個性化鞋墊設計研究

楊九瑞

（北京服裝學院，北京 100029）

隨著時代的發展和人們物質生活水平的提高，運動鞋的適用范圍得到了廣泛拓展。除了運動和鍛煉外，運動鞋和人們的日常生活活動，如休閑、旅游、購物等都緊密聯系在一起。目前市面上時尚運動鞋的品類越來越多，這些品類的鞋品能滿足大多數人的使用需求。但隨著生活質量的提高，人們對舒適性的要求越來越高，使用合適的鞋墊是提高現有鞋品舒適性、改善穿著性能的重要途徑之一。本文嘗試研究如何進行鞋墊的個性化設計，使之更好地滿足人們的舒適性需求和穿著要求。

鞋墊是一雙鞋的重要組成部分，其功能主要包括兩個方面：一是改善鞋內環境，二是改善足底受力狀態，以達到提高姿勢穩定性，改善足底壓力分布等目的。本文探討的是外加鞋墊。由于個體差異，運動鞋本身的內底結構，在穿著時會有各式各樣的現象出現，因而有針對性的個性化鞋墊的設計就顯得尤為重要。所以本文通過增加特別設計的個性化鞋墊，改善足底壓力分布，探究鞋墊對舒適性的改善[1]。

本研究使用了足底壓力測試設備，通過此設備對使用鞋墊前后的足底壓力進行測量，用以作為設計和分析的主要依據。使用鞋墊前采集了約40人的數據，數據顯示，每個人的足底壓力都有或多或少的分布不均問題。

除此之外，還需結合腳印圖，穿鞋磨損情況，觀察使用者走路的姿勢等信息，分析使用者的具體情況，以合理的設計鞋墊。

1 行走時的生物力學分析

本文研究的是自然行走狀態下使用的鞋墊，所以首先要研究行走時足部的生物力學特點。

行走是一項周期性運動，由單腳支撐和雙腳支撐交替進行。一只腳的腳尖離開地面到這只腳的后跟接觸地面，這是行走的一個周期，包括三個階段：后蹬階段，擺動階段，地面緩沖階段。當人體處于行走狀態時，足部主要起到承擔和分配人體負荷的作用。因此，測量足底壓力分布情況，可以看出在行走時人體負荷在足底的壓力分布情況。人體足部是三點支撐人體負荷：前腳掌有第一趾跖骨、第五趾跖骨，后腳掌有腳跟骨；在三點支撐處，壓力分布值較大也算正常，但如果個別壓力值過大，對行走時足部的舒適性來說是不利的。

足底壓力分布是人體行走時最重要的力學性能參數，足部長期受力不均，會帶來身體的損害。在相同的正常行走速度下，人體足部受到的地面反作用力是相等的，而由于內底設計的不同，會產生不同的足底壓力分布效果，它與內底的性能密切相關。因此準確測量行走時內底的足底壓力分布值，對鞋墊的設計和選擇具有較大的參考價值。本文在使用鞋墊的前后進行了兩次足底壓力分布測量，第一次測量是作為設計依據，第二次測量是作為對照，以定量數值來驗證定性分析是否符合實際情況[2]。

行走時，一般是足跟先落地，接著過渡到足外側，然后再過渡到足前掌的內側，受力順序是從足跟到足外側，再到足內側。根據行走時足部受力情況，正常的鞋品磨損重心在鞋跟中間。鞋品如果是在鞋底部及外側、前掌內側部位磨損較大，且磨損雙側對稱，基本算是正常情況。如果磨損過快，或磨損不對稱，則說明人體可能會存在問題。

腳印圖是赤足在腳底涂上顏料、站立狀態下在紙上留下的足部痕跡，也可以反映出足部的一些情況，比如正常足、扁平足、高弓足等。

行走的姿勢和狀態則可以反映出其他的一些信息，在進行個性化鞋墊設計時，應綜合考慮上述信息。

2 設計前的相關信息收集

鞋墊設計需要相關的信息支撐，包括使用鞋墊前后的足底壓力分布測試結果，可以對比鞋墊使用前后的情況，對舒適性進行分析；所使用鞋品的磨損情況，分析其是正常磨損，還是與行走姿勢等因素有關的非正常磨損，非正常磨損往往容易帶來身體損傷；腳印圖可以直觀地看出足弓的情況，也可以在腳印圖上對足部進行參數分析；使用者走路時狀態和正常站立姿勢的觀察與分析，可以補充其他信息，如輕微的內八、外八等。

（1）未使用鞋墊時的足底壓力分布，如圖1所示。

圖1 未使用鞋墊時的足底壓力分布

從圖1可以看出足部的壓力分布不均勻，且有些部分受到的壓力極大，如第一趾跖骨部位受力最大；其次是前掌部分和腳后跟部位，但其他腳趾邊緣受力較小甚至某些部位不受力。與正常腳形圖相比，也可看出，左腳足弓外側部分相對于右腳受力較大。右腳腳跟受力較大，左腳跟受力不均勻。

