可伸縮雨棚的改良設(shè)計(jì)與研究

摘? 要：隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，雨棚作為一個(gè)小型且大眾的臨時(shí)性建筑結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品已遍布世界的各個(gè)角落，使用量越來越大。但是由于雨棚的設(shè)計(jì)問題導(dǎo)致的危險(xiǎn)事故也不斷發(fā)生，因此，應(yīng)該更加重視雨棚使用方式的便捷和功能的安全性。總體來說，國(guó)內(nèi)行業(yè)的雨棚產(chǎn)品還處于慢步發(fā)展階段，因?yàn)槠湎M(fèi)人群多是大眾化的商家，群體的安全意識(shí)和審美訴求較為薄弱。

關(guān)鍵詞：可伸縮；雨棚；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，雨棚作為大眾臨時(shí)性建筑結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，不僅能夠?yàn)槿藗冋陲L(fēng)擋雨，還具有遮擋陽光等功能，已遍布世界的各個(gè)角落。可以說在生活中的各個(gè)地方隨處可見這種裝置，如商場(chǎng)、菜市場(chǎng)、大排檔、果蔬種植地等。雨棚的樣式有很多種，使用的方式也都相近。因?yàn)橛昱锏恼w構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)潔，而且方便用戶收納挪動(dòng)，能夠快速地收納、反復(fù)地使用，對(duì)場(chǎng)地要求低，運(yùn)輸與操作都極其方便，所以深受人們的喜歡。

一、可伸縮雨棚發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)外的雨棚建材行業(yè)中有著相對(duì)明顯的差距。國(guó)內(nèi)大多數(shù)人由于消費(fèi)水平的原因，還在使用相對(duì)便宜的雨棚，并沒有考慮到它的使用安全性。在國(guó)內(nèi)，很多大排檔因?yàn)槎际切”旧猓疾粫?huì)注重雨棚的整體安全美觀這一點(diǎn)。消費(fèi)人群的安全意識(shí)薄弱，只考慮價(jià)便宜能將就用就行。因此，每一年都會(huì)因各種形式的雨棚出現(xiàn)大小不同的慘案。例如2016年8月，廣州因?yàn)榇箫L(fēng)導(dǎo)致火鍋店雨棚掀翻砸傷市民，造成市民九級(jí)傷殘；2018年5月，重慶一次大暴雨沖塌了燒烤大排檔雨棚顧客被困，幸好沒人受傷。但是，老板還是直接為當(dāng)晚的顧客免單化解了問題；2018年6月，深圳—酒店后門雨棚垮掉，6人被壓其下，其中4人身亡。這樣的情況不勝枚舉。雨棚這種臨時(shí)的搭建設(shè)施雖說方便了很多，但是，大家只想著方便和價(jià)格便宜卻沒有注重它的整體安全性。如由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致伸縮困難，需要幾人合作才能完成；雨棚內(nèi)部無照明設(shè)施，商家一般自己根據(jù)需要私拉電線把照明設(shè)備直接掛在雨棚內(nèi)，存在較大的用電安全隱患，也影響美觀；篷布的掛取比較麻煩，基本是固定在型材上，封閉性較差，使用舒適度不夠。總體來說，國(guó)內(nèi)行業(yè)的雨棚產(chǎn)品還處于慢步發(fā)展階段，因?yàn)檫@部分的雨棚消費(fèi)人群對(duì)象多是大眾化的商家，消費(fèi)群體的安全意識(shí)薄弱，貪圖便宜，沒有什么設(shè)計(jì)美觀安全的意識(shí)，從而導(dǎo)致近幾年雨棚的安全問題頻繁出現(xiàn)。而國(guó)外的雨棚行業(yè)在對(duì)于整體設(shè)計(jì)和安全上均很注重，產(chǎn)品整體品質(zhì)明顯高于國(guó)內(nèi)，因此，對(duì)于國(guó)內(nèi)雨棚行業(yè)來說，應(yīng)該起到一個(gè)借鑒的作用。

