基于穿著者需求的醫用防護服設計

侯玉

(南京藝術學院 設計學院，江蘇 南京 210013)

2020年初，新型冠狀病毒肺炎(簡稱新冠肺炎)爆發，給社會帶來了巨大的影響和沖擊。在抗擊疫情過程中，廣大醫護人員始終在抗疫一線，為保障人民生命安全付出了巨大努力甚至作出犧牲。在這過程中，醫用防護服在保護醫護人員安全的同時，也暴露出其舒適性差、穿著困難、識別性差、生理適應性低等問題，給醫護人員帶來諸多不便，甚至嚴重影響其工作效率，因此醫用防護服的設計值得深入研究。

1 新冠肺炎疫情期間醫用防護服使用現狀

由于新冠肺炎具有很強的傳染性，醫護人員在對病患進行診療的過程中存在高度風險，因此防護服成為其必不可少的生命防線。目前，一線醫護人員使用的防護服主要為一次性醫用防護服，根據GB 19082—2009《醫用一次性防護服技術要求》[1]進行生產制造。醫用防護服對結構、液體阻隔性能、斷裂強力、斷裂伸長力、過濾效率、阻燃性能等關鍵性防護指標有明確的參數要求，在單次穿著周期內(一般為4 h)可以滿足醫護人員的基本使用要求，有效抵御外部工作環境可能帶來的感染。同時，由于制造成本較低，工藝要求較為簡單，使得防護服使用成本較低，因而可大規模應用于抗疫一線，但在新冠肺炎的診療過程中，此類型防護服也暴露出一些明顯缺陷。

1.1 穿著舒適性差

根據目前媒體報道及一線醫護人員反映，由于新冠肺炎具有高風險性且傳染渠道多樣，醫護人員必須長時間穿著防護服。例如，北京協和醫院副院長韓丁指出，一線病房排班時，護士一個班的工作時間為4～6 h，醫生一個班的工作時間為6～8 h，但由于需要交接班以及會發生各種特殊情況，導致醫護人員在一個班中的實際工作時長要大于醫院規定工作時間[2]。由于防護服對液體、氣體具有較好的阻隔性，其內部的熱量及水汽無法排出，穿著者深感不適，特別是經過幾個小時的高強度勞作后，全身已被汗水浸透(見圖1)，因此穿著醫用防護服時無法長時間進行高強度的活動[3]。 另外，由于防護服材料易被刮破，穿著者不能用手指進行抓撓，當醫護人員由于防護服內部環境濕熱而引起皮膚瘙癢時，只能選擇忍耐。

1.2 便利性差

醫用防護服的穿脫過程較為復雜，因其阻隔性要求較高，故設計為連身款，穿著者需從上衣位置處將腿部先伸入防護服中，然后上拉防護服，再依次將手臂穿入，隨后需將褲腳蓋住腳踝及安全鞋，并依次佩戴好護目鏡等其他防護用具，最后完成戴防護帽、拉拉鏈等一些列操作(見圖2)。在脫下防護服時，由于防護服內部水汽無法排出，導致防護服與內部衣物貼合在一起，加大了脫下防護服的難度。此外，醫用防護服袖子、褲腿與軀干相連處較為肥大，在肢體伸展時容易刮到其他物體，影響工作；而在上肢自然下垂時，腋窩處又容易形成衣物材料堆疊，不便于人體活動。

1.3 如廁操作復雜

基于防護密閉性要求，目前醫用防護服沒有快速開合的結構設計，醫護人員在進行如廁時需要將防護服全部脫下，如廁后再將其按操作規程穿好，整個過程需要花費較長時間。因此，在此次新冠肺炎疫情期間，許多一線醫護人員為減少由于如廁而產生的穿脫操作，不得不控制食物和水分攝入，這在一定程度上損害了醫護人員的身體健康。

1.4 身份識別難

目前疫情一線醫護工作者所穿著的防護服普遍沒有合適的身份標示方式。由于醫用防護服需將穿著者全身包裹起來，并使用護目鏡等附件遮蓋面部，使得無法明確、快速地識別醫護人員面貌(見圖3)。而在實際工作中，醫護人員之間需要進行一些必不可少的交流，較差的識別性會導致工作效率下降。

