基于重力平衡的袖子結(jié)構(gòu)設(shè)計“2A”原理

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(涿州高紅服飾設(shè)計工作室，河北 涿州 072750)

袖子結(jié)構(gòu)與人體體型、動作及制作材料和審美等多種因素有關(guān)，對其結(jié)構(gòu)的研究方法也有很多，其中幾何學和人體解剖學為常用的方法。如國外研究者在解剖手臂皮膚后繪制出袖子的基本輪廓[1-2]，國內(nèi)基本據(jù)此成果進行袖子制板[3]。但皮膚是有彈性的有機組織，是服裝材料無法比擬的，同時服裝與人體的關(guān)系也無法達到皮膚與皮下組織緊密貼合的狀態(tài)，因此，用現(xiàn)行方法給不同體型的人制作袖子，穿著效果并不理想。

有研究者試圖通過制作不同參數(shù)的袖子，對比在人模上的效果，確定最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)，得到回歸公式[4]。由于與袖子相關(guān)的人體部位有肩部、手臂和胸部，每個部位有6種形態(tài)，如肩部前后方向有厚、薄、中，上下方向有溜、平、中，由此得出相關(guān)靜態(tài)體型729種。如果用實驗的方法進行研究，不僅工作量大、周期長，而且偶然因素多，很難找到造成袖子差異化效果的理論依據(jù)。因此，文中通過觀察現(xiàn)實生活中不同體型人的袖子缺陷，從人體工學角度分析袖子的運動功能，以重力平衡的視角探究袖子幾何形態(tài)的結(jié)構(gòu)力學原理，并用該原理進行袖子結(jié)構(gòu)設(shè)計，使袖子更加貼合人體。

1 袖子的結(jié)構(gòu)重力平衡

1.1 袖子的結(jié)構(gòu)

以結(jié)構(gòu)特征分類的袖子有中式袖、裝袖、插肩袖[4]；以幾何形態(tài)分類的袖子有長袖、花瓣袖、緊身袖，不論何類袖子都是圍繞手臂構(gòu)建，并通過袖根與衣身相連。

袖子的結(jié)構(gòu)如圖1所示。由圖1可知，袖根位置與臂根對應，位于肩頭到腋窩的截面，中式袖只有袖根位置，沒有實質(zhì)的袖根結(jié)構(gòu)；裝袖的袖根與衣身袖窿有縫合線，其輪廓線包括袖山弧線和袖底弧線，袖根結(jié)構(gòu)完整，故文中以裝袖為例進行分析。

1.2 袖子的重力平衡

袖子在手臂上的受力分析如圖2所示。由圖2可知，當人體自然站立時，手臂重力平衡狀態(tài)是大臂稍向后偏轉(zhuǎn)，肘部在肱骨頭后側(cè)，小臂向前偏轉(zhuǎn)(前偏角因人而異)，重心線在肱骨頭和腕骨連線上，其重力平衡原理是手部力矩等于肘部力矩。

袖子是圍繞手臂的柔性體，無法獲得手臂一樣的平衡力矩，自然懸垂是其重力平衡狀態(tài)，袖根連在袖窿上(人體的承重區(qū))，是袖子承重段；袖身位于手臂下垂部分，是懸垂段。袖子的重力通過材料傳導到承重段，當人體承載力和袖子材料強度能夠抵抗袖子重力，即G1=T2，G2=T5，袖子處于重力平衡狀態(tài)時，袖子平順、飽滿[5]，反之，袖子易打綹、堆褶。

1.3 袖子結(jié)構(gòu)重力平衡機制

袖子結(jié)構(gòu)重力平衡就是建立在重力平衡基礎(chǔ)上的結(jié)構(gòu)平衡，表現(xiàn)為承重段均衡包覆在袖窿部位，懸垂段自然下垂。袖子要實現(xiàn)結(jié)構(gòu)重力平衡，代表拉力作用方向的袖子中心線應該鉛垂向下，分別從正面和側(cè)面對其進行分析：

1)袖子正面的結(jié)構(gòu)重力平衡與绱袖角有關(guān)。袖子正面形態(tài)如圖3所示。圖3中左側(cè)手臂下垂，袖子內(nèi)側(cè)受到身體約束(擠壓)，袖子正面變癟；外側(cè)自然下垂，處于重力平衡狀態(tài)。

右側(cè)手臂舉到绱袖角(袖子中心線與鉛垂線的夾角)位置，袖身正面變寬，側(cè)面較癟，因為袖子內(nèi)部有手臂支撐，且處于運動中，可以不考慮其重力平衡問題。