二、設(shè)計(jì)思路

（一）設(shè)計(jì)需求研究

接到設(shè)計(jì)課題后，對(duì)餐飲館、地?cái)傊鞯扔昱锵M(fèi)群體進(jìn)行了走訪，了解他們的需求，聆聽他們雨棚使用體驗(yàn)感受和對(duì)雨棚設(shè)計(jì)的建議，梳理核心功能需求。深入廠家調(diào)研產(chǎn)品，了解現(xiàn)有產(chǎn)品存在的問題。最后由項(xiàng)目委托方說明客戶的設(shè)計(jì)需求，考慮的主要問題和想要達(dá)到的目標(biāo)。

通過詳細(xì)的實(shí)地調(diào)研和文獻(xiàn)查閱，結(jié)合項(xiàng)目委托方的需求，梳理出的設(shè)計(jì)核心需求主要有以下幾點(diǎn)。

1.由于消費(fèi)群體對(duì)雨棚預(yù)算都比較低，因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量壓縮成本，成本增長(zhǎng)控制在15%以內(nèi)比較容易銷售。

2.雨棚的X架伸展滑動(dòng)處是用一個(gè)矩形或者圓形套框固定在立柱上伸展，但是因?yàn)榫匦魏蛨A形套框的尺寸誤差較大，所以使用起來不是那么順暢，滑塊與立柱之間是滑動(dòng)摩擦，摩擦阻力較大，因此推拉非常困難，需要在設(shè)計(jì)中改善。

3.雨棚的頂棚掛取方式，是單獨(dú)加了一塊型材固定在立柱上，把雨棚四周的圍布運(yùn)用繩子拴上去的方式。這樣雖然解決了雨棚掛上去和取下來的問題，然而實(shí)際用起來很是麻煩，還會(huì)影響雨棚的整體美觀。

4.雨棚立柱和斜柱還有橫梁的連接是焊接的形式，同時(shí)在加上了個(gè)薄型材和很多顆螺絲加以固定或者用一個(gè)立性型材焊接支撐。非常簡(jiǎn)單粗魯?shù)慕鉀Q了三組型材的連接。最后在實(shí)際安裝和實(shí)際拆卸上超級(jí)困難

5.雨棚照明的使用方法是直接牽線到雨棚，然而雨棚內(nèi)部的型材連接混亂復(fù)雜完全不利于燈泡的使用。這樣在電的使用上是完全沒有任何安全保護(hù)的。同時(shí)，由于每天都要要收納雨棚，使用起來也不方便。如果不收納，受潮受曬會(huì)引發(fā)安全事故，存在安全隱患。

（二）解決方案研究

明確了設(shè)計(jì)需求，采用頭腦風(fēng)暴的形式對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行方案探索，對(duì)每一個(gè)需求點(diǎn)進(jìn)行深入研究。由于雨棚消費(fèi)群體消費(fèi)能力有限預(yù)算少的問題，項(xiàng)目委托方要求新產(chǎn)品成本相對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品提升不能超過15%。因此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量簡(jiǎn)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，不宜在現(xiàn)有產(chǎn)品基礎(chǔ)上增設(shè)過多構(gòu)件，應(yīng)從改造現(xiàn)有產(chǎn)品的型材入手為好。

雨棚伸縮阻力主要來自于自身重量與地面的摩擦力和X架在變形中滑塊的阻力。現(xiàn)有雨棚使用空心型材為主要結(jié)構(gòu)，自身重量可以減少的空間比較小，底部均采用滾動(dòng)摩擦的形式，與地面摩擦力可減小的幅度非常有限，因此，解決此問題的著重點(diǎn)應(yīng)在滑塊的摩擦力。現(xiàn)有產(chǎn)品滑塊采用環(huán)狀型材套在主型材中上下滑動(dòng)摩擦的形式，特別是在型材生銹的情況下，摩擦系數(shù)變大，使雨棚推拉起來更加困難，因此，滑動(dòng)摩擦應(yīng)改為滾動(dòng)摩擦，這樣會(huì)大大減少摩擦阻力。

照明系統(tǒng)是雨棚常用的系統(tǒng)，但目前雨棚中并沒有系統(tǒng)的照明，如何做到節(jié)約用電、安全用電、照明充分安全美觀是本次課題的主要設(shè)計(jì)點(diǎn)。經(jīng)過反復(fù)研究，LED燈帶是最好的選擇。把燈帶置入雨棚結(jié)構(gòu)中，電線也可以在型材內(nèi)部穿梭，把明線改為隱藏線，達(dá)到既美觀又安全的效果。