2 醫用防護服設計現狀

目前醫用防護服設計中存在的問題主要反映在設計理念、設計方法及設計形式等方面。

2.1 以防護級別為核心的設計理念

防護級別是防護服設計、制作的核心指標，通常具有多項技術參數要求，而不同的國家根據自身需求在參數要求上有所差異。以GB 19082—2009為例，其中對液體阻隔功能、斷裂強力、斷裂伸長力、過濾效率、阻燃性能有著明確、詳盡的參數規定，但對防護服的結構、款式設計要求較為簡單，且更多地強調制作工藝，表現出重參數、輕設計的傾向。而在實際穿著過程中，防護服不僅要求防護級別達標，在此基礎上也要充分考慮穿著者的需求，以獲取既安全又便捷的穿著體驗。因此必須轉變醫用防護服單純以防護級別為中心的設計理念。

2.2 以參數驗證為主的設計方法

醫護人員是穿著防護服的主體，但目前的防護服設計卻忽略了對穿著者需求的研究，將其需求簡化為參數指標的達成，因此在實際穿著過程中產生一系列的困擾和問題，且長期得不到有效解決。例如，防護服的舒適度、便利性、可操作性等方面的不足在新冠肺炎疫情期間暴露得非常明顯，而這些問題在以往的使用過程中就已存在。與之相對的是，已有學者在其他領域的防護服設計中找到一些高效的解決方案，并在生產中實施。例如，BSL-4實驗室的一體正壓防護服設計根據實驗人員需求配備了空氣輸送系統、聽覺保護系統、故障報警裝置、通信裝置等，在保證穿著者安全的基礎上，提供了更為優良的工作環境[4]；美國約翰·霍普金斯中心生物醫療工程實驗室對在西非工作的抗擊埃博拉病毒一線醫護人員調研的基礎上，于2014年推出改良版正壓防護服，采用了新的結構及版式設計，更方便穿脫，且增加了正壓通風系統，使穿著者不再覺得悶熱、潮濕，極大地改善了醫護人員的穿著體驗[5]。

2.3 以一般性場景取代特殊場景的設計形式

目前醫用防護服的設計是以醫院日常工作場景為背景，在非緊急情況下基本可以滿足一般的防護需求。但在此次新冠肺炎疫情下，醫護人員的工作場景發生明顯改變，工作時長、工作內容、工作環境以及勞動強度都不同以往。在短時工作場景內不會出現或短暫出現的狀況轉變為一種常態化現象，對醫護人員的耐力、體力乃至健康造成了很大影響。另外，在這種高強度工作環境下的人員交流、工作交接也不同于一般醫療工作場景，防護服內部悶熱環境與外部工作環境都極大影響了工作效率。因此，有必要從防護服的使用場景層面提出新的設計思路。

在當今的功能性服裝設計領域，情感、直覺的量化成為服裝安全性研究的重點[6]，設計師不僅要滿足防護指標，也要重視對穿著者需求的研究。

3 新型醫用防護服的基本設計原則

針對此次疫情暴露的醫用防護服設計中的問題，有必要從穿著者角度提出新的設計思路。新型醫用防護服設計的核心是充分考慮穿著者的舒適性需求。服裝舒適性從廣義上而言，是指著裝者通過感覺(視覺、觸覺、聽覺、嗅覺、味覺)和知覺等對所穿著服裝的綜合體驗，包括生理上的舒適感、心理上的愉悅感和社會文化方面的自我實現、自我滿足感[7]。 新型醫用防護服的設計原則是以生理舒適感為主，綜合考慮穿著者的心理需求和工作需求，總體可以歸納為CUAE原則，即舒適性(comfort)、通用性(universality)、審美性(aesthetic)和經濟性(economy)。

3.1 平衡防護等級與生理需求的舒適性原則

醫用防護服設計的核心是安全性，所以防護等級、參數指標仍然是其設計的基礎。但正如馬斯洛需求層次理論指出，人的需要是由低級向高級不斷發展的，這一理論對服裝設計師如何有效設計出適用于各需求層次人員的服裝具有啟發作用[8]。因此，醫用防護服在保證防護性能的基礎上，應當進一步從設計層面提升其穿著的舒適度、便利性，并充分考慮特殊場景下的用戶需求。

