轻量化防失温登山装备设计研究

PAGE5轻量化防失温登山装备设计研究摘要随着近些年来登山运动的普及，失温作为威胁登山者生命安全的重要因素，合理预防失温的装备的创新设计成为亟需解决的关键问题。当前登山防寒装备普遍面临轻量化与防失温效果难以兼顾的矛盾：传统设计依赖增加保温层提升性能，却导致装备重量显著增加，同时，现有失温防护用品存在防护效果有限、用户体验不佳等问题，导致失温事件频发且干预效率低下。​本研究聚焦于预防失温装备的轻量化与整合设计，旨在兼顾预防失温功能与使用体验，以提升登山人员在极端环境中的安全性与使用体验。研究基于对登山者需求与极端环境特性的分析，探索结构优化、材料应用及功能集成，致力于在不显著增加装备重量的前提下，通过结构创新、人体工学设计及环境适应性功能的整合，构建多场景适用的失温预防装备体系。研究成果对于推动登山安全保障技术发展、降低失温事故率具有重要的理论与实践意义。关键词：轻量化；失温；装备设计ResearchontheDesignofLightweightandTemperatureresistantMountaineeringEquipmentAbstractWiththepopularityofmountaineeringinrecentyears,hypothermiahasbecomeanimportantfactorthreateningthesafetyofclimbers.Innovativedesignofequipmentforpreventinghypothermiahasbecomeakeyissuethaturgentlyneedstobeaddressed.Thecurrentmountaineeringcoldprotectionequipmentgenerallyfacesthecontradictionofbalancinglightweightandantitemperatureeffects:traditionaldesignsrelyonaddinginsulationlayerstoimproveperformance,butthisleadstoasignificantincreaseinequipmentweight.Atthesametime,existingantitemperatureprotectionequipmenthaslimitedprotectiveeffectsandpooruserexperience,resultinginfrequentantitemperatureeventsandlowinterventionefficiency.​Thisstudyfocusesonthelightweightandintegrateddesignofequipmentforpreventinghypothermia,aimingtobalancethefunctionofpreventinghypothermiawiththeuserexperience,inordertoenhancethesafetyanduserexperienceofmountaineersinextremeenvironments.Basedontheanalysisoftheneedsofclimbersandextremeenvironmentalcharacteristics,thisstudyexploresstructuraloptimization,materialapplication,andfunctionalintegration,aimingtobuildamultiscenarioapplicabletemperaturepreventionequipmentsystemthroughstructuralinnovation,ergonomicdesign,andintegrationofenvironmentaladaptabilityfunctionswithoutsignificantlyincreasingequipmentweight.Theresearchresultshaveimportanttheoreticalandpracticalsignificanceforpromotingthedevelopmentofmountaineeringsafetyguaranteetechnologyandreducingtherateofthermalaccidents.KeyWords:Lightweight;Lossoftemperature;Equipmentdesign