（2）腳印圖（足底部位圖），見圖2，可以看出足弓是正常的。

圖2 鞋底磨損情況

（3）平時穿鞋磨損情況見圖3。

圖3 腳印圖

由鞋底磨損圖可以看出腳底后跟外側磨損狀況較嚴重，雙側對稱，磨損基本正常。

（4）通過觀察并對使用者走路時狀態和正常站立姿勢分析，走路步態比較沉重，習慣將腳在地上摩擦前行，站立時也習慣自然往內撇。腿部略有X型腿趨勢，走路輕微外八字。見圖4。

圖4 行走姿勢

3 設計預期、設計思路與設計方案

基于以上分析，設計鞋墊時應重點減輕大拇指受力尤其是拇指外側受力，減輕左腳足弓外側受力，調整腳跟受力部位，從而改善足底受力方式，減少局部壓力。

3.1 設計預期

改善足底的壓力分布，能夠減緩局部壓力，提高舒適性感受。

3.2 設計思路

局部采用柔軟材質，在稍硬的基底上墊高或凹陷某些區域，改善足底壓力的大小和分布，達到提高舒適性的效果。足弓處適當墊高，以減少足弓空懸造成的問題。

3.3 設計方案

（1）設計方案1如圖5所示，采用柔軟材質將拇指以外的其余腳趾受力大的部分增加鞋墊高度，使腳趾更加舒適柔軟，足弓部分墊高，使足弓在正常走路時可以適當受力，不致懸空狀。腳跟部分增加部分鞋墊高度使腳跟可以均勻受力。實物1如圖6所示。

圖5 設計方案1

圖6 實物1

（2）設計方案2如下，見圖7。在足部的前掌和后跟部分區域大面積墊高，為了改善受力不勻甚至部分區域不受力，在足弓的位置也進行了墊高，針對部分壓力大的區域進行了局部改善。顏色越深的部位是重點需要考慮和制作的部位[3]。實物2如圖8所示。

圖7 設計方案2

圖8 實物2

4 鞋墊使用情況測量結果與分析

論文研究中設計了兩款不同類型、不同材料的同碼鞋墊，讓使用者在同款運動鞋中試穿不同的鞋墊進行行走實驗，檢測其雙足足底壓力分布值并進行對分析。

4.1 方案1使用鞋墊后的再次測量結果與分析

使用鞋墊實物1后再次測量足底壓力，其分布如圖9所示。測試結果顯示，右腳腳跟受力部位有所改善，受力情況有所減小。右腳前腳掌部分受力較以前比有所減輕。

圖9 使用方案1后測量的足底壓力

但整體上效果不好，尤其是左腳受力基本沒有改變，與右腳鞋墊對比來說左腳的鞋墊沒有那么柔軟，效果不好。應該考慮再改變左腳的鞋墊厚度。

4.2 方案2使用后的再次測量結果與分析

使用鞋墊實物2后再次測量足底壓力，其分布如圖10所示。測試結果顯示，穿上設計的鞋墊以后測量結果有明顯區別，高壓力紅色部分消失了，左右腳前掌的壓力均得到減緩，左腳前掌的邊緣部分開始受力，使前掌受到的壓力較均勻地得到了分散，右腳后跟部分的壓力也得到了明顯的減緩，唯一不足之處是左腳后跟部分的壓力沒有得到很好地改善，原因應該是左腳后跟部位墊高區域與真實著重受壓區域不符，需做一定的調整，如減低左腳墊高部位，應該有一定改善。

圖10 使用方案2鞋墊后的足底壓力分布

相對比來說，根據設計思路2設計的鞋墊還是比較符合舒適性要求的，使足部壓力得到減緩。

上述測試結果表明，方案2的設計能較好地改善足底壓力分布，使局部壓力有所緩解：一是使足部壓力得到減緩，二是整個腳掌的壓力分布比較均衡。

4.3 存在的問題

從兩個設計方案的二次測試結果可以看出，設計方案1和2都存在的問題，即使用者行走時其雙足壓力分布并不對稱。應從左右鞋墊的厚度不同進行考慮，看是否能使雙足足底壓力分布基本達到對稱[4]。

4.4 討論

（1）對足底壓力高的點或小區域，采用柔軟材質，可以降低該處的足底壓力值，改善行走時足底壓力的分布情況。

（2）對于稍大的區域，可通過將壓力高的區域凹陷，將壓力低的區域墊高，改變鞋墊表面的凹凸，改善行走時足底壓力的分布情況。（注：因為是手工制作，所以鞋墊表面的凹凸是采用墊高的方式得到的）。

（3）鞋墊表面的凹凸應根據前期收集的具體信息進行設計。

5 結語

個性化鞋墊可以利用足底壓力測量數據，腳印圖，穿過鞋底的磨損以及站立和走路姿勢的觀察等信息，進行綜合性設計和制作。再通過足底壓力測量，檢驗是否達到設計目的。

個性化鞋墊設計可通過柔軟材質及鞋墊表面的凹凸設計來實現改變足底壓力分布的目的。最終達到改善運動鞋。舒適性的效果。