3.2 滿足多種場景需求的通用性原則

新冠肺炎疫情中醫用防護服的使用暴露了舒適度、便利性、識別度等諸多問題，背后的原因是長時間穿戴防護服。目前醫用防護服都是針對短時間穿著而設計，不能滿足當下新冠肺炎疫情期間高強度、長時間的工作需求，因此有必要將穿戴時長作為新型醫用防護服設計的重要考量指標，借鑒通用設計的思維方法，研究長時間工作條件下醫護人員的具體需求，進而解決目前醫用防護服在穿戴過程中暴露的問題。

3.3 提升穿著者視覺識別和身份界定的審美性原則

醫護人員在救治病人過程中不可避免地需要進行一定的工作交流，但在長時間穿著防護服的封閉工作環境下，防護服內的高溫高濕會產生大量水汽，嚴重阻擋穿著者的視線，影響正常的工作交流。因此，在提升防護服排濕性能的同時，需增加有助于穿著者視覺識別和身份界定的設計元素，通過對尺寸、色彩等視覺要素的強化處理，彌補穿著者視覺辨識度的不足。此時，審美要素不僅是對防護服的視覺美化，也具有一定的補償功能。

3.4 強化材料耐用和使用成本的經濟性原則

醫護人員在工作期間會接觸并使用多種醫療器械，較容易導致醫用防護服的破損并引發感染，存在極大的安全隱患。因此，防護服必須使用具有一定強度的材料，以避免上述狀況的發生。另外，在此次抗疫過程中，醫用防護服的使用量非常大，這就要求控制防護服材料的成本，因此需要在材料的性能及成本之間達成平衡。

目前常用于制造醫用防護服的材料主要包括機織面料、非織造布以及復合材料。機織面料具有結構穩定、布面平整適合多種裁剪方法的特點，多用于可重復使用的低防護等級防護服，但經過多次使用、洗滌和消毒后，其材料強度和對有害物質的阻抗性會明顯下降，因此不適用于防護等級要求高的防護服。非織造布和復合材料多用于一次性防護服，不同的材料通常具有各自的特點，例如：SMS(聚丙烯紡黏-熔噴-紡黏復合非織造布)在對微生物及血液的阻隔性能上優勢突出，材料強度能滿足國內醫用一次性防護服的力學性能要求，且其制作工藝較為成熟，制造成本也較低；微孔聚四氟乙烯薄膜與織物復合材料的阻隔性能非常好，但材料價格較為昂貴，不適宜大規模生產使用；杜邦公司開發的Tyvek(特衛強)也具有良好的阻隔性能，且具有很好的透氣性和抗拉、抗剪切力性能，生產成本也能得到較好的控制。因此，根據經濟性原則，SMS和Tyvek更加符合新型醫用防護服的設計要求。

4 基于CUAE原則的醫用防護服設計要素

文中對新型醫用防護服的設計要點進行具體闡述，其中生理舒適性要素的設計主要基于服裝熱阻理論。影響服裝熱阻的因素主要有：覆蓋面積、衣下空氣層、服裝開口、服裝穿著層數、服裝質量、服裝組合搭配形式、風速、人體動作與姿勢。在醫用防護服設計中，覆蓋面積有硬性要求，不可改變；服裝質量受材料影響較大；風速、人體動作與姿勢屬于服裝外部因素，不受設計的影響，因此在設計過程中主要綜合考慮的因素是衣下空氣層、服裝開口、服裝穿著層數、服裝組合搭配形式。

4.1 合理的結構設計

圖4為醫用防護服設計。

醫護人員在日常著裝外直接穿著防護服會形成多層重疊著裝，導致各織物層透濕性、透氣性下降，考慮到醫護人員對防護服舒適性、便利性及防護功能的總體要求，新型醫用防護服可采用內外分離兩件套設計。具體而言，即將外層設計為主要的防護隔離層，以達到阻隔外界環境、防止感染的功能；內層為醫用工作服，通過連接件在腋下、褲襠等位置與外層防護服連接并形成夾層，在夾層中放置吸水棉墊，作為排尿系統及吸汗系統。醫護人員穿著時，可先在消毒更衣室將自己的日常衣物更換為內層醫用工作服，再穿著外層防護服，既起到隔離防護的作用，也可以充分滿足其工作時舒適性、便利性以及工作后清潔消毒的需求。