目录31925摘要 I18639Abstract II23626第1章绪论 1211691.1研究背景 1216071.2国内外文献综述 1312861.2.1国内研究现状 1150811.2.2国外研究现状 224641.3研究目的与意义 2136901.3.1研究目的 2190981.3.2理论意义 3243521.3.3现实意义 330901.4研究内容与方法 3212781.4.1研究内容 3112661.4.2研究方法 341391.5研究创新点 427750第2章相关理论研究及调研 5322592.1失温概念论述 5217402.1.1失温概述 5288972.1.2判断失温的条件 6120692.2用户需求访谈 785452.2.1访谈过程 7228482.2.2访谈结果 712442.3竞品调研 8193472.3.1产品分类 84412第3章防失温装备设计构思 9203553.1防失温装备设计 943143.1.1设计定位与设计目的 967883.1.2产品定义 1035583.1.3方案草图 11220933.1.4可行性推敲 12231393.2方案细节研究 13100973.2.1失温患者人体工学尺寸 1383893.2.2加热技术研究 1435813.3设计迭代 1527323.3.1造型迭代 1560913.3.2细节优化 1613910第4章防失温装备型制作与用户测试 18232114.1模型制作 18145244.1.1造型与尺寸测试 1873114.1.2功能使用测试 2065144.1.3用户测评 216064.2产品方案展示 23242694.2.1LOGO设计 2387314.2.2尺寸三视图 23132654.2.3细节展示 25316154.2.4使用流程 28161174.2.5使用场景 2912864结论 3114284参考文献 3232654附录 3331493附录A:访谈问卷内容 33第1章绪论1.1研究背景登山这项充满挑战和冒险的户外活动，已成为越来越多户外运动爱好者的首选。然而，在登山过程中，失温是最容易导致生命威胁的因素之一，它被医学界称为“最容易救死的病”。据世界统计数据显示，每年死于失温的人数是死于中暑的人数的两倍。在美国，每年报告有1,000至1,300例原发性低温死亡。极端寒冷的环境使登山者容易发生体温过低现象，进而引发失温症，若未能及时采取有效干预，失温症极有可能致命。因此，如何通过创新的装备设计预防失温，提高登山者的安全性，已成为登山装备领域亟需优化的关键问题。1.2国内外文献综述1.2.1国内研究现状近年来，国内轻量化防失温登山装备设计领域的研究取得了显著进展，主要集中在以下四个方面：失温风险评价、装备设计原理、实际应用中的挑战以及新材料的应用探索。在失温风险评价方面，林俐在其研究中通过构建户外运动赛事失温风险评价指标体系，深入分析了组织管理、自然环境、参赛者自身因素及运动项目因素对失温风险的影响，为轻量化防失温登山装备的设计提供了坚实的理论基础REF_Ref17760\r\h[1]。在装备设计原理上，郑震基于感性工学原理，对失温防护设备的设计进行了创新研究，提出了一种将用户感性需求转化为产品设计元素的方法REF_Ref18018\r\h[2]。该方法不仅适用于物探人员的失温防护设备设计，也为轻量化防失温登山装备的设计提供了新的思路。然而，在实际应用中，防失温的登山装备在轻量化方面面临着不小的挑战。李靖指出，虽然理论上防失温设备可以减少失温事故的发生，但登山运动者的选择和佩戴意愿往往会受到装备重量、舒适度、便携性等因素的影响。因此，在目前的研究重点应关注两个方面，既确保装备防失温性能的同时，优化产品向轻量化、舒适化、便携化方向发展REF_Ref18355\r\h[3]。此外，在目前轻量化防失温登山装备设计领域，新材料的应用也是一种优化方式。随着科学技术不断进步和新材料的不断涌现，在控制成本、保证装备性价比的同时，如何充分利用这些新材料在装备设计中提高装备防失温性能和轻量化程度成为目前研究的又一个优化方向。由此可见，国内在轻量化防失温登山装备设计领域的研究已取得了一定的成果，但仍需深入探索新材料、结构在装备设计中的应用，加强用户调研和需求分析，从而设计出更加符合登山运动者需求的轻量化防失温装备。1.2.2国外研究现状户外运动失温风险研究在国外起步较早，已经形成了比较系统的理论体系。研究主要围绕失温的发生机制、风险评估和预防对策展开。国外学者在定义和发生机制方面，对自然环境(如温度、湿度、风力等)、运动项目(如赛程长度、赛事难度等)、选手自身因素(如年龄、健康状况、体温调节能力等)等影响因素进行了分析，为大众深入了解失温风险提供了丰富的实证基础和理论依据。