整個(gè)雨棚使用同一種型材，使雨棚可以穿在型材中是解決篷布掛取問題的關(guān)鍵，不需要加裝五金件就可以掛取篷布既能減少施工人員的工作量，又能增加掛取的方便性。

（三）雨棚使用的材料

雨棚的整體形式是用矩形鋁材的構(gòu)架方法，頂部和四周面都有PVC的一個(gè)圍布。運(yùn)用的鋁合金材料是GB/T-6061標(biāo)準(zhǔn)的，這個(gè)材料是經(jīng)國(guó)家有色金屬質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢驗(yàn)的，完全合格。

壓鑄材料里經(jīng)常被使用的材料之一是鋁合金，因?yàn)樗奶匦缘膬?yōu)勢(shì)，常常被運(yùn)用在生活中大大小小的不同環(huán)境。

鋁合金的特點(diǎn)：

1.鋁合金的密度相對(duì)于鐵、銅、鋅的密度較小，但是它的強(qiáng)度和剛度高都相對(duì)較高。

2.鋁合金能很好地將電和熱進(jìn)行細(xì)致的轉(zhuǎn)換。

3.鋁合金抗氧化和抗腐蝕性好。在空氣中，鋁的表面容易生成一個(gè)保護(hù)膜，能阻止進(jìn)一步被氧化。

4.鋁合金有著良好的壓鑄功能，鋁合金壓鑄方式簡(jiǎn)便，成形和加工都較好，具有較高的力學(xué)和耐腐性，是除了鋼鐵以外最好的合金。

5.鋁合金在耐高溫和耐低溫方面都有著很好的力學(xué)性能。

6.鋁合金的缺點(diǎn)是容易在凝固處出現(xiàn)大的集中縮孔率，鋁合金和鐵材質(zhì)很相近，所以他們的融合度很高，可以在冷室壓鑄上組合。

鋁合金還分很多種，而用得最多的就是市面上所說的6061和6063材料，而我們運(yùn)用6063這個(gè)材料是因?yàn)樗?061的強(qiáng)度更強(qiáng)，加工方式也比6061更加方便。

篷布主要用的是PVC材料，也叫熱塑性熟料。熱塑性熟料是一種運(yùn)用很多的材料，它主要以熱塑性樹脂，再添加一些輔助劑而制成。其分子結(jié)構(gòu)呈線形或支鏈形結(jié)構(gòu)，在一定的溫度條件下，熟料能軟化和熔融成任意形狀，冷卻固化之后形狀不變。這種狀態(tài)可以反復(fù)塑造，是一種物理變化。

本項(xiàng)目選擇的是Serge Ferrari 高性能遮陽材料。因?yàn)榇瞬牧暇哂泻芎玫囊曈X效果和熱量舒適度，視覺效果將直射可見光變成柔和的漫射光，避免眩光，增強(qiáng)了視覺舒適度。同時(shí)還與頂部燈帶的區(qū)域很好地結(jié)合，具備更好的視覺效果和熱量舒適度，散熱效果好，解決了大熱天防曬和悶熱的問題。尺寸穩(wěn)定，而且還解決了反復(fù)收納時(shí)變形的問題，永久百分百防水，而篷布最怕的就是防水功能不好。法拉利遮陽材料除了微孔產(chǎn)品系列以外，均能百分百防水。防水性能源自材料生產(chǎn)制造工藝，與材料壽命同樣持久，無需額外再做表面防水處理，解決了漏水這一大毛病。

抗污、易清潔也是選擇此材料的主要原因。法拉利預(yù)應(yīng)力專利技術(shù)篷布始終處于張力狀態(tài)，材料表面極為光滑平整，不容易沾染和粘結(jié)污物，即使有墨水痕跡，材料仍不受影響，用肥皂或清水清洗即可。長(zhǎng)久使用后可以使用Serge Ferrari專業(yè)清洗劑進(jìn)行清洗維護(hù)，不易霉變。生產(chǎn)過程中高性能無毒和長(zhǎng)效抗霉處理，也使法拉利產(chǎn)品解決了霉變的問題，不褪色。按照UNI EN ISO 105 B04標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試顯示，經(jīng)過4000小時(shí)紫外線加速老化測(cè)試，證明法拉利材料在常規(guī)氣候條件下具有極高的耐候性能，能夠讓整體一直保持著最好的樣子。