2)袖子側(cè)面的結(jié)構(gòu)重力平衡取決于袖子的重心與袖窿的關(guān)系，如果袖子重心線和袖窿承載中心線重合，袖子會自然下垂；如果袖子重心線和袖窿承載中心線有夾角，袖子會扯綹。

小臂對應的袖段(俗稱小袖)前端超出袖窿水平投影范圍小，其局部重力可以忽略，不會引起袖子結(jié)構(gòu)失衡，因此，小袖前偏角對袖子的結(jié)構(gòu)重力平衡影響很小。

袖窿是袖子對應人體的承重區(qū)，袖子受到袖窿向上拉力，袖窿的承載中心線是大臂的重心線，大臂重心線與肩線(肩脊線)的夾角是臂肩角，因此袖子的結(jié)構(gòu)重力平衡與臂肩角有關(guān)。

可見，袖子側(cè)面的結(jié)構(gòu)重力平衡機制就是通過袖身重心線和袖窿承載中心線重合，實現(xiàn)承重段(袖山段)均衡承載和懸垂段自然平衡下垂，外在表現(xiàn)為袖子的中心線與鉛垂線的夾角等于臂肩角。

2 袖子結(jié)構(gòu)設(shè)計的“2A”原理

袖子結(jié)構(gòu)設(shè)計的“2A”原理就是以人體肱骨頭為轉(zhuǎn)動軸(Axes)，以臂肩角和绱袖角為偏轉(zhuǎn)角(Angle)構(gòu)造衣袖，實現(xiàn)袖子結(jié)構(gòu)重力平衡的設(shè)計原理，也稱“轉(zhuǎn)角”原理。

2.1 “2A”原理中肱骨頭的作用

肱骨頭是人體手臂向各個方向活動的旋轉(zhuǎn)軸，也是 “2A”原理設(shè)計袖子的核心結(jié)構(gòu)點。人體大臂向各個方向的動作始終以肱骨頭為軸，袖子隨大臂運動，一側(cè)表現(xiàn)為向運動方向擠壓，另一側(cè)向反方向拉伸，因此肱骨頭也是袖子結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動軸，由此可知：

1)緊身袖袖子中心線通過肱骨頭,轉(zhuǎn)動時與手臂同軸，腋下的袖底轉(zhuǎn)動半徑最小，偏轉(zhuǎn)的距離(弦長)最小，需要的袖根余量(拉伸量)最少，最便于活動。

2)任何結(jié)構(gòu)體的轉(zhuǎn)動都需要自由度，手臂轉(zhuǎn)動的約束點在肱骨頭。因此裝袖的袖根(袖窿)在達到肱骨頭的截面位置極限時，袖根越向肩外側(cè)偏移越方便手臂活動。同理，便于手臂向各個方向轉(zhuǎn)動的袖窿應在垂直于肩線的鉛垂面上[6]，但為了減少袖子內(nèi)側(cè)堆褶，使其造型更加美觀，袖窿截面則應由上至下向內(nèi)偏斜。

3)當手臂以肱骨頭為軸，向前后方向轉(zhuǎn)動到自然下垂狀態(tài)時，大臂軸線與肩線之間會產(chǎn)生夾角，稱之為臂肩角。當手臂以肱骨頭為軸，向左右方向轉(zhuǎn)動到袖子平順狀態(tài)時，袖子中心線與鉛垂線之間會產(chǎn)生夾角，稱之為绱袖角。

2.2 “2A”原理中臂肩角的作用

臂肩角是袖子側(cè)面結(jié)構(gòu)重力平衡的關(guān)鍵角。以肱骨頭為軸、臂肩角為偏轉(zhuǎn)角構(gòu)造袖子，能夠適應人體前后方向的體型差異，使袖山(承重區(qū))均衡承載，避免應力集中，袖身自然平衡下垂，達到結(jié)構(gòu)重力平衡狀態(tài)。

在人體重力平衡調(diào)節(jié)機制的控制下，手臂的重力平衡狀態(tài)取決于腰背部形態(tài)，即臂肩角等于腰背傾角。實踐中，一般把人體腰背特征簡化為中正(腰背傾角0～5°)、內(nèi)傾(挺胸體，腰背傾角>5°)和外傾(駝背體，腰向外拱，腰背傾角<0°)3種類型。