国外学者在风险评估方面，对户外运动项目的失温风险的评估，采用了多种方法。他们通过构建风险评估指标体系，运用层次分析法(AHP)和德尔菲法等科学方法对指标进行筛选和建立，从而达到准确评估失温风险的目的REF_Ref20409\r\h[4]。在预防和应对措施方面，AllenP.B.等学者开发了基于流体袋的体外躯干模型，用于评估主动加热（如化学加热、辐射强制空气加热）与被动防热损失装置的性能。实验结果显示，主动加热装置在性能上普遍优于被动方法REF_Ref21673\r\h[5]。在被动防寒方法中，HotPocket和Blizzard毯等表现尤为突出，其性能在某些条件下甚至可媲美主动加热装置。国外户外运动失温风险研究已经形成了较为完善的理论体系，为户外运动的安全保障提供了有力支持。然而，在实践中，市面上预防失温装备仍处于初期发展阶段，仍需进一步深入研究和探索新的应对策略和防寒装置，以更好地保障户外运动参与者的安全。综上所述，虽然国内外学者研究的角度有所不同，呈现了多元化的局势，但总体来说，研究都集中于户外运动失温风险的本质、影响因素、风险评价。在实践研究方面，国内外针对特定环境条件下如高山环境等，对户外运动失温风险的装备设计研究仍比较少。1.3研究目的与意义1.3.1研究目的本研究的目的是通过创新性的装备设计，提高预防失温能力，兼顾轻量化、便携性和舒适性，为登山者提供更加安全、高效、舒适的解决方案，提升其使用体验和多场景适应性，从而推动防失温装备设计的进步，为登山活动的安全保障提供有力支持，同时为户外运动装备的创新提供借鉴。1.3.2理论意义本研究针对登山装备在轻量化与防失温性能之间的矛盾，深入挖掘现有装备设计的缺陷与不足，通过对登山者的实际需求以及使用场景的细致分析，探寻全新的设计机会点，为后续的装备创新设计提供坚实的理论基础。运用综合性产品分析法，发现现有预防失温产品的不足与机会点，运用用户访谈归纳用户需求，为构建设计流程提供依据，综合人体工程学，材料结构学，设计一款有效预防失温的装备产品，推动户外安全领域的发展与创新。1.3.3现实意义在现实登山活动中，失温问题严重威胁着登山者的生命安全。尽管当前登山装备的技术和设计水平已取得了显著进展，但在轻量化与防失温效果之间仍然存在矛盾。传统的防寒装备往往通过增加保温层来提升性能，但这也带来了装备重量的增加。本研究通过设计出高性能的防失温装备，能够显著提高登山者在低温环境下的安全性，有效减少因失温导致的意外事故发生，为登山爱好者的生命安全提供有力保障。目前的登山装备设计往往不能兼顾装备的舒适性和防失温功能的有效性，并且用户体验感较差。研发出的轻量化、舒适且防失温效果好的装备，将极大提升登山者的使用体验。让登山者在享受登山乐趣的同时，无需再为装备的不便而困扰，进一步推动登山运动的普及与发展。1.4研究内容与方法1.4.1研究内容本研究将重点关注登山人群这一群体，对登山人员在登山过程中会导致失温的因素进行深入研究，主要研究四个部分：轻量化设计，材料与结构应用，装备使用舒适性，智能监测。每一部分综合理论基础以及原型测试评估产出最终设计方案。1.4.2研究方法（1）文献综述与市场调研：通过对国内外登山装备的文献、专利及市场现有产品的调研，全面了解当前防失温装备的设计现状、技术发展趋势和市场需求，分析现有设计的优缺点，并在此基础上提出创新的设计思路。（2）问卷调查法：针对特定人群设计一套精细化的问卷，通过线上或线下的方式收集数据，量化分析结果，为后续设计提供数据支撑。（3）访谈法：选取代表性个体，从多维度进行深入访谈，以获得更为深入的质性信息。（4）分析与实验：选取导致失温的不同因素，通过原型测试，评估其保温性能、重量、透气性、使用体验等指标。1.5研究创新点本研究的创新之处在于通过将轻量化设计与防失温技术相结合，并结合模块化设计、智能化控制等现代设计理念，提出一种全新的防失温登山装备设计方案。尤其是在装备轻量化的前提下，通过合理的材料选择、结构优化和智能技术的应用，在提高保温性能的同时，最大限度减少装备重量，提升登山者的舒适性与安全性。本研究的挑战主要在于如何平衡装备的重量与保温效果，并通过合理的设计和选材，使装备具备足够的适应性和耐用性。同时，需要有效结合模块化设计以满足多变环境下的需求。综上所述，轻量化防失温登山装备的设计既具有重要的学术意义，又对于提升登山活动的安全性、舒适性和装备功能性具有积极的现实意义。本研究将为未来登山装备设计提供一种新的思路，推动登山装备技术的发展与创新。1.6论文框架本论文框架以双钻模型为指导见图1-1。