更重要的是，法拉利遮陽材料為難燃性建筑材料，它具備超強(qiáng)的防火性能。Soltis聚酯涂層系列產(chǎn)品達(dá)到了中國(guó)防火標(biāo)準(zhǔn)B1級(jí)別，離火自熄，不會(huì)產(chǎn)生火焰蔓延。SoltisSK20系列產(chǎn)品為A級(jí)防火，可以有效避免火災(zāi)事故的發(fā)生。

三、設(shè)計(jì)成果

根據(jù)現(xiàn)有雨棚存在的問題，同時(shí)結(jié)合2018年RTAsia亞洲門窗遮陽展上國(guó)外優(yōu)秀的產(chǎn)品進(jìn)行借鑒優(yōu)化，整體雨棚橫梁用兩根大型鋼絲支撐拉力，轉(zhuǎn)動(dòng)中間螺絲處的松緊度固定平衡，整體看起來給人一種很堅(jiān)固的視覺感。X架軌道和主型材形成卡扣形式連接，在展開和收納的時(shí)候能夠輕松使用。圓規(guī)式直桿支撐用于側(cè)板與X架同時(shí)使用，用兩種方式的支撐能夠使得整體支撐更加穩(wěn)定堅(jiān)固。篷布的掛取方式，采用內(nèi)外掛解決遮擋大型鋼絲簡(jiǎn)單粗暴的造型，美化整體。燈帶與頂部支撐，圓規(guī)式解決棚內(nèi)照明和頂部篷布支撐，一個(gè)形式解決兩個(gè)問題。燈帶做在連接處也是考慮照明亮度的問題。

配合以上需求，型材的設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵，經(jīng)過反復(fù)修改，最終確定的設(shè)計(jì)方案如圖1、圖2所示。

掛取篷布處：制定專屬的篷布開槽使得篷布能夠更加方便地收放，更好地滿足客戶更換的便捷 。

內(nèi)槽處：此型材是外觀的主型材，所以為了使得雨棚更加地穩(wěn)固，內(nèi)部就會(huì)有相應(yīng)的型材進(jìn)行內(nèi)套，從而增加產(chǎn)品的強(qiáng)度。

固定內(nèi)槽凸點(diǎn)：因?yàn)閮?nèi)套不能完全地?zé)o縫貼合，增加這個(gè)凸點(diǎn)是為了讓內(nèi)套型材更加穩(wěn)定貼合，使得外形不晃動(dòng)。

放H滑輪和燈帶處：整個(gè)雨棚的主型材都是用這個(gè)造型，能同時(shí)滿足放置滑輪和燈帶兩種使用形式，使得整體效果更加美觀。

燈殼處：在此地增加了一個(gè)燈殼，是因?yàn)闊魩Ч獾木蹟n效果不好。加一個(gè)燈外殼將光線聚攏，這樣也符合人們的使用標(biāo)準(zhǔn)。

型材的材料為鋁合金（GB/T-6063）， 因?yàn)橐谱鞲咂焚|(zhì)產(chǎn)品，雨棚所有主型材均用一個(gè)造型，型材的尺寸49mm×101mm，型材厚度2mm。同時(shí)把立柱與X架H形狀的滑輪配合主型材，由于要減小內(nèi)部的摩擦力，因此，內(nèi)部使用了氧化的表面處理工藝，H型的造型使接觸面積更小，有效地減小了阻力。左右兩邊各加了兩個(gè)凸點(diǎn)，以便更好地固定滑輪，不會(huì)像滾輪滑輪那樣左右搖擺，從而使得滑動(dòng)的時(shí)候不會(huì)卡頓。內(nèi)部的加強(qiáng)筋從L造型改變成直形的，可以很好地利用到內(nèi)部的每一個(gè)空間，也能更加穩(wěn)固。H形狀滑輪處同時(shí)也是燈帶放置的地方。