臂肩角與手臂重力平衡如圖4所示。腰背傾角相反的挺胸體和駝背體兩類人手臂重力平衡狀態(tài)亦相反，挺胸體的身體重心在手臂重心線前部，肩線在手臂重心線后部，肩線相當于以肱骨頭為軸向后偏轉(zhuǎn)角度E(即后轉(zhuǎn)臂肩角為E)。同理，駝背體肩線在前，前轉(zhuǎn)臂肩角為E＇。

2.3 “2A”原理中绱袖角的作用

绱袖角是袖子中心線與鉛垂線的夾角，在空間上相當于袖子繞肱骨頭向高處轉(zhuǎn)動的某個角度，用以適應手臂側(cè)舉形態(tài)。在袖子結(jié)構(gòu)設(shè)計中，绱袖角用來確定袖山高，以確保袖子正面結(jié)構(gòu)平衡。

當人的手臂從下垂到上舉轉(zhuǎn)動180°時可收放自如，且腋下不會堆褶。而袖子如果不使用高彈性面料，其绱袖角超過30°，袖子放下后內(nèi)側(cè)就會堆褶。高彈力面料雖然接近皮膚的彈性，但只適合制作運動類服裝或內(nèi)衣，因此，為保證袖子的功能性和美觀性(內(nèi)側(cè)少堆褶)，設(shè)計時需要應用人體工學原理，根據(jù)服裝類型和穿著者需要的袖子活動范圍，確定绱袖角。

3 運用“2A”原理設(shè)計袖子結(jié)構(gòu)

在運用“2A”原理設(shè)計袖子時，首先要確定袖子造型風格，然后用系統(tǒng)性思維構(gòu)建立體模型，解決袖子結(jié)構(gòu)重力平衡，最后有目的、有重點地做裝飾設(shè)計。

3.1 體型識別

體型識別是通過測量人體數(shù)據(jù)識別穿著者形體特征，并利用人體體型關(guān)鍵點和關(guān)鍵角數(shù)據(jù)，進行袖子結(jié)構(gòu)重力平衡設(shè)計。如判斷腰背傾角屬于內(nèi)傾還是外傾，以此調(diào)整臂肩角的角度以達到袖子結(jié)構(gòu)的重力平衡。

另外，可從行為學角度分析人體體型，如通過腰背部形態(tài)判斷人體狀態(tài)，當腰背內(nèi)傾>15°是緊張或表演姿態(tài)；腰背內(nèi)傾5～15°是有活力的人，站姿挺拔；腰背內(nèi)傾0～5°是平常人，站姿中正；腰背傾角<0°(腰背向外弓)是平常人的坐姿，或體弱老年人無力的站姿。以上4種體態(tài)透出不同的氣質(zhì)，不可避免會影響著裝風格，因此，體型識別又是為了在服裝設(shè)計時可以根據(jù)穿著者身材、氣質(zhì)選擇適合的袖型結(jié)構(gòu)風格。

但體型識別不是找人的缺陷，有人把溜肩歸為體型缺陷并通過墊肩、聳肩造型向標準體型調(diào)整[7]，這種把服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計變成按模板塑造，不顧及穿著者個性特征的做法有待商榷。

3.2 服裝類型與袖子活動量

通過結(jié)構(gòu)力學分析可知，袖窿結(jié)構(gòu)設(shè)計會影響袖子重力平衡，當袖窿截面在肩凸點外[8]，就失去了人體直接支撐，只有使用厚硬材料，或加上墊肩挑起袖窿，才能承受住袖子重力；如果用輕薄面料，也沒有墊肩，袖窿和懸吊的袖子會呈塌落狀，通常這種袖子绱袖角接近90°，多用于運動休閑類服裝。

女性禮服和時裝可把袖窿截面設(shè)在肩凸點內(nèi)側(cè)，接近袖窿極限位置，顯得肩形柔美，并采用小于30°的绱袖角，用鼓脹的袖子(羊腿袖、泡泡袖類)提供必要的活動余量。

教師和司機經(jīng)常前伸手臂工作，從人體工學的角度設(shè)計袖子的绱袖角應該大于60°，袖窿截面在肩凸點外，并向前偏轉(zhuǎn)15°左右。

長時間操作電腦(或者服裝縫紉)人群，由于工作性質(zhì)經(jīng)常彎曲小臂工作，小袖前偏角要略大，以減少臂彎袖子堆積和肘部拉伸帶來的不適感。

3.3 袖子結(jié)構(gòu)平衡

袖子造型有合體、膨大等多種式樣[9]，厚重的面料，一般用對稱式設(shè)計，輕薄面料可采用不對稱設(shè)計。對稱的袖子結(jié)構(gòu)平衡，對袖山拉力均衡，袖子能實現(xiàn)結(jié)構(gòu)重力平衡；不對稱的袖子結(jié)構(gòu)不平衡，對袖山的拉力不均衡，袖山局部應力集中，容易扯綹，有的會引起肩線移位。