图1-1研究框架相关理论研究及调研2.1失温概念论述2.1.1失温概述失温，医学上又称低体温症，是指人体热量流失大于热量补给，致使人体核心区的温度降低，并引发一系列诸如寒颤、心肺功能衰竭等症状，严重时甚至会导致死亡的病症。正常情况下，人体核心温度维持在36℃-37℃，当这一温度降至35℃以下，便进入失温状态REF_Ref21842\r\h[6]。失温分两种：原发性低温和继发性低温。本研究主要针对原发性低温，即指身体的热量主要通过没有被衣物遮盖的部分的皮肤散出，但衣物被淋湿时，人体的散热速度大大加快，此时如果再有大风，停留在皮肤表层的热层就会被吹走，从而热量散出更快。2.1.2判断失温的条件准确判断失温症状对于及时干预失温患者、保障户外人员的生命安全至关重要。失温患者通常会呈现出一系列具有显著特征的表现。表2-1失温程度表体温表现阶段36℃机体代谢反射性增强轻度失温35℃明显寒颤，手开始发僵34℃血压下降，意识受影响轻度失温33℃心率、呼吸次数减少，血压下降32℃-31℃血压难测、意识不清、间歇颤抖、瞳孔散大重度失温30℃-29℃意识逐渐消失，肌肉僵直，脉搏、呼吸减弱28℃半昏迷或昏迷，室颤，生命垂危极度危险24℃肺水肿，心脏衰竭，甚至已经死亡目前判断户外人员失温的手段有以下几种：首先是测量体温变化：这是判断失温的最直接指标。利用温度计可以直接测量出人体体温，根据失温程度表可得知患者目前处于哪一失温程度。第二是身体姿态与动作：失温时，户外人员会出现不受控制的颤抖，起初可能是轻微颤抖，随着失温加重，颤抖会变得剧烈且无法自控。同时，会逐渐丧失协调性，出现动作笨拙、行走不稳、难以完成简单的手部操作、说话口齿不清等情况，若出现此类动作，则可判断该人员处于失温状态。第三是皮肤状态：观察皮肤颜色，失温者的脸和手等暴露部位通常会呈现灰白色，这是因为身体为了保障核心器官的供血，减少了外周血管的血流，导致皮肤缺血缺氧。此外，皮肤还可能变得冰冷、潮湿，即使在没有明显出汗或外界环境不潮湿的情况下也是如此。第四是衣物与环境因素：如果户外人员的衣物被淋湿，在有风的情况下，身体热量会快速散失，增加失温风险。即使衣物没有完全湿透，但是若长时间处于低温、潮湿的环境中，也可能导致身体热量逐渐流失而引发失温。2.2用户需求访谈2.2.1访谈过程为了深入了解失温患者的真实感受，让预防失温的装备做到真实有效，笔者一对一访谈了3名有失温经历的专业的户外登山人员以及5名业余的户外登山爱好者，他们的基础信息见表2-1。表2-2访谈对象基础信息访谈对象专业程度年龄性别职业·登山经验A专业32男户外探险8年B专业28男登山运动员6年C专业31男户外领队5年D业余22女学生4年E业余24女职员2年F业余22男医生1年G业余26女设计师2年H业余32女教师2年具体访谈围绕用户对失温的认知、现有防失温装备使用情况、用户心理及对预防失温装备的诉求展开。2.2.2访谈结果在对失温的认知方面，专业户外登山人员普遍具备较为系统的知识。访谈对象A（专业户外探险，8年户外经验）提到：“失温就是人体热量流失大于产生，在高海拔、大风、潮湿环境下特别容易发生，一旦轻度失温没及时处理，后果不堪设想。”相比之下，业余户外爱好者的认知水平参差不齐，部分人甚至存在误区。访谈对象E（业余爱好者，登山经验2年）表示：“以前觉得多穿点衣服就能预防失温，后来才知道身体潮湿、过度疲劳也会引发。”​在现有防失温装备使用情况上，专业登山人员使用的装备较为专业但也存在痛点。访谈对象B使用的某品牌高端防寒服，虽保暖性能良好，但重量达2.5kg,他吐槽：“攀登时背着沉重的装备，再加上背包，体力消耗特别大，行动也不方便。”业余爱好者则更多使用基础保暖装备，效果有限。访谈对象F曾穿着普通加厚棉衣登山，在气温骤降时仍感觉寒冷，他说：“衣服不防风，风一吹就透，而且出汗后衣服湿了，反而更冷。”​从用户心理来看，对于失温风险，专业登山人员表现出谨慎与重视，访谈对象C强调：“每次登山前都会反复检查防失温装备，毕竟在户外，失温是威胁生命的大事。”而部分业余爱好者则存在侥幸心理，访谈对象F坦言：“想着短途登山不会有啥危险，就没太在意装备的保暖性。”​在对预防失温装备的诉求上，专业登山人员希望装备能在轻量化的同时保证极端环境下的防护性能。访谈对象A提出：“要是能有既轻便又能保持保暖的装备就好了，现在的装备很难两者兼顾。”业余爱好者更注重装备的性价比与易用性，访谈对象D表示：“不想花太多钱，但希望装备操作简单，别太复杂。”此外，两类用户都期望装备具备多场景适用性，能在行进、休息、睡眠等不同状态下灵活调节保暖功能，访谈对象G建议：“最好能有可拆卸的保暖模块，热的时候可以拆下来，冷的时候再装上。”