在版型方面，外層防護服的版型設計首先遵循整體性原則，不進行過多的分片處理，以減少不必要的拼接縫隙，通過一條拉鏈實現開合，便于穿著，并在拉鏈處設置密封條，有效阻隔外部物質滲入，確保其阻隔性。防護服表面的開口位置直接決定了人體表面的空氣流走向，進而影響服裝的散熱效果，因此通過在肩部和腋下設計通風結構，結合材料拼搭，利用“煙囪效應”使散熱效果得到顯著提升。內層醫用工作服為常規上下分體款式，便于衣內空氣流通。由于衣下空氣層較小(即松量較小)的服裝總熱阻、總濕阻較小，服裝熱濕舒適性較好[9]，因此兩層衣物間的衣下空氣層不宜過大。通過以上設計，可使防護服具備適用于多種工作場景的通用性，醫護人員即使在較高的工作強度下和較長的工作時間內，也能保持較為舒適的穿著體驗。

4.2 新穎的材料應用

新型醫用防護服材料首先需考慮阻隔滲透功能，通過與美國、歐盟防護服性能測試方法的比較可以看出，國內醫用防護服缺少對微生物滲透的測試，而國外醫用防護服對此類測試均有相關技術要求，其防病毒能力更強[10]。 這些安全性的差異主要體現在材料選用方面，因此，必須提高對材料防護等級的要求。

此外，一次性防護服的排濕透氣性較差，這就需要通過采用具有一定排濕透氣性能的材料，同時基于防護性的要求，防護服材料的排濕透氣應該具有單向性，以保證外界空氣不會反向滲透到防護服內。周曉潔等[11]利用FG-910型含氟類拒水整理劑對純棉水刺非織造布進行整理，發現當整理液質量濃度在40 g/L時，整理的樣品可達到良好的單向導濕性，穿著者產生的汗水被迅速導出，從而保證人體干爽、舒適。

相關實驗結果顯示，除頭部外，人體顯性出汗最多的部位在后背，且相比于上背，中下背的顯性出汗率更高，而由軀干到四肢呈現逐漸減少的趨勢，四肢的出汗率最低[12]。 因此，可以通過在下背部采用單向滲透材料來增強防護服的排濕排熱能力，提高穿著舒適度。例如，可以采用SMS復合材料，因其是紡黏材料和熔噴材料復合而成，具備熔噴材料優異阻隔性能的同時，還具有紡黏材料良好的強力和透濕性[13]。另外，由于SMS復合材料屬于非織造材料，材料成本較低，生產工藝簡單，因此經濟性較好，適用于大規模生產。

4.3 差異化的裝飾識別

基于一線醫護人員對穿著防護服后辨識度降低的反饋，新型醫用防護服需在前胸和后背分別增加可以用于辨識的姓名標簽，標簽可采用粘貼方式附著于防護服上，并采用軟質材料，以防止劃破防護服或影響穿著者操作。同時，為適應不同光線條件下的辨識度要求，可通過可視距離測量法、圖像分析法和眼動跟蹤分析法[14]對姓名標簽的尺寸、色彩和材料進行整體設計。醫護人員在工作過程中的相互空間距離屬于一般社交距離，通常約1 200～3 700 mm，基于此，前胸標簽尺寸設計為120 mm×80 mm，放置于右側胸部，后背標簽的尺寸設計為200 mm×100 mm，居中放置，以滿足一般視力狀況下對文字的快速識別要求。標簽色彩根據醫護人員職責分工進行區分，醫生標簽設計為淺藍色，護士標簽設計為淺綠色，便于工作人員及患者快速識別。同時，標簽可使用自發光材料，使其在弱光環境下也具有良好的識別性。另外，在防護服透氣透濕區域采用不同的色彩搭配，配合整體版型，使防護服在一定程度上擺脫刻板的視覺形象，具有一定的審美性。

5 結語

由新冠肺炎疫情引發的對醫用防護服設計缺陷的反思，促使人們對新型醫用防護服的設計進行深入思考，防護用品的優劣不能簡單地以防護指標參數為唯一的評價標準。醫用防護服的舒適性、便利性是對穿著者的充分保護和尊重，因此設計的介入極其必要。文中從穿著者的具體需求和穿著場景入手進行研究，幫助設計師建立新的思路，設計出更加人性化的防護服裝，以適應多種惡劣環境下的工作需求，這也是未來防護服裝及防護用品設計的發展趨勢。