同理，對于在袖子上的堆疊、懸垂、褶皺設(shè)計，或外綴裝飾物設(shè)計，也要考慮袖子的重力平衡和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，以及袖山的承載狀態(tài)，避免設(shè)計意圖外的結(jié)構(gòu)失衡，重力失控。

3.4 裝袖設(shè)計

裝袖設(shè)計的目標是把設(shè)計結(jié)構(gòu)平衡的袖子按照手臂的重力平衡狀態(tài)縫合在袖窿上。按照“2A”原理，袖子結(jié)構(gòu)重力平衡設(shè)計的關(guān)鍵是識別承重段，確保承重結(jié)構(gòu)平衡，評估面料強度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，保證袖山合體度使其受力均勻，并根據(jù)人體臂肩角和設(shè)計的绱袖角確定袖子中心線與人體的關(guān)系。

腰背傾角5°的偏差與人體呼吸、坐、行中自然搖動幅度接近，不會造成袖子局部應力集中，因此，“中正”體型的臂肩角可以簡化為零，裝袖時袖山頂點對正肩點(或肩線及其延長線上的點)，這是常規(guī)肩袖結(jié)構(gòu)形式。

腰背“內(nèi)傾”和“外傾”體型，在裝袖時可以按照臂肩角調(diào)整袖山對應點，也可以按人體臂肩角減5°后調(diào)整，使袖子偏向中正體型，這兩種方式都能避免袖山及上臂段堆褶或打綹，保證袖子美觀度。

3.5 系統(tǒng)設(shè)計

袖子結(jié)構(gòu)設(shè)計是系統(tǒng)工程，需要考慮和平衡很多因素，在用系統(tǒng)思維進行分項、分步設(shè)計之后，還要用系統(tǒng)性眼光對袖子制作過程進行審視，在確保袖子美觀協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)重力平衡的情況下，做到與服裝風格協(xié)調(diào)一致[10-11]。

3.6 袖子缺陷識別

袖子結(jié)構(gòu)設(shè)計、制板、裁剪和加工環(huán)節(jié)都可能存在缺陷，因此，需要正確識別袖子缺陷及其誘因，并采取針對性措施消除缺陷，完善設(shè)計成果。其中常見的因制板錯誤導致的缺陷，具體如下：

1)臂肩角不正確，導致袖子歪斜，起綹；

2)绱袖角不正確，導致舉臂困難；

3)袖山曲線錯誤，導致袖山局部起綹；

4)袖山高度不夠，導致袖山頂塌陷，外側(cè)起吊或者打綹；

5)用胸圍推算袖窿，易導致給胸圍大但大臂細的人做的袖子過于肥大；

6)前袖窿曲率過大(向胸部挖的太深)，導致袖子與胸部銜接不自然，起空；

7)后袖窿曲率過大(向后背挖的太深)，導致袖子前伸困難；

8)高低肩的人，兩側(cè)袖窿對稱，但低肩一側(cè)用墊肩找平后，腋下易過緊；

9)小袖前偏角不正確，導致小臂彎曲困難。

4 結(jié) 語

采用結(jié)構(gòu)力學方法分析袖子在人體上的結(jié)構(gòu)重力平衡狀態(tài)，同時用人體工學方法分析袖子與手臂動作的關(guān)系，從而發(fā)現(xiàn)袖子結(jié)構(gòu)重力平衡機理，找到與袖子結(jié)構(gòu)對應的人體關(guān)鍵點和關(guān)鍵角，進而提出以人體關(guān)鍵點為轉(zhuǎn)動軸(Axes)，以關(guān)鍵角為偏轉(zhuǎn)角(Angle)的袖子結(jié)構(gòu)設(shè)計“2A”原理。

利用 “2A”原理設(shè)計袖子結(jié)構(gòu)時，需要獲取穿著者臂肩角和绱袖角的參數(shù)，因此不管何種體型或何種款式的袖子，相比利用經(jīng)驗數(shù)據(jù)的設(shè)計方法，使用“2A”原理都更容易實現(xiàn)袖子設(shè)計效果，也更有利于高級定制服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計和制板。