​在访谈过程中还发现，无论专业还是业余用户，都认可优质防失温装备对保障户外安全的重要性。部分用户分享了因装备不足导致失温的经历，也有用户通过合适的装备成功抵御寒冷，这进一步凸显了研发更贴合用户需求的预防失温装备的必要性与紧迫性。2.3竞品调研2.3.1产品分类通过市场调研，目前市面上的防失温装备可分为三类：服饰类，辅助产品类，设施类，见表3-1。表2-3防失温产品分类/服装辅助产品设施产品服装暖贴帐篷围巾手套加热毯睡袋/急救毯/上述产品通过不同方式，从不同维度满足预防失温的需求：服饰类直接穿戴在人体上，提供贴身保暖REF_Ref22665\r\h[7]；辅助产品类能够灵活使用，增强应急防护；设施类则专注于营造稳定温暖的环境空间。这些产品大致可以分为被动保暖和主动保暖两个方面。被动保暖的原理是通过隔热材料构建物理屏障，从而减少人体与外界环境的热量交换，确保人体体温保持稳定。主动保暖主要是通过电加热产生热能从而产生热量。防失温装备设计构思3.1防失温装备设计3.1.1设计定位与设计目的本产品聚焦户外登山场景，旨在为登山爱好者提供高效且实用的防失温解决方案。通过整合装新设计，打造具备轻量化、高效保暖、舒适灵活等特性的装备，帮助用户在复杂户外环境中有效预防失温风险，根据5W2H梳理的设计定位见表3-1。类型定位WHO户外登山人员WHAT预防失温装备WHY现有防失温装备存在重量过重、保暖与便携难以平衡、性价比低、功能单一WHEN登山遇极端恶劣环境WHERE户外HOW模块化、可折叠设计HOWMUCH200表3-15W2H设计定位3.1.2产品定义防失温产品可被定义为专门设计用于预防人体因热量过度流失而引发失温状况的产品。产品的核心目的是维持人体温度保持在正常的区间单位，保证人体正常的生理机能运转REF_Ref22832\r\h[8]。此类产品目前广泛应用于户外探险、登山、滑雪、马拉松等户外活动，以及医疗急救、应急救援等对预防失温有严格需求的领域。常见的防失温产品类型丰富多样，涵盖服装服饰类、装备设施类以及辅助用品类等。​从功能层面剖析，防失温产品一般具备如下关键功能辅助：​首先是高效保暖功能。这是防失温产品的核心功能。通过采用优质的保暖材料，有效阻止人体热量向外界低温环境传导。同时，部分高端保暖服装还会运用热反射技术，在面料内层添加特殊涂层或金属薄膜，如镀金属的聚酯薄膜，将人体自身散发的红外线热量反射回人体，进一步提升保暖效果，减少热量散失。其次是防风防护功能。在户外环境中，风会极大加速人体热量的散失，因此防风性能至关重要。防失温产品在设计上会注重防风细节，例如采用紧密编织的面料，像常见的防风尼龙、防风软壳面料等，这些面料的纤维结构紧密，缝隙微小，能够有效阻挡风的穿透，从而干扰避免风带走人体表面温度。在服装的关键部位，如领口、袖口、下摆以及帽子边缘等，可配备可调节抽绳、魔术贴或弹性收口设计，确保在穿着时能够紧密贴合人体，防止冷风从这些部位灌进衣服内部。第三是防水防潮功能。水分的存在会显著降低衣物的保暖性能，加速人体失温。很多失温案例正是因为患者在户外环境中由于大量出汗或被雨淋湿，且遇到大风，风吹过人体表面快速带走水分，从而导致人体问题快速降低。防失温产品大多具备良好的防水防潮能力，通过对面料进行防水处理有效阻挡外界雨水的渗入，又能让人体散发的湿气通过面料微孔排出，避免衣物内部因湿气积聚而降低保暖效果，始终维持人体微环境的干爽舒适。最后是便携易收纳功能。考虑到产品的使用场景多为户外出行，防失温产品在设计时充分考量了便携性与易收纳性REF_Ref23057\r\h[9]。例如，一些应急保温毯采用轻薄的铝箔材质，质地柔软，可轻松折叠成小巧的尺寸，放入口袋或背包中几乎不占空间；部分可收纳式的保暖外套，能够通过特殊的折叠设计，压缩成一个小型包裹，方便携带。3.1.3方案草图在设计初期阶段，通过头脑风暴进行思维发散，思考产品造型与功能具体实现方式，见图3-1。图3-1思维发散图3-2方案草图3.1.4可行性推敲为了达到预防失温效果，折叠展开与包裹是装备的核心设计部分。图3-3包裹初步测试在设计的初期，笔者的思路是将装备划分为多个相对独立的模块，各模块间通过便捷的连接方式（如磁吸扣、按扣等）组合，在折叠时可分别进行规整折叠，减少空间占用，且便于收纳与携带。在第一版方案设计的时候，主要考虑拆分成两大部分：身体核心区+上肢区。图3-4穿戴测试从运动状态角度来看，户外运动同时涵盖动态与静态场景。因此穿戴装备须具有高度灵活性。为了综合预防失温的有效性与轻量化，笔者认为产品功能应主要应用于两种场景：行进过程、休息过程。图3-5户外多种姿态动态行进部分，登山者身体处于高频运动状态，会产生大量热量与汗液。