雨棚整體造型不變，兩邊立柱和斜梁連接處開了方便掛取頂部篷布的缺口槽。因?yàn)榭缍鹊倪x取所以取消了橫梁，如跨度大需加上橫梁。

整個(gè)雨棚的立柱和斜梁的度數(shù)都要準(zhǔn)確，因?yàn)檫@影響到立柱與斜梁、斜梁與斜梁的連接和焊接的縫隙。同時(shí)，所有柱子的連接處都是由內(nèi)套加六角螺絲固定，整體連接的螺絲數(shù)量相對(duì)現(xiàn)有雨棚減少了很多，只是所有連接處有，這樣不僅解決了雨棚穩(wěn)定的問題還解決了自主安裝和成本問題，在美觀上也是一個(gè)提升。內(nèi)套是4mm*6mm的厚度，300mm*300mm的長(zhǎng)度，螺絲的位置離所有中點(diǎn)的22mm處。之前的內(nèi)套是有一小截的斜梁造型的人字，最后改為沒有橫梁形式，因?yàn)橹餍筒牡拈L(zhǎng)度尺寸增大，內(nèi)套位置有些許變動(dòng)，還沿用之前的那個(gè)人字形內(nèi)套會(huì)導(dǎo)致中間點(diǎn)從內(nèi)部看連接有很大的縫隙，因此，改了無縫隙的內(nèi)套，這樣兩個(gè)斜梁焊接得更好。

四、結(jié)語

可伸縮式雨棚在我們生活環(huán)境中處處可見，因?yàn)樗鼮槲覀兘鉀Q了生活中需要臨時(shí)搭建一個(gè)建筑環(huán)境的問題。也是因?yàn)樗呐R時(shí)性和可隨時(shí)移動(dòng)性深受人們的寵愛。而這些大的突出點(diǎn)也正是造成產(chǎn)品問題的主要因素，一個(gè)產(chǎn)品的安全、方便、環(huán)保、美觀是現(xiàn)今人們生活品質(zhì)最注重的細(xì)節(jié)。而近幾年因?yàn)橛昱镆l(fā)的慘案讓人觸目驚心，無法忘卻雨棚最普遍的用戶人群還是很多小商販。本文通過前期的市場(chǎng)調(diào)研、材料分析等一系列調(diào)查研究，最終決定改善雨棚的所有主要型材，解決缺陷毛病。調(diào)研的結(jié)果分四點(diǎn)：第一是雨棚的重量問題，在收納的時(shí)候很笨重，X架的滑輪使用不流暢導(dǎo)致很難挪動(dòng)。第二是雨棚的照明問題，直接引線和直接掛燈泡，掛取使用起來都很麻煩，下雨時(shí)會(huì)導(dǎo)致漏電、觸電等情況的發(fā)生。第三是篷布和圍布的問題，即雨棚頂部的篷布使用周期和圍布不能自由地掛取。第四是雨棚的結(jié)構(gòu)，雨棚整體的型材都是由不同型材拼湊起來的，在裝配上很是麻煩。

為了解決讓人苦惱的難點(diǎn)和考慮整個(gè)雨棚的安全，在型材方面還是采用通用的鋁合金材料，篷布用的是法拉利的材質(zhì)，解決了篷布的使用周期問題。雨棚頂部的篷布和四周的圍布使用魔術(shù)貼的形式解決掛取問題。整個(gè)雨棚的主型材都是用的同一個(gè)形狀的型材，解決了用戶自己安裝的問題。型材中的滑輪處也做了改革，將輪子由晃動(dòng)形改為了貼合形的H形狀，同時(shí)型材里放置H滑輪處也是放置燈帶的地方，一個(gè)點(diǎn)的設(shè)計(jì)完善了多個(gè)點(diǎn)的毛病。燈帶的內(nèi)置也解決了外引線帶來的安全問題。

本文對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)研分析，試圖改善雨棚結(jié)構(gòu)型材缺陷，通過型材的重新設(shè)計(jì)，解決了在收納的時(shí)候笨重的X架的滑輪使用不流暢很難挪動(dòng)的問題，雨棚的照明電線混亂下雨時(shí)會(huì)漏電、觸電的問題，篷布掛、取麻煩的問題等。通過本次設(shè)計(jì)，雨棚性能得到了改善，產(chǎn)品量化生產(chǎn)并成功申請(qǐng)了實(shí)用新型專利，客戶滿意度非常高。

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作者簡(jiǎn)介：宋祥波，碩士，成都東軟學(xué)院數(shù)字藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院副院長(zhǎng)、副教授。研究方向：產(chǎn)品設(shè)計(jì)。