價。

UMBACH等[24]提出防護服性能評價的5種方法，如圖2所示。在防護服研究設計的不同階段可采用其中一種或多種方法結合。5種評價方法分別為織物“皮膚”模型上的物理學試驗、利用暖體假人的生物物理學分析、環境艙內人體穿著試驗、小規模有限現場試驗和大規模現場試驗。在應急救援防護服的性能評價中，可結合實際救援環境，對救援服進行針對性的性能測試和綜合評價。

圖2 應急救援防護服性能評價5種分析方法Fig.2 Five methods of analysis for performance evaluation of emergency rescue protective clothing

織物測試一般要求對不同用途所要求指標進行測試檢驗。在測試救援防護服整體熱濕性能時，通常利用暖體假人來對服裝的隔熱與透濕性能進行評價[25]。環境艙中的人體穿著實驗，會模擬救援環境時的溫濕度，結合主觀問卷調查，對人體體溫、心率等其他指標進行測量，來評價救援服的舒適性。

3.1.2工效性評價及反光帶測試

在防護服的舒適性評價中，越來越多的學者提出工效性評價的重要性。Camenzid等[26]認為，防護服的裁剪、設計及其他附加功能需要進行穿著試驗來測試。針對應急救援的防護服工效性能評價方法，廣義上包括技術評估(人類工效學性能：尺寸、結構、易用性、兼容性)、生理評估(對環境壓力的忍受限度)和大規模試穿評估(問卷形式，收集穿著者主觀感受)[27]等。從狹義上來說，就是指評價服裝是否滿足人體活動的力學需求。評價內容包含關節活動范圍、操作靈活性和服裝壓力等方面[28-29]。將問卷形式的主觀評價結果與相關測量的客觀數據相結合，對防護服裝整體工效性進行評價。

對于反光帶的性能測評，相關標準如EN 471—2003《專用高能見度警示服裝測試方法及要求》中，對反光材料的測試方法有詳細說明。Havenith[30]提出在全黑的情況下用汽車前燈模擬集聚光源，以司機視角觀察100 m目標物體，在規定時間內，將服裝上的發光材料產生光圈描繪成圖像，再用專業控制儀表進行分析、評估。

3.2 應急救援防護服的設計原則

沈潤娥[31]在1995年提出了防護服安全、適用、美觀、大方的設計原則。賈司光等[32]提出，從安全、舒適、工效和耐受限度這4個方面衡量“人-機-環境”系統的效能。對于防護服裝的設計而言，安全、防護是首要的，但防護功能的提高會在一定程度上影響舒適性，這就需要找到最優平衡方案來處理防護和舒適、功能性、外觀等各要求之間的矛盾[33]。這些設計理論完全適用于應急救援防護服的設計。

應急救援防護服多功能趨勢越來越明顯，設計者應該首先分析救援防護服的應用環境，總結危害因素，確定重點防護對象，再針對性進行面料選擇和結構設計。面對各功能間的矛盾點，要綜合考慮應用環境、市場價格等因素，選擇最佳折中方案，圖3示出一般的救援防護服設計流程。

圖3 一般救援防護服設計流程Fig.3 Design process of general rescue protective clothing

4 應急救援防護服的發展瓶頸和趨勢

目前，國內救援防護服品種繁多，在設計上注重救援防護服的專業性和適用性，但各類救援防護服在專業性能上重復交叉，綜合功能單一，難以做到兼顧。此外，一般救援現場的救援隊伍紛雜，各救援組織穿著的救援防護服裝各異，標識不明顯，使得救援現場凌亂，降低救援效率，但建立救援防護服裝的統一標準需要考慮的因素很多，所以目前國內仍未有相關國家標準。在救援防護服的舒適性評價方面，國內已經開始逐漸采用計算機模擬方法分析“人體-服裝-環境”系統之間的熱濕傳遞、評價人體舒適感，但由于“人體-服裝-環境”間的熱濕交換過程復雜，計算機模擬的精確度還難以控制[34]。

應急救援防護服應用廣泛，需求量大，在未來的發展趨勢主要有以下幾個方面。

1)差別化、高性能化纖維。隨著對救援防護服研究的深入，加工工藝和加工材料不斷地更新和完善，一些高性能纖維材料不斷涌現[35]。中空纖維、超細纖維、PBI纖維、“形狀記憶”材料、遠紅外陶瓷纖維和高強纖維等纖維原料的開發應用，將為未來應急救援防護服裝的設計開發帶來更多靈感。

2)多功能、智能化救援防護服。應急救援防護服裝的設計開發將更加系統，再加上功能兼容技術的成熟，救援防護服裝的設計將趨向于集多種防護功能于一體[35]。從高性能纖維與復合、涂層等特種加工工藝的結合，以PTFE織物為代表的復合層壓技術中，也能看到未來防護服多功能的影子。相變材料、納米技術和微電子技術等在防護服上的應用，使其變得智能化。例如在應急救援防護服中加入微電子系統，可實時地反饋穿著者所處的環境狀況，實現自我調節。

3)更高地穿著舒適度。強化細節設計，從細微處體現救援防護服的實用價值和高性價比。從面料設計與結構設計上，提高穿著舒適度。如選擇性透過膜復合材料、相變材料等在救援防護服上應用，減輕防護服重量，提高透氣透濕性能，調節溫度。

4)規范的測試系統和評價標準。建立完善的救援防護服測試系統，利用計算機模擬技術提高防護服測試效率[36]。規范救援防護服的分類及使用，確立救援防護服的等級和性能評價標準，都是間接提高救援效率，保障救援人員安全的有效手段。

5 結束語

目前應急救援防護服的設計在追求多功能的基礎上，越來越重視舒適性能。在面料選擇上傾向薄型面料，新型纖維材料的應用也越來越普遍；結構設計方面注重局部細節，從防護性能和舒適工效性能兩方面入手進行結構優化；關于性能測試評價，從織物到服裝整體全面評估應急救援防護服裝的防護性能和舒適性能，將主觀問卷與客觀測量數據結合，進行工效性評價。

我國應急救援防護服裝在近幾年越來越受到重視，雖然和發達國家相比，還存在著一些差距，但也取得了一定的進展。未來更加智能、多功能、舒適、安全的救援防護服裝必將真正地保護搶險救援人員自身安全，提高救援效率，保障每個生命的存在價值。

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