所以装备在身体大量出汗部位需要注重透气性。静态状态部分，登山者处于休息状态身体代谢率下降，产热减少，对保温需求更强，同时注重舒适性以及功能的灵活转换。主要可通过魔术贴、暗扣、拉链实现多种模式切换。综合上述可行性测试来看，装备功能见表3-2。表3-2功能汇总功能模块保温折叠披风加热自热块透气透气网孔区域睡袋可拆卸披风警示反光条3.2方案细节研究3.2.1失温患者人体工学尺寸在登山运动中，登山者的运动状态千变万化，这对防失温产品的设计提出了极为严苛的要求。产品不仅要有效实现预防失温，还要考虑运动舒适性。而运动舒适性主要取决于对人体在各类登山动作中，身体各部位位移变化以及活动范围，上肢与下肢作为人体最为灵活的部位，通过肩部、肘部、膝部等多个关节协同运动。其中，肩关节、肘关节和膝关节的运动范围极为广泛，仅在极少数方向存在一定限制，并且这些关节在登山时运动量极大。肩部作为活动频繁且幅度较大的部位，在登山时发挥着关键作用。登山者在手持登山杖、拉拽绳索等动作中，肩关节需进行提耸、下落、内外收展、上旋和下旋等多样活动。而在登山者行走、攀登、跳跃等动作中，下肢也起着关键作用，因此防失温产品的穿戴方式对于用户的实时性来说至关重要。只有充分考量各部位在不同运动状态下的特点，才能设计出既保暖又不妨碍登山者行动的优质防失温产品，为登山者在极端环境下的安全与舒适提供有力保障。3.2.2加热技术研究为了很好的实现加热模块，最初笔者想融入智能温控系统REF_Ref23596\r\h[10]。利用arduino开发板发开了温控系统原型，可以实现检测装备内部身体温度，当温度过低达到预警值启动加热装置。图3-6温控系统原型但考虑到户外登山需要满足尽可能轻量化的需求，保温加热功能也要考虑轻量化。传统电加热类装备虽然加热效果更强但存在电池重量大、续航充电难等问题REF_Ref30336\r\h[11]，难以满足登山者对于轻量化与防失温效果的双重需求。因此通过研究，笔者认为非供电类加热材料更有优势。经过调研分析，笔者认为目前存在的利用铁粉氧化加热的暖手宝，以及一掰即热的凝胶这两种技术非常适合用于户外防失温的加热功能。在非供电类加热技术中，铁粉氧化加热技术与过饱和溶液结晶发热凝胶技术表现尤为突出。前者广泛应用于一次性暖手宝，其核心原理是利用铁粉、活性炭、无机盐等混合材料在与空气接触后发生氧化反应，持续释放热量。单个暖手宝重量15-20g，能够维持8-10小时发热，温度在40-50度，该材料为一次性材料。在防失温领域，笔者认为可以将这种材料包集成在核心位置。过饱和溶液结晶发热凝胶技术是以醋酸钠等过饱和溶液为基础，通过掰动铁片产生震动从而引发结晶反应供热，能够快速达到50度左右，为身体提供温暖。该材料可多次利用，需要放入沸水中加热，便可恢复初始液态，满足多日形成循环使用。图3-7铁粉加热图3-8过饱和溶液结晶发热凝胶表3-3加热技术对比发热技术加热温度测试发热持续时间铁粉氧化加热50-55度5-6h过饱和溶液结晶发热25-30度20min综上所述，铁粉氧化加热技术，在重量控制、使用便捷性、环境适应性等方面，完美契合户外登山对防失温装备轻量化与功能性的双重需求，为登山者在极端环境下的体温保障提供了创新解决方案。3.3设计迭代3.3.1造型迭代考虑到失温情况并非所有情景都会遇到，所以仅在遇到低温、高海拔等极端天气情景再使用产品。在其他情况，产品具备良好的折叠性，可以压缩在一个极小的包装中挂在登山包上。包装设计参考市面上户外轻量化背包的模式，尽可能小而轻。图3-9包装造型迭代图3-10外观造型迭代3.3.2细节优化为了确保产品对于身体实现紧致包裹，头部的设计考虑的是结合抽绳以及魔术贴，用户带上帽子后首先通过抽绳抽紧，然后贴近魔术贴避免脖子处空隙。图3-11领口设计根据科学资料显示，为了对人体实现保温效果或是在低温情况让身体快速升温，可以对人体三处核心区域进行加热：头部，胸部，腋下REF_Ref23348\r\h[12]。考虑到腋下会有摩擦，因此将加热区域设置于头部与胸部与披风上。图3-12加热区域设计为了实现装备灵活变换，很多部位需要有隐藏固定方式REF_Ref23413\r\h[13]，结合现在户外产品常见的变换方式进行评估，如表3-3。表3-4固定方式评价对象成本稳定性灵活度纽扣低中中抽绳低高高拉链中高低魔术贴低高高综合评价，笔者希望利用魔术贴+抽绳实现变换，达到便捷低成本。防失温装备型制作与用户测试4.1模型制作4.1.1造型与尺寸测试根据前面的设计方案，笔者开始制作具体模型。由于产品是穿戴类，所以产品穿戴的舒适性和贴合度对实际作用起到关键作用REF_Ref31104\r\h[14]，笔者以自身为基准结合科学数据进行模型尺寸测试。图4-1尺寸测试为了实现上肢完全包裹并且下端垂到膝盖位置，经过测量，装备展开披风部分的尺寸为210cm*120cm长方形裁剪制作。仅仅有披风并不能很好地实现密闭，因为户外风很大，风吹动披风很容易让冷空气进入身体，所以需要在手部有固定结构。考虑的是在披风内测加拉环，通过拉环套在手腕实现固定。图4-2披风手部封闭但是经过测试发现这种仅靠拉环密闭性不够，所以前端考虑同时使用魔术贴进行密闭。图4-3披风封闭优化加热部分分为三块，头部，胸部和披风。对于加热模块的安装方式，披风是一体的直接挂靠在肩上，主要考虑头部和胸部加热区的安装方式。第一版方案是在头部和胸部加热区设置网兜，用户在穿戴装备时需每次将一次性加热快放入网兜REF_Ref31561\r\h[15]，但这样使用流程太复杂了。因此考虑到使用魔术贴，加热片可以直接贴附于魔术贴上。头部和胸部加热模块通过魔术贴贴于需要加热区域（加热区为图4-4黑色区域）。通过穿戴测试，头部加热模块从头顶延伸到后脑勺，尺寸大致为12cm*30cm。胸部加热尺寸为15cm*15cm裁剪而成。图4-4加热模块测试表4-1模型问题改进汇总部位问题改进方法手部固定披风透风使用拉环套在手上，同时增加魔术贴闭合加热区网兜安装方式太繁琐将一次性加热片贴合于魔术贴4.1.2功能使用测试在测试完整体造型以及细节部分的可行性后，这部分测试笔者主要测试产品功能以及使用流程性。测试内容包含穿脱便捷性、加热模块装载、多功能形态转换。本产品基于户外场景的应急防护需求，设计成集成式包装。将加热模块、保温披风、核心穿戴组件收纳至尺寸仅为25cm×18cm×10cm的轻量化防水收纳包中。收纳包外侧配备双向快拆卡扣可稳固挂载于登山包侧面或顶部，确保在攀爬、速降等剧烈运动中不会脱落。当遭遇突发低温、暴风雪等极端环境时，使用者可快速解开包装取出产品，依托披风边缘的磁吸式快速连接结构穿戴在身上，穿戴过程可在1分钟内高效完成，实现从便携收纳状态到全身防护状态的紧急切换，为户外人员提供即时有效的失温防护REF_Ref31508\r\h[16]。加热片以及披风用户可以根据环境状况自行判断是否安装。在行进过程中，若风不大，用户可只安装头部以及胸部加热片，若遇大风暴雪等极端恶略天气，可加载加热披风。图4-5加热片安装测试为满足户外休息场景的多样化需求，披风采用模块化多功能变形设计REF_Ref31002\r\h[17]，通过魔术贴结构实现“一衣多用”的灵活转换。转换为坐垫模式时，用户只需将披风横向对折，激活侧边及底部的魔术贴扣合点，即可快速形成双层加厚结构，表面防滑纹理设计使其在岩石、雪地等复杂地形仍能保持稳固，且能够有效隔绝地面寒气。转换为睡袋模式时，披风可沿预设折叠线折叠并利用魔术贴形成封闭，从而实现从肩部到脚踝的全包裹式密封。图4-6多场景变换测试4.1.3用户测评在制作完装备模型后，为进一步验证产品在实际使用场景中的功能性、舒适性及用户满意度，笔者开展了用户测试研究。选择了10位高山登山爱好者参与测试评估，其中包含5男5女。测试内容包括：保温加热性能，结构合理性，功能优化建议。在测试过程中，首先测试穿戴的合理性。在动态运动模拟过程中（攀爬、急行、俯身等）发现男女不同人的腰围差距较大，如果腰部无固定会导致冷风进入，因此在腰部增加魔术贴松紧带。图4-7腰部穿戴测试在增加腰部魔术贴后，笔者发现可以增加一个细节设计，将腰部固定结构独立拆分，在装备前襟与后背的衔接处增设一个魔术贴结构，这样可以实现腋下部分灵活开合，可调节大小，有利于透气散汗。当出汗量多时，可将魔术贴扣合点下移至最低位，使腋下区域形成5cm*20cm左右的开放式透气通道，利于散汗。当出汗量少，将魔术贴扣合点上移至最高位，可形成全封闭保暖结构，有效阻挡寒风侵入，同时保持核心区域的恒温状态。这种基于人体工学的动态调节设计，既解决了传统装备透气性与密封性难以兼顾的矛盾，又实现了一装置多场景的高效适配性，有利于显著提升产品的综合防护功效。图4-8腋下穿戴测试对于可拆卸披风的使用，在功能测试中发现有更多灵活性地使用方式。设计方案中可拆卸披肩是挂靠在肩部，通过魔术贴固定，原本方案设想是将披风拆下，折叠成睡袋包裹住全身，在测试中发现还可以有一种使用方式，无需拆卸，仅需将两侧下摆沿腋下交叉环绕躯干，利用披风边缘的延伸魔术贴扣合点快速固定，即可在保留手臂活动自由度的前提下，形成覆盖胸腹部与腰部的半包裹式防护结构。这一功能拓展，进一步丰富了产品使用场景以及应急防护效果。图4-9包裹测试4.2产品方案展示4.2.1LOGO设计图4-10LOGO设计整个logo将图形与字体巧妙融合，展现出“Giswarm”品牌专注于预防失温领域，以温暖、安全、可靠为核心价值。图形设计既包含品牌名“G”，也是拥抱的变形体，表达通过创新设计与专业品质，为户外爱好者在复杂多变的户外环境中保驾护航，带来安心的温暖体验，彰显品牌致力于成为户外预防失温领域标杆的愿景与决心。4.2.2尺寸三视图图4-11包装三视图图4-12产品三视图图4-13产品服饰板片图4.2.3细节展示包装设计充分考量户外使用场景的特殊性，采用高强度耐磨纱网材质打造开放式收纳结构。该纱网能够很好地实现排水透气。当装备使用后表面残留水渍或凝结的露水时，纱网的立体网孔结构可使水分在重力作用下迅速渗漏，配合空气对流加速蒸发，相比传统密闭包装，让产品快速干燥，有效避免因湿气滞留导致的装备霉变与异味问题。此外，包装顶部配备可调节长度的挂绳，采用双锁扣快拆设计，可灵活挂靠于登山包侧袋、背包顶部织带或安全扣上，在行进过程中既能稳固悬挂，又可单手快速拆卸，实现收纳便捷性与安全性的双重保障。图4-14包装细节头部加热区采用双固定+防风设计，可以提升极端环境下的保暖稳定性。该区域自头顶向脑后呈弧形延展，覆盖整个颅顶至后颈关键部位，表面覆有大面积魔术贴毛面基底，可快速吸附带勾面的加热片，实现3秒内精准定位安装。为强化加热片的稳固性与防风效果，特别增设双层魔术贴松紧带，可根据头围大小灵活收缩，收紧后不仅能二次加固加热片，更可贴合头部轮廓形成密闭防风屏障。图4-15头部设计头部前端创新采用双重复合紧固系统，实现高效防风保暖。由松紧带和魔术贴构成，用户可根据自身头型与面部轮廓自行调节，实现360°环绕式包裹。装备既能紧密包裹下颌与颧骨区域，阻断冷风对流路径，又能在需要时快速解开，不影响视野与呼吸，能够做到同时兼顾穿戴舒适性与便捷性。图4-16头部设计2头部前端创新采用双重复合紧固系统，实现高效防风保暖。由松紧带和魔术贴构成，用户可根据自身头型与面部轮廓自行调节，实现360°环绕式包裹。装备既能紧密包裹下颌与颧骨区域，阻断冷风对流路径，又能在需要时快速解开，不影响视野与呼吸，能够做到同时兼顾穿戴舒适性与便捷性。胸部加热片通过魔术贴贴敷与加热区，同时固定结构覆盖在加热片上，形成双重保险，固定稳固。图4-17胸部加热区腰部为松紧带环绕，末端通过魔术贴固定，确保产品与不同体型的用户都能贴合。图4-18腰部固定披风前端通过魔术贴进行闭合。上下两组闭合结构，能够确保紧密贴合。图4-19前部闭合产品采用创新型三层复合面料，通过功能分层设计实现多维防护效能。最外层选用高密度尼龙面料，经防水涂层处理，可抵御强风暴雨侵袭。中间层是高效聚酯纤维，在保持轻量化的同时，有效阻断热量流失。最里层是蜂巢状透气网眼布，能够快速吸收体表汗液并扩散蒸发，保持肌肤干爽舒适。三层面料通过点压复合工艺紧密结合，在确保整体结构稳定的同时，实现防风、保暖、透气三大功能的协同运作，为户外使用者提供全天候防护。图4-20面料设计4.2.4使用流程图4-21使用流程4.2.5使用场景图4-22使用场景4.2.6产品效果图4-23产品效果1图4-24产品效果2结论本研究围绕预防失温穿戴装备展开系统性设计与验证，通过功能定位、结构创新、模型制作及用户测试，成功构建了兼具专业性与实用性的产品方案。研究成果与结论主要体现在以下三个方面：首先，在功能设计层面，通过深入分析户外行进与休息场景的失温风险差异，提出“保温、加热、透气、睡袋、警示”五大核心功能体系。创新性地将铁粉氧化加热包与模块化穿戴结构结合，既满足了极端环境下的即时升温需求，又通过分布式加热布局实现了保暖与散热的动态平衡。其次，在结构与工艺优化上，通过多次模型迭代与用户反馈，产品能够平衡穿戴灵活性与保暖密封性的矛盾。采用磁吸快拆、可调节束扣等结构，著提升操作便捷性；模块化披风与睡袋的形态转换设计，经用户测试，证明其在保持轻量化的同时，可快速适应不同场景需求，兼顾了功能性与便携性。最后，多维度用户测试通过实际的体验，促使产品在操作简化、尺寸适配等方面进行改进。然而，本研究仍存在一定局限性。例如，铁粉氧化加热包的单次使用特性尚未完全解决环保与成本问题，未来可探索可循环发热材料；智能温控系统的缺失虽降低了操作复杂度，但也限制了精准调节能力。后续研究将聚焦于材料创新与功能集成，进一步提升产品的可持续性，为户外失温防护领域提供更完善的解决方案。

参考文献林俐,薛晶锐.山地越野跑失温事故树模型的建立与风险防范研究[C]//中国体育科学学会.第十三届全国体育科学大会论文摘要集——专题报告(体育管理分会).华北科技学院;,2023:294-296.DOI:10.26914/kihy.2023.127438.郑震,康红娜.基于感性工学的物探人员失温防护设备设计研究[J].工业设计,2022,